特許 7194075 橋脚およびそれを用いた構造物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-13

(45)【発行日】2022-12-21

(54)【発明の名称】橋脚およびそれを用いた構造物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   E01D 19/02 20060101AFI20221214BHJP

   E01D 21/00 20060101ALI20221214BHJP

【ＦＩ】

E01D19/02

E01D21/00 C

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019093948

(22)【出願日】2019-05-17

(65)【公開番号】P2020186627

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2021-09-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(73)【特許権者】

【識別番号】509338994

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩインフラシステム

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100189555

【弁理士】

【氏名又は名称】徳山 英浩

(74)【代理人】

【識別番号】100183276

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 裕三

(72)【発明者】

【氏名】山本 伸一

(72)【発明者】

【氏名】松下 政弘

(72)【発明者】

【氏名】川野 晴弥

(72)【発明者】

【氏名】岡田 誠司

(72)【発明者】

【氏名】吉川 真路

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－０６１７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１７３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３０６４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２８３４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１０６６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３２８８６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０１Ｄ １９／０２

Ｅ０１Ｄ ２１／００

Ｅ０４Ｃ ３／０４

Ｅ０４Ｃ ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

箱型断面を有する外板と、前記外板の内壁面のそれぞれに橋脚の長さ方向に延びるように複数設けられたリブと、前記外板で囲まれる空間内に少なくとも部分的に充填されたコンクリートとを備える、コンクリート充填橋脚であって、
前記外板と前記リブに同一規格（道路橋示方書に準拠）の鋼材を用いるとともに、前記外板の鋼材の方が前記リブの鋼材よりもＹＲの値が小さいものを用いて、あるいは、前記リブの鋼材の方が前記外板の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを用いて、
前記外板として、ＹＲの値が、前記規格におけるＹＳ下限値をＴＳ上限値で除した値を１とした場合に１．００以上１．３２以下となる鋼材を用いた、コンクリート充填橋脚。

【請求項2】

前記外板の鋼材の方が前記リブの鋼材よりもＹＲの値が小さいものを用いた、請求項１に記載のコンクリート充填橋脚。

【請求項3】

前記リブの鋼材の方が前記外板の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを用いた、請求項１又は２に記載のコンクリート充填橋脚。

【請求項4】

前記リブとして、ＹＳの値が、前記規格におけるＹＳ下限値を１とした場合に１．２７以上となる鋼材を用いた、請求項３に記載のコンクリート充填橋脚。

【請求項5】

箱型断面を有する外板と、前記外板の内壁面のそれぞれに橋脚の長さ方向に延びるように複数設けられたリブと、前記外板で囲まれる空間内に少なくとも部分的に充填されたコンクリートとを備える、コンクリート充填橋脚を設計する設計方法であって、
前記外板と前記リブに同一規格（道路橋示方書に準拠）の鋼材を用いるとともに、前記外板の鋼材の方が前記リブの鋼材よりもＹＲの値が小さいものを選択する、あるいは、前記リブの鋼材の方が前記外板の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを選択する、コンクリート充填橋脚の設計方法。

【請求項6】

前記規格におけるＹＳ下限値をＴＳ上限値で除した値を１とした場合の少なくとも２種類の外板のＹＲの値と、耐震性との関係を表す近似式を算出し、前記近似式に基づいて、前記外板に用いるＹＲの値の上限値を設定する、請求項５に記載のコンクリート充填橋脚の設計方法。

【請求項7】

前記外板として、ＹＲの値が、前記規格におけるＹＳ下限値をＴＳ上限値で除した値を１とした場合に１．００以上１．３２以下となる鋼材を用いる、請求項５又は６に記載のコンクリート充填橋脚の設計方法。

【請求項8】

前記外板の鋼材の方が前記リブの鋼材よりもＹＲの値が小さいものを用いる、請求項５から７のいずれか１つに記載のコンクリート充填橋脚の設計方法。

【請求項9】

前記リブの鋼材の方が前記外板の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを用いる、請求項５から８のいずれか１つに記載のコンクリート充填橋脚の設計方法。

