ホーム > 特許ランキング > 国立研究開発法人土木研究所
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
&c=P_B1&t=214769004)
&c=P_B1&t=214769004)
&c=P_B1&t=214769004)
&c=P_B1&t=214769004)
&c=P_B1&t=214769004)
&c=P_B1&t=214769004)
&c=P_B1&t=214769004)
&c=P_B1&t=214769004)
&c=P_B1&t=214769004)
(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】2024-12-16
(45)【発行日】2024-12-24
(54)【発明の名称】耐力階層化補強ＲＣ橋脚及びその設計方法
(51)【国際特許分類】
E01D 19/02 20060101AFI20241217BHJP
E01D 22/00 20060101ALI20241217BHJP
【ＦＩ】
E01D19/02
E01D22/00 B
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021155785
(22)【出願日】2021-09-24
(65)【公開番号】P2023046933
(43)【公開日】2023-04-05
【審査請求日】2024-01-31
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 「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～」 「２０２１年７月１６日、ｈｔｔｐｓ：／／ｌｏｃｋｅｒ．ｃｃ．ｕｔｓｕｎｏｍｉｙａ－ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｐｕｂｌｉｃ／ｚＺＨＡＱＡＷＪＵｇｈＡＷｓ４Ｂ＿Ｐｘ６６ＢｍｓｔＳＣｅｓｄＰＹｑ２ｇＳｌＩｔｇ０Ｂｕｇ、講演論文集（公益社団法人土木学会第２４回橋梁と耐震設計シンポジウム、既設ＲＣ橋脚への崩壊シナリオデザイン設計法適用に向けた検討）」 「２０２１年９月１３日、ｈｔｔｐｓ：／／ｄｒｉｖｅ．ｇｏｏｇｌｅ．ｃｏｍ／ｄｒｉｖｅ／ｆｏｌｄｅｒｓ／１Ｕ４ｃａｏａＪＯｄＸＬｘＯ３ＱｗＥｔＶｒ７ＮｆＳＰＤ７ｇＡｃＴｔ？ｕｓｐ＝ｓｈａｒｉｎｇ（Ｇｏｏｇｌｅ Ｄｒｉｖｅ用ダウンロードサイト）、ｈｔｔｐｓ：／／ｓｃｉｉ－ｍｙ．ｓｈａｒｅｐｏｉｎｔ．ｃｏｍ／：ｆ：／ｇ／ｐｅｒｓｏｎａｌ／ｈａｒａｄａ＿ｋｅｎｊｉ＿ｃｉｉ＿ｓｈｉｚｕｏｋａ＿ａｃ＿ｊｐ／ＥｏＥＰＳ１ｑｉＨｆＪＣｒＱ－ｉＰＭｌｘＮＺＡＢ９ＡＷ－ｋＲＢｑＱｃＰＹｚＫＶｍＵｈ４Ｊｘｗ？ｅ＝ＤｃｅｍｑＨ（Ｏｎｅ Ｄｒｉｖｅ用ダウンロードサイト）、講演論文集（公益社団法人土木学会第４１回地震工学研究発表会、崩壊シナリオデザイン設計法の実現に向けた耐力階層化鉄筋を用いたＲＣ橋脚の載荷実験）」
(73)【特許権者】
【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
【審査官】高橋 雅明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－３３６６１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０９６８３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１９０２５４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０１Ｄ １９／０２
Ｅ０１Ｄ ２２／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
フーチング部と、前記フーチング部上に立設されるとともに前記フーチング部より直径が小径とされる柱部と、を有する既設ＲＣ橋脚と、前記柱部の外周に巻き立てられる巻き立て鋼板と、上端側に前記柱部の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るとともに前記支圧板から前記柱部の前記高さ方向に沿って垂下されて下端側が前記フーチング部に埋設される耐力階層化鉄筋と、前記巻き立て鋼板の外表面に定着され、前記巻き立て鋼板の側面部分が前記柱部の側面部分の変位に追従する形で上方に引っ張られたときに前記支圧板と当接して引張力に抵抗する引張抵抗板が形成されるとともに前記引張抵抗板に対して進退自在に前記耐力階層化鉄筋が挿通される定着鋼と、を有する橋脚補強部と、
前記既設ＲＣ橋脚上に配される橋の支承部と、を備え、
平常時において前記支圧板と前記引張抵抗板との間に遊間が形成され、かつ、前記支圧板と前記引張抵抗板との間の距離である遊間長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補強ＲＣ橋脚。
【数1】
【請求項2】
支承部は、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱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柱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に記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚。
【請求項3】
請求項１から２のいずれかに記載の耐力階層化補強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柱部の塑性ヒンジ区間における曲率φ ｌｓ ’を算出する曲率算出工程と、
前記曲率φ ｌｓ ’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における前記柱部の中立軸の位置から前記柱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ｙ ｌｓ ’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φ ｌｓ ’、前記最短距離ｙ ｌｓ ’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）を満足するように遊間長ｄｘを設定する遊間設定工程と、
を含むことを特徴とする耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法。
【数2】
【請求項4】
更に、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱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柱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３に記載の耐力階層化補強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補強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可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可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橋脚の変形能が十分に発揮されず、設計で想定した以外の部材が損傷し、橋として期待した性能が発揮されないおそれがある。また、前記軸方向間隙及び前記可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可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可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橋脚の変形能が十分に発揮されず、設計で想定した以外の部材が損傷し、橋として期待した性能が発揮されないおそれがある。また、前記軸方向間隙及び前記可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。
【0004】
ところで、このような極大地震動に対する耐震設計を要する対象には、新設橋脚に加えて、当然ながら既設橋脚がある。
膨大な数で存在する前記既設橋脚を取り壊して前記新設橋脚に挿げ替えることは、現実的でなく、前記既設橋脚に対しては補強を行うことで、前記極大地震動に対する耐震設計を満足させる必要がある。
既設ＲＣ橋脚に対する耐震補強方法としては、鋼板巻き立て工法及びＲＣ巻き立て工法が一般的に知られているが、これらの工法自体は、前記既設ＲＣ橋脚に対して前記極大地震動向けの耐震性能を付与するものではない。
一方で、前記鋼板巻き立て工法及び前記ＲＣ巻き立て工法で採用される施工技術や施工手順を利用して前記極大地震動に対する耐震設計を満足させる工法を確立することができれば、既存の施工設備を有効活用することができ、また、施工技術者へ特別な負担を与えることがないことから、前記既設ＲＣ橋脚に対して補強を通じた前記極大地震動向けの耐震性能付与が一気に現実的なものとなる。
膨大な数で存在する前記既設橋脚を取り壊して前記新設橋脚に挿げ替えることは、現実的でなく、前記既設橋脚に対しては補強を行うことで、前記極大地震動に対する耐震設計を満足させる必要がある。
既設ＲＣ橋脚に対する耐震補強方法としては、鋼板巻き立て工法及びＲＣ巻き立て工法が一般的に知られているが、これらの工法自体は、前記既設ＲＣ橋脚に対して前記極大地震動向けの耐震性能を付与するものではない。
一方で、前記鋼板巻き立て工法及び前記ＲＣ巻き立て工法で採用される施工技術や施工手順を利用して前記極大地震動に対する耐震設計を満足させる工法を確立することができれば、既存の施工設備を有効活用することができ、また、施工技術者へ特別な負担を与えることがないことから、前記既設ＲＣ橋脚に対して補強を通じた前記極大地震動向けの耐震性能付与が一気に現実的なものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００１－２９５２２０号公報
【文献】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】
【0006】
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、前記既設ＲＣ橋脚に対して、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補強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】
