2- 2.

2 -2.

主 要な研 究 成 果 - 8

主要な研究成果 -8供用下で施工可能な水力設備の耐震補強工法を提案
ダム付属設備の耐震補強の合理化と耐震性能向上による信頼度強化に貢献

水力発電

背景
電力会社では、大規模地震時におけるダムの安全性確保のために、ダム付属設備（ゲート・ピア）

ピア
p.13参照の耐震性能照査を進めています。
しかし、対策が必要となった設備への耐震補強事例が少なく、補強工法の効果の検証が必要となっています。また、ダム付属設備の耐震補強においては、施工箇所をドライ状態にするための仮締切等の大型仮設備に多大な費用が必要となる場合があります。
そこで当所では、当該設備を供用しながら施工可能で、大型仮設備を不要とする廉価な耐震補強工法の開発を進めています。

主 要な研 究 成 果

主 要な研 究 成 果

成果の概要◇ゲートを対象とした耐震補強工法を提案
ローラゲートおよびラジアルゲートを対象に、水圧荷重作用下で施工可能かつ軽量で施工性に優れた補強工法を提案しました。本工法は、アングル材のボルト接合による主桁の補強ならびにCFRP

CFRP
炭素繊維強化プラスチック。

プレートの接着接合によるローラゲートの主桁およびラジアルゲートの脚柱の補強を行う手法で、可能となっています。本工法について実験・解析により効果の検証を行い、荷重作用下での補強でも無荷重下での補強と同等の剛性向上効果が得られました（図１）。

◇ピアを対象とした耐震補強工法を提案

杉本 啓太（すぎもと けいた）

府川 和樹（ふかわ かずき）

サステナブルシステム研究本部

サステナブルシステム研究本部

構造・耐震工学研究部門

大型コンクリート構造高速載荷試験装置

構造・耐震工学研究部門

大型の試験体に対して高速かつ大容量な一軸繰り返し載荷ができる装置です。

主にローラゲートのピアを対象に、流水阻害となりうるピアの断面増加がなく、供用下でも施工

PSアンカー
プレストレス（圧縮力）により構造物や岩盤等の対象物を緊結するもの。

可能な補強工法を提案しました。本工法は、ピア天端からダム本体や基礎までを緊結したPSアンカーの圧縮力によりピアの補強を行う手法で、ピア上面のみからの施工が可能となっています。本ピア天端工法を施した模型試験体の載荷試験により、無補強の試験体と比較して耐荷力の向上や残留変位の低減等の補強効果を確認しました（図2）。

残留変位

うち、荷重を0に戻したとローラゲート

貯水池

面外変形が発生

扉高ゲート
ピアきに残っている変位。
15mm7.5mm

堤体0mm

ダム越流部
（クレスト）

図1

ローラゲート主桁のアングル材補強の実験・解析例

電力中央研究所

Annual Report 2021

100

図2

ローラゲート主桁

最大荷重143.3kN

50

最大荷重34.2kN

0-50

無補強
PSアンカー-100-150-50

補強部材

アングル材のボルト接合により補強したローラゲート主桁の静的載荷実験により、変形の発生は赤丸の箇所に限定され、補強の効果を確認できました。また、この現象を解析により評価できることを示しました。

34PSアンカー
断面増加
不要

主桁

150

プレストレスカ荷重［kN］

載荷試験において、荷重をかけて発生した変位の0変位［mm］50100

ローラゲートピアのPSアンカーによる補強工法の概要と補強効果

PSアンカー工法の施工を模擬した供試体に対して荷重を正負交互に与える載荷試験を行い、無補強の場合よりも、PSアンカーを施工した場合に耐荷力が向上することや、残留変位が低減することを確認しました。

下流から見たローラゲートの構造
ローラゲートを支える柱がピア（水門柱）であり、ゲートの水平方向の鋼材が主桁である。写真は、九州電力株式会社
西郷ダム（重力式コンクリートダム）。
2007年撮影。

ローラゲートピア（水門柱）ローラゲート

成果の活用先・事例
本提案の耐震補強工法は、供用中の施工が可能かつ大型仮設備が不要であることから、コストの削減および工期の短縮が期待できます。また、補強に伴う流下断面の減少による流水阻害がなく、河川法など関連する法令対応が不要となります。

電力中央研究所

Annual Report 2021

35

水力発電

水力発電

補強材が軽量であることから重量増による補強後のゲート操作への影響を最小限に留めることが2- 2.

