第22回橋梁等の耐震設計シンポジウム講演論文集(2019年7月)

橋座縁端に配置された横変位拘束構造の橋座部補強鉄筋量に着目した水平力載荷実験
大八木

亮1・服部 匡洋2・前川 和彦3・幸左 賢二4・篠原 聖二5

1正会員

修士（工学） （一財）阪神高速道路技術センター（〒541-0054 大阪市中央区南本町4-5-7）
博士（工学） （一財）阪神高速道路技術センター（〒541-0054 大阪市中央区南本町4-5-7）
3正会員 修士（工学） （一財）阪神高速道路技術センター（〒541-0054 大阪市中央区南本町4-5-7）
4正会員 Ph.D 九州工業大学名誉教授（〒804-8550 北九州市戸畑区仙水町1-1）
5正会員 博士（工学） 阪神高速道路株式会社（〒530-0005 大阪市北区中之島3-2-4）
2正会員

1. はじめに設計にあたっては，水平力分担構造自体のせん断破壊に対する照査に加え，押し抜きせん断に対する照耐震補強対策として横変位拘束構造または落橋防止構造（以下，水平力分担構造）を既設構造物に対査を確実に実施する必要があるが，道路橋示方書 5)には照査することが明確には示されていない．

して設置する際，既存の支承や桁などによる設置ス

そこで本検討では，水平力分担構造の押し抜きせペースの制約のため，水平力分担構造を橋座縁端近ん断に対する抵抗を明らかにすることを目的として，くに設置せざるを得ない場合がある．縁端近くに設橋脚梁，水平力分担構造を模した実物大規模の押し置した場合，十分な縁端距離，つまりコンクリート抜きせん断実験を実施した．本稿では，橋脚梁を模の抵抗面積が確保できずに押し抜きせん断破壊する

擬した本体部分の鉄筋径，また，補強鋼材の鉄筋径可能性が考えられる．実際に，2011年東北地方太平に着目した実験ケースについて報告する．

1)

洋沖地震 や2016年熊本地震等

2) 3) 4)では横変位拘束構造が押し抜きせん断破壊したと思われる損傷が確認された．
これらの被災事例より，縁端近くに設置される水2. 実験の概要

平力分担構造では，水平力分担構造自体のせん断破壊と水平力分担構造周りの押し抜きせん断破壊の2つの損傷メカニズムが考えられ，水平力分担構造の(1) 実験供試体
実験は大阪工業大学八幡実験場にて実施した．図-1に供試体および載荷試験の概要を示す．模型供試

図-1 供試体および載荷試験の概要（単位：mm）

体は実物大相当で，橋座部を模擬したコンクリートタとした．補強アンカーは，突起におよぼす影響をブロック部，水平力分担構造を模擬した突起部から確認するため，突起アンカー部の両側に計4本配置構成される．そして，コンクリートブロック1体にした．

対して突起部を2箇所構築し，2ケースを1供試体で以上の実験ケースのうち，本稿ではCase-5～Case12について報告する．なお，参考として本検討ケー兼用する構造とした．コンクリートの設計基準強度はσ ck=27N/mm2，鉄筋はSD345を採用した．供試体

スのコンクリート，鉄筋の材料試験結果をそれぞれ配筋図を図-2に示す．

表-2，表-3に示す．

(2) 実験ケース(3) 載荷方法

実験ケースを表-1に示す．実験は全部で12ケース

載荷試験は，供試体コンクリートブロック部を反実施したが，Case-1～4では突起最外縁アンカー鉄力床にPC鋼棒にて緊張固定し，水平方向に設置した1,000kN級油圧ジャッキで，反力壁を水平力の反力筋から橋座縁端までの距離をパラメータとし，Case-5～8では橋座部の鉄筋径をパラメータとし，として供試体突起部に繰返し漸増載荷を与えること

