技術資料

アラミド繊維シート巻立てによる地震被災橋脚の復旧に関する実験検証
寺澤貴裕

佐藤京

畠山乃

小室雅人

その一方で、現行の耐震性能4)を満たさず、巻き立１．はじめにてによる塑性変形能の向上が必要とされているRC橋
鉄筋コンクリート製橋脚（以降、RC橋脚）の地震脚が、補強を施す前に地震動によって基部に曲げ損傷時における損傷形態は、基部の曲げ損傷、軸方向鉄筋を受けた場合を考える。この時の復旧対策としては、段落とし部の損傷、およびせん断による損傷に大別

1)1) 損傷した橋脚を撤去した上で再構築を行う、2) 建される。このうち、軸方向鉄筋段落とし部の損傷およ設当時の性能まで戻す補修を行う、3) 補修と同時にびせん断による損傷については、昭和55年の道路橋示現行の耐震性能にまで引き上げる補強を行うという選方書よりも古い基準を適用して設計されたRC橋脚に択肢が考えられる。この時、損傷の程度によっては、おいて発生する可能性があるが、これまでに地震被害

2) の方法として文献1)で整理されている巻き立てにを受けたものを含め、補強による対策が適宜進められよる補修が行われ、それにより本来必要とされた耐震てきているところである 。その一方で、柱基部の曲補強と同様の効果が付与された際には、復旧後においげ損傷については、現行の道路橋示方書 による耐震ても現在適用されている耐震性能5)，6)，7)を満たし、3)設計において、塑性変形によるエネルギー吸収を見込相当の効果が得られる場合もあると考えられる。

2)

3)

んだものとなっている。一般的な橋梁形式の橋脚の基

本資料は、現行の耐震性能を満たしていないRC橋部は、レベル2地震動が発生し被災した場合において脚が、地震により基部に曲げ損傷を生じた際の復旧対も橋としての機能の回復を速やかに行えなければなら策として、アラミド繊維シート（以降、AFRPシート）ず、そのため塑性化によるエネルギー吸収に必要な塑による巻き立てが行われた場合の耐震性能検証を目的性変形能を有するように設計が行われている。その結とし、RC橋脚模型試験体に対する正負交番載荷実験を果、レベル2地震動が発生した場合には、RC橋脚基部行った結果を示したものである。なお、本検証では、地は曲げ損傷を受ける可能性がある。RC橋脚基部に曲震による損傷が限定的であり、被災後の復旧により再げ損傷を受けた場合の被災度判定やその本復旧工法にび早期に供用させることが可能となる限界である限界

ついては、文献1)に被災度区分とその損傷からの復旧

状態2に相当する損傷からの復旧を検証の対象とした。

工法が整理されている。

表－1
被災度観測
される
損傷

半倒壊

大被害

中被害

軸方向鉄筋の破断

軸方向鉄筋の破断

鉄筋はらみ出しおよび躯体傾斜および躯体傾斜

小被害
かぶりコンクリート・斜めひび割れ貫通剥離・斜めひび割れ（傾斜大）（貫通せず）
・水平ひび割れのみ

・撤去・再構築

復旧工法

RC橋脚の被災度毎の復旧工法（文献1）を基に作成）

・鉄筋コンクリート

・鉄筋コンクリート

・鉄筋コンクリート

巻立て

巻立て

巻立て

・鋼板巻立て・鋼板巻立て・鉄板巻立て・撤去・再構築

・樹脂注入・連続繊維シート
巻立て

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2023年６月

橋示方書を適用して設計された連続橋における異形鉄

２．実験検証概要筋が用いられている固定橋脚を想定して行った。具体２．１

的には、文献5) に基づき、H14道示7)の地震時保有水実験検証の流れ

図－1には、実験検証のフローを示している。実験

平耐力法（以降、H14道示保耐法）により、曲げ破壊は、RC橋脚模型試験体（以降、試験体）に対して、型で水平耐力の照査を満たさない、すなわち耐震補強

まず地震による被災を想定した損傷を与えるため、1において巻き立てによる塑性変形能の向上が必要とさ回目の正負交番載荷（以降、1回目の載荷）を行い、れるように決定した。

