第 2 号 (2004 年)

技報

鉛直にプレストレスを導入した PC 橋脚の設計・施工− 一宮 IC 高架橋 −１． はじめに橋脚の耐震性能を改善し，被災後の橋梁の供用性能を高めることを目的に鉄筋コンクリート（以下，RC）橋脚の鉛直方向にプレストレスを導入したプレストレストコンクリート（以下，PC）橋脚が研究・開発された．現在ではその設計手法は確立され，平成 11 年
11 月に（社）プレストレストコンクリート技術協会から「プレストレスト

武村浩志

土木工事第一部

南 英浩

RC 橋脚を PC 橋脚に変更するに際し，検討すべきパラメータは断面寸法，鉄筋量，PC 鋼材量，導入緊張力など数多く存在する．PC 橋脚の最適断面諸元を決定するために，数種類のケーススタディを行い，下記の事項が明らかになった．
①曲げ耐力は RC 橋脚と同程度であること②プレストレスによる軸圧縮応力は 2〜4N/mm2 であること刊行された．しかし施工実績はこれまでまだなかった．今回，わ

③PC 鋼材と鉄筋の耐力分担率は 0.5 程度であることが国で初めて 4 径間連続鋼箱桁橋（図-1）を支持する RC 橋脚の④降伏剛性は RC 橋脚と同程度であること

うちの 1 橋脚を PC 構造に変更することとなった．発注当時は的施工という意味で，PA8 のみを PC 橋脚に設計変更した．

土木技術部

名古屋支店

３． ＰＣ橋脚の最適断面コンクリート橋脚の耐震設計ガイドライン」（以下，ガイドライン）がPA7 から PA10 が断面形状の等しい RC 橋脚であったが，試験

名古屋支店

図-2 は，以上の条件を満たす PC 橋脚断面と変更前の RC 橋脚断面の比較図である．PC 橋脚の断面積および配筋量は RC橋脚のそれに比べ，それぞれ約半分に低減された．

２． 工事概要

４． 地震時保有水平耐力法における照査

工事名称：県道高速清洲一宮線一宮 IC 工区下部工事

設計はまずガイドラインに従い，地震時保有水平耐力法の照工事場所：愛知県一宮市丹陽町九日市場一宮 IC 地内査を行った．その手順は，固有周期および設計水平震度の算出，

工事期間：平成 14 年 6 月 20 日〜平成 14 年 11 月 30 日

慣性力作用位置における水平力〜水平変位の算出，破壊形態

設計条件を表-1 に示す．

D 2 9×3 1 本×1 段

S W P R 7 B L 1 2 S 1 2. 7150

150150125125150

5,000

3@450=1,350

750

550
2,500

3@450=1,350

750

375750

4,000

RC 橋脚

PC 橋脚
図-2 断面比較図

PA9PA8PA10P112

PA7EE

ERC

場所 打ち 杭 φ 1500
L=16.0m , n=9本

E

RC

PC

場 所打 ち 杭 φ1500
L=11.5m , n=8本

ERC

場 所 打 ち杭 φ 1500
L=16.0m , n=9本

図-1 橋梁一般図

METAL

場所 打ち 杭 φ 1500
L=16.0m , n=9本

3,500

2,000

125

30@125=3,750375750

3,500

26@125=3,250

150

D2 9 × 2 7 本 × 1 段150

張り出し式橋脚
場所打ち杭 φ1500
反力分散支承
Ａ地域
Ｂ種の橋
Ⅲ種地盤
7100 kN
2σck = 35 N/mm
SD345
SWPR7B 12S12.7

D 2 9× 2 3 本 × 1 段

D2 9 × 1 9 本 × 1 段150

下部工形式
基礎工形式
支承条件
地域区分
重要度区分
地盤種別
上部構造重量
コンクリート
鉄筋
ＰＣ鋼材

150

表-1 設計条件

D 3 8× 37 本 ×2 段

125

D 32 × 25 本× 2 段

375 2@450=900 2@475=950 2@450=900 375

発 注 者：名古屋高速道路公社

技報

第 2 号 (2004 年)の判定，最後に地震時保有水平耐力の検討である．その結果，高低差が 18m 以上もある．そこで，グラウトを確実に充填するたすべてのケースにおいて等価水平力が地震時保有水平耐力以めに，橋脚部の途中に 5.5m ごとの中間排気孔を設けた．