Case-9～Case-12では鋼板とアンカーの併用による補により実施した．なお，供試体の滑動予防のため，強を想定し，そのうちの補強アンカー径をパラメー

供試体前方に仮設鋼材によるストッパーを配置した．

100

3@150=450

1400
3@100=300150

14018080

CASE-250 150

900
600

100

CASE-3100(a) 上面図

3@150=450

3@100=300
1400

2@150=300(b) 側面図

図-2 供試体配筋図（単位：mm）表-1 実験ケース
突起位置（mm）
実験ケース

縁端～突起前面縁端～最後列
アンカー

本体鉄筋径

アンカー
鉄筋定着長補強
アンカー径

備考

Case-10250

D1620φ縁端距離を変化

Case-250300

D1620φ〃（標準ケース）

Case-3100350

D1620φ〃Case-4150400

D1620φ〃Case-550300

D1320φ

本体鉄筋径を変化

Case-650300

D1920φ〃Case-750300

D2220φ〃Case-8Case-95050300
300

D25D1620φ20φ

D16〃
アンカー補強+鋼板補強

Case-1050300

D1620φD19〃

Case-11
Case-125050300
300

D16D1620φ20φ

D22D25〃〃
本稿の対象外17080

表-2 材料試験結果（コンクリート）
材齢

圧縮強度N/mm2

静弾性係数kN/mm

2表-3 材料試験結果（鉄筋）
引張強度N/mm

降伏点強度

2引張強さ

2N/mm
551.2

2

静弾性係数
N/mm2
184,319

Case-5σ2927.4

27.7

2.31D13N/mm
400.9

Case-6σ3628.6

29.3

2.24

D16378.8539.2

185,246

2.24

D19366.0

547.1

180,391

393.7

566.9

186,312

389.5

571.8

173,643

Case-7σ3330.7

29.3

Case-8σ4228.5

29.5

2.68

D22

Case-9σ4629.9

28.7

2.80

D25

Case-10σ4830.7

29.02.73

Case-11σ5030.0

30.9

3.08

Case-12σ5530.1

31.32.62

注) 全て3供試体の平均値

注) 全て3供試体の平均値

載荷は片側繰返し漸増載荷とし，最大荷重近傍までは50kN間隔の荷重制御とし，以降は5mm間隔の変位制御とした．また，計測は載荷点変位50mmを目途として破壊性状が明確になるまで実施した．

表-4 計測項目
計測項目
荷重変位
鉄筋ひずみ
(各ケース毎)(4) 計測方法
計測概要，計測状況をそれぞれ表-4，写真-1に示す．計測は荷重，代表箇所の変位，鉄筋ひずみ，ブブロック変形
試験状況

計測機器
ロードセル
変位計
コンクリートブロック部
突起部
補強アンカー
超高速インラインプロファイル
測定器
ビデオカメラ

数量
1台
12箇所
54箇所
10箇所
12箇所
1台
3台

ロック変形，全体の試験状況について実施した．ここで，ブロック変形とは，供試体の面外方向へのは反力壁

水平ジャッキ

らみ出し量を計測することとし，計測には超高速インラインプロファイル測定器（ラインセンサ）を用いた．具体的には，レーザー光を照射し，線的に凹凸を検知した計測器を，照査線と直角方向の供試体前面に固定したガイド上を移動させることで3次元的に凹凸を計測することとした．計測器の仕様から，1回の移動で供試体面を包括的に計測することができなかったので，高さ方向に3分割してデータ取得ラインセンサしたのち，表計算ソフト上にてデータを合成することとした．なお，ひび割れ発生後はひび割れ観察を計測タイミング毎に合わせて実施した．記録はひび

写真-1 計測状況

割れ幅0.1mm以上を対象とし，マジック等によりマーキングした．

3. 載荷実験の結果(a) 上面図(1) Case-5～Case-8（本体鉄筋量の比較）代表としてCase-7における最大荷重時点のひび割れ損傷状況を図-3に示す．ひび割れは水平力200kN
時点で突起加力面側を起点として45度よりやや大きい角度で発生した．コンクリートブロック正面側では，水平力300kN時点で突起正面部より右側でひび割れが発生した．水平変位33mm以降で，コンクリ(b) 正面図

ートブロック前面側にて円弧状のひび割れが一部発

図-3 ひび割れ損傷状況（Case-7，試験終了時）生したが，これらは水平力200kN時点でに突起部より発生したひび割れを起点としていた．載荷終了時

平変位との関係を図-5に示す．Case-7では，最大荷点では上述のひび割れが主な破壊面であり，コンク重近傍（水平変位13mm）以後は急激に回転変形へ

リートブロック前面側では突起正面から見て右側のと移行した．Case-8は他ケースに比べて早い段階損傷がやや顕著であった．突起本体については，微（水平変位7mm）より，他ケースより，ある程度回細なひび割れは多く発生したものの，顕著な破壊，転変形の影響が見られた．

変形は見られなかった．そして，一部のひび割れは

鉄筋ひずみゲージの貼付位置を図-6に，Case-7最正面側（縁端側）まで到達し，正面右側に斜め方向

大荷重時の鉄筋ひずみ分布を図-7に示す．とくに突のひび割れが確認できた．

起近傍の加力軸方向の一部で高いひずみ量を示した

図-4に水平力-水平変位関係の包絡線を示す．図ものの，いずれの測点においても降伏ひずみには到中には参考としてCase-2についても示している．い

達しなかった．
Case-7における，最大荷重時，試験終了時のブロずれのケースにおいても，水平変位10mm前後で最大荷重を示し，その後は緩やかに下降する傾向を示
し た ． 最 大 荷 重 は 鉄 筋 量 の 最 も 少 な い Case-5

