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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022164157
(43)【公開日】2022-10-27
(54)【発明の名称】耐力階層化ＲＣ橋脚及びその設計方法
(51)【国際特許分類】
E01D 19/02 20060101AFI20221020BHJP
【ＦＩ】
E01D19/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021069469
(22)【出願日】2021-04-16
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 「２０２０年９月２８日、ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｃｈｉｖｅ．ｉｉｉ．ｋｙｕｓｈｕ－ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｐｕｂｌｉｃ／ｄｅｈＥｗＡ８ＩＹｗ＿ＡｕｍｃＢｏｂ５０－ｉＷ＿ｆｃＪｇｚＫｚＷＣｅＤ６ｆｙｈ４ＺＰｉａ、「２０２００９２４＿ＵＳＢ概要集．ｚｉｐ」（公益社団法人土木学会第４０回地震工学研究発表会、破壊尤度の制御による道路橋の崩壊シナリオデザイン設計法の提案）」 「一般財団法人土木研究センター、土木技術資料、第６２巻、第１２号、令和２年１２月１日発行、ｐｐ．８－１１、極大地震動に対する道路橋の崩壊シナリオデザイン設計法の提案～性能規定型設計法のエンパワーメント～」
(71)【出願人】
【識別番号】301031392
【氏名又は名称】国立研究開発法人土木研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100125298
【弁理士】
【氏名又は名称】塩田 伸
(72)【発明者】
【氏名】大住 道生
(72)【発明者】
【氏名】中尾 尚史
(72)【発明者】
【氏名】石崎 覚史
【テーマコード（参考）】
2D059
【Ｆターム（参考）】
2D059AA03
2D059GG05
(57)【要約】 （修正有）
【課題】耐力が階層化された耐力階層化ＲＣ橋脚等を提供する。
【解決手段】耐力階層化ＲＣ橋脚はコンクリート躯体２、耐力階層化鉄筋４、支圧板５等を有し、中空シース６は、その底部側が大中空部７とされ、平常時における支圧板上面と大中空部の上面部分との間の距離である引張側遊間長ｄｘが下記式を満足するように形成される。
φｌｓ’はレベル２地震動がもたらす塑性ヒンジ区間における曲率、ｙｌｓ’はφｌｓ’を示すときの中立軸の位置から対向する耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離、Ｌｐは塑性ヒンジ長、φyは限界状態１における曲率、φｌｓ３は限界状態３における曲率を示す。
【選択図】図３
【解決手段】耐力階層化ＲＣ橋脚はコンクリート躯体２、耐力階層化鉄筋４、支圧板５等を有し、中空シース６は、その底部側が大中空部７とされ、平常時における支圧板上面と大中空部の上面部分との間の距離である引張側遊間長ｄｘが下記式を満足するように形成される。
φｌｓ’はレベル２地震動がもたらす塑性ヒンジ区間における曲率、ｙｌｓ’はφｌｓ’を示すときの中立軸の位置から対向する耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離、Ｌｐは塑性ヒンジ長、φyは限界状態１における曲率、φｌｓ３は限界状態３における曲率を示す。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
柱状のコンクリート躯体と、前記コンクリート躯体内部にその高さ方向に沿って埋設される軸方向鉄筋と、前記軸方向鉄筋よりも内側の前記コンクリート躯体内部に前記高さ方向に沿って配される耐力階層化鉄筋と、前記高さ方向と直交する方向で前記軸方向鉄筋の束の外側に周設される帯鉄筋と、を備える脚部と、
前記コンクリート躯体上部に配される支承部と、を有するＲＣ橋脚において、
前記耐力階層化鉄筋は、底部側に前記高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板が固着され、底部側の部分及び前記支圧板が前記コンクリート躯体内部に形成された中空シース内に遊嵌され、前記底部側の部分から上方の部分が前記コンクリート躯体内に定着されて配され、
前記中空シースは、その底部側が前記支圧板を収容する、上方よりも開口径が大きな大中空部とされ、前記大中空部の上面部分が前記支圧板上面と対向し前記耐力階層化鉄筋が上方に引っ張られたときに前記支圧板上面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされ、かつ、平常時における前記支圧板上面と前記引張抵抗面との間の距離である引張側遊間長ｄｘが下記式（１）及び（２）を満足するように形成されることを特徴とする耐力階層化ＲＣ橋脚。
ただし、前記式（１）、（２）中、φｌｓ’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす前記脚部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙｌｓ’は、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示し、φyは、道路橋示方書Ｖに示される橋脚の限界状態１とみなす変位における曲率を示し、φｌｓ３は、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の限界状態３とみなす変位における曲率を示す。
前記コンクリート躯体上部に配される支承部と、を有するＲＣ橋脚において、
前記耐力階層化鉄筋は、底部側に前記高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板が固着され、底部側の部分及び前記支圧板が前記コンクリート躯体内部に形成された中空シース内に遊嵌され、前記底部側の部分から上方の部分が前記コンクリート躯体内に定着されて配され、
前記中空シースは、その底部側が前記支圧板を収容する、上方よりも開口径が大きな大中空部とされ、前記大中空部の上面部分が前記支圧板上面と対向し前記耐力階層化鉄筋が上方に引っ張られたときに前記支圧板上面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされ、かつ、平常時における前記支圧板上面と前記引張抵抗面との間の距離である引張側遊間長ｄｘが下記式（１）及び（２）を満足するように形成されることを特徴とする耐力階層化ＲＣ橋脚。
【数1】
【請求項2】
平常時における支圧板底面と大中空部の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長ｄｙが下記式（３）を満足するように形成される請求項１に記載の耐力階層化ＲＣ橋脚。
ただし、前記式（３）中、φｌｓ’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙｌｓ’’は、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟まない耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示す。
【数2】
【請求項3】
支承部は、耐力階層化鉄筋が作動しないときの脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように破壊強度が設定される請求項１から２のいずれかに記載の耐力階層化ＲＣ橋脚。
【請求項4】
請求項１から３のいずれかに記載の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法であって、
少なくとも、耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル２地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率φｌｓ’を算出する曲率算出工程と、
前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離ｙｌｓ’を算出する距離算出工程と、
前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Ｌｐを算出する塑性ヒンジ長算出工程と、
前記曲率φｌｓ’、前記最短距離ｙｌｓ’及び前記塑性ヒンジ長Ｌｐの算出結果に基づき、下記式（１）及び（２）を満足するように引張側遊間長ｄｘを設定する引張側遊間設定工程と、
を含むことを特徴とする耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
ただし、前記式（１）、（２）中、φｌｓ’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす前記脚部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙｌｓ’は、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示し、φyは、道路橋示方書Ｖに示される橋脚の限界状態１とみなす変位における曲率を示し、φｌｓ３は、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の限界状態３とみなす変位における曲率を示す。
少なくとも、耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル２地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率φｌｓ’を算出する曲率算出工程と、
前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離ｙｌｓ’を算出する距離算出工程と、
