土木技術資料 54-11(2012)

報文

高軸方向鉄筋比・高軸応力度条件下での中空断面RC橋脚の地震時破壊特性
八ツ元

仁＊ 堺

淳一 ＊ ＊ 星隈順一 ＊ ＊＊な構造条件となる可能性がある。

1．はじめに 1

中 空 断 面 RC橋 脚 に 関 し て は 、 既 往 の 研 究 の 中

山間部に建設される橋では、建設現場の条件かで図-1に示すような様々な構造条件下での耐震性

ら 橋 脚 の 高 さ が 高 く な る 場 合 が 多 く 、 RC橋 脚 の能の検証が行われている。これらの結果によると、場合には、橋脚自身の自重を軽減することにより

文献1)のように内面の損傷の進展課程まで正確に地震時の影響を低減させ、基礎も含めた建設コス把握した実験は少ないが、文献1)で報告されていトを抑えるために、橋脚の断面として中空断面がるような橋脚基部での損傷が進行し、最終的には採用されることが多い。

鉛直力の支持能力に影響を及ぼすような中空断面

橋 の 耐 震 設 計 に お い て は 、 大 地 震 時 に は RC橋

構造に特有の破壊形態がいくつか報告されている。

脚に曲げによる損傷を生じさせ、それに伴うエネ

文献1)では軸方向鉄筋にSD490を使用しているとルギー吸収を考慮した設計が行われる。ただし、いう特殊な条件が加わっていること、また、そも

この場合、橋に求められる耐震性能によっては、

そ も 中 空 断 面 RC橋 脚 に 対 す る 実 験 自 体 が 少 な い

大地震後には橋脚に生じている損傷を点検できる

こ と を 考 え る と 、 全 て の 構 造 条 件 の 中 空 断 面 RC

こと、さらにはその損傷を補修できることが求め橋脚でこのような破壊形態になると言及されるもられる。このような観点からすると、中空断面のではないが、高軸方向鉄筋比、高軸応力度とRC橋 脚 は 、 そ も そ も 中 空 部 内 面 の 状 況 を 点 検 す

いったある一定の条件が重なってくると、このよることが困難な構造であるため、地震後におけるうな破壊形態を示す可能性があると考えられる。

内面の損傷状況の点検や補修の実施が極めて難し

そこで、本研究では、現段階における知見が十い構造特性を有していることになる。

分でない高軸応力度かつ高軸方向鉄筋比の中空断また、近年では、設計計算上可能な範囲で中空面 RC橋 脚 の 耐 震 性 能 を 把 握 す る た め 、 模 型 供 試部を大きくし、結果的に壁厚が薄くなる例も出現

体を用いた正負交番繰返し載荷実験を行い、中空しつつある。壁厚を小さくした構造になると、軸断面内面側も含めた損傷の進展過程と最終的な破方向鉄筋の面積が断面総面積に占める割合（以降、壊形態に着目した検討を行った。

軸方向鉄筋比）が高くなり、充実断面橋脚に比べ施工性が悪くなるだけでなく、橋脚基部の軸応力2．実験の概要

度も大きくなる等、塑性変形能の観点からも不利示す。 本実験では軸 応力度の条 件が中空断面 RC7橋脚の限界状態に与える影響を検証するため、6軸方向鉄筋比(%)

図-2に実験概要を、表-1に供試体の構造諸元を

文献1)

5同じ構造諸元の供試体を2体作製した。供試体の断面 寸法は、 実橋脚の 1/7程 度の規模で ある文 献43今回の実験1)の 供 試 体 と 同 じ と し 、 軸 方 向 鉄 筋 比 は 水 平 耐

2既往の研究力が同等となるように決定した。供試体に使用し た 軸 方 向 鉄 筋 、 帯 鉄 筋 、 横 拘 束 筋 は SD345で1あり、コンクリートの設計基準強度は40 N/mm 200

図-11234
軸応力度（N/mm2）56とした。帯鉄筋は鋭角フック、中間帯鉄筋は一般的に中空断面橋脚の施工で行われている、外中空断面RC橋脚に対する既往の実験の構造条件────────────────────────
Failure Characteristics of RC Hollow Bridge Columns withHigh Steel Ratio under Cyclic Lateral Loading with High
Axial Stress

周面側で鋭角フック、内面側で直角フックによる定着を行った（図-2 (c)）。また、横拘束鉄筋比に つ い て は 文 献 1) の 構 造 条 件 と 合 わ せ て 設 定 を－ 14 －土木技術資料 54-11(2012)

小型カメラ

橋脚天端から小型カメラを挿入し撮影(a)セットアップ状況図
載荷方向（＋）

写真-1（－）

実断面橋脚の平均的な軸力状態として軸応力が150
40は 変 位 制 御 に よ り 行 い 、 基 準 変 位 δ 0の 整 数 倍 の1.0N/mm 2 と な る よ う に 軸 力 を 与 え た 。 水 平 載荷