ック変形状況を表-5にまとめる．最大荷重時では，（D13）が最小であったものの，Case-2（D16），Case-6（D19），Case-7（D22），Case-8（D25）に大でも10mmであり，顕著ではなかった一方で，試突起正面より右側に変形が見られたが，変形量は最ついては，鉄筋量と最大荷重の明確な関連は得られ

験終了時では最大で40mm以上の増加が見られた．
Case-5～Case-8の4ケース中で荷重が最大となった

なかった．

Case-7，他ケースに比べて最大荷重の低いCase-8に突起底部を基準とした突起頂部の相対回転角と水おける，切断部の写真をそれぞれ写真-2，写真-3に

600

1.4
500

1.2
突起回転角(度)水平力(kN)

400
300
Case-5200

Case-2Case-80102030

4050

60

0.6

Case-5Case-6Case-70.2

Case-700.8

0.4

Case-6100

1.0

Case-80.0070

5101520水平変位(mm)

水平変位(mm)

図-4 水平力-水平変位関係（Case-5～Case-8）

図-5 回転角-水平変位関係（Case-5～Case-8）

1992
1635
1643
1174

669

1150

729

221
187

150
71

180

248
594

329
303
234

286
604 298

1220
1192
812

473

402
733 450234-30

加力軸方向
加力軸方向

加力直角方向加力直角方向突起部

図-6 鉄筋ひずみゲージ貼付位置図

図-7 鉄筋ひずみ分布（Case-7，最大荷重時）

表-5 ブロック変形状況（Case-7）
最大荷重時

試験終了時

13mm50mm

水平変位

ブロック変形量

損傷状況
写真

アンカー長440mm(D22)

写真-2 切断面状況(Case-7)

アンカー長440mm(D22)

写真-3 切断面状況(Case-8)示す．突起の損傷が比較的小さいCase-7では，コンなり，よって，水平力に抵抗できなかったためであクリートブロック部の損傷が比較的広範囲で，最背ると考えられる．

面側のアンカー鉄筋の中間程度から背面側に45度方向でひび割れが発生していた．
一方，突起の損傷が顕著であったCase-8では，コいずれのケースも突起前面側の付根部よりほぼ鉛直方向にひび割れが生じるか，かぶりコンクリートに剥落が生じていた．

ンクリートブロック部の損傷が限定的で，突起近傍のかぶり部に集中していて，突起直下のコンクリー(2) Case-9～Case-12（補強鉄筋量の比較）

トブロックかぶり部では土砂化のような損傷が生じ代表としてCase-12における最大荷重時点のひびていた．一方で，表面部の鉄筋より内部側ではほとんど損傷が見られず，突起アンカー定着部のコンク割れ損傷状況を図-8に示す．Case-12では，水平力250kN（水平変位1.2mm）で突起とコンクリートブリートにも損傷が見られなかった．よって，Case-8

ロックの界面でひび割れが発生し，突起部の最後列の最大荷重が低い要因としては，土砂化が生じた部

アンカー鉄筋付近から45度より大きい角度でひび割分が回転に対して抵抗しないことによりヒンジ状とれが発生した．その後上面ひび割れがコンクリート

600500

水平力(kN)

400(a) 上面図

300
Case-9Case-2Case-10Case-11
Case-12200
1000010203040506070

水平変位(mm)

図-9 水平力-水平変位関係（Case-9～Case-12）(b) 正面図
図-8 損傷状況（Case-12，試験終了時）

ブロック正面に設置した補強鋼板よりも外側へ向か1.4って進展した．コンクリートブロック正面部のひび

1.2割れは水平力400kN(水平変位1.6mm)にて発生した．
突起回転角(度)また，水平変位9mm以降，突起背面のコンクリートブロック上面にて加力直角方向にひび割れが生じた．載荷終了時点では鋼板の左側3分の1程度，および突起直下と鋼板右上端の一部において浮きが生じ

0.80.6Case-90.4ていた．
図-9に水平力-水平変位関係の包絡線を示す．図Case-10Case-110.2

中には参考としてCase-2についても示している．補Case-120.0

強なしのケース（Case-2）に比べ，補強を施したケースはいずれのケースも最大荷重が増加し，最小のケ ー ス (Case-9) で 63kN ， 最 大 の ケ ー ス (Case-12) で1.005101520

水平変位(mm)

図-10 回転角-水平変位関係（Case-9～Case-12）

156kNの耐力向上効果が得られた．Case-11を除くと，補強量と最大荷重に関連が見られたが，Case-11は他のケースと比較すると最大荷重が低くなった．
突起の水平変位と回転角についての計測結果を図-10に示す．各ケースとも最大荷重程度（水平変位15mm程度）までは明確が差異が見られなかったが，以後，Case-12は回転の影響が他ケースよりも見ら