表－1に示している「小被害」に該当する程度の損傷を与えた。その後に、低粘度エポキシ樹脂によるひび割れ注入およびAFRPシートによる巻き立て復旧を行い、再び正負交番載荷（以降、2回目の載荷）を行う
ことで、補修後の試験体の耐震性能の評価を行った。
２．２

RC橋脚模型試験体

２．２．１

試験体の形状寸法、配筋

図－2には、試験体の形状寸法および配筋図を示している。試験体は、試設計したRC橋脚を基に、軸方向鉄筋比、帯鉄筋体積比を可能な限り変えずに、試験体寸法を1/4スケールの縮尺としたものである。試
験体の柱部における柱断面の形状寸法は、600mm×600mmの正方形断面とし、その高さは1,800mmである。配筋の試設計は、地震時保有水平耐力法や現行の設計水平震度が導入される以前の昭和55年改訂の道路図－2
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図－1

実験検証フロー

試験体形状および配筋図



17

写真－1

1回目の載荷後のひび割れ注入状況

図－3

写真－2

AFRPシート
巻立て後の試験体

２．２．２

ひび割れ注入およびAFRPシート巻立て

図－4

試験体のセットアップ

正負交番載荷の載荷ステップ適用した。設計の結果、シートの目付量は350g/m2、

写真－1には、1回目の載荷により試験体に損傷を与層数は1層でH14道示保耐法の照査を満たした。シー

えた後に行ったひび割れ注入の状況を示している。ひトを巻き立てた範囲は、H14道示に示されている塑性

び割れ注入は、幅0.2mm以上のひび割れに対し、低粘化を考慮する領域を参考に、塑性ヒンジ長の4倍程度度のエポキシ樹脂を低圧で注入した。なお、ひび割れとなる柱基部から高さ1,200mmまでとし、幅500mm

１にて詳細に述べる注入を行った範囲は、後述の３．のシートを柱周方向に巻き立てた。周方向ラップ長はとともに図－5(b)に示している。

200mmとし、シートの周方向ラップ箇所が鉛直方向

写真－2には、AFRPシートによる巻き立てを施した試験体を示している。AFRPシートは、文献8)を参に連続しないように試験体の左側面および右側面に交互にラップ位置を設けた。

考にじん性を向上させる補強に適しているとされる高強度型のアラミド2繊維を用いた。AFRPシートの巻２．３

き立て量の設計は、損傷を与えた試験体の材料特性の２．３．１

正負交番載荷実験試験体のセットアップ評価を行って実施した。具体的には、文献1)より復旧図－3 には、試験体のセットアップ図を示している。

設計における材料特性の考え方を適用するとともに、試験体はフーチングを床面に固定し、鉛直に配置した。

文献9) におけるシートによる拘束効果を考慮したコ

水平荷重は、柱天端に設置したピン支承の中心部（柱ンクリートの応力－ひずみ関係を適用し、H14道示保基部から2,105mm、せん断スパン比 3.8）に接続した耐法により設計した。なお、ここでは、1回目の載荷水平方向のスクリュージャッキをサーボモータによりにより試験体に与えた損傷を限界状態2に相当する損駆動させることによって載荷した。上部構造の重量相傷としており、材料特性は被災度Cの場合の考え方を当の鉛直荷重は、360kN（橋脚断面に対する応力換算18

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2023年６月

で1.0N/mm2）とし、柱天端に設置したピン支承を介３．実験結果および考察して2本の油圧ジャッキにより載荷した。
２．３．２

３．１

載荷方法

試験体の損傷状態（1回目の載荷）

正負交番載荷は、図－4に示しているように変位制

写真－3には、1回目の載荷終了時の試験体の損傷状御により実施した。初めに予備載荷として、柱基部の態を示している。写真より、かぶりコンクリートは剥軸方向鉄筋ひずみが材料試験から得られた降伏ひず落しておらず、損傷はひび割れのみであることが確認

