JP7795977B2 - 補強構造および補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、柱部材の補強構造および補強方法に関する。

特許文献１には、既存の橋脚の補強構造として、橋脚の外周部に根巻きコンクリートと巻き立てコンクリートを設け、軸方向鉄筋をこれらのコンクリートに埋設し、PC鋼棒によって根巻きコンクリートをフーチングに固定したものが記載されている。

特許第6427045号

上記の補強構造により、橋脚の曲げ耐力等を向上させることができ、橋脚の耐震補強が可能になる。しかしながら、大規模な橋脚ではより大きな曲げが発生し、そのような大きな曲げに対しても耐えることのできる補強構造が求められていた。例えば橋脚の曲げに伴って軸方向鉄筋には引張力が作用するが、その引張力により根巻きコンクリートにコーン状破壊が生じると、耐力が低下する恐れがある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、耐力の高い補強構造等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、基礎版の上に設けられた既設の柱部材の補強構造であって、前記基礎版の上で、底部がその上方部分に対して外側に拡幅するように前記柱部材の外周部に設けられたコンクリートと、前記コンクリート内で、前記コンクリートの底部と上方部分に亘って鉛直方向に配置され、下端部が前記コンクリートの底部内で定着される補強主筋と、前記基礎版に下端部を固定して、前記コンクリートの底部内に埋設されるアンカー鉄筋と、を有し、前記アンカー鉄筋の上端部に定着部が設けられ、前記コンクリートの底部内に、前記柱部材から突出する水平方向鉄筋が埋設され、前記定着部は、前記水平方向鉄筋に係止するように配置されることを特徴とする補強構造である。

本発明では、既設の柱部材の外周部にコンクリートを設け、補強主筋をコンクリートに埋設してコンクリートの底部内に定着し、アンカー鉄筋によってコンクリートの底部を基礎版に固定することで、既設の柱部材が補強される。特に、アンカー鉄筋の上端部に定着部が設けられるので、柱部材の曲げに伴って補強主筋に引張力が作用した際に、その引張力によりコンクリートの底部にコーン状破壊が生じるのが防止され、耐力が向上する。

また本発明では、上記の水平方向鉄筋により、柱部材とコンクリートが連結され、地震時等で両者が離間するのが防止される。またアンカー鉄筋の定着部を水平方向鉄筋に係止することで、アンカー鉄筋の配筋が容易になる。

前記アンカー鉄筋は、前記柱部材の幅方向において前記補強主筋よりも多段に配置されることが望ましい。前記アンカー鉄筋は、例えば前記補強主筋よりも細径である。
本発明では、補強主筋に生じる引張力を、補強主筋のコンクリートの底部への定着によって底部内に伝達する構造とし、引張力は複数本のアンカー鉄筋によって基礎版に分散して伝達される。そのため、アンカー鉄筋として補強主筋よりも低強度の鉄筋を用いることができる。例えばアンカー鉄筋として細径のものを用いることで、アンカー鉄筋の基礎版への施工が容易になる。

第２の発明は、第１の発明の補強構造による既設の柱部材の補強方法であって、前記柱部材の外周部で、前記補強主筋と前記アンカー鉄筋を配置する工程と、前記柱部材の外周部に前記コンクリートを打設する工程と、を有することを特徴とする補強方法である。

本発明により、耐力の高い補強構造等を提供することができる。

補強構造１の概略を示す図。 補強構造１を示す図。 補強構造１の水平方向断面を示す図。 補強構造１の地震時の挙動について説明する図。 補強構造１による補強方法について説明する図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る橋脚２の補強構造１の概略を示す図である。図１（ａ）は橋脚２の幅方向の断面を示す図であり、図１（ｂ）は補強構造１を上から見た図である。

補強構造１は、既設の橋脚２の基部を補強するものであり、当該基部の曲げ耐力の向上等の目的で設けられる。

橋脚２は、基礎版３の上に設けられるコンクリート製の柱部材であり、内部には主筋等の補強筋（不図示）が設けられる。基礎版３は、コンクリート製の板状部材であり、内部には同じく補強筋（不図示）が設けられる。橋脚２および基礎版３の平面は矩形状であり、橋脚２は、平面の中央部に中空部２０を有する。

補強構造１は、橋脚２の外周部に設けられたコンクリート１１、コンクリート１１内に配置される補強主筋１２、コンクリート１１と基礎版３とを連結するアンカー鉄筋１３、橋脚２とコンクリート１１を連結する水平方向鉄筋１４等を有する。

図２は、補強構造１の詳細を示す図であり、補強構造１について、橋脚２の幅方向の断面を示したものである。

コンクリート１１は、基礎版３の上で橋脚２の外周部に設けられる。コンクリート１１の底部１１ａは、その上方部分１１ｂに対して拡幅している。コンクリート１１には普通コンクリートが用いられるが、底部１１ａに高強度コンクリートを用いることも可能である。また、橋脚２および基礎版３とコンクリート１１の底部１１ａとの境界面では、橋脚２の表面を斫る、基礎版３の表面処理を行うなどして凹凸を設けることも可能である。