前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Ｌｐを算出する塑性ヒンジ長算出工程と、
前記曲率φｌｓ’、前記最短距離ｙｌｓ’及び前記塑性ヒンジ長Ｌｐの算出結果に基づき、下記式（１）及び（２）を満足するように引張側遊間長ｄｘを設定する引張側遊間設定工程と、
を含むことを特徴とする耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
【数3】
【請求項5】
更に、平常時における支圧板底面と大中空部の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長ｄｙを下記式（３）を満足するように設定する圧縮側遊間設定工程を含む請求項４に記載の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
ただし、前記式（３）中、φｌｓ’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙｌｓ’’は、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟まない耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示す。
【数4】
【請求項6】
更に、耐力階層化鉄筋が作動しないときの脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように支承部の破壊強度を設定する支承部設定工程を含む請求項４から５のいずれかに記載の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地震動の強度に応じて耐力が階層化された耐力階層化ＲＣ橋脚及びその設計方法に関する。
【背景技術】
【0002】
道路橋示方書Ｖ（日本道路協会：道路橋示方書・同解説Ｖ耐震設計編，２０１７．）に規定される設計地震動は、過去の地震動特性等に基づき、橋の供用期間中に発生する確率が高い地震動（レベル１地震動）、前記橋の供用期間中に発生する確率は低いが大きな強度を持つ地震動（レベル２地震動）の二段階の地震動を考慮することとし、レベル２地震動としてもプレート境界型の大規模な地震動を想定したタイプＩの地震動や内陸直下型の地震を想定したタイプＩＩの地震動の２種類について考慮することとしている。
しかしながら、前記設計地震動を上回る極大地震動が発生する可能性は否定できない。
そのため、道路橋には、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても、できるだけ機能が損なわれないことが求められる。
しかしながら、前記設計地震動を上回る極大地震動が発生する可能性は否定できない。
そのため、道路橋には、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても、できるだけ機能が損なわれないことが求められる。
【0003】
従来、二段階の地震動強度に応じた耐震設計手法として、コンクリート躯体内に外側主鉄筋と内側主鉄筋とを配したうえ、前記内側主鉄筋の端部を前記コンクリート躯体に軸方向間隙をあけて定着させることや、前記内側主鉄筋の下端に圧縮代又は引張代解消後に前記内側主鉄筋を作動させる可縮性部材を配することにより、強い地震動を受けて作動する鉄筋構造を橋脚に付与する手法が提案されている（特許文献１，２参照）。
しかしながら、これらの提案では、前記軸方向間隙及び前記加縮性部材の前記圧縮代及び前記引張代をどのように設定するかが不明であり、また、前記設計地震動を上回る前記極大地震動を想定していないため、前記極大地震動に対する耐震性能を満足させることができない問題がある。
即ち、前記軸方向間隙及び前記加縮性部材の前記圧縮代の設定が短い場合、前記極大地震動を受けたときに前記内側鉄筋が前記外側鉄筋とともに前記設計地震動未満の外力で作動し始めることで座屈するおそれがある。また、前記軸方向間隙及び前記加縮性部材の前記引張代の設定が長い場合、前記内側鉄筋が作動する前に前記橋脚が倒壊するおそれがある。
また、前記極大地震動に対しては終局変位を超えるおそれがあり、橋脚が倒壊することが否定できない。
前記設計地震動までは、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計で耐震性能が確保されるため、前記極大地震動に対する耐震設計こそが今まさに求められる。
しかしながら、これらの提案では、前記軸方向間隙及び前記加縮性部材の前記圧縮代及び前記引張代をどのように設定するかが不明であり、また、前記設計地震動を上回る前記極大地震動を想定していないため、前記極大地震動に対する耐震性能を満足させることができない問題がある。
即ち、前記軸方向間隙及び前記加縮性部材の前記圧縮代の設定が短い場合、前記極大地震動を受けたときに前記内側鉄筋が前記外側鉄筋とともに前記設計地震動未満の外力で作動し始めることで座屈するおそれがある。また、前記軸方向間隙及び前記加縮性部材の前記引張代の設定が長い場合、前記内側鉄筋が作動する前に前記橋脚が倒壊するおそれがある。
また、前記極大地震動に対しては終局変位を超えるおそれがあり、橋脚が倒壊することが否定できない。
前記設計地震動までは、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計で耐震性能が確保されるため、前記極大地震動に対する耐震設計こそが今まさに求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００１－２９５２２０号公報
【特許文献2】特開２００２－３４９０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても橋の機能が損なわれにくい、耐力が階層化された耐力階層化ＲＣ橋脚及びその設計方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 柱状のコンクリート躯体と、前記コンクリート躯体内部にその高さ方向に沿って埋設される軸方向鉄筋と、前記軸方向鉄筋よりも内側の前記コンクリート躯体内部に前記高さ方向に沿って配される耐力階層化鉄筋と、前記高さ方向と直交する方向で前記軸方向鉄筋の束の外側に周設される帯鉄筋と、を備える脚部と、前記コンクリート躯体上部に配される支承部と、を有するＲＣ橋脚において、前記耐力階層化鉄筋は、底部側に前記高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板が固着され、底部側の部分及び前記支圧板が前記コンクリート躯体内部に形成された中空シース内に遊嵌され、前記底部側の部分から上方の部分が前記コンクリート躯体内に定着されて配され、前記中空シースは、その底部側が前記支圧板を収容する、上方よりも開口径が大きな大中空部とされ、前記大中空部の上面部分が前記支圧板上面と対向し前記耐力階層化鉄筋が上方に引っ張られたときに前記支圧板上面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされ、かつ、平常時における前記支圧板上面と前記引張抵抗面との間の距離である引張側遊間長ｄｘが下記式（１）及び（２）を満足するように形成されることを特徴とする耐力階層化ＲＣ橋脚。
ただし、前記式（１）、（２）中、φｌｓ’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす前記脚部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙｌｓ’は、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示し、φyは、道路橋示方書Ｖに示される橋脚の限界状態１とみなす変位における曲率を示し、φｌｓ３は、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の限界状態３とみなす変位における曲率を示す。
＜２＞ 平常時における支圧板底面と大中空部の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長ｄｙが下記式（３）を満足するように形成される前記＜１＞に記載の耐力階層化ＲＣ橋脚。
ただし、前記式（３）中、φｌｓ’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙｌｓ’’は、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟まない耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示す。
＜３＞ 支承部は、耐力階層化鉄筋が作動しないときの脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように破壊強度が設定される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の耐力階層化ＲＣ橋脚。
＜４＞ 前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法であって、少なくとも、耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル２地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率φｌｓ’を算出する曲率算出工程と、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離ｙｌｓ’を算出する距離算出工程と、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Ｌｐを算出する塑性ヒンジ長算出工程と、前記曲率φｌｓ’、前記最短距離ｙｌｓ’及び前記塑性ヒンジ長Ｌｐの算出結果に基づき、下記式（１）及び（２）を満足するように引張側遊間長ｄｘを設定する引張側遊間設定工程と、を含むことを特徴とする耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
