コンクリート工学年次論文集 Vol.32

論 文 損 傷 を 受 けた 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 RC 柱 の 補 修 効 果 に 関 する 研 究 松 枝 修 平 *1 田 所 敏 弥 *2 岡 本 大 *3 *4 谷 村 幸 裕 要 旨 : 兵 庫 県 南 部 地 震 以 降, 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 が 実 施 されてきた 今 後,これらの 構 造 物 が 被 災 することも 想 定 されるが, 耐 震 補 強 した 柱 の 損 傷 状 況, 補 修 方 法 や 補 修 後 の 部 材 特 性 などの 研 究 は 十 分 ではない そこ で, 本 研 究 では, 静 的 載 荷 実 験 により 鋼 板 補 強 した 柱 の 部 材 角 と 内 部 損 傷 の 関 係 を 明 らかとした 次 に, 早 期 復 旧 を 目 的 とした 補 修 方 法 を 提 案 し, 静 的 載 荷 実 験 によって, 剛 性 および 耐 荷 力 の 回 復 の 程 度 を 把 握 した また, 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋 を 対 象 に 補 修 後 の 構 造 物 の 耐 震 性 能 について 動 的 解 析 を 行 い, 本 検 討 で 用 い た 諸 元 の 構 造 物 については, 初 期 損 傷 時 の 8 割 程 度 の 地 震 動 であれば, 耐 震 性 能 を 満 足 することを 確 認 した キーワード: 鋼 板 巻 き 立 て 補 強, 補 修, 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋, 交 番 載 荷 実 験, 動 的 解 析 1. はじめに 兵 庫 県 南 部 地 震 以 降, 主 に,せん 断 破 壊 形 態 の 部 材 に 対 して 耐 震 補 強 が 実 施 されてきた 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋 では, 一 般 に, 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 が 行 われている 1) 新 潟 県 中 越 地 震 では, 耐 震 補 強 した 柱 は 軽 微 な 損 傷 であ った 2) が, 東 海 地 震, 南 海 地 震, 東 南 海 地 震 等 の 大 規 模 地 震 時 には,ある 程 度 の 損 傷 を 受 けることが 想 定 される 一 方, 近 年, 損 傷 を 受 けた 柱 の 復 旧 性 に 関 する 研 究 が 行 われている 仁 平 ら 3) は,RC 柱 に 対 して, 損 傷 後 に 柱 の 一 部 を 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 することで 部 材 性 能 が 回 復 することを 確 認 している また, 稲 熊 ら 4) は, 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 柱 と 上 層 梁 との 接 合 部 が 損 傷 した 場 合 の 補 修 を 行 い,その 後 の 載 荷 実 験 により,もとの 部 材 性 能 まで 回 復 することを 確 認 している しかし, 既 往 の 研 究 では, 部 材 角 に 応 じた 補 強 鋼 板 内 部 の 損 傷 状 況 は 十 分 に 把 握 されていない また,コアコンクリートが 損 傷 した 場 合 には,コアコンクリートを 十 分 に 撤 去 する 必 要 があるな ど, 復 旧 に 時 間 を 要 することが 考 えられる そこで, 本 研 究 では, 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 した 柱 の 部 材 角 と 内 部 損 傷 状 況 の 関 係 を 把 握 することを 目 的 に 載 荷 実 験 を 行 った 次 に, 早 期 復 旧 を 目 的 として, 補 強 鋼 板 内 部 の 損 傷 したコアコンクリートを 除 去 せずに,セメン トスラリーを 充 填 する 補 修 方 法 を 提 案 し,その 効 果 を 確 認 するため, 補 修 後 に, 再 度 交 番 載 荷 実 験 を 行 った ま た, 実 験 結 果 に 基 づいて 補 修 後 の 部 材 特 性 をモデル 化 し, 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋 を 対 象 に 動 的 非 線 形 解 析 を 実 施 し, 補 修 後 の 構 造 物 の 耐 震 性 能 について 検 討 した 2. 