【0007】
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＞ フーチング部と、前記フーチング部上に立設されるとともに前記フーチング部より直径が小径とされる柱部と、を有する既設ＲＣ橋脚と、前記柱部の外周に巻き立てられる巻き立て鋼板と、上端側に前記柱部の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るとともに前記支圧板から前記柱部の前記高さ方向に沿って垂下されて下端側が前記フーチング部に埋設される耐力階層化鉄筋と、前記巻き立て鋼板の外表面に定着され、前記巻き立て鋼板の側面部分が前記柱部の側面部分の変位に追従する形で上方に引っ張られたときに前記支圧板と当接して引張力に抵抗する引張抵抗板が形成されるとともに前記引張抵抗板に対して進退自在に前記耐力階層化鉄筋が挿通される定着鋼と、を有する橋脚補強部と、前記既設ＲＣ橋脚上に配される橋の支承部と、を備え、平常時において前記支圧板と前記引張抵抗板との間に遊間が形成され、かつ、前記支圧板と前記引張抵抗板との間の距離である遊間長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補強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柱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前記柱部の中立軸の位置から前記柱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＞ 支承部は、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱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柱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＞に記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚。
＜３＞ 前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の耐力階層化補強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柱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前記柱部の前記中立軸の位置から前記柱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）を満足するように遊間長ｄｘを設定する遊間設定工程と、を含むことを特徴とする耐力階層化補強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柱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前記柱部の前記中立軸の位置から前記柱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。
＜４＞ 更に、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱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柱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＜３＞に記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法。
＜１＞ フーチング部と、前記フーチング部上に立設されるとともに前記フーチング部より直径が小径とされる柱部と、を有する既設ＲＣ橋脚と、前記柱部の外周に巻き立てられる巻き立て鋼板と、上端側に前記柱部の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るとともに前記支圧板から前記柱部の前記高さ方向に沿って垂下されて下端側が前記フーチング部に埋設される耐力階層化鉄筋と、前記巻き立て鋼板の外表面に定着され、前記巻き立て鋼板の側面部分が前記柱部の側面部分の変位に追従する形で上方に引っ張られたときに前記支圧板と当接して引張力に抵抗する引張抵抗板が形成されるとともに前記引張抵抗板に対して進退自在に前記耐力階層化鉄筋が挿通される定着鋼と、を有する橋脚補強部と、前記既設ＲＣ橋脚上に配される橋の支承部と、を備え、平常時において前記支圧板と前記引張抵抗板との間に遊間が形成され、かつ、前記支圧板と前記引張抵抗板との間の距離である遊間長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補強ＲＣ橋脚。
【数1】
＜２＞ 支承部は、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱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柱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＞に記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚。
＜３＞ 前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の耐力階層化補強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柱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前記柱部の前記中立軸の位置から前記柱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）を満足するように遊間長ｄｘを設定する遊間設定工程と、を含むことを特徴とする耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法。
【数2】
＜４＞ 更に、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱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柱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＜３＞に記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法。
【発明の効果】
【0008】
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、前記既設ＲＣ橋脚に対して、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補強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】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚の部分断面図である。
【図2】橋脚基部の部分拡大断面図である。
【図3】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4】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5】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6】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耐力階層化補強ＲＣ橋脚１の想定挙動を説明するための説明図である。
【図7(a)】状態１の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
【図7(b)】状態２の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
【図7(c)】状態３の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
【図7(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7(e)】状態４の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
【図8】第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚の部分断面図である。
【図9】橋脚基部の部分拡大断面図である。
【図10】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11】耐力階層化補強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12(a)】シミュレーション解析で想定するＲＣ橋脚（単脚）の側面図である。
【図12(b)】シミュレーション解析で想定するＲＣ橋脚（４脚）の上部構造断面図である。
【図13(a)】既設ＲＣ橋脚側の具体的な配筋構造を示す図である。
【図13(b)】橋脚補強部の構造を加えた状態の具体的な配筋構造を示す図である。
【図14】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15】設計対象橋脚のモデル化を説明する断面図である。
【図16】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17】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18】遊間長を１５ｍｍ，２０ｍｍ，２５ｍｍとする条件で行った荷重漸増解析の解析結果を示す図である。
【図19】ケース１～３に対して行った荷重漸増解析の解析結果を示す図である。
【図20】ケース１について、水平耐力と支承部破断耐力との確率分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
（耐力階層化補強ＲＣ橋脚）
本発明の耐力階層化補強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補強ＲＣ橋脚を図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【0011】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚の部分断面図を図１に示す。