【請求項10】

前記リブとして、ＹＳの値が、前記規格におけるＹＳ下限値を１とした場合に１．２７以上となる鋼材を用いる、請求項９に記載のコンクリート充填橋脚の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、橋脚およびそれを用いた構造物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、橋脚などの各種構造物を作るための構造材料として鋼材が用いられている。例えば、施工に要する期間が短く地震の多い場所の高架橋などには、鉄筋コンクリート製の橋脚に代えて、鋼材を用いた鋼製橋脚が採用されている。このような鋼構造物である鋼製橋脚では、大規模な地震時に鋼断面に倒壊等を生じず，地震後も供用可能な程度の塑性化することを想定して設計が行われる。例えば局部座屈を防止するために、中空鋼材の内側に、補剛板として平板状の板リブをより密に溶接して取り付けることが行われている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－９７７４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方で、日本では道路橋示方書において、橋脚の断面サイズに応じたリブのサイズ、本数などの橋脚の設計方法、および使用可能な鋼材が規定されており、原則的にはその規定に従わなければならない。道路橋示方書に記載のルール通り設計して鋼材を適用すれば、一定の耐震性を確保することができる。

【0005】

しかしながら、想定を上回る地震が発生した場合、例えば１回目の地震には耐えられても２回目の地震に耐えられないなど、耐震性が不十分な場合も考えられる。特許文献１の構成を含めて、耐震性をより向上させる技術の開発が求められている。

【0006】

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、耐震性を向上させた橋脚およびそれを用いた構造物の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の橋脚は、箱型断面を有する外板と、前記外板の内壁面のそれぞれに橋脚の長さ方向に延びるように複数設けられたリブと、前記外板で囲まれる空間内に少なくとも部分的に充填されたコンクリートとを備える、コンクリート充填橋脚であって、前記外板と前記リブに同一規格（道路橋示方書に準拠）の鋼材を用いるとともに、前記外板の鋼材の方が前記リブの鋼材よりもＹＲの値が小さいものを用いた、あるいは、前記リブの鋼材の方が前記外板の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを用いた。

【0008】

また、本発明の構造物の製造方法は、箱型断面を有する外板と、前記外板の内壁面のそれぞれに橋脚の長さ方向に延びるように複数設けられたリブと、前記外板で囲まれる空間内に少なくとも部分的に充填されたコンクリートとを備える、コンクリート充填橋脚を用いて、構造物を製造する方法であって、前記外板と前記リブに同一規格（道路橋示方書に準拠）の鋼材を用いるとともに、前記外板の鋼材の方が前記リブの鋼材よりもＹＲの値が小さいものを用いた、あるいは、前記リブの鋼材の方が前記外板の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを用いた。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、耐震性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】橋脚の斜視図（コンクリートの図示を省略。）

【図2】橋脚の切欠き斜視図（コンクリートの図示を省略。）

【図3】橋脚の縦断面図

【図4】実施例１の条件を示す図

【図5】耐震性の算出方法を示す図

【図6】実施例１の解析結果で、横軸に外板ＹＲ比、縦軸に耐震性をプロットした図

【図7】実施例２の条件を示す図

【図8】橋脚の横断面図

【図9】実施例３の条件を示す図

【図10】実施例４における橋脚に対する耐震性の試験状態を示す図

【図11】実施例４における橋脚に付与される水平変位の時間変化を示す図

【図12】実施例４で用いる橋脚の寸法を表す縦断面図

【図13】実施例４で用いる橋脚の寸法を表す横断面図

【図14】比較例で用いる橋脚と、実施例４で用いる橋脚における鋼材の特性を示す表

【図15】比較例の実験結果を示すグラフ

【図16】実施例４の実験結果を示すグラフ

【図17】比較例と実施例４のそれぞれの橋脚によるエネルギー吸収量を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0012】

（実施形態）
図１、図２、図３は、実施形態における橋脚２を示す。図１は、橋脚２の斜視図であり、図２は、橋脚２の半分を切り欠いた切欠き斜視図であり、図３は、橋脚２の縦断面図である。図１、図２において、（ａ）は橋脚２の単なる外観図であり、（ｂ）は後述の実施例１～３で用いるＦＥＭ解析のメッシュライン等を示した橋脚２の外観図である。また、図１、図２では、コンクリート１２の図示を省略している。

【0013】

図１～図３に示すように、実施形態の橋脚２は、外板４と、リブ６と、ダイヤフラム８（図２）、コンクリート１２（図３）とを備える。「橋脚」とは、桁橋などの一般的な橋梁の脚全般を指し、脚のタイプは単柱、門型なども含む。また、吊橋、斜張橋のタワーと呼ばれる上部構造も含む。