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 柱 の 載 荷 実 験 2.1 実 験 概 要 実 験 は, 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋 の 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 *1 ( 財 ) 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 構 造 物 技 術 研 究 部 コンクリート 構 造 工 修 ( 正 会 員 ) *2 ( 財 ) 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 構 造 物 技 術 研 究 部 コンクリート 構 造 工 博 ( 正 会 員 ) *3 ( 財 ) 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 構 造 物 技 術 研 究 部 耐 震 構 造 工 修 ( 正 会 員 ) *4 ( 財 ) 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 構 造 物 技 術 研 究 部 コンクリート 構 造 工 博 ( 正 会 員 ) 柱 を 対 象 とし, 試 験 体 2 体 の 正 負 交 番 載 荷 実 験 とした 試 験 体 No.1 は, 実 験 中 に 取 り 外 しができるように 加 工 し た 補 強 鋼 板 を 巻 き 立 て, 柱 の 部 材 角 と 内 部 コンクリート の 損 傷 状 況 の 関 係 について 観 察 を 行 った また, 試 験 体 No.2 は, 予 め 載 荷 実 験 を 行 い,ひび 割 れ,はく 離 はく 落 させて,かつ, 軸 方 向 鉄 筋 を 座 屈 させ,その 後, 損 傷 部 を 補 修 し, 再 度 載 荷 実 験 を 行 った これにより 損 傷 を 受 けた 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 柱 の 補 修 前 後 の 耐 荷 力 や 変 形 性 能 を 比 較 し, 補 修 効 果 について 考 察 した ここで,No.2 試 験 体 については,1 度 目 の 載 荷 実 験 を 初 期 損 傷 時, 補 修 後 の 2 度 目 の 載 荷 実 験 を 補 修 後 とする 2.2 試 験 体 の 諸 元 試 験 体 No.1 および No.2 の 構 造 一 般 図 を, 図 -1 およ び 図 -2 に 示 す 材 料 試 験 結 果 を, 表 -1 に 示 す また, 試 験 体 No.1 の 外 観 を, 写 真 -1 示 す 3 6@3=1 86 6@15=9 鋼 板 26 9 9 15 86 9 9 鋼 板 t=6mm SS4 29 鋼 板 締 め 具 図 -1 試 験 体 No.1 軸 方 向 鉄 筋 D32 SD345 帯 鉄 筋 φ9 SR235 一 般 部 86 9 9 86 9 9 3 13 6@3=1 6@15=9 基 部 6 6 6 6 鋼 板 t=6,ss4 間 詰 めモルタルt=3 5 255 あき 鋼 板 軸 方 向 鉄 筋 D32 SD345 帯 鉄 筋 φ9 SR235 29 単 位 :mm 図 -2 試 験 体 No.2

材 料 表 -1 コンクリート, 鋼 材 および 補 修 材 の 材 料 試 験 結 果 コンクリート 柱 部 フーチング 部 間 詰 め モルタル 補 修 材 軸 方 向 鉄 筋 (D32-SD345) 帯 鉄 筋 (φ9-sr235) 鋼 板 (t=6,ss4) 試 験 体 f c E c f c E c f c E c f c E c f sy E s f wy E s f sy E s No.1 29.5 23.7 33.4 361 191 371 21 294 21 No.2 初 期 損 傷 23.4 24.8 23.9 25.3 61. 21.5 補 修 後 24.3 26.2 24.9 25. 65.2 22.1 65.2 18.5 382 182 376 213 33 193 f c : 圧 縮 強 度 (N/mm 2 ),E c,e s :ヤング 係 数 (kn/mm 2 ),f sy,f wy : 降 伏 強 度 (N/mm 2 ), 表 は 試 験 日 の 材 料 試 験 結 果 試 験 体 No.1 および No.2 は, 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋 の 実 大 柱 を 模 擬 し,mm 角 の RC 柱 に 間 詰 めモルタ ル 分 3mm を 考 慮 して 86mm 角 とし, 補 強 鋼 板 t=6mm を 巻 き 立 てた 試 験 体 である せん 断 スパン 比 a/d=3.9(a:せん 断 スパン,d: 有 効 高 さ), 骨 材 の 最 大 粒 径 D