図１に示すように、耐力階層化補強ＲＣ橋脚１は、フーチング部２ａと、フーチング部２ａ上に立設されるとともにフーチング部２ａより直径が小径とされる柱部２ｂと、柱部２ｂ上に配される梁部２ｃとを有する既設ＲＣ橋脚と、巻き立て鋼板３と、耐力階層化鉄筋４と、定着鋼５とを有する橋脚補強部と、橋の支承部１０を備える。
なお、図示の例では、前記既設ＲＣ橋脚における柱部２ｂの上部に梁部２ｃが形成されるが、例えば、梁部２ｃが存在しない前記既設ＲＣ橋脚も、本発明の対象とされる。この場合、橋の支承部１０は、柱部２ｂ上に形成される。
第１実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚の部分断面図を図１に示す。
図１に示すように、耐力階層化補強ＲＣ橋脚１は、フーチング部２ａと、フーチング部２ａ上に立設されるとともにフーチング部２ａより直径が小径とされる柱部２ｂと、柱部２ｂ上に配される梁部２ｃとを有する既設ＲＣ橋脚と、巻き立て鋼板３と、耐力階層化鉄筋４と、定着鋼５とを有する橋脚補強部と、橋の支承部１０を備える。
なお、図示の例では、前記既設ＲＣ橋脚における柱部２ｂの上部に梁部２ｃが形成されるが、例えば、梁部２ｃが存在しない前記既設ＲＣ橋脚も、本発明の対象とされる。この場合、橋の支承部１０は、柱部２ｂ上に形成される。
【0012】
前記既設ＲＣ橋脚は、前記橋脚補強部による補強の対象となる既設のＲＣ橋脚であり、自身又は自身と巻き立て鋼板３による補強とで前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能が確保される。
この意味で、前記既設ＲＣ橋脚としては、自身又は自身と巻き立て鋼板３による補強とで前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を確保可能な一般的構造のＲＣ橋脚であれば、特に制限はなく、既設の橋脚の多くが対象とされる。
なお、図１中の符号６は、前記既設ＲＣ橋脚中に配される軸方向鉄筋を示し、符号７は、前記軸方向鉄筋を束ねる帯鉄筋を示している。これら前記軸方向鉄筋及び前記帯鉄筋は、図示しないものの、公知のＲＣ橋脚構造にしたがって複数配される。後述の遊間長ｄｘの設定を行う際、これら前記軸方向鉄筋及び前記帯鉄筋を含む前記既設ＲＣ橋脚の構造を把握する必要がある。
この意味で、前記既設ＲＣ橋脚としては、自身又は自身と巻き立て鋼板３による補強とで前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を確保可能な一般的構造のＲＣ橋脚であれば、特に制限はなく、既設の橋脚の多くが対象とされる。
なお、図１中の符号６は、前記既設ＲＣ橋脚中に配される軸方向鉄筋を示し、符号７は、前記軸方向鉄筋を束ねる帯鉄筋を示している。これら前記軸方向鉄筋及び前記帯鉄筋は、図示しないものの、公知のＲＣ橋脚構造にしたがって複数配される。後述の遊間長ｄｘの設定を行う際、これら前記軸方向鉄筋及び前記帯鉄筋を含む前記既設ＲＣ橋脚の構造を把握する必要がある。
【0013】
巻き立て鋼板３は、前記既設ＲＣ橋脚に対する補強において、柱部２ｂの外周に巻き立てられて配される。
巻き立て鋼板３の構成材及び設置方法としては、特に制限はなく、一般的な鋼板巻き立て工法で用いられる公知の構成材及び設置方法から適宜選択することができる。
巻き立て鋼板３の構成材及び設置方法としては、特に制限はなく、一般的な鋼板巻き立て工法で用いられる公知の構成材及び設置方法から適宜選択することができる。
【0014】
図２に拡大して示すように、耐力階層化鉄筋４は、上端側に柱部２ｂの高さ方向（鉛直方向）と直交する方向（水平方向）に張り出されたフランジを形成する支圧板４ａが固着されるとともに支圧板４ａから柱部２ｂの前記高さ方向に沿って垂下されて下端側がフーチング部２ａに埋設される。なお、図２は、橋脚基部の部分拡大断面図である。
耐力階層化鉄筋４としては、特に制限はなく、基本的に前記鋼板巻き立て工法で用いられる公知の構成材及び設置方法から適宜選択することができ、例えば、前記鋼板巻き立て工法で用いられる一般的なアンカー鉄筋及びその設置方法が挙げられる。また、図示の例では、耐力階層化鉄筋４が一体成型されるタイプのものを示しているが、鉄筋としての作用と支圧板の構造とを持つものであれば、特に制限はなく、例えば、上部がボルト構造とされた鉄筋に対し支圧板を構成するナットが螺合されるタイプのものなどを用いてもよい。
耐力階層化鉄筋４としては、特に制限はなく、基本的に前記鋼板巻き立て工法で用いられる公知の構成材及び設置方法から適宜選択することができ、例えば、前記鋼板巻き立て工法で用いられる一般的なアンカー鉄筋及びその設置方法が挙げられる。また、図示の例では、耐力階層化鉄筋４が一体成型されるタイプのものを示しているが、鉄筋としての作用と支圧板の構造とを持つものであれば、特に制限はなく、例えば、上部がボルト構造とされた鉄筋に対し支圧板を構成するナットが螺合されるタイプのものなどを用いてもよい。
【0015】
また、図２に拡大して示すように、定着鋼５は、巻き立て鋼板３の外表面に定着され、巻き立て鋼板３の側面部分が柱部２ｂの側面部分の変位に追従する形で上方に引っ張られたときに支圧板４ａと当接して引張力に抵抗する引張抵抗面を持つ引張抵抗板５ａが形成されるとともに引張抵抗板５ａに対して進退自在に耐力階層化鉄筋４が挿通される。
定着鋼５の構成材及び設置方法としては、特に制限はなく、基本的に前記鋼板巻き立て工法で用いられる公知の構成材及び設置方法から適宜選択することができ、例えば、前記鋼板巻き立て工法で用いられる一般的なＨ形鋼及びその設置方法が挙げられる。
なお、図１において、耐力階層化鉄筋４及び定着鋼５に加え、同様の構造の耐力階層化鉄筋４及び定着鋼５が２箇所に示されているが、これら耐力階層化鉄筋及び定着鋼としては、柱部２ｂの周囲に一定間隔で複数形成されることが好ましい。
また、巻き立て鋼板３に対する定着鋼５の定着位置としては、特に制限はないが、前記鋼板巻き立て工法で用いられる一般的な前記Ｈ形鋼の定着位置に準じて定着させることが施工上合理的であることから、柱部２ｂの塑性ヒンジ区間内に相当する高さ位置であることが好ましい。
定着鋼５の構成材及び設置方法としては、特に制限はなく、基本的に前記鋼板巻き立て工法で用いられる公知の構成材及び設置方法から適宜選択することができ、例えば、前記鋼板巻き立て工法で用いられる一般的なＨ形鋼及びその設置方法が挙げられる。
なお、図１において、耐力階層化鉄筋４及び定着鋼５に加え、同様の構造の耐力階層化鉄筋４及び定着鋼５が２箇所に示されているが、これら耐力階層化鉄筋及び定着鋼としては、柱部２ｂの周囲に一定間隔で複数形成されることが好ましい。
また、巻き立て鋼板３に対する定着鋼５の定着位置としては、特に制限はないが、前記鋼板巻き立て工法で用いられる一般的な前記Ｈ形鋼の定着位置に準じて定着させることが施工上合理的であることから、柱部２ｂの塑性ヒンジ区間内に相当する高さ位置であることが好ましい。
【0016】
これら耐力階層化鉄筋４及び定着鋼５の支圧板４ａと引張抵抗板５ａとの間には、後述の遊間が形成されるが、前記既設ＲＣ橋脚自身が、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を満足していない場合には、従来の前記鋼板巻き立て工法による補強の通り、前記遊間が無い状態で耐力階層化鉄筋４及び定着鋼５を形成し、前記既設ＲＣ橋脚自身と巻き立て鋼板３による補強とで前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を確保すればよい。
【0017】
耐力階層化鉄筋４及び定着鋼５について、前記鋼板巻き立て工法で採用されない新規事項は、支圧板４ａと引張抵抗板５ａとの間に前記遊間が形成される点にあり、平常時における支圧板４ａと引張抵抗板５ａとの距離である遊間長ｄｘが下記式（１）及び（２）を満足するように形成されることが本発明における技術の中核を成す。
なお、本明細書において、「平常時」とは、前記ＲＣ補強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。
なお、本明細書において、「平常時」とは、前記ＲＣ補強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。
【0018】
【数4】
【0019】
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橋脚と仮定して、前記道路橋示方書Ｖに基づき、下記式（３）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橋脚と仮定して、前記道路橋示方書Ｖに基づき、下記式（３）により与えられる。
【0020】
【数5】
【0021】
前記式（３）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（４）及び（５）により試算したうえ、下記式（６）及び（７）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。
【0022】
【数6】
なお、要素分割を行う際の柱部２ｂ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。
【0023】
【数7】
前記橋脚基部断面において、σｓｊ＝σｓｙ（σｓｙにつき、下記式（７）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、前記コンクリート躯体を構成するコンクリートの曲げ引張強度（σｂｔ、Ｎ／ｍｍ２）は、０と仮定する。
【0024】
【数8】
【0025】
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（８）により与えられる。
ここで、εｓｔ２は、下記式（８）により与えられる。
【0026】
【数9】
ここで、塑性ヒンジ長Ｌｐ（ｍｍ）は、下記式（９）及び（１０）により与えられる。
【0027】
【数10】
【0028】
【数11】
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３，４のように設定される。図３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４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。
【0029】
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、耐力階層化鉄筋４が配されていない状態の前記ＲＣ補強橋脚を仮定して、前記道路橋示方書Ｖに基づき、下記式（１４）～（１７）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。