下でおり，PC 橋脚の安全性が確認された．

５． 非線形動的解析における照査

８． まとめ
以上，設計変更，実験による検証および施工検討を経て，写地震時保有水平耐力法による耐震設計結果の照査という位

真-1 に示すように，無事本橋脚の施工を終了することができた．

置づけで，非線形動的解析による耐震設計を行った．橋脚のモ

今回は，RC 橋脚からの変更であったが，本来の PC 橋脚の採用

デル化は，塑性ヒンジ部に曲げモーメントと回転角の関係を非線領域は，経済性の面から RC 橋脚ではなく鋼製橋脚と競合する形としたトリリニア型の非線形回転ばねを設け，その他の部材に領域であると思われる．これまで，RC 橋脚での計画が難しい場は曲げモーメントと曲率の関係を非線形としたトリリニア型の非線合，その代替案は鋼製橋脚であったが，その選択肢に鋼製橋脚形梁要素を設定した．また，その非線形履歴モデルとして，PA8よりも大幅に廉価にできる PC 橋脚があらたに加わった．今後，この PC 橋脚には原点指向型モデルを，その他の RC 橋脚には武の PC 橋脚の採用が増えることが望まれる．本稿がその採用にあ田モデルをそれぞれ用いた．照査は，塑性回転角，せん断力，たっての参考資料になれば幸いである．

および残留変位に対し行われ，すべてのケースにおいて許容値を満足しており，PC 橋脚の安全性が確認された．

Key words：PC 橋脚，地震時保有水平耐力法，非線形動的解
析，正負交番載荷実験

６． 正負交番載荷実験
初めての実施工に当たり，実橋脚の 1/4 モデルを製作し，その載荷実験を行うことにより，設計手法の検証を行った．

降伏点

800

実 験 に 用 い ら れ た 供 試 体 の 断 面 は ， 外 寸 法 1000mm ×875mm の中空形状で，橋脚基部から慣性力の作用位置までの600

距離は 4000mm である．加力は，水平および鉛直ジャッキにより4002 方向から静的に行われた．載荷方法は漸増型正負交番載荷と200

実験より得られた載荷点における水平荷重と水平変位の関係を図-3 に示す．道示耐震設計編によると，計算より求まる終局変位はかぶりコンクリートが剥落し始める点とほぼ一致すると記述さ

軸鉄筋破断

初降伏点荷重（ｋＮ）

し，同一振幅に対する載荷繰り返し回数は 3 回とした．

かぶりコンクリート剥落

終局点

0-200-400

実験値

-600

計算値

れており，今回の実験では計算値より求まる終局変位に相当する供試体の変位より 30mm 程度遅れてかぶりコンクリートが剥落し始めた．よって，そのかぶりコンクリート剥落点より小さい計算値を-800-250-200-150-100-50050100

変位（ｍｍ）

終局変位とし，そこから安全率を考慮して行った今回の設計手法は適切であることが検証された．以上のことから，供試体と同様に

図-3 荷重〜変位曲線「ガイドライン」に基づき設計が行われた実橋脚においても，地震時はほぼ計算値通りもしくは安全側の荷重と水平変位の関係を示すことが立証された．

７． 施工
本橋脚の断面には 12S12.7 の PC 鋼材が 26 本配置されるが，これらは梁部で定着され，フーチング内では U 型状に配置される．
よってフーチング内のシースは，U 型に加工された 13 本の STK鋼管を使用した．柱部の施工は 1 ロットの高さ 3.6m で 5 回に分けて行われた．コンクリートが PC 鋼材定着面である梁部中間まで打設された後，シースに PC 鋼材を挿入するが，橋脚高が21m 以上もあるため，PC 鋼材挿入に先立って先行ワイヤーを挿入する必要があった．通常よく用いられるφ7mm 程度の PC 鋼線では剛性が小さく，上まで上がってこないことが予想されたため，本施工においては 1S12.7 の PC 鋼線を採用した．先行ワイ
ヤーを挿入した後，これをガイドとして 12S12.7 の PC 鋼材のウィンチによる挿入，巻き上げを行った．緊張作業は両引きにて行った．なお，導入緊張力はガイドラインに規定されている通り 0.5Py（Py：降伏点荷重）とした．グラウトを橋脚最下端より注入するため，

写真-1 施工完了状況

150

200250