2 -2.

主 要な研 究 成 果 - 8

主要な研究成果 -8供用下で施工可能な水力設備の耐震補強工法を提案
ダム付属設備の耐震補強の合理化と耐震性能向上による信頼度強化に貢献

水力発電

背景
電力会社では、大規模地震時におけるダムの安全性確保のために、ダム付属設備（ゲート・ピア）

ピア
p.13参照の耐震性能照査を進めています。
しかし、対策が必要となった設備への耐震補強事例が少なく、補強工法の効果の検証が必要となっています。また、ダム付属設備の耐震補強においては、施工箇所をドライ状態にするための仮締切等の大型仮設備に多大な費用が必要となる場合があります。
そこで当所では、当該設備を供用しながら施工可能で、大型仮設備を不要とする廉価な耐震補強工法の開発を進めています。

主 要な研 究 成 果

主 要な研 究 成 果

成果の概要◇ゲートを対象とした耐震補強工法を提案
ローラゲートおよびラジアルゲートを対象に、水圧荷重作用下で施工可能かつ軽量で施工性に優れた補強工法を提案しました。本工法は、アングル材のボルト接合による主桁の補強ならびにCFRP

CFRP
炭素繊維強化プラスチック。

プレートの接着接合によるローラゲートの主桁およびラジアルゲートの脚柱の補強を行う手法で、可能となっています。本工法について実験・解析により効果の検証を行い、荷重作用下での補強でも無荷重下での補強と同等の剛性向上効果が得られました（図１）。

◇ピアを対象とした耐震補強工法を提案

杉本 啓太（すぎもと けいた）

府川 和樹（ふかわ かずき）

サステナブルシステム研究本部

サステナブルシステム研究本部

構造・耐震工学研究部門

大型コンクリート構造高速載荷試験装置

構造・耐震工学研究部門

大型の試験体に対して高速かつ大容量な一軸繰り返し載荷ができる装置です。

主にローラゲートのピアを対象に、流水阻害となりうるピアの断面増加がなく、供用下でも施工PSアンカー
プレストレス（圧縮力）により構造物や岩盤等の対象物を緊結するもの。

可能な補強工法を提案しました。本工法は、ピア天端からダム本体や基礎までを緊結したPSアンカーの圧縮力によりピアの補強を行う手法で、ピア上面のみからの施工が可能となっています。本

ピア天端工法を施した模型試験体の載荷試験により、無補強の試験体と比較して耐荷力の向上や残留変位の低減等の補強効果を確認しました（図2）。

残留変位

うち、荷重を0に戻したとローラゲート

貯水池面外変形が発生

扉高ゲート
ピア

きに残っている変位。
15mm7.5mm

堤体0mm

ダム越流部（クレスト）

図1

ローラゲート主桁のアングル材補強の実験・解析例

電力中央研究所

Annual Report 2021

100

図2

ローラゲート主桁

最大荷重143.3kN

50

最大荷重34.2kN

0-50

無補強
PSアンカー-100-150-50

補強部材

アングル材のボルト接合により補強したローラゲート主桁の静的載荷実験により、変形の発生は赤丸の箇所に限定され、補強の効果を確認できました。また、この現象を解析により評価できることを示しました。

34PSアンカー
断面増加
不要

主桁

150

プレストレスカ荷重［kN］

載荷試験において、荷重をかけて発生した変位の0変位［mm］

50

100

ローラゲートピアのPSアンカーによる補強工法の概要と補強効果

PSアンカー工法の施工を模擬した供試体に対して荷重を正負交互に与える載荷試験を行い、無補強の場合よりも、PSアンカーを施工した場合に耐荷力が向上することや、残留変位が低減することを確認しました。

下流から見たローラゲートの構造
ローラゲートを支える柱がピア（水門柱）であり、ゲートの水平方向の鋼材が主桁である。写真は、九州電力株式会社
西郷ダム（重力式コンクリートダム）。
2007年撮影。

ローラゲートピア（水門柱）ローラゲート

成果の活用先・事例
本提案の耐震補強工法は、供用中の施工が可能かつ大型仮設備が不要であることから、コストの削減および工期の短縮が期待できます。また、補強に伴う流下断面の減少による流水阻害がなく、河川法など関連する法令対応が不要となります。

電力中央研究所

Annual Report 2021

35

水力発電

水力発電

補強材が軽量であることから重量増による補強後のゲート操作への影響を最小限に留めることが