補強主筋１２は、コンクリート１１内で、コンクリート１１の底部１１ａと上方部分１１ｂに亘って鉛直方向に配置される鉄筋であり、太径の鉄筋、例えばSD490が用いられる。補強主筋１２は橋脚２の近傍に配置され、その下端部は、外側に折り曲げてコンクリート１１の底部１１ａ内に定着される。仮に補強主筋１２の下端部を基礎版３に定着する場合、補強筋（不図示）が密集する基礎版３に太径の孔を設けなければならないなど、施工面等の問題があるためである。

アンカー鉄筋１３は鉛直方向の鉄筋であり、コンクリート１１の底部１１ａ内に埋設される。アンカー鉄筋１３の下端部は、基礎版３の補強筋の間に設けた孔３２に挿入される。孔３２にはエポキシ樹脂やセメント等の充填材が充填され、これによりアンカー鉄筋１３の下端部が基礎版３に固定される。アンカー鉄筋１３としては、SD345など、補強主筋１２よりも細径の鉄筋が用いられ、基礎版３の補強筋との干渉を防止することで施工性が向上する。

水平方向鉄筋１４は、橋脚２の幅方向に沿って、橋脚２から外側へと水平方向に突出する鉄筋であり、一方の端部が橋脚２の側面に設けた孔２２に挿入される。孔２２にはエポキシ樹脂やセメント等の充填材が充填され、これにより水平方向鉄筋１４の一方の端部が橋脚２に固定される。水平方向鉄筋１４の当該端部より外側の部分は、コンクリート１１の底部１１ａ内に埋設される。なお、水平方向鉄筋１４は、分離した複数本（例えば２本）の鉄筋を重ね継ぎ手等で接続した構成としても良い。これにより、水平方向鉄筋１４の高さ調整がしやすくなり、孔２２を橋脚２中の既設配筋位置から正確にあけられない場合等で好ましい。

底部１１ａ内には、上記の水平方向鉄筋１４と平面視で直交する方向（橋脚２の周方向）の水平方向鉄筋１５も埋設される。水平方向鉄筋１５は、橋脚２の幅方向に間隔を空けて複数段配置される。

図３は、図２の線ａ－ａによる水平方向の断面を示す図である。図３に示すように、水平方向鉄筋１４は、水平方向鉄筋１４と平面視で直交する方向（図３の上下方向に対応する）に間隔を空けて複数本配置される。補強主筋１２およびアンカー鉄筋１３も、上記方向に間隔を空けて複数本配置される。

橋脚２の幅方向（図３の左右方向に対応する）において、補強主筋１２は１段に配置され、アンカー鉄筋１３は、複数段（図の例では９段）に配置される。橋脚２の幅方向におけるアンカー鉄筋１３の間隔は、橋脚２に近い位置で小さく、それより外側では大きくなっているが、これに限ることはない。ただし、アンカー鉄筋１３は、補強主筋１２に近い位置で配置する方が構造的に望ましい。

図２に示すように、本実施形態では、アンカー鉄筋１３の上端部に、アンカー鉄筋１３に対して拡幅したＴ字状の定着部１３１が設けられる。定着部１３１は、水平方向鉄筋１４、１５の交差箇所において、水平方向鉄筋１４、１５に上から係止するように配置される。

図４（ａ）に示すように、本実施形態の補強構造１は、地震等が発生した際に、橋脚２の曲げＭに伴って補強主筋１２に生じる引張力Ｐを、補強主筋１２のコンクリート１１の底部１１ａへの定着によって底部１１ａ内に伝達する構造とし、引張力Ｐは複数段のアンカー鉄筋１３によって基礎版３に分散して伝達される。

また、アンカー鉄筋１３の上端部が定着部１３１を有するＴ字状となっていることで、コンクリート１１の底部１１ａの点線Ｑから上方の部分が補強主筋１２の引張力Ｐにより抜け出すコーン状破壊が抑制される。特に、当該部分への定着長が短い外側のアンカー鉄筋１３も、当該部分が引張力Ｐにより抜け出すコーン状破壊に対し有効に抵抗し、コーン状破壊の抑制に寄与する。

より大きな地震等が発生した場合には、図４（ｂ）に示すように、補強主筋１２がコンクリート１１の底部１１ａとその上方部分１１ｂの間で降伏することにより、底部１１ａにはそれ以上の引張力は作用せず、底部１１ａ内のアンカー鉄筋１３等は弾性挙動となる。