ただし、前記式（１）、（２）中、φｌｓ’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす前記脚部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙｌｓ’は、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示し、φyは、道路橋示方書Ｖに示される橋脚の限界状態１とみなす変位における曲率を示し、φｌｓ３は、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の限界状態３とみなす変位における曲率を示す。
＜５＞ 更に、平常時における支圧板底面と大中空部の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長ｄｙを下記式（３）を満足するように設定する圧縮側遊間設定工程を含む前記＜４＞に記載の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
ただし、前記式（３）中、φｌｓ’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙｌｓ’’は、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟まない耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示す。
＜６＞ 更に、耐力階層化鉄筋が作動しないときの脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように支承部の破壊強度を設定する支承部設定工程を含む前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
＜１＞ 柱状のコンクリート躯体と、前記コンクリート躯体内部にその高さ方向に沿って埋設される軸方向鉄筋と、前記軸方向鉄筋よりも内側の前記コンクリート躯体内部に前記高さ方向に沿って配される耐力階層化鉄筋と、前記高さ方向と直交する方向で前記軸方向鉄筋の束の外側に周設される帯鉄筋と、を備える脚部と、前記コンクリート躯体上部に配される支承部と、を有するＲＣ橋脚において、前記耐力階層化鉄筋は、底部側に前記高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板が固着され、底部側の部分及び前記支圧板が前記コンクリート躯体内部に形成された中空シース内に遊嵌され、前記底部側の部分から上方の部分が前記コンクリート躯体内に定着されて配され、前記中空シースは、その底部側が前記支圧板を収容する、上方よりも開口径が大きな大中空部とされ、前記大中空部の上面部分が前記支圧板上面と対向し前記耐力階層化鉄筋が上方に引っ張られたときに前記支圧板上面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされ、かつ、平常時における前記支圧板上面と前記引張抵抗面との間の距離である引張側遊間長ｄｘが下記式（１）及び（２）を満足するように形成されることを特徴とする耐力階層化ＲＣ橋脚。
【数1】
＜２＞ 平常時における支圧板底面と大中空部の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長ｄｙが下記式（３）を満足するように形成される前記＜１＞に記載の耐力階層化ＲＣ橋脚。
【数2】
＜３＞ 支承部は、耐力階層化鉄筋が作動しないときの脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように破壊強度が設定される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の耐力階層化ＲＣ橋脚。
＜４＞ 前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法であって、少なくとも、耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル２地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率φｌｓ’を算出する曲率算出工程と、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離ｙｌｓ’を算出する距離算出工程と、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Ｌｐを算出する塑性ヒンジ長算出工程と、前記曲率φｌｓ’、前記最短距離ｙｌｓ’及び前記塑性ヒンジ長Ｌｐの算出結果に基づき、下記式（１）及び（２）を満足するように引張側遊間長ｄｘを設定する引張側遊間設定工程と、を含むことを特徴とする耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
【数3】
＜５＞ 更に、平常時における支圧板底面と大中空部の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長ｄｙを下記式（３）を満足するように設定する圧縮側遊間設定工程を含む前記＜４＞に記載の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
【数4】
＜６＞ 更に、耐力階層化鉄筋が作動しないときの脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように支承部の破壊強度を設定する支承部設定工程を含む前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても橋の機能が損なわれにくい、耐力が階層化された耐力階層化ＲＣ橋脚及びその設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】耐力階層化ＲＣ橋脚の実施形態の一例を示す部分断面図である。
【図3】橋脚基部の部分拡大断面図である。
【図4】道路橋示方書Ｖに準じたコンクリートの応力－ひずみ関係を示す図である。
【図5】道路橋示方書Ｖに準じた軸方向鉄筋の応力－ひずみ関係を示す図である。
【図6】地震動による引張力作用時の状態を示す、橋脚基部の部分拡大断面図である。
【図7】設計地震動を超える極大地震動を受けたときの水平荷重－水平変位関係における橋脚の想定挙動を説明するための説明図である。
【図8(a)】状態１の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
【図8(b)】状態２の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
【図8(c)】状態３の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
【図8(d)】耐力階層化鉄筋を有さない場合等の橋脚の状態を説明するための説明図である。
【図8(e)】状態４の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
【図9】耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法の好適な実施形態の例を説明するフローチャート図である。
【図10】シミュレーション解析で想定するＲＣ橋脚と杭基礎とで支持される連続桁形式の５径間連続鋼Ｉ桁橋の説明図である。
【図11】具体的なモデル２の配筋図を示す図である。
【図12】シミュレーション解析に用いる多質点骨組みモデルの説明図である。
【図13】シミュレーション解析において設定されるコンクリートの応力－ひずみ関係を示す図である。
【図14】耐力階層化鉄筋に与える荷重－変位関係を示す図である。
【図15】モデル１及びモデル２についての荷重漸増解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
（耐力階層化ＲＣ橋脚）
本発明の耐力階層化ＲＣ橋脚を図面を参照しつつ、詳細に説明する。
本発明の耐力階層化ＲＣ橋脚を図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【0010】
前記耐力階層化ＲＣ橋脚の実施形態の一例を図１に示す。
図１に示すように、耐力階層化ＲＣ橋脚１は、主として、コンクリート躯体２、軸方向鉄筋３、耐力階層化鉄筋４を有する脚部と、帯鉄筋８と、橋の支承部１０とを備える。
図１に示すように、耐力階層化ＲＣ橋脚１は、主として、コンクリート躯体２、軸方向鉄筋３、耐力階層化鉄筋４を有する脚部と、帯鉄筋８と、橋の支承部１０とを備える。
【0011】
柱状のコンクリート躯体２としては、柱状であれば特に制限はなく、前記道路橋示方書Ｖにしたがって公知の構造から適宜選択して構成することができる。図示の例では、地中に埋設されて橋脚基部をなすフーチング部２ａと、フーチング部２ａ上に立設される柱部２ｂと、柱部２ｂ上に配され、橋脚上部の梁部２ｃとで構成される。柱部２ｂとしては、角柱状、円柱状、楕円柱状のいずれであってもよい。
【0012】
軸方向鉄筋３は、コンクリート躯体２内部に所定の間隔をあけて複数本が断面環状の表面側位置にそれぞれ配されるとともに、コンクリート躯体２の高さ方向（軸方向）に沿って埋設される。また、軸方向鉄筋３の束は、前記高さ方向と直交する方向で前記束の外側に周設される帯鉄筋８により拘束される。これら軸方向鉄筋３、帯鉄筋８としては、特に制限はなく、前記道路橋示方書Ｖにしたがって公知の構造から適宜選択して構成することができる。また、コンクリート躯体２としては、図示しない中間帯鉄筋等により補強されていてもよい。
【0013】