【0030】
【数12】
なお、前記式（３）～（１７）による各算出対象が前記既設ＲＣ橋脚の既知データとして利用可能である場合には、算出を行うことなく前記既知データを利用してもよい。
【0031】
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）を超える地震動を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５から理解されるように、前記式（１）及び（２）に基づき遊間長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５中の矢印Ａ参照）を受けて初めて前記遊間が潰され（図５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５から理解されるように、前記式（１）及び（２）に基づき遊間長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５中の矢印Ａ参照）を受けて初めて前記遊間が潰され（図５中の矢印Ｂ参照）、荷重を負担する鉄筋として作動する。
【0032】
再び、図１を参照して説明する。
耐力階層化補強ＲＣ橋脚１には、支承部１０が形成される。
支承部１０は、一端が前記既設ＲＣ橋脚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柱部２ｂ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柱部２ｂ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。
例えば、支承部１０は、図示の例で、梁部２ｃの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により梁部２ｃの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柱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柱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の降伏前に梁部２ｃと前記上部構造とが縁切れされ、耐力階層化鉄筋４の降伏後の橋脚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。
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。
なお、こうした支承部１０としては、前記破壊強度の設定を満足するものを公知の工法にしたがって設置することで、前記既設ＲＣ橋脚に形成することができる。
また、梁部２ｃが存在しない前記既設ＲＣ橋脚に対する支承部１０の形成は、上記の説明において、「梁部２ｃ」を「柱部２ｂ」に置き換えた方法により行う。
耐力階層化補強ＲＣ橋脚１には、支承部１０が形成される。
支承部１０は、一端が前記既設ＲＣ橋脚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柱部２ｂ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柱部２ｂ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。
例えば、支承部１０は、図示の例で、梁部２ｃの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により梁部２ｃの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柱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柱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の降伏前に梁部２ｃと前記上部構造とが縁切れされ、耐力階層化鉄筋４の降伏後の橋脚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。
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。
なお、こうした支承部１０としては、前記破壊強度の設定を満足するものを公知の工法にしたがって設置することで、前記既設ＲＣ橋脚に形成することができる。
また、梁部２ｃが存在しない前記既設ＲＣ橋脚に対する支承部１０の形成は、上記の説明において、「梁部２ｃ」を「柱部２ｂ」に置き換えた方法により行う。
【0033】
以上のように構成される耐力階層化補強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６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耐力階層化補強ＲＣ橋脚１の想定挙動を示す。
また、図７（ａ）～（ｅ）に各段階における橋脚の状態を示す。なお、前記既設ＲＣ橋脚における柱部２ｂの状態を示すため、柱部２ｂを覆うように配される前記橋脚補強部（巻き立て鋼板３等）の描写を捨象する。
図６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耐力階層化補強ＲＣ橋脚１の想定挙動を示す。
また、図７（ａ）～（ｅ）に各段階における橋脚の状態を示す。なお、前記既設ＲＣ橋脚における柱部２ｂの状態を示すため、柱部２ｂを覆うように配される前記橋脚補強部（巻き立て鋼板３等）の描写を捨象する。
【0034】
前記極大地震動を受けると、先ず初めに柱部２ｂ中の前記軸方向鉄筋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補強ＲＣ橋脚１では、大きな損傷がない（図７（ａ）参照）。
状態１の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚１では、大きな損傷がない（図７（ａ）参照）。
【0035】
次に、状態１を迎えた後、地震動のエネルギーが柱部２ｂ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補強ＲＣ橋脚１では、柱部２ｂ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７（ｂ）参照）。
状態２の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚１では、柱部２ｂ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７（ｂ）参照）。
【0036】
次に、状態２を迎えた後、地震動に基づく柱部２ｂ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補強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７（ｃ）、耐力階層化鉄筋４の作動状態について図５参照）。
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、柱部２ｂ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７（ｄ）参照）。
状態３の段階における耐力階層化補強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７（ｃ）、耐力階層化鉄筋４の作動状態について図５参照）。
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、柱部２ｂ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７（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補強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７（ｅ）参照）。また、同時に縁切れした前記上部構造は、耐力階層化補強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７（ｅ）参照）。
即ち、支承部１０の破壊により耐力階層化補強ＲＣ橋脚１と縁切れされた前記上部構造は、耐力階層化補強ＲＣ橋脚１に対し、ベースプレート１１と梁部２ｃ天端との間の摩擦力しか伝えず、耐力階層化補強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補強ＲＣ橋脚１上に残り、致命的な損傷に至らない。
耐力階層化補強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支承部１０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補強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７（ｅ）参照）。また、同時に縁切れした前記上部構造は、耐力階層化補強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７（ｅ）参照）。
即ち、支承部１０の破壊により耐力階層化補強ＲＣ橋脚１と縁切れされた前記上部構造は、耐力階層化補強ＲＣ橋脚１に対し、ベースプレート１１と梁部２ｃ天端との間の摩擦力しか伝えず、耐力階層化補強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補強ＲＣ橋脚１上に残り、致命的な損傷に至らない。
耐力階層化補強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支承部１０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、耐力階層化鉄筋４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、支承部１０は損傷しておらず、耐力階層化鉄筋４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、支承部１０は損傷しておらず、耐力階層化鉄筋４が作動していない。
状態３：耐力階層化鉄筋４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、支承部１０は損傷していない。