図５は、補強構造１による既設の橋脚２の補強方法を説明する図である。

本実施形態では、まず図５（ａ）に示すように、水平方向鉄筋１４の一方の端部を橋脚２に固定し、水平方向鉄筋１４の配筋を行う。その後、図５（ｂ）に示すように、前記の補強主筋１２とアンカー鉄筋１３、水平方向鉄筋１５等を橋脚２の外周部に配置するとともに、コンクリート１１を打設するための型枠（不図示）を配置する。型枠の内部にコンクリート１１を打設することで、図２に示す補強構造１が形成され、これにより既設の橋脚２が補強される。前記したように、水平方向鉄筋１４は、分離した２本の鉄筋によって構成することも望ましく、この場合、橋脚２側の鉄筋を孔２２内に挿入して橋脚２に固定した後、その外側の鉄筋を設置する。また、当該外側の鉄筋を設置する前に、最外部のアンカー鉄筋１３を設置しておく。なお、このアンカー鉄筋１３は定着部１３１を有していない。

以上説明したように、本実施形態によれば、既設の橋脚２の外周部にコンクリート１１を設け、補強主筋１２をコンクリート１１に埋設してコンクリート１１の底部１１ａ内に定着し、アンカー鉄筋１３によってコンクリート１１の底部１１ａを基礎版３に固定することで、既設の橋脚２が補強される。特に、アンカー鉄筋１３の上端部に定着部１３１が設けられるので、橋脚２の曲げＭに伴って補強主筋１２に引張力Ｐが作用した際に、その引張力Ｐによりコンクリート１１の底部１１ａにコーン状破壊が生じるのが防止され、耐力が向上する。

また本実施形態では、水平方向鉄筋１４により、橋脚２とコンクリート１１が連結一体化され、地震時等で両者が離間するのが防止される。またアンカー鉄筋１３の定着部１３１を水平方向鉄筋１４に係止することで、アンカー鉄筋１３の配筋が容易になる。

また本実施形態では、地震時等で補強主筋１２に生じる引張力Ｐを、補強主筋１２のコンクリート１１の底部１１ａへの定着によって底部１１ａ内に伝達する構造とし、引張力Ｐは複数段のアンカー鉄筋１３によって基礎版３に分散して伝達される。そのため、アンカー鉄筋１３として補強主筋１２よりも低強度の鉄筋を用いることができ、例えばアンカー鉄筋１３として細径のものを用いることで、アンカー鉄筋１３の基礎版３への施工が容易になる。その他、アンカー鉄筋１３は300mm程度のピッチ（図３の上下方向の間隔）で配置する場合が多く、補強主筋１２の配置が150mmピッチの場合も、アンカー鉄筋１３を上記のように複数段に分散して配置する必要が生じる。

しかしながら、本発明は以上の実施形態に限定されない。例えば、アンカー鉄筋１３の定着部１３１は、Ｔ字状に拡幅するものに限らない。例えばアンカー鉄筋１３の上端部をフック状に折り曲げて定着部１３１とし、フック状の折曲部分を水平方向鉄筋１４等に係止しても良い。

補強主筋１２やアンカー鉄筋１３の配置も前記に限定されず、アンカー鉄筋１３が、橋脚２の幅方向において、補強主筋１２よりも多段に配置されればよい。また水平方向鉄筋１４を省略することも可能である。さらに、補強主筋１２は、耐震設計上はSD490等の高強度鉄筋の配置が望ましいが（配置本数を少なくできるため）、施工実績等の観点から、高強度鉄筋ではなく、SD345等の普通鉄筋を用いる場合もある。

また橋脚２や基礎版３の形状、構成等も特に限定されない。例えば橋脚２は、中空部２０を有する矩形状平面とするものに限らず、円形平面としてもよいし、中空部２０を有しないものとしてもよい。さらに、補強構造１の適用対象が橋脚２に限ることもなく、補強構造１は各種の柱部材の補強に適用することが可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：補強構造
２：橋脚
３：基礎版
１１：コンクリート
１１ａ：底部
１１ｂ：上方部分
１２：補強主筋
１３：アンカー鉄筋
１４、１５：水平方向鉄筋
１３１：定着部

Claims (2)

1. 基礎版の上に設けられた既設の柱部材の補強構造であって、
   前記基礎版の上で、底部がその上方部分に対して外側に拡幅するように前記柱部材の外周部に設けられたコンクリートと、
   前記コンクリート内で、前記コンクリートの底部と上方部分に亘って鉛直方向に配置され、下端部が前記コンクリートの底部内で定着される補強主筋と、
   前記基礎版に下端部を固定して、前記コンクリートの底部内に埋設されるアンカー鉄筋と、
   を有し、
   前記アンカー鉄筋の上端部に定着部が設けられ、
   前記コンクリートの底部内に、前記柱部材から突出する水平方向鉄筋が埋設され、
   前記定着部は、前記水平方向鉄筋に係止するように配置されることを特徴とする補強構造。
2. 請求項１に記載の補強構造による既設の柱部材の補強方法であって、
   前記柱部材の外周部で、前記補強主筋と前記アンカー鉄筋を配置する工程と、
   前記柱部材の外周部に前記コンクリートを打設する工程と、
   を有することを特徴とする補強方法。