耐力階層化鉄筋４は、軸方向鉄筋３よりも内側のコンクリート躯体２内部に前記高さ方向に沿って配される。耐力階層化鉄筋４としては、軸方向鉄筋３の内側におけるコンクリート躯体２内部に複数本配され、例えば、図１のＡ－Ａ線断面である図２に示すように、角柱状のコンクリート躯体２内部表面側の全周に亘って一定間隔で配される複数本の軸方向鉄筋３の内側に、複数本の耐力階層化鉄筋４が一定間隔で配される。ただし、耐力階層化鉄筋４としては、地震動による変位に基づく引張側の応力に抵抗するものであればよく、軸方向鉄筋３の配筋位置の内周位置の全周に亘って配される必要はない。
【0014】
また、この耐力階層化鉄筋４は、図３に示すように、底部（基部）側に前記高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板５が固着され、底部側の部分及び支圧板５がコンクリート躯体２内部に形成された中空シース６内に遊嵌され、前記底部側の部分から上方の部分がコンクリート躯体２内に埋設等されて定着される。即ち、前記橋脚基部側（例えば、前記橋脚の塑性ヒンジ区間）において耐力階層化鉄筋４及び支圧板５は、コンクリート躯体２と縁切りされる。なお、図３は、前記橋脚基部の部分拡大断面図である。
【0015】
中空シース６は、その底部側が支圧板５を収容する、上方よりも開口径が大きな大中空部７とされ、大中空部７の上面部分が支圧板５上面と対向し耐力階層化鉄筋４が上方に引っ張られたときに支圧板５上面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされ、かつ、平常時における支圧板５上面と前記引張抵抗面との間の距離である引張側遊間長ｄｘ（ｍ）が下記式（１）及び（２）を満足するように形成される。なお、本明細書において、「平常時」とは、前記ＲＣ橋脚に地震動に基づく水平変位が生じていない状態を示す。
【0016】
【数5】
【0017】
前記式（１）における前記曲率φｌｓ’は、前記式（２）で表されるように、前記曲率φｙと前記曲率φｌｓ３との間の範囲で設定される。前記曲率φｙ及び前記曲率φｌｓ３の概念について、以下、具体的に説明する。
先ず、前記式（２）における前記φｙは、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の前記限界状態１に達するときに生じる曲率であり、前記橋脚を前記耐力階層化鉄筋が配されていない状態の前記脚部と仮定して、前記道路橋示方書Ｖに基づき、下記式（４）により与えられる。
先ず、前記式（２）における前記φｙは、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の前記限界状態１に達するときに生じる曲率であり、前記橋脚を前記耐力階層化鉄筋が配されていない状態の前記脚部と仮定して、前記道路橋示方書Ｖに基づき、下記式（４）により与えられる。
【0018】
【数6】
【0019】
前記式（４）における、前記曲げモーメントＭｌｓ２、Ｍｙ０及びφｙ０は、平面保持の仮定が成立するとして求めた前記中立軸からの距離に比例する維ひずみ及び前記維ひずみに対応する応力度が各微小要素内では一定であるとの条件下で、断面の釣り合い条件を満たす前記中立軸を下記式（５）及び（６）により試算したうえ、下記式（７）及び（８）による手順で算出される。なお、ｎは、前記橋脚基部における断面内の分割数であり、ｉは、ｎ分割された前記橋脚基部を表す断面番号であり、ｊは、前記橋脚基部断面内における荷重載荷方向の要素番号である。また、前記微小要素とは、前記橋脚基部においてｎ分割した断面要素を意味する。
【0020】
【数7】
なお、要素分割を行う際の前記コンクリート躯体の要素分割数としては、例えば、５０分割程度であり、例えば、前記軸方向鉄筋１本に相当する幅を１要素として要素分割すればよい。
【0021】
【数8】
前記橋脚基部断面において、σｓｊ＝σｓｙ（σｓｙにつき、下記式（８）参照）となるときにσｃｊ＝０とそれ以外との境界線が前記中立軸となる。なお、前記コンクリートの曲げ引張強度（σｂｔ、Ｎ／ｍｍ２）は、０と仮定する。
【0022】
【数9】
【0023】
前記橋脚基部断面における最外縁側に配置された前記軸方向鉄筋に生じるひずみが前記降伏ひずみεｓｙに達したときの曲げモーメント及び曲率を求め、これらを初降伏曲げモ－メントＭｙ０及び初降伏曲率φｙ０とする。最外縁側に配置された前記軸方向鉄筋の引張ひずみが前記限界状態２に相当する引張ひずみεｓｔ２に達するときの曲げモーメントをＭｌｓ２とする。
ここで、εｓｔ２は、下記式（９）により与えられる。
ここで、εｓｔ２は、下記式（９）により与えられる。
【0024】
【数10】
ここで、塑性ヒンジ長Ｌｐ（ｍｍ）は、下記式（１０）及び（１１）により与えられる。
【0025】
【数11】
【0026】
【数12】
なお、この算出における前記コンクリート躯体及び前記軸方向鉄筋の各応力－ひずみ関係は、それぞれ、図４，５のように設定される。図４が前記道路橋示方書Ｖに準じた前記コンクリートの応力－ひずみ関係を示す図であり、図５が前記道路橋示方書Ｖに準じた前記軸方向鉄筋の応力－ひずみ関係を示す図である。
【0027】
次に、前記式（２）における前記φｌｓ３は、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の前記限界状態３に達するときに生じる曲率であり、前記耐力階層化鉄筋が配されていない状態の前記ＲＣ橋脚を仮定して、前記道路橋示方書Ｖに基づき、下記式（１５）～（１８）により与えられる。
ここで、前記φｌｓ３は、（Ａ）前記橋脚基部断面の最外縁の前記軸方向鉄筋の引張ひずみがεｓｔ３に達するとき、（Ｂ）前記橋脚基部断面の最外縁の前記コンクリート躯体の圧縮ひずみがεｃｃｌに達するときの２つの状態のうち、先に生じる方の状態における前記橋脚に生じる曲率が該当する。
ここで、前記φｌｓ３は、（Ａ）前記橋脚基部断面の最外縁の前記軸方向鉄筋の引張ひずみがεｓｔ３に達するとき、（Ｂ）前記橋脚基部断面の最外縁の前記コンクリート躯体の圧縮ひずみがεｃｃｌに達するときの２つの状態のうち、先に生じる方の状態における前記橋脚に生じる曲率が該当する。
【0028】
【数13】
【0029】
引張側遊間長ｄｘが前記式（１）及び（２）を満足すると、レベル２地震動（前記設計地震動）を超える地震動受けて初めて耐力階層化鉄筋４が作動し、レベル２地震動に対する耐震性能を耐力階層化鉄筋４以外の構造で担保しつつ、前記極大地震動に対しても耐力階層化鉄筋４の作動により橋の機能が損なわれにくくなる耐力階層化の効果を得ることができる。
即ち、地震動による引張力作用時の状態を示す図６から理解されるように、前記式（１）、（２）に基づき引張側遊間長ｄｘを適切に設定することで、耐力階層化鉄筋４は、レベル２地震動以下の外力を受けたときには作動せず、レベル２地震動を超える地震動（図６中の矢印Ａ参照）を受けて初めて引張側遊間が潰され（図６中の矢印Ｂ参照）、荷重を負担する鉄筋として作動する。
即ち、地震動による引張力作用時の状態を示す図６から理解されるように、前記式（１）、（２）に基づき引張側遊間長ｄｘを適切に設定することで、耐力階層化鉄筋４は、レベル２地震動以下の外力を受けたときには作動せず、レベル２地震動を超える地震動（図６中の矢印Ａ参照）を受けて初めて引張側遊間が潰され（図６中の矢印Ｂ参照）、荷重を負担する鉄筋として作動する。
【0030】
前記平常時における支圧板５底面と大中空部７の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長ｄｙとしては、下記式（３）を満足するように形成されることが好ましい。このように圧縮側遊間長ｄｙを形成すると、地震動による圧縮力作用時に耐力階層化鉄筋４の底端が大中空部７の底面部分と当接して座屈することを防ぐことができる。
【0031】
【数14】
【0032】
再び、図１を参照して説明すると、支承部１０は、一端がコンクリート躯体２上部の梁部２ｃ上に接続される部材であり、他端が上部構造（不図示）と接続された状態で前記上部構造を支持可能とされる。
支承部１０としては、耐力階層化鉄筋４が作動しないときの前記脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、耐力階層化鉄筋４の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように破壊強度が設定される必要がある。
例えば、支承部１０は、図示の例で、コンクリート躯体２天端上にベースプレート１１とセットプレート１２との間にゴム支承１３が挟持されて構成され、ベースプレート１１がアンカーボルト１４によりコンクリート躯体２天端に固定されるが、アンカーボルト１４の破壊強度を耐力階層化鉄筋４が作動しないときの前記脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、耐力階層化鉄筋４の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように設定すると、耐力階層化鉄筋４の降伏前にコンクリート躯体２と前記上部構造とが縁切れされ、耐力階層化鉄筋４の降伏後のコンクリート躯体２の倒壊に基づく落橋等の致命的な損傷を未然に防ぐことができる。
なお、破壊が誘導される支承部１０における破壊が誘導される部材としては、ゴム支承１３や支承部１０をセットプレート１２を介して前記橋に接続するセットボルト（不図示）であってもよいが、支承部１０の構成部材の中でも、破壊後の供用性、復旧性に優れることから、アンカーボルト１４が好ましい。
支承部１０としては、耐力階層化鉄筋４が作動しないときの前記脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、耐力階層化鉄筋４の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように破壊強度が設定される必要がある。