状態４：耐力階層化鉄筋４が作動したことにより前記橋脚の耐力が上昇し、支承部１０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、支承部１０は損傷しておらず、耐力階層化鉄筋４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、支承部１０は損傷しておらず、耐力階層化鉄筋４が作動していない。
状態３：耐力階層化鉄筋４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、支承部１０は損傷していない。
状態４：耐力階層化鉄筋４が作動したことにより前記橋脚の耐力が上昇し、支承部１０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】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚の部分断面図を図８に示す。
図８に示すように、耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０は、フーチング部２ａと、フーチング部２ａ上に立設されるとともにフーチング部２ａより直径が小径とされる柱部２ｂと、柱部２ｂ上に配される梁部２ｃとを有する既設ＲＣ橋脚と、ＲＣ巻き立て補強部２３と、耐力階層化鉄筋２４と、中空部２５とを有する橋脚補強部と、を備える。
なお、第１実施形態と同様、梁部２ｃが存在しない前記既設ＲＣ橋脚も、本発明の対象とされる。
第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚の部分断面図を図８に示す。
図８に示すように、耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０は、フーチング部２ａと、フーチング部２ａ上に立設されるとともにフーチング部２ａより直径が小径とされる柱部２ｂと、柱部２ｂ上に配される梁部２ｃとを有する既設ＲＣ橋脚と、ＲＣ巻き立て補強部２３と、耐力階層化鉄筋２４と、中空部２５とを有する橋脚補強部と、を備える。
なお、第１実施形態と同様、梁部２ｃが存在しない前記既設ＲＣ橋脚も、本発明の対象とされる。
【0041】
第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０では、第１実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚１における巻き立て鋼板３、耐力階層化鉄筋４及び定着鋼５による前記橋脚補強部に代えて、ＲＣ巻き立て補強部２３と、耐力階層化鉄筋２４と、中空シース２５とを有する前記橋脚補強部が配される点で、第１実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚１と相違する。
【0042】
ＲＣ巻き立て補強部２３は、柱部２ｂとともに柱状体を成すように形成され、フーチング部２ａより前記柱状体の直径が小径とされる厚みで柱部２ｂの外周に巻き立てられる。
ＲＣ巻き立て補強部２３の構造及び設置方法としては、特に制限はなく、一般的なＲＣ巻き立て工法で採用される公知の構造及び設置方法から適宜選択することができる。
前記ＲＣ巻き立て工法では、一般に柱部２ｂの外周に巻き立てられた補強用のコンクリート躯体中に補強用の軸方向鉄筋及び帯鉄筋を配筋し、前記既設ＲＣ橋脚を補強する。これら補強用の軸方向鉄筋及び帯鉄筋は、前記既設ＲＣ橋脚自身が前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を満足していない場合に、前記既設ＲＣ橋脚自身と前記橋脚補強部の補強とにより前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を確保するための任意部材として採用され得る。
ＲＣ巻き立て補強部２３の構造及び設置方法としては、特に制限はなく、一般的なＲＣ巻き立て工法で採用される公知の構造及び設置方法から適宜選択することができる。
前記ＲＣ巻き立て工法では、一般に柱部２ｂの外周に巻き立てられた補強用のコンクリート躯体中に補強用の軸方向鉄筋及び帯鉄筋を配筋し、前記既設ＲＣ橋脚を補強する。これら補強用の軸方向鉄筋及び帯鉄筋は、前記既設ＲＣ橋脚自身が前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を満足していない場合に、前記既設ＲＣ橋脚自身と前記橋脚補強部の補強とにより前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を確保するための任意部材として採用され得る。
【0043】
図９に拡大して示すように、耐力階層化鉄筋２４は、上端側に柱部２ｂの高さ方向（鉛直方向）と直交する方向（水平方向）に張り出されたフランジを形成する支圧板４ａが固着されるとともに支圧板４ａから柱部２ｂの前記高さ方向に沿って垂下されて下端側がフーチング部２ａに埋設される。なお、図９は、橋脚基部の部分拡大断面図である。
耐力階層化鉄筋２４としては、特に制限はなく、基本的に前記ＲＣ巻き立て工法で用いられる公知の構成材及び設置方法から適宜選択することができ、例えば、前記ＲＣ巻き立て工法で用いられる一般的なアンカー鉄筋及びその設置方法が挙げられる。また、図示の例では、耐力階層化鉄筋２４が一体成型されるタイプのものを示しているが、鉄筋としての作用と支圧板の構造とを持つものであれば、特に制限はなく、例えば、上部がボルト構造とされた鉄筋に対し支圧板を構成するナットが螺合されるタイプのものなどを用いてもよい。
耐力階層化鉄筋２４としては、特に制限はなく、基本的に前記ＲＣ巻き立て工法で用いられる公知の構成材及び設置方法から適宜選択することができ、例えば、前記ＲＣ巻き立て工法で用いられる一般的なアンカー鉄筋及びその設置方法が挙げられる。また、図示の例では、耐力階層化鉄筋２４が一体成型されるタイプのものを示しているが、鉄筋としての作用と支圧板の構造とを持つものであれば、特に制限はなく、例えば、上部がボルト構造とされた鉄筋に対し支圧板を構成するナットが螺合されるタイプのものなどを用いてもよい。
【0044】
また、図９に拡大して示すように、中空シース２５は、ＲＣ巻き立て補強部２３内部にフーチング部２ａに埋設される部分より上方側の耐力階層化鉄筋２４を遊嵌させた状態で収容する中空部として形成され、前記中空部の上部側が支圧板２４ａを収容する、下方よりも開口径が大きな大中空部２５ａとされ、大中空部２５ａの下面部分が支圧板２４ａ下面と対向してＲＣ巻き立て補強部の側面部分が柱部２ｂの側面部分の変位に追従する形で上方に引っ張られたときに支圧板２４ａ下面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされる。
また、中空シース２５は、レベル２地震動（前記設計地震動）を超える地震動を受けて初めて耐力階層化鉄筋２４が作動するように、大中空部２５ａが柱部２ｂの塑性ヒンジ区間（塑性ヒンジ長Ｌｐの長さで律せられる区間）よりも上方の高さ位置に形成される。
即ち、中空シース２５は、柱部２ｂの前記塑性ヒンジ区間において耐力階層化鉄筋２４（支圧板２４ａを含む）がＲＣ巻き立て補強部２３と縁切りされるように形成される。
なお、図８において、耐力階層化鉄筋２４及び中空シース２５による補強構造が１箇所示されているが、これら耐力階層化鉄筋２４及び中空シース２５による補強構造としては、柱部２ｂの周囲に一定間隔で複数形成されることが好ましい。
また、中空シース２５は、レベル２地震動（前記設計地震動）を超える地震動を受けて初めて耐力階層化鉄筋２４が作動するように、大中空部２５ａが柱部２ｂの塑性ヒンジ区間（塑性ヒンジ長Ｌｐの長さで律せられる区間）よりも上方の高さ位置に形成される。
即ち、中空シース２５は、柱部２ｂの前記塑性ヒンジ区間において耐力階層化鉄筋２４（支圧板２４ａを含む）がＲＣ巻き立て補強部２３と縁切りされるように形成される。
なお、図８において、耐力階層化鉄筋２４及び中空シース２５による補強構造が１箇所示されているが、これら耐力階層化鉄筋２４及び中空シース２５による補強構造としては、柱部２ｂの周囲に一定間隔で複数形成されることが好ましい。
【0045】
これら耐力階層化鉄筋２４及び中空シース２５では、支圧板２４ａ下面と大中空部２５ａ下面との間に遊間が形成されるとともに、耐力階層化鉄筋２４が中空シース２５によりＲＣ巻き立て補強部２３と縁切りされるが、前記既設ＲＣ橋脚自身が、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を満足していない場合には、従来の前記ＲＣ巻き立て工法による補強の通り、ＲＣ巻き立て補強部２３とフーチング部２ａとの間を掛け渡すように柱部２ｂの高さ方向に沿ってこれらの部材内に上方と下方とを埋設させる（中空シース２５による遊間の設定を行わない）ことで、前記既設ＲＣ橋脚自身とＲＣ巻き立て補強部２３による補強とで前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を確保すればよい。
【0046】
第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０において、前記設計地震動と前記極大地震動とで橋脚の耐力を階層化させるためには、前記遊間及び前記遊間長ｄｘの設定を第１実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚１と同様に行えばよく、支圧板２４ａと前記引張抵抗面（大中空部２５ａの下面）との間に前記遊間が形成され、かつ、平常時における支圧板２４ａと前記引張抵抗面との距離である遊間長ｄｘが前掲の式（１）及び（２）を満足するように形成されることが特徴となる。
【0047】
つまり、こうした前記遊間及び前記遊間長ｄｘの設定を行うと、レベル２地震動（前記設計地震動）を超える地震動を受けて初めて耐力階層化鉄筋２４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２４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２４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、第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０においても、地震動による引張力作用時の状態を示す図１０から理解されるように、前記式（１）、（２）に基づき遊間長ｄｘを適切に設定することで、耐力階層化鉄筋２４をレベル２地震動以下の外力を受けたときに作動させず、レベル２地震動を超える地震動（図１０中の矢印Ａ参照）を受けて前記遊間が潰された（図１０中の矢印Ｂ参照）ときに初めて荷重を負担する鉄筋として作動させることができる。