【0014】

外板４は、箱型断面を有する板状の部材である。本実施形態の外板４は矩形断面を有する。

【0015】

リブ６は、外板４の内壁面のそれぞれに複数設けられた補剛用の板状の部材である。それぞれのリブ６は鉛直方向、すなわち外板４の長手方向（橋脚２の長さ方向）Ａに延びている。また複数のリブ６は水平方向、すなわち外板４の短手方向（橋脚２の幅方向）Ｂに間隔を空けて設けられている。

【0016】

ダイヤフラム８は、外板４の内周に橋脚断面を床のように仕切るように配置した補剛用の板状の部材である。

【0017】

コンクリート１２は、外板４によって囲まれる空間に充填される部材である。本明細書では、橋脚２のように、コンクリート１２が少なくとも部分的に充填された橋脚を「コンクリート充填橋脚」と称する。

【0018】

図３に示すように、コンクリート１２は、橋脚２の中に部分的に充填されている。橋脚２の下端から上端までの全長Ｘのうち、コンクリート１２は橋脚２の下端から高さＸ１の位置まで充填されている。本実施形態の高さＸ１は、４つのダイヤフラム８のうち、最も上方に位置するダイヤフラム８と重なる位置に設定されているがこのような場合に限らない。全長Ｘに対する高さＸ１の割合は任意の値に設定してもよく、例えば１／２以上に設定してもよい。

【0019】

外板４、リブ６およびダイヤフラム８はともに鋼材で構成される。特に外板４、リブ６は「道路橋示方書」に記載の同一規格の鋼材で構成される。道路橋示方書に記載の鋼材規格には例えば、ＳＭ４００、ＳＭ４９０、ＳＭ４９０Ｙ、ＳＭ５２０などがある。

【0020】

本発明者らは、図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３に示す橋脚２に関して、特に外板４およびリブ６の耐震性に寄与する特性を見出すために解析を行った。具体的には、外板４とリブ６それぞれの降伏強度ＹＳ、引張強度ＴＳ、降伏比ＹＲ（＝ＹＳ／ＴＳ×１００）を規格の範囲内で変化させて、シミュレーション解析を行った。その結果に基づいて橋脚２の耐震性を評価した。以下、実施例について説明する。

【0021】

まず、橋脚２の寸法に関して２つのモデルを用いた。具体的には、次の表１に示すようなモデル１とモデル２の寸法を用いた。

【0022】

【表1】

【0023】

Ｂｆ、Ｂｗは、図１（ｂ）に示す外板４の短手方向Ｂの長さ、ｔｆ、ｔｗは、外板４の板厚、ｂｒは、リブ６の水平方向の長さ、ｔｒは、リブ６の板厚、Ｌは、外板４およびリブ６の長手方向Ａの長さ、ａは、ダイヤフラム８の間隔（図２（ｂ））である。

【0024】

またモデル１、２では、鋼材の幅厚比パラメータR_Rを０．３～０．５の範囲とした。幅圧比パラメータR_Rは、以下の数１により算出される。

【0025】

【数1】

【0026】

ｂｒ、ｔｒは、前述の通りである。σ_Ｙは鋼材の降伏応力、Ｅは鋼材のヤング率、μは鋼材のポアソン比（＝０．３）である。ｎは、ダイヤフラム８によって区切られる橋脚２の区画数（パネル数）である。

【0027】

（実施例１）
実施例１では、図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３に示した橋脚２においてコンクリート１２を充填しないものを用いて、図４に示す条件のもとで耐震性の解析を行った。実施例１では特に、橋脚２における外板４の望ましい特性を調査した。耐震性の評価における方法はプッシュオーバーや正負交番の漸増型など様々あるが，本件では一番基礎的な方法であるプッシュオーバーを用いた。具体的には，FEM解析を用いて，橋脚２に対して，上端部に１方向に矯正変位Ｐ（図１（ｂ））を付与した。

【0028】

なおコンクリート充填橋脚が地震などの外力を吸収するのは鋼材（外板およびリブ）であるので、鋼材特性の耐震性への寄与を評価するために、実施例１～３ではコンクリート１２を充填しない橋脚を用いた。