例えば、支承部１０は、図示の例で、コンクリート躯体２天端上にベースプレート１１とセットプレート１２との間にゴム支承１３が挟持されて構成され、ベースプレート１１がアンカーボルト１４によりコンクリート躯体２天端に固定されるが、アンカーボルト１４の破壊強度を耐力階層化鉄筋４が作動しないときの前記脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、耐力階層化鉄筋４の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように設定すると、耐力階層化鉄筋４の降伏前にコンクリート躯体２と前記上部構造とが縁切れされ、耐力階層化鉄筋４の降伏後のコンクリート躯体２の倒壊に基づく落橋等の致命的な損傷を未然に防ぐことができる。
なお、破壊が誘導される支承部１０における破壊が誘導される部材としては、ゴム支承１３や支承部１０をセットプレート１２を介して前記橋に接続するセットボルト（不図示）であってもよいが、支承部１０の構成部材の中でも、破壊後の供用性、復旧性に優れることから、アンカーボルト１４が好ましい。
【0033】
以上のように構成される耐力階層化ＲＣ橋脚１の作用について、図面を参照しつつ、より詳細に説明する。
図７に、前記設計地震動を超える前記極大地震動を受けたときの水平荷重－水平変位関係における前記橋脚の想定挙動を示す。
図７に、前記設計地震動を超える前記極大地震動を受けたときの水平荷重－水平変位関係における前記橋脚の想定挙動を示す。
【0034】
前記極大地震動を受けると、先ず初めに外側の軸方向鉄筋３が降伏する状態が生ずる（状態１）。
状態１の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚１では、大きな損傷がない（図８（ａ）参照）。
状態１の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚１では、大きな損傷がない（図８（ａ）参照）。
【0035】
次に、状態１を迎えた後、地震動のエネルギーがコンクリート躯体２の塑性化に伴って吸収される状態となる（状態２）。
状態２の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚１では、コンクリート躯体２の塑性化に伴い水平抵抗力を失わない程度の損傷が生ずる（図８（ｂ）参照）。
状態２の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚１では、コンクリート躯体２の塑性化に伴い水平抵抗力を失わない程度の損傷が生ずる（図８（ｂ）参照）。
【0036】
次に、状態２を迎えた後、地震動に基づくコンクリート躯体２の変位がレベル２地震動に相当する変位を超えると、前記引張側遊間がなくなることで耐力階層化鉄筋４が作動し始め、耐荷力が上昇する状態となる（状態３）。
状態３の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚１では、耐力階層化鉄筋４により支えられ、橋脚倒壊等の致命的な損傷が抑制される（図８（ｃ）参照）。
このとき、耐力階層化鉄筋４を有さない場合や耐力階層化鉄筋４が作動しない場合であると、コンクリート躯体２の変位が大きくなり、橋脚倒壊等の致命的な損傷に至る（図８（ｄ）参照）。
状態３の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚１では、耐力階層化鉄筋４により支えられ、橋脚倒壊等の致命的な損傷が抑制される（図８（ｃ）参照）。
このとき、耐力階層化鉄筋４を有さない場合や耐力階層化鉄筋４が作動しない場合であると、コンクリート躯体２の変位が大きくなり、橋脚倒壊等の致命的な損傷に至る（図８（ｄ）参照）。
【0037】
次に、状態３を迎えた後、支承部１０が破壊する状態が生ずる（状態４）。
状態４の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚１では、耐力階層化鉄筋４が降伏する前に、支承部１０の破壊による前記上部構造との縁切れが生じ、橋脚倒壊等の致命的な損傷が抑制される（図８（ｅ）参照）。また、同時に縁切れした前記上部構造は、耐力階層化ＲＣ橋脚１上から逸脱せず、落橋等の致命的な損傷に至らない（図８（ｅ）参照）。
即ち、支承部１０の破壊により耐力階層化ＲＣ橋脚１と縁切れされた前記上部構造は、耐力階層化ＲＣ橋脚１に対し、ベースプレート１１とコンクリート躯体２（梁部２ｃ）天端との間の摩擦力しか伝えず、耐力階層化ＲＣ橋脚１の倒壊等が抑制されると同時に、前記上部構造は、倒壊等を免れた耐力階層化ＲＣ橋脚１上に残り、致命的な損傷に至らない。
耐力階層化ＲＣ橋脚１では、想定し得ない前記極大地震動が生じたとしても、その後の崩壊シナリオを上記の通り設定し、前記極大地震動の影響を前記支承部の破壊に誘導することで橋脚倒壊による落橋等の致命的な損傷を防ぐことができ、延いては、その後の機能回復に向けた補修を速やかに行うことを可能とする。
状態４の段階における耐力階層化ＲＣ橋脚１では、耐力階層化鉄筋４が降伏する前に、支承部１０の破壊による前記上部構造との縁切れが生じ、橋脚倒壊等の致命的な損傷が抑制される（図８（ｅ）参照）。また、同時に縁切れした前記上部構造は、耐力階層化ＲＣ橋脚１上から逸脱せず、落橋等の致命的な損傷に至らない（図８（ｅ）参照）。
即ち、支承部１０の破壊により耐力階層化ＲＣ橋脚１と縁切れされた前記上部構造は、耐力階層化ＲＣ橋脚１に対し、ベースプレート１１とコンクリート躯体２（梁部２ｃ）天端との間の摩擦力しか伝えず、耐力階層化ＲＣ橋脚１の倒壊等が抑制されると同時に、前記上部構造は、倒壊等を免れた耐力階層化ＲＣ橋脚１上に残り、致命的な損傷に至らない。
耐力階層化ＲＣ橋脚１では、想定し得ない前記極大地震動が生じたとしても、その後の崩壊シナリオを上記の通り設定し、前記極大地震動の影響を前記支承部の破壊に誘導することで橋脚倒壊による落橋等の致命的な損傷を防ぐことができ、延いては、その後の機能回復に向けた補修を速やかに行うことを可能とする。
【0038】
なお、本明細書において、前記「状態１～４」の用語は、前記道路橋示方書Ｖにおける前記「限界状態１～３」と区別されることに留意されたい。
前記道路橋示方書Ｖでは、前記限界状態１～３を次のように定義している。
限界状態１：完全弾塑性型の骨格曲線における弾性限界点。
限界状態２：部材等の挙動が可逆性を失うものの、耐荷力が想定する範囲内で確保できる限界の状態。
限界状態３：地震時保有水平耐力を保持できる限界の状態。
前記道路橋示方書Ｖでは、前記限界状態１～３を次のように定義している。
限界状態１：完全弾塑性型の骨格曲線における弾性限界点。
限界状態２：部材等の挙動が可逆性を失うものの、耐荷力が想定する範囲内で確保できる限界の状態。
限界状態３：地震時保有水平耐力を保持できる限界の状態。
【0039】
これに対し、前記状態１～４は、前記耐力階層化鉄筋を配置したＲＣ橋脚の挙動を示しており、前記限界状態１～３と関連付けて説明すると、次のように説明できる。
状態１：前記限界状態１と同様の状態である。ただし、前記支承部は損傷しておらず、前記耐力階層化鉄筋が作動していない状態である。
状態２：前記限界状態１～３の間の状態である。ただし、前記支承部は損傷しておらず、前記耐力階層化鉄筋が作動していない。
状態３：前記耐力階層化鉄筋が作動し始める状態である。ただし、前記限界状態１を超えているが前記限界状態３を超えていない。前記限界状態２程度であることが望ましい。また、前記支承部は損傷していない。
状態４：前記耐力階層化鉄筋が作動したことにより前記橋脚の耐力が上昇し、前記支承部が破壊する状態である。ただし、前記限界状態３には達していない。
状態１：前記限界状態１と同様の状態である。ただし、前記支承部は損傷しておらず、前記耐力階層化鉄筋が作動していない状態である。
状態２：前記限界状態１～３の間の状態である。ただし、前記支承部は損傷しておらず、前記耐力階層化鉄筋が作動していない。
状態３：前記耐力階層化鉄筋が作動し始める状態である。ただし、前記限界状態１を超えているが前記限界状態３を超えていない。前記限界状態２程度であることが望ましい。また、前記支承部は損傷していない。
状態４：前記耐力階層化鉄筋が作動したことにより前記橋脚の耐力が上昇し、前記支承部が破壊する状態である。ただし、前記限界状態３には達していない。
【0040】
（耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法）
本発明の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法は、本発明の前記耐力階層化ＲＣ橋脚を設計する方法であり、少なくとも、曲率算出工程、距離算出工程、塑性ヒンジ長算出工程及び引張側遊間設定工程を含み、好適には、更に、圧縮側遊間設定工程及び支承部設定工程等の必要に応じて実施される任意の工程を含む。
本発明の耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法は、本発明の前記耐力階層化ＲＣ橋脚を設計する方法であり、少なくとも、曲率算出工程、距離算出工程、塑性ヒンジ長算出工程及び引張側遊間設定工程を含み、好適には、更に、圧縮側遊間設定工程及び支承部設定工程等の必要に応じて実施される任意の工程を含む。
【0041】
前記曲率算出工程は、前記耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル２地震動によって生ずる変位がもたらす前記脚部の前記塑性ヒンジ区間における前記曲率φｌｓ’を算出する工程である。
前記曲率算出工程としては、前記道路橋示方書Ｖに基づき設定可能な前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の設定橋脚に対し、レベル２地震動によって生ずる前記変位と、前記塑性ヒンジ区間とを予め算出したうえ、前記変位がもたらす前記塑性ヒンジ区間における曲率φｌｓ’を算出することで実施することができる。
前記変位及び前記曲率φｌｓ’の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法において、前記塑性ヒンジ区間にファイバー要素を適用して解析する方法が挙げられる。また、前記塑性ヒンジ区間の算出方法としては、前記道路橋示方書Ｖに記載の方法が挙げられる。