みの50%に達するまでの水平変位を1サイクル与えた。

できる。図－5には、試験体のひび割れ図およびひび次いで、本載荷として、柱基部の軸方向鉄筋ひずみ割れ注入を行った範囲を示している。図－5(a)に示しが降伏ひずみに達した時点の水平変位を基準変位δyとている試験体のひび割れのうち、まず、載荷方向に直し、±1δy，±2δy，…±Nδyと正負の整数倍に変位振幅交する面である正面側および背面側のひび割れに着目を段階的に増し、載荷1周期を1載荷サイクル、その繰すると、予備載荷（水平変位0.5δy）終了時では、正面り返し回数3回を1変位ステップとした正負交番載荷を側は基部からの高さ（以降、本節では「高さ」と記す）実施した。基準変位δyは10.5mmである。

450mm程度、背面側は高さ750mm程度までの範囲に、1回目の載荷は、限界状態2に相当する損傷を与えるその面の両端をつなぐ水平ひび割れが生じていることため、水平変位3δ yまでの載荷とした。これは、別途が確認できる。その水平ひび割れは、水平変位1δ y終実施した同じコンクリート配合および配筋で本試験体了時には正面側、背面側ともに高さ1,000mm程度にまと同時に製作した試験体（以降、基準試験体）を用いで至り、さらに1回目の載荷終了時（水平変位3δy）でた終局状態までの正負交番載荷試験の結果 から得たは、正面側では高さ1,200mm程度、背面側では高さ変形性能評価の結果を基に決定した。ひび割れ注入1,400mm程度にまで至っていた。また、柱の基部に着およびAFRPシートを巻き立てた後の2回目の載荷は、目すると、水平変位3δyにおいて正面側で高さ400mm

再び水平変位1δ yから行い、終局状態に至るまでの載までの範囲に鉛直方向のひび割れが生じていることが荷を行った。

確認できる。このことから、この水平変位3δ yにおい10)(b) 正面、右側面基部(a) ひび割れ発生状態(a) 正面全景
写真－3(c) 背面、左側面基部

柱基部の損傷状態（1回目の載荷終了時）

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2023年６月(b) ひび割れ注入範囲
図－5

柱部の損傷状態（載荷1回目の載荷終了時）

19

正面

コンクリート屑の排出(a) 試験体基部正面の状態（水平変位 9δy 終了時）
背面
図－6

水平荷重－載荷点水平変位関係（2回目の載荷）て正面側の柱基部の軸方向鉄筋のはらみ出しが生じ始めたものと推察される。次に側面のひび割れに着目す
ると、予備載荷終了時では、左側面では高さ800mm程度、右側面では高さ450mm程度までの範囲に正面側または背面側からつながるひび割れが水平方向に進展しており、その長さはそれぞれ断面の1/3程度までに至っていることが確認できる。そのひび割れは、水平変位1δ y終了時には左側面で高さ1,000mm程度までの範囲で断面の中央部に向かって進展しているが、変軸方向鉄筋の破断(b) 試験体基部背面の状態（AFRP シート撤去後）
写真－4

試験体の損傷状態（2回目の載荷終了後）位ステップが増加すると斜め下向きとなり、柱基部に向かって進展していることが確認できる。これらの試係の骨格曲線（図中、青色破線）を併せて示してい験体のひび割れ発生状態と文献1)に示されている被災る。なお、図－6の軸は2回目の載荷における基準変位度判定表から、本試験体の1回目の載荷終了時の被災（δy= 10.5mm）およびその変位における水平荷重（Py=度は、「小被害」程度と判定される。

183.0kN）を基準として無次元化して示している。2回

幅0.2mm以上のひび割れに対して行った注入の範囲

目の載荷結果は、基準試験体において水平荷重が低は、図－5(b)に赤色線で示しているひび割れを対象と下した水平変位5δ yまでは基準試験体とほぼ同様であした。ひび割れ幅を計測した結果、注入対象であったることが確認できる。さらに、水平変位6δ yにおいてひび割れは、柱正面では高さ400mmまで、背面、左水平荷重の低下は見られるものの、水平変位7δ yにお側面および右側面では、高さ200mmまでの範囲であいても基準試験体における水平変位5δ y相当の水平荷った。