【0029】

図４に示すように、実施例１では３つのパターンで解析を行った。パターン１では、橋脚２の鋼材規格としてＳＭ４００を用い、パターン２、３では、ＳＭ４９０Ｙを用いた。図４の各欄の内容について、左側から順に説明する。

【0030】

「鋼材規格」は、道路橋示方書に記載の鋼材の規格、すなわち鋼材の種類・記号である。
「ＹＳ下限値」は、道路橋示方書に記載の鋼材規格ごとに定められたＹＳ値の下限値である（単位：ＭＰａ）。
「ＴＳ上限値」は、道路橋示方書に記載の鋼材規格ごとに定められたＴＳ値の上限値である（単位：ＭＰａ）。
「ＹＳ下限値／ＴＳ上限値」は、ＹＳ下限値をＴＳ上限値で除した値である（単位：％）。
「モデル」は、前述した橋脚２の寸法に関するモデル１、２のいずれを使用したかを示す。

【0031】

「適用鋼材」は、外板４とリブ６のそれぞれに関して、同じ鋼材規格の中で複数種類あるうちのどの種類の鋼材を適用したかを示す。図４に示すように、実施例１では、外板４は同じ鋼材規格の中でも複数種類の鋼材（Ａ～Ｋ）、（Ａ’～Ｋ’）を適用し、リブ６は同じ鋼材規格の１種類のみの鋼材（Ａ）、（Ａ’）を適用した。外板４とリブ６の両方に同じ種類（ＡとＡ）、（Ａ’とＡ’）の鋼材を用いたものが比較例であり、網掛けで表示している。

【0032】

「特性（外板）」はそれぞれ、外板４の実際のＹＳ値、ＴＳ値、ＹＲ値（＝ＹＳ値／ＴＳ値）である（単位：ＭＰａ、ＭＰａ、％）。
「特性（リブ）」はそれぞれ、リブ６の実際のＹＳ値、ＴＳ値、ＹＲ値である（単位：ＭＰａ、ＭＰａ、％）。

【0033】

「外板ＹＲ比」は、「特性（外板）」の「ＹＲ」の欄の値を、「ＹＳ下限値／ＴＳ上限値」の値で除したものである（単位なし）。すなわち、「外板ＹＲ比」は、鋼材規格におけるＹＳ下限値をＴＳ上限値で除した値を１とした場合の外板４のＹＲの値である。

【0034】

「耐震性」は、耐震性を示す指標の値であって（単位なし）、図５に示す方法により求められる。図５は、実施例１の解析結果より得られた橋脚２の上端部の水平変位δおよび水平荷重Ｐを、降伏水平変位δ_Ｙおよび降伏水変位荷重Ｐ_Ｙ（いずれも各パターンの外板４の降伏応力から算出）でそれぞれ除して無次元化し、プロットしたものである。これより、図５に示す水平荷重―水平変位曲線を得た。図５の曲線のうち実線が比較例であり、点線が実施例である。

【0035】

図５に示すように、横軸と縦軸の値がともに１．０の基準点に「●」をプロットし、ピークを過ぎた後のピーク荷重の９５％まで荷重が低下した点に▲をプロットした。水平荷重―水平変位曲線がピークを過ぎ、ピーク荷重の９５％まで荷重が低下した点の水平変位としてδ₉₅を求め、同曲線におけるピーク荷重の際の水平変位としてδ_maxを求めた。さらに、δ₉₅/δ_maxを求め、その値の比較例に対する比δ_ratioを、耐震性を示す指標とした。

【0036】

図４において、δ₉₅/δ_maxで求められる耐震性の値は、比較例の値である１．０よりも大きいほど、耐震性が高いことを意味する。「耐震性評価」の欄は、耐震性の値が１．００よりも大きい場合を「○」と記載し、１．００よりも小さい場合を「△」と記載した。

【0037】

図４の結果に示すように、特性（外板）のＹＲの値が特性（リブ）のＹＲの値よりも小さい場合には、耐震性の値が１．００よりも大きくなっており、高い耐震性が得られることがわかる。このように、外板４のＹＲの値をリブ６のＹＲの値よりも小さく設定することで、高い耐震性を実現することができる。

【0038】

また図４の結果に示すように、外板ＹＲ比と耐震性の間に強い相関性があることがわかった。具体的には、外板ＹＲ比の値が比較例の値である１．３４又は１．４８よりも小さい場合には、耐震性の値が１．００よりも大きくなり、高い耐震性が得られることがわかる。