600
1104

れ，Case-9はややせん断変形に近い挙動を示した．
しかし，補強鋼材を配置しないケース（Case-5～Case-8）と比較すると，その差は小さかった．
Case-12における最大荷重時の鉄筋ひずみ分布を図-11に示す（鉄筋ひずみゲージの貼付位置は図-5238123218260494181
61 222370

3381220614
420 149 239

170
401300892197139342393

192

185

146-34加力軸方向参照）．とくに突起近傍において加力軸方向，直角

加力直角方向方向ともにCase-7よりも低い値を示した．いずれの突起部測点においても降伏ひずみには到達しなかった．
Case-12における，最大荷重時，試験終了時のブロック変形状況を表-6にまとめる．Case-7においては最大荷重時，最大で10mm程度の変形が見られた

図-11 鉄筋ひずみ分布（Case-12，最大荷重時）

表-6 ブロック変形状況（Case-12）
最大荷重時
14mm

水平変位

試験終了時
50mm

ブロック変形量

損傷状況
写真

アンカー長650mm(D25)

アンカー長590mm(D22)

アンカー長440mm(D22)

アンカー長440mm(D22)

写真-4 切断面状況（Case-11）

写真-5 切断面状況（Case-12）のに対し，Case-12ではほとんど変形が見られなか背面側で他ケースに比べて45度方向のひび割れが多った．試験終了時では，突起近傍のかぶり部分にお数生じていた．また，突起直下の突起アンカー定着いてのみ角欠けの損傷が生じたが，ブロック変形量部にて，骨材の浮きが生じる土砂化のような損傷がは概ね10mm以下となり，Case-7の結果と比較する見られた．Case-11の最大荷重が低い要因としては，と損傷は極めて軽微であり，補強鋼材の効果が確認

突起背面側でひび割れが多数生じたことにより突起できた．
Case-9～Case-12の4ケース中で他ケースに比べてアンカー部が回転に対して抵抗しなくなり，よって，最大荷重の低いCase-11，荷重が最大となったCase12における切断面を写真-4，写真-5に示す．Case-

他ケースで見られた，突起前面側の付根部からほぼ12においては，背面側の45度方向のひび割れや突起ては軽微であり，かぶりコンクリートの損傷につい直下の損傷は顕著ではなかった反面，突起部が著しても軽微，または部分的であった．

く損傷していた．一方，Case-11は突起部の内部損傷が見られず，コンクリートブロックの，突起より水平力に抵抗できなかったためであると考えられる．
鉛直方向に生じるひび割れは，この4ケースについ4. まとめ参考文献1)

国土 交通省国 土技術政策総合研 究所：平成 23 年

本検討では，横変位拘束構造と橋脚梁を模擬した（2011 年）東北地方太平洋沖地震による道路橋等の実物大相当の供試体により押し抜きせん断耐力に関被害調査報告，国土交通省国土技術政策総合研究所

する実験を実施し，そのうち，本稿では橋脚梁部分

資料第 814 号，土木研究所資料第 4295 号，2014.12.の鉄筋量，橋脚梁部分の補強を模擬した場合の補強

2)

高橋良和・GongYucheng：2016 年熊本地震による横鉄筋量を変化させたケースについて報告した．本検変位拘束構造の損傷メカニズム推定，土木学会論文討で得られた知見は以下のとおりである．
1) 本実験では水平変位10～20mmの範囲で最大荷重集 A1（構造・地震工学），Vol.74，No.4（地震工学を迎え，その後の荷重低下は緩やかであった．
2) 最大荷重時のひび割れおよびブロック変形量は軽

論文集第 37 巻），I_45-I_58，2018.
3)（2016 年）熊本地震土木施設被害調査報告，国土交微であった．

通省国土技術政策総合研究所資料第 967 号，土木研

3) 鉄筋は最大荷重時においても降伏ひずみに到達しなかった．
4) 本体鉄筋量を変化させたケースでは，最大荷重の国土 交通省国 土技術政策総合研 究所：平成 28 年

究所資料第 4359 号，2017.3.
4)

幸左賢二，後藤僚一，金山亨，高橋良和：ロッキング橋脚の倒壊メカニズムの検討，第21回性能に基づばらつきが大きいため，鉄筋量と最大荷重の明瞭

く橋梁等の耐震設計に関するシンポジウム講演論文な関連は確認できなかった．

集，pp.31-38, 2018.7

5) 補強鋼材を配置したケースでは，配置しなかったケースと比較して最大荷重の向上効果が一定程度確認できたが，顕著ではなかった．

5)

道路橋示方書・同解説 Ⅳ下部構造編，(社) 日本道路協会， 2012.3