ただし、第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０では、巻き立て鋼板３に代えてＲＣ巻き立て補強部２３が適用されるため、前記式（８），（１１），（１５）を、前記式（８），（１１），（１５）中の“βｓｃ”を“βｃｏ”に置き換えた下記式（１８），（１９），（２１）に変更して遊間長ｄｘの設定を行う。即ち、前記かぶりコンクリートの抵抗を表すばね定数を、巻き立て鋼板３を適用する場合の“βｓｃ”に代えて、下記式（２０）で表されるＲＣ巻き立て補強部２３を適用する場合の“βｃｏ”に置き換えて遊間長ｄｘの設定を行う。
また、“βｃｏ”についての下記式（２０）の適用に基づき、“βｓｃ”についての前記式（１３）を用いずに遊間長ｄｘの設定を行う。即ち、第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０では、“βｓｃ”についての前記式（１３）に代えて“βｃｏ”についての下記式（２０）を用いて遊間長ｄｘの設定を行う。
即ち、第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０においても、地震動による引張力作用時の状態を示す図１０から理解されるように、前記式（１）、（２）に基づき遊間長ｄｘを適切に設定することで、耐力階層化鉄筋２４をレベル２地震動以下の外力を受けたときに作動させず、レベル２地震動を超える地震動（図１０中の矢印Ａ参照）を受けて前記遊間が潰された（図１０中の矢印Ｂ参照）ときに初めて荷重を負担する鉄筋として作動させることができる。
ただし、第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０では、巻き立て鋼板３に代えてＲＣ巻き立て補強部２３が適用されるため、前記式（８），（１１），（１５）を、前記式（８），（１１），（１５）中の“βｓｃ”を“βｃｏ”に置き換えた下記式（１８），（１９），（２１）に変更して遊間長ｄｘの設定を行う。即ち、前記かぶりコンクリートの抵抗を表すばね定数を、巻き立て鋼板３を適用する場合の“βｓｃ”に代えて、下記式（２０）で表されるＲＣ巻き立て補強部２３を適用する場合の“βｃｏ”に置き換えて遊間長ｄｘの設定を行う。
また、“βｃｏ”についての下記式（２０）の適用に基づき、“βｓｃ”についての前記式（１３）を用いずに遊間長ｄｘの設定を行う。即ち、第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚２０では、“βｓｃ”についての前記式（１３）に代えて“βｃｏ”についての下記式（２０）を用いて遊間長ｄｘの設定を行う。
【0048】
【数13】
【0049】
【数14】
【0050】
ただし、前記式（２０）中のｃ０は、前記塑性ヒンジ長Ｌｐを算出するための前記帯鉄筋の有効長ｄ’が最も大きい前記コンクリート躯体の部分の最外縁側に配置された前記軸方向鉄筋の最外位置から前記コンクリート躯体の最外縁までの最短距離（ｍｍ）を示す。
なお、前記式（２０）に基づく算出に際し、「コンクリート躯体」には、既存橋脚の柱部２ｂとＲＣ巻き立て補強部２３とで構成される前記柱状体におけるコンクリート躯体を適用し、「軸方向鉄筋」には、柱部２ｂにおける軸方向鉄筋に加え、ＲＣ巻き立て補強部２３における前記軸方向鉄筋を含めて適用する。つまり、柱部２ｂとＲＣ巻き立て補強部２３とで構成される前記柱状体を対象として前記式（２０）に基づく算出を行う。
なお、前記式（２０）に基づく算出に際し、「コンクリート躯体」には、既存橋脚の柱部２ｂとＲＣ巻き立て補強部２３とで構成される前記柱状体におけるコンクリート躯体を適用し、「軸方向鉄筋」には、柱部２ｂにおける軸方向鉄筋に加え、ＲＣ巻き立て補強部２３における前記軸方向鉄筋を含めて適用する。つまり、柱部２ｂとＲＣ巻き立て補強部２３とで構成される前記柱状体を対象として前記式（２０）に基づく算出を行う。
【0051】
【数15】
【0052】
（耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法）
本発明の耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法は、本発明の前記耐力階層化補強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遊間設定工程を含み、好適には、更に、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補強ＲＣ橋脚の設計方法は、本発明の前記耐力階層化補強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遊間設定工程を含み、好適には、更に、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。
【0053】
前記曲率算出工程は、前記耐力階層化鉄筋（２，２４）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柱部（２ｂ）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前記既設ＲＣ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。
また、算出に際し、前記既設ＲＣ橋脚自身の耐震性能が不足し、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能が前記橋脚補強部の補強により確保されるケースでは、前記既設ＲＣ橋脚を前記橋脚補強部により補強された状態と同等の耐震性能を持つものに置き換えて各種算出を行う。つまり、耐震性能の不足が前記橋脚補強部により補われた前記既設ＲＣ橋脚として、前記既設ＲＣ橋脚自身で前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を満足する橋脚を想定し、この想定に係る橋脚に対して各種算出を行う。この想定は、公知の鋼板巻き立て工法又はＲＣ巻き立て工法による過去の施工例で得られている補強後の前記既設ＲＣ橋脚が持つ耐震性能の既知データと、この既知データに相当する耐震性能を持つ前記既設ＲＣ橋脚とを勘案して行うことができる。また、この想定は、以降の工程でも同様とする。
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前記既設ＲＣ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。
また、算出に際し、前記既設ＲＣ橋脚自身の耐震性能が不足し、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能が前記橋脚補強部の補強により確保されるケースでは、前記既設ＲＣ橋脚を前記橋脚補強部により補強された状態と同等の耐震性能を持つものに置き換えて各種算出を行う。つまり、耐震性能の不足が前記橋脚補強部により補われた前記既設ＲＣ橋脚として、前記既設ＲＣ橋脚自身で前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を満足する橋脚を想定し、この想定に係る橋脚に対して各種算出を行う。この想定は、公知の鋼板巻き立て工法又はＲＣ巻き立て工法による過去の施工例で得られている補強後の前記既設ＲＣ橋脚が持つ耐震性能の既知データと、この既知データに相当する耐震性能を持つ前記既設ＲＣ橋脚とを勘案して行うことができる。また、この想定は、以降の工程でも同様とする。
【0054】
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前記柱部の中立軸の位置から前記柱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既設ＲＣ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補強ＲＣ橋脚において、前記中立軸の位置から前記柱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。
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既設ＲＣ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補強ＲＣ橋脚において、前記中立軸の位置から前記柱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。
【0055】
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既設ＲＣ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既設ＲＣ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。
【0056】
前記遊間設定工程は、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）を満足するように遊間長ｄｘを設定する工程である。
【0057】
【数16】
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、前記既設ＲＣ橋脚を対象として前記道路橋示方書Ｖに基づく設定を行う方法が挙げられ、具体的には、本発明の前記耐力階層化補強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。
【0058】
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柱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柱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、前記既設ＲＣ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橋脚補強部を配した状態、つまり、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補強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。
前記既設ＲＣ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補強ＲＣ橋脚では、前記耐力階層化鉄筋の降伏前に前記支承部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柱部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、前記各工程において、各算出対象が前記既設ＲＣ橋脚の既知データとして利用可能である場合には、算出を行うことなく前記既知データを利用してもよく、本明細書における「算出」には、（既知データの）「取得」の概念を含む。