【0039】

この点に関して、本発明者らはさらに鋭意検討を行った。具体的には図６を用いて説明する。図６は、実施例１の解析結果に関して、横軸に外板ＹＲ比、縦軸に耐震性をプロットした表である。図６に示すように、外板ＹＲ比の値が小さくなるにつれて耐震性が向上する傾向にあることがわかる。本発明者らは、プロットした値に関する近似式Ｘ１を算出した。本実施例１では、一般的な直線近似法により近似式Ｘ１を算出した。横軸をｘ、縦軸をｙとしたとき、近似式Ｘ１はｙ＝－１．０８６ｘ＋２．５２９であった。

【0040】

求められる耐震性の値はケースによって様々であり、その耐震性の値を満たすような外板４の材質を決定できるようにすることが望ましい。本実施例１では、近似式Ｘ１を算出することで、耐震性の値およびその値を達成するための外板ＹＲ比を算出することができる。すなわち、求められる耐震性ｙ１の値に基づいて近似式Ｘ１から対応する外板ＹＲ比ｘ１を算出することができる。算出した外板ＹＲ比ｘ１よりも小さい外板ＹＲ比を有する外板４の材料を選択すれば、求められる耐震性の値を満足することができる。このような設計方法によれば、望ましい外板４の材料の種類を簡単に選択しながら、高い耐震性を実現することができる。

【0041】

例えば、求められる耐震性の値を１．１とした場合、図６に示す近似式Ｘ１に基づけば外板ＹＲ比を１．３２以下に設定すればよい。また、求められる耐震性の値を１．１５とした場合、外板ＹＲ比を１．２７以下に設定すればよい。さらに、求められる耐震性の値を１．２２とした場合、外板ＹＲ比を１．２２以下に設定すればよい。このような外板ＹＲ比の設定によれば、簡便な方法で耐震性を向上させることができる。

【0042】

上述したように、本実施形態の橋脚２によれば、外板４とリブ６に同一規格（道路橋示方書に準拠）の鋼材を用いるとともに、外板４の鋼材の方がリブ６の鋼材よりもＹＲの値が小さいものを用いている。このような構成および方法によれば、橋脚２の耐震性を向上させることができる。

【0043】

また本実施形態の橋脚２およびその製造方法によれば、外板４として、ＹＲの値が、規格におけるＹＳ下限値をＴＳ上限値で除した値を１とした場合に１．３２以下、好ましくは１．２７以下、より好ましくは１．２２以下となる鋼材を用いている。このような構成および方法によれば、橋脚２の耐震性をさらに向上させることができる。

【0044】

また本実施形態の橋脚２の製造方法は、鋼材規格におけるＹＳ下限値をＴＳ上限値で除した値を１とした場合の外板４のＹＲの値と耐震性の関係を表す近似式を算出し、近似式に基づいて、外板４に用いるＹＲの値の上限値を設定する。このような方法によれば、外板４の材料を簡易な方法により選択しながら、高い耐震性を実現することができる。

【0045】

（実施例２）
次に、実施例２では、図１～図３に示した橋脚２においてコンクリート１２を充填しないものを用いて、図７に示す条件のもとで耐震性の解析を行った。実施例２では特に、橋脚２におけるリブ６の望ましい特性を調査した。評価方法については実施例１と同様であるため、説明を省略する。

【0046】

図７に示すように、実施例２では３つのパターンで解析を行った（パターン４－６）。

【0047】

「適用鋼材」の欄に示すように、実施例２では、外板４は同じ鋼材規格で１種類のみの鋼材（Ａ）、（Ａ’）を用い、リブ６は同じ鋼材規格の中でも複数種類の鋼材（Ａ、Ｆ、Ｈ、Ｊ、Ｍ、Ｎ、Ｏ）、（Ａ’、Ｆ’、Ｈ’、Ｊ’、Ｍ’、Ｎ’、Ｏ’）を用いた。外板４とリブ６の両方に同じ種類（ＡとＡ）、（Ａ’とＡ’）の鋼材を用いたものが比較例であり、網掛けで表示している。

【0048】

「リブＹＳ比」は、「特性（リブ）」の「ＹＳ」の欄の値を、「ＹＳ下限値」の欄の値で除したものである（単位なし）。すなわち、「リブＹＳ比」は、鋼材規格におけるＹＳ下限値を１とした場合のリブ６のＹＳの値である。