なお、算出に必要なレベル２地震動としては、前記道路橋示方書Ｖに示される地震動が挙げられ、例えば、２－ＩＩ－ＩＩ－１，ＪＲ西日本鷹取駅構内地盤上ＮＳ成分等が挙げられる。
前記曲率算出工程としては、前記道路橋示方書Ｖに基づき設定可能な前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の設定橋脚に対し、レベル２地震動によって生ずる前記変位と、前記塑性ヒンジ区間とを予め算出したうえ、前記変位がもたらす前記塑性ヒンジ区間における曲率φｌｓ’を算出することで実施することができる。
前記変位及び前記曲率φｌｓ’の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法において、前記塑性ヒンジ区間にファイバー要素を適用して解析する方法が挙げられる。また、前記塑性ヒンジ区間の算出方法としては、前記道路橋示方書Ｖに記載の方法が挙げられる。
なお、算出に必要なレベル２地震動としては、前記道路橋示方書Ｖに示される地震動が挙げられ、例えば、２－ＩＩ－ＩＩ－１，ＪＲ西日本鷹取駅構内地盤上ＮＳ成分等が挙げられる。
【0042】
前記距離算出工程は、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離ｙｌｓ’を算出する工程である。
前記距離算出工程としては、前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の前記設定橋脚に対し、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置を予め算出したうえで、この中立軸の位置を変えずに前記耐力階層化鉄筋を配した状態における前記耐力階層化ＲＣ橋脚において、前記中立軸の位置から前記脚部の前記中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの前記最短距離ｙｌｓ’を算出することで、実施することができる。
前記中立軸の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法において、前記塑性ヒンジ区間にファイバー要素を適用して解析する方法が挙げられる。また、前記耐力階層化鉄筋の配設位置の設定としては、前記軸方向鉄筋からみて内側に設定される。
前記距離算出工程としては、前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の前記設定橋脚に対し、前記曲率φｌｓ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置を予め算出したうえで、この中立軸の位置を変えずに前記耐力階層化鉄筋を配した状態における前記耐力階層化ＲＣ橋脚において、前記中立軸の位置から前記脚部の前記中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの前記最短距離ｙｌｓ’を算出することで、実施することができる。
前記中立軸の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法において、前記塑性ヒンジ区間にファイバー要素を適用して解析する方法が挙げられる。また、前記耐力階層化鉄筋の配設位置の設定としては、前記軸方向鉄筋からみて内側に設定される。
【0043】
前記塑性ヒンジ長算出工程は、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Ｌｐを算出する工程である。
前記塑性ヒンジ長算出工程としては、前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の前記設定橋脚に対し、レベル２地震動によって生ずる前記塑性ヒンジ区間の長さを算出することで実施することができる。
前記塑性ヒンジ区間の長さの算出方法としては、特に制限はなく、例えば、前記道路橋示方書Ｖに記載される方法が挙げられる。
前記塑性ヒンジ長算出工程としては、前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の前記設定橋脚に対し、レベル２地震動によって生ずる前記塑性ヒンジ区間の長さを算出することで実施することができる。
前記塑性ヒンジ区間の長さの算出方法としては、特に制限はなく、例えば、前記道路橋示方書Ｖに記載される方法が挙げられる。
【0044】
前記引張側遊間設定工程は、前記曲率φｌｓ’、前記最短距離ｙｌｓ’及び前記塑性ヒンジ長Ｌｐの算出結果に基づき、下記式（１）及び（２）を満足するように引張側遊間長ｄｘを設定する工程である。
【0045】
【数15】
なお、前記式（２）における前記曲率φｙ及びφｌｓ３の設定方法としては、前記橋脚を前記耐力階層化鉄筋が配されていない状態の前記脚部と仮定して、前記道路橋示方書Ｖに基づき設定する方法が挙げられ、本発明の前記耐力階層化ＲＣ橋脚について説明した前記曲率φｙ及びφｌｓ３の設定方法を適用して設定することができる。
【0046】
前記圧縮側遊間設定工程は、前記平常時における前記支圧板底面と前記大中空部の底面部分との間の距離である前記圧縮側遊間長ｄｙを下記式（３）を満足するように設定する工程である。
前記圧縮側遊間設定工程により設計される前記耐力階層化ＲＣ橋脚では、地震動による圧縮力作用時に前記耐力階層化鉄筋の底端が前記大中空部の底面部分と当接して座屈することを防ぐことができる。
前記圧縮側遊間設定工程により設計される前記耐力階層化ＲＣ橋脚では、地震動による圧縮力作用時に前記耐力階層化鉄筋の底端が前記大中空部の底面部分と当接して座屈することを防ぐことができる。
【0047】
【数16】
【0048】
前記支承部設定工程は、前記耐力階層化鉄筋が作動しないときの前記脚部の水平耐力に相当する水平力を超え、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように前記支承部の破壊強度を設定する工程である。
前記支承部設定工程としては、前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の前記設定橋脚の前記水平耐力を算出し、その設定を変えないまま前記耐力階層化鉄筋を配した状態における前記耐力階層化ＲＣ橋脚の前記耐力階層化鉄筋作動時の最大水平耐力を算出することで実施することができる。
前記設定橋脚の前記水平耐力の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、前記ファイバー要素を用いた多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法等の公知の方法が挙げられる。また、前記耐力階層化鉄筋作動時の最大水平耐力の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、前記ファイバー要素を用いた多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法において、前記耐力階層化鉄筋を圧縮側に抵抗しないように設定し、引張側で所定の変位が生じた後にのみ抵抗するよう設定されたトリリニアモデルの「ばね要素」に置き換えて算出する方法が挙げられる。
前記支承部設定工程により設計される前記耐力階層化ＲＣ橋脚では、前記耐力階層化鉄筋の降伏前に前記コンクリート躯体と前記上部構造とが縁切れされ、前記耐力階層化鉄筋の降伏に伴う前記コンクリート躯体の倒壊に基づく落橋等の致命的な損傷を未然に防ぐことができる。
前記支承部設定工程としては、前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の前記設定橋脚の前記水平耐力を算出し、その設定を変えないまま前記耐力階層化鉄筋を配した状態における前記耐力階層化ＲＣ橋脚の前記耐力階層化鉄筋作動時の最大水平耐力を算出することで実施することができる。
前記設定橋脚の前記水平耐力の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、前記ファイバー要素を用いた多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法等の公知の方法が挙げられる。また、前記耐力階層化鉄筋作動時の最大水平耐力の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、前記ファイバー要素を用いた多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法において、前記耐力階層化鉄筋を圧縮側に抵抗しないように設定し、引張側で所定の変位が生じた後にのみ抵抗するよう設定されたトリリニアモデルの「ばね要素」に置き換えて算出する方法が挙げられる。
前記支承部設定工程により設計される前記耐力階層化ＲＣ橋脚では、前記耐力階層化鉄筋の降伏前に前記コンクリート躯体と前記上部構造とが縁切れされ、前記耐力階層化鉄筋の降伏に伴う前記コンクリート躯体の倒壊に基づく落橋等の致命的な損傷を未然に防ぐことができる。
【0049】
【0050】
＜１ 崩壊シナリオの設定＞
１．１ 橋脚の断面決定
前記橋脚の断面を、前記道路橋示方書Ｖに示される永続作用、変動作用、偶発作用のそれぞれの支配状況に対して、照査を満足するように設計する。ここで、前記橋脚として、前記道路橋示方書Ｖに示される曲げ破壊型が先行する橋脚とする。
１．１ 橋脚の断面決定
前記橋脚の断面を、前記道路橋示方書Ｖに示される永続作用、変動作用、偶発作用のそれぞれの支配状況に対して、照査を満足するように設計する。ここで、前記橋脚として、前記道路橋示方書Ｖに示される曲げ破壊型が先行する橋脚とする。
【0051】
１．２ 支承部の設計
前記道路橋示方書Ｖに従い、前記支承部に作用する水平力を算出し、その水平力に対して、耐荷性能を満足するように前記支承部を設計する。