前記支承部設定工程としては、前記既設ＲＣ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橋脚補強部を配した状態、つまり、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補強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。
前記既設ＲＣ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補強ＲＣ橋脚では、前記耐力階層化鉄筋の降伏前に前記支承部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柱部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、前記各工程において、各算出対象が前記既設ＲＣ橋脚の既知データとして利用可能である場合には、算出を行うことなく前記既知データを利用してもよく、本明細書における「算出」には、（既知データの）「取得」の概念を含む。
【0059】
【0060】
＜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想定する。
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想定する。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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、前記橋脚の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の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、前記橋脚の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の水平耐力を設定する。
【0064】
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。
【0065】
＜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、前記既設ＲＣ橋脚に対して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、前記既設ＲＣ橋脚に対して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。
【0066】
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する、あきを考慮しつつ、前記柱部の外周位置に設定する。
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する、あきを考慮しつつ、前記柱部の外周位置に設定する。
【0067】
２．３ 耐力階層化鉄筋の遊間長の目安値設定
前記耐力階層化鉄筋の前記遊間長ｄｘ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、前記遊間長ｄｘ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遊間を決定する。
前記耐力階層化鉄筋の前記遊間長ｄｘ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、前記遊間長ｄｘ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遊間を決定する。
【0068】
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。
【0069】
＜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、前記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遊間長ｄｘ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、又は前記遊間長ｄｘ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、前記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遊間長ｄｘ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、又は前記遊間長ｄｘを見直す。
【0070】
以上のように構成される本発明の前記耐力階層化補強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補強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補強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補強ＲＣ橋脚を設計することができる。
【実施例】
【0071】
本発明の前記耐力階層化補強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。
【0072】
＜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１２（ａ），（ｂ）に示す、既設ＲＣ橋脚を想定した。この既設ＲＣ橋脚としては、下記参考文献１に示される、耐荷性能を満たしていないＲＣ橋脚とした。なお、図１２（ａ）は、シミュレーション解析で想定するＲＣ橋脚（単脚）の側面図であり、図１２（ｂ）は、シミュレーション解析で想定するＲＣ橋脚（４脚）の上部構造断面図である。
前記シミュレーション解析では、前記既設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。
参考文献１：日本道路協会：既設道路橋の耐震補強に関する参考資料，１９９７．
前記シミュレーション解析では、典型的な事例として、図１２（ａ），（ｂ）に示す、既設ＲＣ橋脚を想定した。この既設ＲＣ橋脚としては、下記参考文献１に示される、耐荷性能を満たしていないＲＣ橋脚とした。なお、図１２（ａ）は、シミュレーション解析で想定するＲＣ橋脚（単脚）の側面図であり、図１２（ｂ）は、シミュレーション解析で想定するＲＣ橋脚（４脚）の上部構造断面図である。
前記シミュレーション解析では、前記既設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。
参考文献１：日本道路協会：既設道路橋の耐震補強に関する参考資料，１９９７．
【0073】
前記設計対象橋脚としては、実施形態１に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚の鋼板巻き立てによる補強を行う橋脚とし、前記既設ＲＣ橋脚側の具体的な配筋構造を図１３（ａ）に示す配筋構造とするとともに、前記橋脚補強部の構造を加えた状態の具体的な配筋構造を図１３（ｂ）に示す配筋構造とした。
図１３（ａ）に示すように、前記既設ＲＣ橋脚側では、レベル２地震動に対する耐荷性能を確保するうえで必要な軸方向鉄筋、帯鉄筋及び組立筋による配筋構造とされる。
また、１３（ｂ）に示すように、前記橋脚補強部側では、前記参考文献１に示される補強と同程度の水平耐力が確保できる補強量とするため、補強鉄筋（アンカー鉄筋、材質：ＳＤ３４５、鉄筋径：Ｄ４１）が鋼材（巻き立て鋼板）及びＨ形鋼（不図示）を介して前記鋼材の周囲に配されるとともに、レベル２地震動に相当する変位を超えたときに作動する前記耐力階層化鉄筋が前記鋼材及び前記Ｈ形鋼を介して前記鋼材の周囲に配される。このとき、前記耐力階層化鉄筋のみ前記支圧板が前記Ｈ形鋼の前記引張抵抗板との間に前記遊間を与えられて配される。なお、前記耐力階層化鉄筋には、限られた配置スペースで十分な水平耐力を確保するためＳＤ４９０鉄筋を用いることとし、鉄筋径をＤ５１とした。
前記既設ＲＣ橋脚の使用材料の具体的な諸元を下記表１に示し、前記橋脚補強部の使用材料の諸元を下記表２に示す。
図１３（ａ）に示すように、前記既設ＲＣ橋脚側では、レベル２地震動に対する耐荷性能を確保するうえで必要な軸方向鉄筋、帯鉄筋及び組立筋による配筋構造とされる。
また、１３（ｂ）に示すように、前記橋脚補強部側では、前記参考文献１に示される補強と同程度の水平耐力が確保できる補強量とするため、補強鉄筋（アンカー鉄筋、材質：ＳＤ３４５、鉄筋径：Ｄ４１）が鋼材（巻き立て鋼板）及びＨ形鋼（不図示）を介して前記鋼材の周囲に配されるとともに、レベル２地震動に相当する変位を超えたときに作動する前記耐力階層化鉄筋が前記鋼材及び前記Ｈ形鋼を介して前記鋼材の周囲に配される。このとき、前記耐力階層化鉄筋のみ前記支圧板が前記Ｈ形鋼の前記引張抵抗板との間に前記遊間を与えられて配される。なお、前記耐力階層化鉄筋には、限られた配置スペースで十分な水平耐力を確保するためＳＤ４９０鉄筋を用いることとし、鉄筋径をＤ５１とした。
前記既設ＲＣ橋脚の使用材料の具体的な諸元を下記表１に示し、前記橋脚補強部の使用材料の諸元を下記表２に示す。
【0074】
【表1】
【0075】
【表2】
【0076】
＜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。解析における載荷条件としては、補強後の前記既設ＲＣ橋脚について前記限界状態３とみなす変位以上まで載荷できる条件とし、荷重の載荷手法としては、慣性力作用位置である橋脚天端に０．０１ｍｍ／ｓｔｅｐで変位を与えることとした。
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。解析における載荷条件としては、補強後の前記既設ＲＣ橋脚について前記限界状態３とみなす変位以上まで載荷できる条件とし、荷重の載荷手法としては、慣性力作用位置である橋脚天端に０．０１ｍｍ／ｓｔｅｐで変位を与えることとした。
【0077】
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１４に示す。
図１４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、前記塑性ヒンジ区間を「ファイバー要素」とし、前記塑性ヒンジ区間より上方の前記柱部を「線形はり要素」とし、前記梁部を「線形はり要素（剛部材）」としてモデル化を行うものである。前記柱部の下端である柱基部を固定し、前記柱基部以下の高さ位置に存する前記フーチング部及び基礎については、モデル化していない。