【0049】

「耐震性」の欄は、実施例１と同様に耐震性の指標を示す欄であるが、実施例１とは算出方法が異なる。具体的には、図５に示すグラフにおいて、ピーク荷重発生点における最大荷重Ｐ_ｍａｘに関して、比較例の値を１．００としてそれぞれのパターンの最大荷重Ｐ_ｍａｘを耐震性として算出した（単位なし）。

【0050】

図７の結果に示すように、リブＹＳ比と耐震性の間に強い相関性があることがわかった。具体的には、リブＹＳ比の値を比較例の値である１．２６よりも大きく、すなわち１．２７以上に設定することで、耐震性の値が１．００よりも大きくなり、高い耐震性が得られることがわかる。特に、リブＹＳ比の値を１．３以上に設定することで、材料のばらつきを考慮しながら、高い耐震性をより確実に得られる。

【0051】

また図７の結果に示すように、「特性（リブ）」の「ＹＳ」の欄の値が「特性（外板）」の「ＹＳ」の欄の値よりも大きい場合には、耐震性の欄の値が１．００よりも大きくなっており、高い耐震性が得られることがわかる。このように、リブ６のＹＳの値を外板４のＹＳの値よりも大きく設定することで、高い耐震性を実現することができる。

【0052】

上述したように、本実施形態の橋脚２およびその製造方法によれば、リブ６の鋼材の方が外板４の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを用いている。このような構成・方法によれば、橋脚２の耐震性を向上させることができる。

【0053】

また本実施形態の橋脚２およびその製造方法によれば、リブ６として、ＹＳの値が、鋼材規格におけるＹＳ下限値を１とした場合に１．２７以上、好ましくは１．３以上となる鋼材を用いることで、橋脚２の耐震性をより確実に向上させることができる。

【0054】

（実施例３）
次に、実施例３では、図１～図３に示した橋脚２においてコンクリート１２を充填しないものを用いて、図９に示す条件のもとで耐震性の解析を行った。実施例３では特に、橋脚２における外板４とリブ６の組合せについて調査した。評価方法については実施例１、２と同様であるため、説明を省略する。

【0055】

図９に示すように、実施例３では３つのパターンで解析を行った（パターン７－９）。

【0056】

「適用鋼材」の欄に示すように、実施例３では、外板４は同じ鋼材規格の中で複数種類の鋼材（Ａ、Ｂ、Ｈ）、（Ａ’、Ｂ’、Ｈ’）を用い、リブ６も同じ鋼材規格の中で複数種類の鋼材（Ａ、Ｊ、Ｍ）、（Ａ’、Ｊ’、Ｍ’）を用いた。外板４とリブ６の両方に同じ種類（ＡとＡ）、（Ａ’とＡ’）の鋼材を用いたものが比較例であり、網掛けで表示している。これより、外板４およびリブ６の組合せと耐震性の関係を調査した。

【0057】

「外板」の「１．３２以下」の欄は、「ＹＲ比」の欄の値が１．３２以下を満たすかどうかを判定したものである。「ＹＲ比」の欄の値が１．３２以下の場合は「○」と表記した。
「リブ」の「１．２７以上」の欄は、「ＹＳ比」の欄の値が１．２７以上を満たすかどうかを判定したものである。「ＹＳ比」の欄の値が１．２７以上の場合は「○」と表記し、１．２７未満の場合は「△」と表記した。

【0058】

「耐震性」の欄は、実施例１と同じ算出方法で算出した値を示す。

【0059】

図９の結果に示すように、外板ＹＲ比が１．３２以下、かつ、リブＹＳ比が１．２７以上の鋼材を用いることで、実施例１、２の結果よりも耐震性をより向上できることがわかる。すなわち、実施例１で検証した外板ＹＲ比の好ましい値と、実施例２で検証したリブＹＳ比の好ましい値を組み合わせることで、耐震性の相乗的な向上効果を奏することができた。

【0060】

（実施例４）
次に、実施例４では、図３に示したような、コンクリート１２を充填した「コンクリート充填橋脚」である橋脚２を用いて、図１０～図１４に示す条件のもとで耐震性の試験を行った。実施例４では特に、コンクリート１２を充填した場合の橋脚２の耐震性について調査した。