97515040

水 平 変位 を各 載荷 ステ ップ に 対し て 3回繰 返す 漸

A面

15040

内部観察の状況増載荷とした。なお、本実験では実験結果の比較730が容易となるように、δ 0 を供試体1の初降伏変位
M面である35mmで統一した。ひび割れなどの外観のP面変状については、外周面については目視による観B面15040

察を行い、内面の変状については写真-1に示すように橋脚天端部に設けた穴から小型カメラを挿入(b)

断面図（橋脚天端からの視点）外周面して観察を行った。

鋭角フック

3．実験結果3.1 水平荷重－水平変位の関係

(C)
図-2

図-3に水平荷重－水平変位の履歴曲線を示す。

直角フック

内面図 中 に は 軸 方 向 鉄 筋 の 降 伏 時 （ 図 中 A）、 か ぶ り

中間帯鉄筋の定着フック

コンクリートの剥落時（図中B、図中C）、軸方向供試体のセットアップ状況図と断面図表-1

鉄筋の破断時（図中D）の変位をあわせて記す。

実験供試体諸元

供試体No.

1

なお、図中の水平変位は鉄筋の伸び出しやフーチ2

断面形状

中空ングの回転等に起因する変位量を控除している。

載荷点高さ（mm）

4,200形状（載荷方向×載荷直角方向）

975×730

降 伏 変 位 は 、 供 試 体 1と 供 試 体 2で は 差 が ほ とせん断スパン比

4.3

種別

SD345

軸方向鉄筋 鉄筋径

し て 113mm、 供 試 体 2で 172mmと な り 、 塑 性 変

D16

鉄筋比（%）

6.4

種別

SD345

鉄筋径
横拘束筋

ん ど 無か った が、 終局 変位 は 供試 体 1で正 負平 均
形能に差が生じた。なお、ここで言う終局変位とは、最大耐力付近で安定していた水平荷重が大きD10間隔（mm）

40(中間帯鉄筋:80)

有効長（mm）

191.25体積比（%）
軸力(N/mm 2)

く低下し始める直前の水平変位のことである。
3.2 損傷の進展状況

2.8
4.4

1.0

図-4、図-5に各供試体の内面および外周面の損行った。載荷については、想定した軸力を橋脚頭傷の進展状況を示す。

部 に 、 水 平 載 荷 を 橋 脚 基 部 よ り 4,200mmの 位 置

供 試 体 1、 供 試 体 2で と も に 基 準 変 位 δ 0 よ り もに 与 えた 。高 軸力 状態 を想 定 した 供試 体 1には 文

小さい変位段階からフランジ面で水平ひび割れ、献1)での実験条件と合わせるため柱基部での軸応ウェブ面で斜めひび割れが発生していた。ウェブ

力 が 4.4N/mm 2 と な る よ う に 、 供 試 体 1の 比 較 対面での損傷については、充実断面橋脚での損傷状

象 と なる 低軸 力状 態を 想定 し た供 試体 2に は、 充況に比べると、載荷変位が小さい段階から斜めひ－ 15 －

土木技術資料 54-11(2012)

供試体1

BA

B

A ：鉄筋降伏A(mm)

(mm)

降伏 終局
27.5 191.5
29.4 152.5
28.4
172

ACB

正側
負側
平均

C：内面かぶりコンクリート剥落

D ：鉄筋破断

水平荷重－水平変位の履歴図（実線：補正後，点線：補正前）3δ 04δ 05δ 0M面

M面

M面

B面

A面

図-4B面

A面

A面

B面

供試体1のフランジ面（ M面）損傷進展状況（上段：外周面，下段：内面）

4δ 05δ 06δ 0M面

M面M面

B面

B面

B面

A面

A面

A面

図-5

C

降伏 終局
正側
28.896.2
負側28.6 129.8
平均28.7113

B：外周面かぶりコンクリート剥落

図-3

BD

A
C

供試体2

C

供試体2のフランジ面（ M面）損傷進展状況（上段：外周面，下段：内面）

び割れが発生した。この結果は既往の研究結果と荷時では外周面で軸方向鉄筋のはらみ出しが生じ同じ傾向を示しており、せん断力に抵抗する面はるのと同時に、内面で軸方向鉄筋がはらみ出し中壁厚が薄いと損傷が大きくなることを確認した。

間帯鉄筋の内面側の定着フック（直角フック）が供 試 体 1で は 、 図 -4に 示 す よ う に 3δ 0 の 載 荷 時 に開くという大きな損傷が生じた。なお、中間帯鉄外周面でかぶりコンクリートの剥落が生じたが内筋の外周面側の定着フック（鋭角フック）は、実面では損傷が発生しなかった。しかし、4δ 0 の載験終了時まで開かなかった。