前記道路橋示方書Ｖに従い、前記支承部に作用する水平力を算出し、その水平力に対して、耐荷性能を満足するように前記支承部を設計する。
【0052】
１．３ 支承部の破壊モードを設定
前記道路橋示方書Ｖに準じて、前記アンカーボルトの本数、径を決定したのち、前記アンカーボルトの破断強度の特性値を算出する。
前記支承部のアンカーボルトを前記破壊が誘導される部材とする場合には、前記支承部の前記ゴム支承、前記セットボルトなどの破壊が前記アンカーボルトの破断より先行しないよう、各部材の破壊強度のばらつきを踏まえて断面等を設定する。
前記道路橋示方書Ｖに準じて、前記アンカーボルトの本数、径を決定したのち、前記アンカーボルトの破断強度の特性値を算出する。
前記支承部のアンカーボルトを前記破壊が誘導される部材とする場合には、前記支承部の前記ゴム支承、前記セットボルトなどの破壊が前記アンカーボルトの破断より先行しないよう、各部材の破壊強度のばらつきを踏まえて断面等を設定する。
【0053】
１．４ 耐力階層化鉄筋作動後の橋脚耐力の設定
前記破壊が誘導される部材の破壊強度、橋脚水平耐力のばらつきを考慮し、前記耐力階層化鉄筋作動後の前記橋脚水平耐力を設定する。
前記破壊が誘導される部材の破壊強度、橋脚水平耐力のばらつきを考慮し、前記耐力階層化鉄筋作動後の前記橋脚水平耐力を設定する。
【0054】
１．５ 橋脚破壊モードの確認
前記破壊が誘導される部材よりも先に、他の破壊形態が先行しないことを確認する。
例として、前記橋脚のせん断破壊が挙げられる。前記破壊が誘導される部材の破壊強度を前記橋脚のせん断耐力の特性値が下回る場合には、前記破壊が誘導される部材が破壊する前に前記橋脚がせん断破壊に至るため、橋脚断面や配筋を見直す。
前記破壊が誘導される部材よりも先に、他の破壊形態が先行しないことを確認する。
例として、前記橋脚のせん断破壊が挙げられる。前記破壊が誘導される部材の破壊強度を前記橋脚のせん断耐力の特性値が下回る場合には、前記破壊が誘導される部材が破壊する前に前記橋脚がせん断破壊に至るため、橋脚断面や配筋を見直す。
【0055】
＜２ 耐力階層化鉄筋の設計＞
２．１ ファイバー要素を用いた荷重漸増解析の実施
前記耐力階層化鉄筋の遊間設定等を行うために、前記耐力階層化鉄筋を入れずにファイバー要素を用いた解析を行う。この解析では、「１．１ 橋脚の断面決定」により決定した前記橋脚の断面をモデル化する。
荷重漸増解析により、前記橋脚の荷重－変位関係、前記塑性ヒンジ区間の曲げモーメント－曲率関係等を算出する。
２．１ ファイバー要素を用いた荷重漸増解析の実施
前記耐力階層化鉄筋の遊間設定等を行うために、前記耐力階層化鉄筋を入れずにファイバー要素を用いた解析を行う。この解析では、「１．１ 橋脚の断面決定」により決定した前記橋脚の断面をモデル化する。
荷重漸増解析により、前記橋脚の荷重－変位関係、前記塑性ヒンジ区間の曲げモーメント－曲率関係等を算出する。
【0056】
２．２ 耐力階層化鉄筋配置の設定
前記耐力階層化鉄筋の配筋位置を設定する。
前記耐力階層化鉄筋の配筋位置は、前記道路橋示方書Ｖに従い「１．１ 橋脚の断面決定」で設定した前記軸方向鉄筋に対し、あきを考慮しつつ、その内側に設定する。
前記耐力階層化鉄筋の配筋位置を設定する。
前記耐力階層化鉄筋の配筋位置は、前記道路橋示方書Ｖに従い「１．１ 橋脚の断面決定」で設定した前記軸方向鉄筋に対し、あきを考慮しつつ、その内側に設定する。
【0057】
２．３ 耐力階層化鉄筋の引張側遊間長の目安値設定
前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間長の目安値を設定する。前記耐力階層化鉄筋を作動させる変位における前記塑性ヒンジ区間の前記曲率及び前記中立軸位置を「２．１ ファイバー要素を用いた荷重漸増解析の実施」の解析結果より抽出する。
抽出した前記曲率及び前記中立軸位置と、算出した塑性ヒンジ長とから、式（１）により、前記引張側遊間長を算出する。
レベル２地震動によって生じる前記橋脚の変位以下で前記耐力階層化鉄筋による耐力上昇が生じると、塑性変形によるエネルギー吸収が期待できなくなるなど、「１．１ 橋脚の断面決定」で行った設計が成り立たなくなるおそれがあるため、レベル２地震動によって生じる変位までは、前記耐力階層化鉄筋が作動しないよう、前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間を決定する。
前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間長の目安値を設定する。前記耐力階層化鉄筋を作動させる変位における前記塑性ヒンジ区間の前記曲率及び前記中立軸位置を「２．１ ファイバー要素を用いた荷重漸増解析の実施」の解析結果より抽出する。
抽出した前記曲率及び前記中立軸位置と、算出した塑性ヒンジ長とから、式（１）により、前記引張側遊間長を算出する。
レベル２地震動によって生じる前記橋脚の変位以下で前記耐力階層化鉄筋による耐力上昇が生じると、塑性変形によるエネルギー吸収が期待できなくなるなど、「１．１ 橋脚の断面決定」で行った設計が成り立たなくなるおそれがあるため、レベル２地震動によって生じる変位までは、前記耐力階層化鉄筋が作動しないよう、前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間を決定する。
【0058】
２．４ 耐力階層化鉄筋の諸元設定
「１．４ 耐力階層化鉄筋作動後の橋脚耐力の設定」にて設定した前記橋脚水平耐力を満足するように前記耐力階層化鉄筋の本数、径、規格等を設定する。
「１．４ 耐力階層化鉄筋作動後の橋脚耐力の設定」にて設定した前記橋脚水平耐力を満足するように前記耐力階層化鉄筋の本数、径、規格等を設定する。
【0059】
＜３ 設計照査＞
前記耐力階層化鉄筋をモデル化した荷重漸増解析を行う。解析モデルは、「２．１ ファイバー要素を用いた荷重漸増解析の実施」にて作成したモデルに、前記耐力階層化鉄筋を加えたものとする。前記耐力階層化鉄筋のモデル化は、遊間を設けたばね要素としてモデル化する。
前記耐力階層化鉄筋を反映したモデルの荷重漸増解析結果より、下記３点について照査し、前記崩壊シナリオが成り立つか確認する。
１点目に、レベル２地震動によって生じる変位以下で、耐力階層化鉄筋が作動しないかを確認する。確認は、荷重漸増解析の荷重―変位曲線より判断することができる。目標とした変位以下で前記耐力階層化鉄筋が作動する場合には、前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間を見直す。
２点目に、前記耐力階層化鉄筋が作動後の前記橋脚水平耐力を確認する。「１．４ 橋脚耐力の設定」にて設定した前記水平耐力が得られていない場合には、前記耐力階層化鉄筋の本数、径、規格等の見直しを行う。
３点目に、必要とする前記破壊が誘導される部材の破壊耐力に到達する前に、前記橋脚が限界状態３を超えていないかを確認する。超えている場合には、前記耐力階層化鉄筋の本数、径、又は前記引張側遊間長を見直す。
前記耐力階層化鉄筋をモデル化した荷重漸増解析を行う。解析モデルは、「２．１ ファイバー要素を用いた荷重漸増解析の実施」にて作成したモデルに、前記耐力階層化鉄筋を加えたものとする。前記耐力階層化鉄筋のモデル化は、遊間を設けたばね要素としてモデル化する。
前記耐力階層化鉄筋を反映したモデルの荷重漸増解析結果より、下記３点について照査し、前記崩壊シナリオが成り立つか確認する。
１点目に、レベル２地震動によって生じる変位以下で、耐力階層化鉄筋が作動しないかを確認する。確認は、荷重漸増解析の荷重―変位曲線より判断することができる。目標とした変位以下で前記耐力階層化鉄筋が作動する場合には、前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間を見直す。
２点目に、前記耐力階層化鉄筋が作動後の前記橋脚水平耐力を確認する。「１．４ 橋脚耐力の設定」にて設定した前記水平耐力が得られていない場合には、前記耐力階層化鉄筋の本数、径、規格等の見直しを行う。
３点目に、必要とする前記破壊が誘導される部材の破壊耐力に到達する前に、前記橋脚が限界状態３を超えていないかを確認する。超えている場合には、前記耐力階層化鉄筋の本数、径、又は前記引張側遊間長を見直す。
【0060】
以上のように構成される本発明の前記耐力階層化ＲＣ橋脚の設計方法によれば、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても機能全体が損なわれにくい、耐力が階層化された前記耐力階層化ＲＣ橋脚を設計することができる。
加えて、前記崩壊シナリオに基づき、前記破壊が誘導される部材に前記支承部の破壊を誘導することで前記橋脚倒壊による落橋等の致命的な損壊を防ぐことができ、その後の機能回復に向けた補修を速やかに行うことが可能な前記耐力階層化ＲＣ橋脚を設計することができる。
加えて、前記崩壊シナリオに基づき、前記破壊が誘導される部材に前記支承部の破壊を誘導することで前記橋脚倒壊による落橋等の致命的な損壊を防ぐことができ、その後の機能回復に向けた補修を速やかに行うことが可能な前記耐力階層化ＲＣ橋脚を設計することができる。
【実施例0061】
本発明の前記耐力階層化ＲＣ橋脚及びその設計方法の有効性を確認するため、以下のシミュレーション解析を行った。
【0062】
＜シミュレーション対象＞
前記シミュレーション解析では、典型的な事例として、図１０に示す、ＲＣ橋脚と杭基礎とで支持される連続桁形式の５径間連続鋼Ｉ桁橋を想定した。なお、図１０は、前記５径間連続鋼Ｉ桁橋の設定を示す説明図である。
前記シミュレーション解析では、前記５径間連続鋼Ｉ桁橋における中間の前記ＲＣ橋脚を設計対象橋脚として抽出し、単脚の前記ＲＣ橋脚について解析を行う。
ここで、前記設計対象橋脚は、前記耐力階層化鉄筋の設定を行わない（前記耐力階層化鉄筋を有さない）モデル１と、前記耐力階層化鉄筋の設定を行ったこと以外は、モデル１と同様に設定されるモデル２との二通りで設定した。
具体的なモデル２の配筋図を図１１に示す。なお、モデル１では、この図１１における「耐力階層化鉄筋」を有さない状態の配筋となる。