【0061】

図１０は、橋脚２に対する耐震性の試験状態を示す図である。図１０に示すように、橋脚２に対して第１ジャッキ１３および第２ジャッキ１４が取り付けられている。第１ジャッキ１３は、橋脚２に対して下方の軸力Ｎを付与するための部材である。第２ジャッキ１４は、橋脚２に対して水平変位δを付与するための部材である。橋脚２は土台部１６に固定された状態で、第１ジャッキ１３から一定の軸力Ｎが付与されるとともに、第２ジャッキ１４から水平変位δが付与される。

【0062】

水平変位δの時間変化を図１１に示す。図１１に示すように、水平変位δは時間の経過とともにその方向と大きさが規則的に変化するように制御される。図１１におけるδｙは、実施例４では１２．４ｍｍである。

【0063】

図１０では図示を省略しているが、水平変位δを計測する変位計と、水平変位δに伴う水平荷重を計測するロードセルとが設けられている。

【0064】

図１２、図１３は、実施例４で用いる橋脚２の寸法を表す図である。図１２は橋脚２の縦断面図であり、図１３は橋脚２の横断面図である。図１２、図１３における寸法の単位はｍｍである。寸法については図１２、図１３に示す通りであり、説明を省略する。

【0065】

図１２に示すように、橋脚２には、第１プレート部材２０、第２プレート部材２２および第３プレート部材２４が取り付けられている。第１プレート部材２０は、前述した第１ジャッキ１３および第２ジャッキ１４を橋脚２に固定するための部材である。第２プレート部材２２および第３プレート部材２４をボルトで実験床（図示せず）に固定し、第１ジャッキ１３および第２ジャッキ１４に載荷した。

【0066】

図１４は、比較例で用いた橋脚と実施例４で用いた橋脚とにおける鋼材の特性を示す表である。

【0067】

比較例、実施例４ともに、図１２、図１３で示したものと同寸法の橋脚２を用いているが、図１４に示すように外板とリブの特性が異なっている。具体的には、比較例では、外板とリブともに同一規格かつ同じ種類の鋼材を用いているのに対して、実施例４では、同一規格であるが異なる種類の鋼材を用いている。

【0068】

図１４に示すように、比較例では、外板、リブともに、ＹＳの値が４３２（ＭＰａ）、ＴＳの値が５３２（ＭＰａ）、ＹＲの値が８１（％）である。一方で、実施例４では、外板は、ＹＳの値が３８４（ＭＰａ）、ＴＳの値が５６５（ＭＰａ）、ＹＲの値が６８（％）であるのに対して、リブは、ＹＳの値が４９２（ＭＰａ）、ＴＳの値が６０９（ＭＰａ）、ＹＲの値が８１（％）である。

【0069】

また図１４に示すように、比較例では、外板ＹＲ比が１．４０であり、リブＹＳ比は１．２２であった。一方で、実施例４では、外板ＹＲ比が１．１７であり、リブＹＳ比は１．３９であった。

【0070】

上記条件に基づいて試験を行った結果を図１５、図１６に示す。図１５は、比較例の実験結果を示すグラフであり、図１６は、実施例４の実験結果を示すグラフである。図１５、図１６では、横軸に橋脚の水平変位δ（単位：ｍｍ）を表し、縦軸に橋脚の水平荷重（単位：ｋＮ）を表している。

【0071】

図１５、図１６に示すように、点（０．０）からスタートした後、図１１に示した水平変位δの付与によって、時計回りのループを描く。橋脚に付与される荷重・変形が蓄積していくことにより、ループを重ねるごとにループの形が変形する。その後、橋脚が倒壊する前に水平変位δの付与を停止した。

【0072】

図１５に示す比較例の結果において、水平荷重の最大値である最大水平荷重は９２２．６ｋＮであった。最大水平荷重が生じたときの水平変位は７２．２５ｍｍであった。一方で、図１６に示す実施例４の結果では、最大水平荷重は８４５．４ｋＮであり、そのときの水平変位は８６．５ｍｍであった。