－ 16 －

土木技術資料 54-11(2012)

供 試 体 2で は 、 図 -5に 示 す よ う に 4δ 0 の 載 荷 時配的となり最終的な破壊状態に至るという、軸応に外周面でかぶりコンクリートの剥落が生じたが力条件の違いが破壊する部位や破壊状態に大きな内面では損傷が発生しなかった。5δ 0 の載荷時で影響を与えることが明らかとなった。さらに、軸は外周面での損傷が進展するとともに内面ではか応力条件の違いに関わらず、軸方向鉄筋のはらみぶりコンクリートの剥落が生じた。6δ 0 の載荷時出しという大きな損傷は外周面と内面とでほぼ同で は 、供 試体 1の 結果 と同 様 に軸 方向 鉄筋 のは ら時に生じ、その時には中間帯鉄筋の内面側の直角み出しが外周面と内面とで同時に生じ、中間帯鉄フックのみが開き、内面側での損傷が大きくなる筋の定着フックの開きは内面側でのみ生じた。

ことが明らかとなった。これら実験的に得られた

このように、いずれの供試体においても、かぶ知見は、中空断面 RC 橋脚に対する地震時限界状

りコンクリートの剥落は外周面が内面より先行し態の評価においては、損傷の進展メカニズムが充て生じるのに対し、軸方向鉄筋のはらみ出し等の実断面橋脚の場合と異なるという点だけでなく、大きな損傷は外周面と内面とで同時に生じた。ま地震後における損傷の点検の難易、損傷が生じた

た、中間帯鉄筋の内面側の直角フックは外周面側場合の補修の難易等も含めて検討する必要があるの鋭角フックに比べてフックが開きやすく、損傷ことを示唆していると言える。
な お 、 こ の よ う な 背 景 か ら 、 平 成 24年 に 改 定の程度は内面側の方が大きくなった。
実 験 終 了時 の破 壊 状態 につ い て は 、 供試 体 1でさ れ た 道 路 橋 示 方 書 2) で は 、 中 空 断 面 RC橋 脚 では圧縮フランジ面でのコンクリートの圧縮破壊、は、塑性ヒンジ領域とその近傍で塑性ヒンジの影

供 試 体 2では ウェ ブ面 での コ ンク リー トの 破壊 、響を受ける領域は充実断面とする等の対応がなさと 破 壊に 至っ た部 位が 異な っ た 。 供試 体 1のよ う

れ て い る と こ ろ で あ る が 2) 、 今 後 は 、 中 空 断 面に軸応力が大きい場合には、圧縮フランジのコンRC橋 脚 に 求 め ら れ る 性 能 を 踏 ま え つ つ 、 ① 内 面

ク リ ート 破壊 が早 い段 階で 生 じる が 、 供試 体 2の側に補修を必要とするような損傷が生じないようように軸応力が小さい場合には、圧縮フランジのにする耐震設計技術、②曲げにより最終的な破壊

コンクリート破壊がなかなか生じず、結果的に繰に至っても軸耐荷力は確保可能な断面設計、③内返しのせん断変形を受けてコンクリートが粉砕さ面に損傷を生じさせないようにするための構造細れたウェブ面の破壊が支配的となり、このような目（内面側の中間帯鉄筋の端部フック形状の効果破壊状態の違いが生じたと考えられる。の検証）等について研究が求められる。

4．まとめ

参考文献
1） 玉越隆史、星隈順一:軸方向鉄筋にSD490を用いるRC
中空断面橋脚の耐震性について、土木技術資料、2011年5月
2） (社)日本道路協会：道路橋示方書・同解説Ⅴ耐震設計編、平成24年3月

本研究の結果、軸方向鉄筋に SD345 を使用した場合でも高軸方向鉄筋比かつ高軸応力度の条件
下の中空断面橋脚は、塑性変形が進展すると圧縮フランジでのコンクリートの圧壊が生じ、最終的には軸耐荷力に悪影響を及ぼすような損傷が生じる可能性があることがわかった。また、低軸応力度条件では、ウェブ面のコンクリートの破壊が支八ツ元

仁*

阪神高速道路株式会社技術部技術開発課（前土木研究所構造物メンテナンス研究センター 研究員）、修(工)Hitoshi YATSUMOTO

淳一**

星隈順一 ***

独立行政法人土木研究所構造物
メンテナンス研究センター橋梁
構造研究グループ 主任研究員、博(工)Dr. Junichi SAKAI

独立行政法人土木研究所構造物
メンテナンス研究センター橋梁
構造研究グループ 上席研究員、博(工)Dr. Jun-ichi HOSHIKUMA

堺－ 17 －