図１４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、前記塑性ヒンジ区間を「ファイバー要素」とし、前記塑性ヒンジ区間より上方の前記柱部を「線形はり要素」とし、前記梁部を「線形はり要素（剛部材）」としてモデル化を行うものである。前記柱部の下端である柱基部を固定し、前記柱基部以下の高さ位置に存する前記フーチング部及び基礎については、モデル化していない。
【0078】
また、前記橋脚補強部における前記耐力階層化鉄筋を「ばね要素」としてモデル化した。即ち、前記耐力階層化鉄筋は、前記遊間により所定の変位に達して初めて軸方向の引張力に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」として設定した。
この際、前記耐力階層化鉄筋のモデル化は、図１５に示すように断面内の実際に配置する位置で、前記塑性ヒンジ区間のみで行った。前記補強鉄筋（アンカー鉄筋）と異なり、断面内の実際に配置する位置でモデル化する理由は、耐力上昇のタイミングが前記耐力階層化鉄筋から前記中立軸までの距離によって決まるためであり、前記塑性ヒンジ区間のみをモデル化する理由は、前記塑性ヒンジ区間より上側の「線形はり要素」の区間における変形量が、前記耐力階層化鉄筋が作動する変位に影響しないためである。こうしたモデル化を行うことで、前記耐力階層化鉄筋の応答変位を正確に把握することができる。
また、前記耐力階層化鉄筋は、「ばね要素」として図１６に示す荷重－変位関係を与えてモデル化した。
また、前記耐力階層化鉄筋が作用するまでの前記遊間及び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。
この際、前記耐力階層化鉄筋のモデル化は、図１５に示すように断面内の実際に配置する位置で、前記塑性ヒンジ区間のみで行った。前記補強鉄筋（アンカー鉄筋）と異なり、断面内の実際に配置する位置でモデル化する理由は、耐力上昇のタイミングが前記耐力階層化鉄筋から前記中立軸までの距離によって決まるためであり、前記塑性ヒンジ区間のみをモデル化する理由は、前記塑性ヒンジ区間より上側の「線形はり要素」の区間における変形量が、前記耐力階層化鉄筋が作動する変位に影響しないためである。こうしたモデル化を行うことで、前記耐力階層化鉄筋の応答変位を正確に把握することができる。
また、前記耐力階層化鉄筋は、「ばね要素」として図１６に示す荷重－変位関係を与えてモデル化した。
また、前記耐力階層化鉄筋が作用するまでの前記遊間及び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。
【0079】
モデル化された「ファイバー要素」のコンクリートの応力－ひずみ関係は、前記参考文献１に基づき、前記鋼材（巻き立て鋼板）の補強効果として、前記鋼材の断面積を帯鉄筋換算して設定した。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１７に示す。
【0080】
＜シミュレーション結果＞
前記耐力階層化鉄筋の遊間長ｄｘを検証するために、遊間長ｄｘを１５ｍｍ，２０ｍｍ，２５ｍｍとして前記荷重漸増解析を行った。
ここで、１５ｍｍ，２０ｍｍとする条件が遊間長ｄｘの設定に関する前記式（１）及び（２）を満足する条件であり、２５ｍｍとする条件（遊間長ｄｘが長い）は、前記式（１）及び（２）を満足しない条件である。
前記耐力階層化鉄筋の遊間長ｄｘを検証するために、遊間長ｄｘを１５ｍｍ，２０ｍｍ，２５ｍｍとして前記荷重漸増解析を行った。
ここで、１５ｍｍ，２０ｍｍとする条件が遊間長ｄｘの設定に関する前記式（１）及び（２）を満足する条件であり、２５ｍｍとする条件（遊間長ｄｘが長い）は、前記式（１）及び（２）を満足しない条件である。
【0081】
前記荷重漸増解析の解析結果を図１８に示す。なお、図中の縦軸が前記設計対象橋脚の水平耐力（荷重）を示し、横軸が前記設計対象橋脚の前記橋脚天端における変位を示している。また、図には、各遊間条件の解析結果に加え、前記設計対象橋脚における限界状態２及び３とみなす変位の制限値も併せて示している。
【0082】
遊間長ｄｘを２５ｍｍとする条件では、前記耐力階層化鉄筋の作用する（水平耐力が上昇する）前記橋脚天端の変位が約１３５ｍｍであり、限界状態３とみなす変位を超えてから前記耐力階層化鉄筋が荷重を負担する鉄筋として作動することが確認される。本シミュレーションでは、限界状態３とみなす変位を超えた後の水平耐力の低下をモデル化していないため、前記設計対象橋脚の水平耐力（荷重）の低下が示されていないが、実橋脚においては限界状態３を超えると水平耐力（荷重）が急落し倒壊に至ることが実験等で確認されている。そのため、レベル２地震動を超える地震動を受けたときに、前記支承部に破壊箇所が移行する前に前記設計対象橋脚が倒壊に至ることを示しており、前述の崩壊シナリオが成立しない。
【0083】
一方、遊間長ｄｘを１５ｍｍとする条件では、前記耐力階層化鉄筋の作用する（水平耐力が上昇する）前記橋脚天端の変位が約９０ｍｍであり、限界状態２とみなす変位に到達する前から作動するとともに、限界状態３とみなす変位に到達する前に前記耐力階層化鉄筋が荷重を負担する鉄筋として作動することが確認される。なお、図示しないが、この条件における前記耐力階層化鉄筋は、限界状態１とみなす変位に到達後に作動する。
【0084】
また、遊間長ｄｘを２０ｍｍとする条件では、前記耐力階層化鉄筋の作用する（水平耐力が上昇する）前記橋脚天端の変位が約１１０ｍｍであり、限界状態２とみなす変位を超えた時点で作動し、限界状態３とみなす変位に到達する前に前記耐力階層化鉄筋が荷重を負担する鉄筋として作動することが確認される。
したがって、遊間長ｄｘの設定に関する前記式（１）及び（２）を満足する条件では、限界状態３とみなす変位に到達する前にレベル２地震動を超える地震動の影響を前記支承部の破壊に誘導することができることを示しており、橋全体として崩壊に至りにくいシナリオに誘導できたことを意味している。
したがって、遊間長ｄｘの設定に関する前記式（１）及び（２）を満足する条件では、限界状態３とみなす変位に到達する前にレベル２地震動を超える地震動の影響を前記支承部の破壊に誘導することができることを示しており、橋全体として崩壊に至りにくいシナリオに誘導できたことを意味している。
【0085】
遊間長ｄｘを２０ｍｍとする条件とした前記設計対象橋脚（ケース１）に加え、前記荷重漸増解析は、無補強の前記既設ＲＣ橋脚（図１３（ａ）参照）そのものを条件とした設計対象橋脚（ケース０）と、補強はするが前記耐力階層化鉄筋をモデル化しない状態の橋脚（図１４における「ばね要素」なし）を条件とした設計対象橋脚（ケース２）に対しても行った。
【0086】
これらについての前記荷重漸増解析の解析結果を図１９に示す。なお、図中の縦軸が前記設計対象橋脚の水平耐力（荷重）を示し、横軸が前記設計対象橋脚の前記橋脚天端における変位を示している。また、図には、各遊間条件の解析結果に加え、前記設計対象橋脚における限界状態２及び３とみなす変位の制限値も併せて示している。
【0087】
ケース０では、限界状態２とみなす変位に到達する前から水平耐力（荷重）の低下が確認され、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動に対する耐震性能を満足していないことが確認される。
ケース２では、このような水平耐力（荷重）の低下が確認されず、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を満足することが確認される。
ケース１では、限界状態２までは、ケース２と同様の挙動を示す。その後は、図１８にも示したように、限界状態２を超え、限界状態３に至る前に水平耐力（荷重）が上昇することが確認される。
ケース２では、このような水平耐力（荷重）の低下が確認されず、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計による前記設計地震動までの耐震性能を満足することが確認される。
ケース１では、限界状態２までは、ケース２と同様の挙動を示す。その後は、図１８にも示したように、限界状態２を超え、限界状態３に至る前に水平耐力（荷重）が上昇することが確認される。
【0088】
続いて、ケース１について、橋脚の水平耐力のばらつきが、耐力上昇前と耐力上昇後とでともに超過確率５％とした場合の水平耐力（荷重）と、同じく超過確率５％とした場合の支承部（アンカーボルト）破断耐力との確率分布を図２０に示す。
図２０に示すように、前記支承部（アンカーボルト）破断耐力を例えば３，６２０ｋＮとすると、超過確率５％の設定範囲内で前記橋脚の耐力上昇前に前記支承部が破断されず、かつ、前記橋脚の耐力上昇後に前記支承部が破断されることとなる。
したがって、前記設計対象橋脚に対して超過確率５％までの信頼性を与えた状態で、意図した崩壊シナリオを実現することができる。
図２０に示すように、前記支承部（アンカーボルト）破断耐力を例えば３，６２０ｋＮとすると、超過確率５％の設定範囲内で前記橋脚の耐力上昇前に前記支承部が破断されず、かつ、前記橋脚の耐力上昇後に前記支承部が破断されることとなる。
したがって、前記設計対象橋脚に対して超過確率５％までの信頼性を与えた状態で、意図した崩壊シナリオを実現することができる。
【符号の説明】
【0089】
１ 耐力階層化補強ＲＣ橋脚
２ａ フーチング部
２ｂ 柱部
２ｃ 梁部
３ 巻き立て鋼板
４，２４ 耐力階層化鉄筋
４ａ，２４ａ 支圧板
５ 定着鋼
５ａ 引張抵抗板
６ 軸方向鉄筋
７ 帯鉄筋
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
２３ ＲＣ巻き立て補強部
２５ 中空シース
２５ａ 大中空部
２ａ フーチング部
２ｂ 柱部
２ｃ 梁部
３ 巻き立て鋼板
４，２４ 耐力階層化鉄筋
４ａ，２４ａ 支圧板
５ 定着鋼
５ａ 引張抵抗板
６ 軸方向鉄筋
７ 帯鉄筋
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
２３ ＲＣ巻き立て補強部
２５ 中空シース
２５ａ 大中空部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7(a)】
【図7(b)】
【図7(c)】
【図7(d)】
【図7(e)】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12(a)】
【図12(b)】
【図13(a)】
【図13(b)】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