【0073】

最大水平荷重は比較例の方が大きいが、最大水平荷重が大きくなりすぎると、橋脚の基部が折れる可能性がある。このため、最大水平荷重よりも、最大水平荷重が生じたときの水平変位が大きい方が構造としていわゆる「粘り」があり、耐震性に優れているといえる。最大水平荷重が生じたときの水平変位は実施例４の方が大きいため（７２．２５ｍｍ＞８６．５ｍｍ）、実施例４で用いた外板とリブの組合せの方が、比較例で用いた外板とリブの組合せよりも耐震性に優れているといえる。

【0074】

さらに、図１５、図１６に示す結果に基づいて、橋脚によるエネルギー吸収量を算出した結果を図１７に示す。図１７は、横軸に橋脚に付与された水平変位δを表し、縦軸に橋脚によるエネルギー吸収量を表す。橋脚によるエネルギー吸収量は、図１５、図１６におけるループによって囲まれる内部面積の総和として計算することができる。

【0075】

図１７に示すように、±９０δｙまでは、比較例、実施例４ともにほぼ同等の推移であるのに対して、比較例ではその後、橋脚によるエネルギー吸収量が減少し、一方で実施例４ではエネルギー吸収量が増大している。すなわち、実施例４で用いた橋脚の方が比較例で用いた橋脚よりもエネルギー吸収量が大きく、かつ、より大きな水平変位に対して耐えられる優れた耐震性を有しているといえる。

【0076】

図１４に示したように、実施例４では実施例１、３と同様に、外板の鋼材の方がリブの鋼材よりもＹＲの値が小さいものを用いている（７５％＜８７％）。また、実施例２、３と同様に、リブの鋼材の方が外板の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを用いている（５３３ＭＰａ＞４２１ＭＰａ）。このような鋼材を適用することによって、図１５～図１７の結果で示したように、耐震性を向上できることが示された。すなわち、前述した実施例１～３と同様の鋼材種類の設定によって、コンクリート充填橋脚でも耐震性を向上できることがわかった。これより、実施例１～３の結果より導いたリブと外板の種類に関する知見を、実施例４の「コンクリート充填橋脚」に適用すれば、同様に耐震性を向上できるものと考えられる。

【0077】

また実施例４では、実施例１と同様に、外板として、ＹＲの値が、鋼材規格におけるＹＳ下限値をＴＳ上限値で除した値を１とした場合に１．３２以下となる鋼材を「コンクリート充填橋脚」に適用している（図１４の例では１．１７）。これにより、耐震性を向上させることができる。

【0078】

また実施例４では、実施例２と同様に、リブとして、ＹＳの値が、鋼材規格におけるＹＳ下限値を１とした場合に１．２７以上となる鋼材を「コンクリート充填橋脚」に適用している（図１４の例では１．３９）。これにより、耐震性を向上させることができる。

【0079】

また実施例１で説明したように、鋼材規格におけるＹＳ下限値をＴＳ上限値で除した値を１とした場合の外板のＹＲの値と、耐震性との関係を表す近似式を、コンクリート充填橋脚においても算出してもよい。当該近似式に基づいて、外板に用いるＹＲの値の上限値を設定することにより、外板４の材料を簡易な方法により選択しながら高い耐震性を実現できる。

【0080】

その他にも、実施例１～３の結果から導かれる知見をコンクリート充填橋脚に適用することで、同様の効果を奏することができる。

【0081】

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載等に基づいて上述の実施形態に種々の変更を加えてもよい。例えば、図１～図３に示す橋脚２のサイズ、リブ６およびダイヤフラム８の枚数などはあくまで例示であって、これに限定されない。

【0082】

また実施例４では、図１４に示すように、外板の鋼材の方がリブの鋼材よりもＹＲの値が小さいもの、かつ、リブの鋼材の方が外板の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを用いたが、このような場合に限らない。例えば、外板の鋼材の方がリブの鋼材よりもＹＲの値が小さいもの、あるいは、リブの鋼材の方が外板の鋼材よりもＹＳの値が大きいものを用いてもよい。このような場合であっても、同様の効果を奏することができる。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本発明は、コンクリート充填橋脚およびそれを用いた構造物の製造方法であれば適用可能である。

【符号の説明】

【0084】

２ 橋脚（コンクリート充填橋脚）
４ 外板
６ リブ
６ａ 先端
８ ダイヤフラム
１０ 中立軸
１２ コンクリート
１３ 第１ジャッキ
１４ 第２ジャッキ
１６ 土台部
２０ 第１プレート部材
２２ 第２プレート部材
２４ 第３プレート部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】