なお、前記設計対象橋脚の各部は、図９を参照して説明した方法に基づき、下記表１，２のように設定した。なお、前記耐力階層化鉄筋は、前記軸方向鉄筋の内側の限られた配置スペースで耐力向上を行うため、高強度のＳＤ４９０鉄筋を使用する設定としている。
前記シミュレーション解析では、典型的な事例として、図１０に示す、ＲＣ橋脚と杭基礎とで支持される連続桁形式の５径間連続鋼Ｉ桁橋を想定した。なお、図１０は、前記５径間連続鋼Ｉ桁橋の設定を示す説明図である。
前記シミュレーション解析では、前記５径間連続鋼Ｉ桁橋における中間の前記ＲＣ橋脚を設計対象橋脚として抽出し、単脚の前記ＲＣ橋脚について解析を行う。
ここで、前記設計対象橋脚は、前記耐力階層化鉄筋の設定を行わない（前記耐力階層化鉄筋を有さない）モデル１と、前記耐力階層化鉄筋の設定を行ったこと以外は、モデル１と同様に設定されるモデル２との二通りで設定した。
具体的なモデル２の配筋図を図１１に示す。なお、モデル１では、この図１１における「耐力階層化鉄筋」を有さない状態の配筋となる。
なお、前記設計対象橋脚の各部は、図９を参照して説明した方法に基づき、下記表１，２のように設定した。なお、前記耐力階層化鉄筋は、前記軸方向鉄筋の内側の限られた配置スペースで耐力向上を行うため、高強度のＳＤ４９０鉄筋を使用する設定としている。
【0063】
【表1】
【0064】
【表2】
【0065】
＜シミュレーション条件＞
前記シミュレーション解析は、ＴＤＡＰＩＩＩ（株式会社アーク情報システム社製，土木・建築向け汎用３次元動的解析プログラム）を用いて行った。
解析手法は、変位制御の荷重漸増解析を用いた。その際の載荷ステップは０．０１ｍｍ／ｓｔｅｐとし、モデル１で限界状態３とみなす変位以上まで載荷するために２００ｍｍまで載荷を行った。
解析モデルは、多質点骨組みモデルを採用した。具体的な前記多質点骨組みモデルを図１２に示す。
図１２に示すように、前記設計対象橋脚に対する前記多質点骨組みモデルは、塑性ヒンジ区間を「ファイバー要素」とし、橋脚上部のはり部及び橋脚基部のフーチング部を「剛部材による線形はり要素」とし、前記塑性ヒンジ区間と前記はり部との間の柱部を「線形はり要素」として、それぞれ設定した。
前記シミュレーション解析は、ＴＤＡＰＩＩＩ（株式会社アーク情報システム社製，土木・建築向け汎用３次元動的解析プログラム）を用いて行った。
解析手法は、変位制御の荷重漸増解析を用いた。その際の載荷ステップは０．０１ｍｍ／ｓｔｅｐとし、モデル１で限界状態３とみなす変位以上まで載荷するために２００ｍｍまで載荷を行った。
解析モデルは、多質点骨組みモデルを採用した。具体的な前記多質点骨組みモデルを図１２に示す。
図１２に示すように、前記設計対象橋脚に対する前記多質点骨組みモデルは、塑性ヒンジ区間を「ファイバー要素」とし、橋脚上部のはり部及び橋脚基部のフーチング部を「剛部材による線形はり要素」とし、前記塑性ヒンジ区間と前記はり部との間の柱部を「線形はり要素」として、それぞれ設定した。
【0066】
モデル化された前記軸方向鉄筋及びコンクリートのそれぞれの応力－ひずみ関係は、前記道路橋示方書Ｖに基づき設定した（図４，５参照）。ただし、前記コンクリートの応力－ひずみ関係のうち、限界圧縮ひずみεｃｃｌ以上のひずみ域では、ひずみεｃが最大圧縮応力度σｃｃに達するときのひずみεｃｃから限界圧縮ひずみεｃｃｌまで下降した後も、そのままの下降勾配で応力が０．０Ｎ／ｍｍ２となるまで低下すると仮定して設定した。前記シミュレーション解析において設定される前記コンクリートの応力－ひずみ関係を図１３に示す。
【0067】
また、前記耐力階層化鉄筋の設定を行うモデル２では、更に、前記耐力階層化鉄筋を「ばね要素」として加える設定を行った。
即ち、前記耐力階層化鉄筋は、前記引張側遊間により所定の変位に達して初めて引張抵抗する作用を示すことから、軸方向の引張にのみ抵抗する非線形の「ばね要素」として設定し、図１４に示す荷重－変位関係を与えてモデル化した。
ここでは、前記耐力階層化鉄筋における前記引張側遊間に関係して、図９を参照して説明した方法により算出される前記荷重－変位関係を設定している。
また、前記耐力階層化鉄筋は、前記圧縮側遊間が前記引張側遊間よりも大きな遊間を有することとして、圧縮抵抗しない設定としている。
また、前記耐力階層化鉄筋の設定に関し、前記耐力階層化鉄筋が作動するまでの前記引張側遊間長は２０ｍｍと設定し、前記耐力階層化鉄筋が降伏した後の荷重－変位関係は、解析上の安定性を確保するため、１０－５ｋＮ／ｍ程度の微小勾配を与えて設定している。
即ち、前記耐力階層化鉄筋は、前記引張側遊間により所定の変位に達して初めて引張抵抗する作用を示すことから、軸方向の引張にのみ抵抗する非線形の「ばね要素」として設定し、図１４に示す荷重－変位関係を与えてモデル化した。
ここでは、前記耐力階層化鉄筋における前記引張側遊間に関係して、図９を参照して説明した方法により算出される前記荷重－変位関係を設定している。
また、前記耐力階層化鉄筋は、前記圧縮側遊間が前記引張側遊間よりも大きな遊間を有することとして、圧縮抵抗しない設定としている。
また、前記耐力階層化鉄筋の設定に関し、前記耐力階層化鉄筋が作動するまでの前記引張側遊間長は２０ｍｍと設定し、前記耐力階層化鉄筋が降伏した後の荷重－変位関係は、解析上の安定性を確保するため、１０－５ｋＮ／ｍ程度の微小勾配を与えて設定している。
【0068】
＜シミュレーション結果＞
モデル１及びモデル２についての荷重漸増解析結果を図１５に示す。
図１５中、縦軸が前記設計対象橋脚の水平耐力を示し、横軸が前記設計対象橋脚の橋脚天端における変位を示している。
また、図１５中に示す限界状態２及び限界状態３の変位の特性値は、前記道路橋示方書Ｖに基づいて算出したモデル１における変位の特性値である。
この図１５に示される結果からは、モデル２において配置した前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間を適切に設定することで、次の２点が実現できることが確認される。
第１に、限界状態２に相当する変位まではモデル１と同様の応答を示すことから、前記道路橋示方書Ｖに示されるレベル２地震動に相当する荷重が作用する範囲では、モデル２もモデル１と同様の挙動を示す。
第２に、レベル２地震動よりも大きな荷重が生じた際、モデル２では、モデル１と異なり、限界状態２を超え限界状態３に達する前に水平耐力が上昇する。具体的に、モデル２での橋脚の水平耐力は、限界状態２に相当する約５，０００ｋＮから、前記耐力階層化鉄筋が作動することにより約７，０００ｋＮへ上昇する。
モデル１及びモデル２についての荷重漸増解析結果を図１５に示す。
図１５中、縦軸が前記設計対象橋脚の水平耐力を示し、横軸が前記設計対象橋脚の橋脚天端における変位を示している。
また、図１５中に示す限界状態２及び限界状態３の変位の特性値は、前記道路橋示方書Ｖに基づいて算出したモデル１における変位の特性値である。
この図１５に示される結果からは、モデル２において配置した前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間を適切に設定することで、次の２点が実現できることが確認される。
第１に、限界状態２に相当する変位まではモデル１と同様の応答を示すことから、前記道路橋示方書Ｖに示されるレベル２地震動に相当する荷重が作用する範囲では、モデル２もモデル１と同様の挙動を示す。
第２に、レベル２地震動よりも大きな荷重が生じた際、モデル２では、モデル１と異なり、限界状態２を超え限界状態３に達する前に水平耐力が上昇する。具体的に、モデル２での橋脚の水平耐力は、限界状態２に相当する約５，０００ｋＮから、前記耐力階層化鉄筋が作動することにより約７，０００ｋＮへ上昇する。
【0069】
以上のシミュレーション結果から、本発明の前記耐力階層化ＲＣ橋脚では、レベル２地震動を超える極大地震動が発生しても、上昇した水平耐力により前記設計対象橋脚の損傷の進展が抑制され、機能が損なわれにくい効果が得られる。
加えて、前記支承部の破壊強度を橋脚の水平耐力の上昇幅である５，０００ｋＮから７，０００ｋＮの間に設定しておけば、レベル２地震動を超える極大地震動が発生しても、その影響を前記支承部の破壊に誘導することで橋脚倒壊による落橋に至りにくくなり、その後の機能回復に向けた補修を速やかに行うことができる。
なお、前記橋脚構成部材における性能のばらつきを考慮して、前記引張側遊間や前記支承部の破壊強度を見直すこととすれば、より確実に上記効果を得ることができる。
加えて、前記支承部の破壊強度を橋脚の水平耐力の上昇幅である５，０００ｋＮから７，０００ｋＮの間に設定しておけば、レベル２地震動を超える極大地震動が発生しても、その影響を前記支承部の破壊に誘導することで橋脚倒壊による落橋に至りにくくなり、その後の機能回復に向けた補修を速やかに行うことができる。
なお、前記橋脚構成部材における性能のばらつきを考慮して、前記引張側遊間や前記支承部の破壊強度を見直すこととすれば、より確実に上記効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0070】
１ 耐力階層化ＲＣ橋脚
２ コンクリート躯体
２ａ フーチング部
２ｂ 柱部
２ｃ 梁部
３ 軸方向鉄筋
４ 耐力階層化鉄筋
５ 支圧板
６ 中空シース
７ 大中空部
８ 帯鉄筋
１０ 支承部
１１ ベースプレート
１２ セットプレート
１３ ゴム支承
１４ アンカーボルト
２ コンクリート躯体
２ａ フーチング部
２ｂ 柱部
２ｃ 梁部
３ 軸方向鉄筋
４ 耐力階層化鉄筋
５ 支圧板
６ 中空シース
７ 大中空部
８ 帯鉄筋
１０ 支承部
１１ ベースプレート
１２ セットプレート
１３ ゴム支承
１４ アンカーボルト
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8(a)】
【図8(b)】
【図8(c)】
【図8(d)】
【図8(e)】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