重を保持していることが確認できる。このことから、
AFRPシートの巻き立てにより試験体の塑性変形性能３．２

水平荷重－水平変位関係（2回目の載荷）が向上していると判断できる。その後、水平変位8δ y

図－6には、試験体に対しひび割れ注入およびの3サイクルの載荷で水平荷重が大きく低下した。こAFRPシート巻き立てによる補修を施した後の2回目

れは、後述する載荷終了後の試験体の観察結果から、の載荷における正側載荷時の無次元化した水平荷重軸方向鉄筋の破断によるものと考えられる。以上の結（P/P y）と載荷点水平変位（δ/δ y）の関係（図中、黒果から、本実験の補修試験体について、基準試験体で色線）を示している。また、図には、基準試験体を水平荷重が低下した変位と比較すると、3δ y分の変形用いた終局状態までの正負交番載荷試験の結果 （図性能の向上を確認できた。また、H14道示保耐法によ中、赤色破線）およびAFRPシートの拘束効果を考り算出した終局変位との比較から補修後の試験体は、慮したコンクリートの応力－ひずみ関係 を用いて、既設RC橋脚の耐震補強における照査基準 5)，6)となる

H14道示保耐法により算出した水平荷重－水平変位関H14道示7)の耐震性能が確保できることも確認できた。

10)

9)

20

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３．３

2回目の載荷終了時の試験体の状態

参考文献

写真－4には、2回目の載荷終了時（水平変位9δ y ）の試験体の正面側の状態およびAFRPシートを撤去し1)た後の背面側の柱基部の軸方向鉄筋の状態を示している。写真－4(a)からは、AFRPシートの膨らみやシー

日本道路協会：道路震災対策便覧（震災復旧編）
平成18年度改訂版、2007.3

2)

国土交通省HP ：「道路における震災対策」

ト下端からの圧壊したコンクリート屑の排出を確認す

https://www.mlit.go.jp/road/bosai/measures/

ることができる。また、写真－4(b)からは、軸方向鉄index1.html（2023年2月27日閲覧）

筋のはらみ出しと破断が確認できる。このことから、

3)

軸方向鉄筋のはらみ出しによるかぶりコンクリートの剥離や圧壊が生じていることが推察されるが、水平荷

日本道路協会：道路橋示方書（V耐震設計編）・同解説、2017.11

4)

星隈順一、堺淳一、小森暢行、坂柳皓文：鉄筋コ重については、AFRPシート巻立てによる拘束効果にンクリート橋脚の地震時限界状態の評価手法に関より軸方向鉄筋の破断に至るまで保持されていたもの

する研究、土木研究所資料第4262号、2013.3と考えられる。

5)

玉越隆史、白戸真大、星隈順一、堺淳一：既設橋の耐震補強設計に関する技術資料、国土技術政策
総合研究所資料第700号、土木研究所資料第4244

４．まとめ号、2012.11
本検証から得られた知見を以下に示す。

6)1) 現行の耐震性能を満たさないRC橋脚を想定して製作した本試験体の仕様では、道路震災対策便覧

考資料、1997.8
7)（震災復旧編）1)の被災度判定表において「C：小被害」の被災度であれば、被災損傷後の補修にお日本道路協会：既設道路橋の耐震補強に関する参
日本道路協会：道路橋示方書（V耐震設計編）・
同解説、2002.3

8)

東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会

いても、アラミド繊維シート巻立てによる橋脚の社、西日本高速道路株式会社：設計要領第二集橋塑性変形能の向上が期待できることを確認した。

梁保全編、pp.8-53、2020.7

2) H14道示保耐法により算出した終局変位との比較

9)

アラミド補強研究会：アラミド繊維シートによるから、補修後の試験体は、既設RC橋脚の耐震補鉄筋コンクリート橋脚の補強工法設計・施工要領

強における照査基準（案）、2021.45)，6)となるH14道示 の耐震性
7)

能が確保できることも確認できた。

10) 寺澤貴裕、佐藤京、畠山乃、小室雅人：被災後にAFRPシート巻き立て補強したRC橋脚の耐震性
能検証：第25回橋梁等の耐震設計シンポジウム講
演論文集、pp.145-148、2022.7

寺澤 貴裕
TERASAWA Takahiro

佐藤 京
SATO Takashi

畠山 乃
HATAKEYAMA Osamu

小室 雅人
KOMURO Masato

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
研究員
技術士（建設）寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
主任研究員

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
上席研究員

室蘭工業大学大学院
工学研究科
もの創造系領域
教授

寒地土木研究所月報№845

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