max =25mm とした 試 験 体 No.1 の 補 強 鋼 板 は, 取 り 外 しができるようにせん 断 面 の 中 央 で 縦 に 2 分 割 し, ボルトにより 締 結 した 試 験 体 No.2 の 基 部 は,5mm のあきを 設 け,mm 角 の 断 面 とした また, 試 験 体 No.1 および No.2 の 配 筋 状 態 は 同 一 とし, 帯 鉄 筋 比 p w は 柱 基 部 が.22%, 柱 一 般 部 が.11%とした 無 補 強 の 場 合 には, 耐 力 比 V mu /V yd (V mu =M u /a,m u : 曲 げ 耐 力,V yd : せん 断 耐 力 )は, 試 験 体 No.1 が 1.47, 試 験 体 No.2 が 1.54 であり,せん 断 破 壊 型 となる 軸 方 向 力 N は, 地 震 時 に 発 生 する 軸 圧 縮 力 を 想 定 し,2,352kN( 軸 方 向 応 力 σ N =3.68N/mm 2 )とした 間 詰 めモルタルは, 補 強 工 法 で 一 般 的 に 用 いられているセメント 系 材 料 を 用 いた 1) 2.3 載 荷 方 法 載 荷 は, 部 材 角 を 1/2,1/1,2/1,3/1,4/1, 5/1 および 6/1 と 増 加 させる 3 回 繰 返 しの 正 負 交 番 載 荷 とした ここで, 部 材 角 1/2 は 1δ y (δ y : 軸 方 向 鉄 筋 が 初 めて 降 伏 ひずみに 達 したときの 変 位 ) 程 度 である なお, 試 験 体 No.2 に 与 えた 初 期 損 傷 時 の 最 大 変 位 は, 終 局 状 態 程 度 とし, 部 材 角 5/1 までとした 2.4 補 修 材 料 および 補 修 方 法 補 修 材 の 材 料 試 験 結 果 を, 表 -1 に 示 す また, 損 傷 した 柱 基 部 の 補 修 材 の 注 入 状 況 を, 写 真 -2 に 示 す 補 修 は, 損 傷 したコアコンクリートは 撤 去 せず,セメ ントスラリーを 注 入 する 方 法 とした なお, 補 強 鋼 板 下 端 の 除 去 できる 範 囲 にある,はく 離 はく 落 したかぶり コンクリートは 撤 去 した 補 修 方 法 は,まず, 写 真 -2 に 示 すように 補 強 鋼 板 がはらみ 出 した 1D 区 間 程 度 に 対 して,ドリルで 鋼 板 に 穴 を 開 け, 注 入 用 のパイプ(φ1mm) を 設 置 した パイプの 位 置 は, 損 傷 範 囲 の 上 部, 中 部, 下 部 とした 次 に, 写 真 -2 に 示 すように, 急 結 無 収 縮 モルタルを 柱 下 部 に 設 置 することによりシーリングを 行 い, 補 修 材 の 目 詰 まりを 防 ぐため, 電 動 ポンプを 用 い て 下 部 から 1L 程 度 の 水 通 しを 行 った その 後, 補 修 材 を 注 入 した 補 修 材 の 注 入 はパイプや 空 気 抜 き 穴 を 確 写 真 -1 試 験 体 No.1 写 真 -2 補 修 材 の 注 入 状 況 認 しながら 電 動 ポンプを 用 いて 下 部 のパイプから 6 分 かけて 8L 程 度 を 注 入 し, 続 いて, 手 押 しポンプを 用 い て 中 上 部 から 3 分 かけて 1L 程 度 を 注 入 した 補 修 後 は, 柱 下 端 の 断 面 形 状 が 初 期 損 傷 時 とほぼ 同 じとなるよ うに, 硬 化 したシーリング 用 のモルタルをはつりとった 補 修 材 は, 早 期 復 旧 を 目 的 として, 比 較 的 安 価 で 震 災 時 にどの 地 域 でも 入 手 が 可 能 と 考 えられる, 無 収 縮 セメ ントスラリーとし,3 日 強 度 が 既 存 RC 柱 の 設 計 基 準 程 度 に 達 する 早 強 タイプを 用 いた また, 補 修 材 の 充 填 性 を 確 認 するために, 柱 の 損 傷 部 を 模 擬 した 試 験 体 を 製 作 し, 充 填 状 況 の 確 認 を 行 った その 結 果,コンクリート のはく 離 はく 落 や 軸 方 向 鉄 筋 の 座 屈 に 伴 うかぶりコン クリートの 損 傷 程 度 と 考 えられる,2mm 程 度 以 上 の 隙 間 であれば 十 分 充 填 が 可 能 であることを 確 認 した 載 荷 試 験 時 の 補 修 材 の 配 合 などは,セメント 2kg, 水 6.4kg, W/C=32%, 水 温 24, 練 り 上 がり 温 度 31,J14 ロート 流 下 時 間 4.9sec,JA ロート 流 下 時 間 156sec である 2.5 試 験 体 No.1 の 実 験 結 果 (1) 損 傷 状 況 写 真 -3 に, 試 験 体 No.1 の 部 材 角 1/2,3/1,4/1 および 6/1 における 柱 基 部 の 損 傷 状 況 を 示 す 表 中 の 内 部 の 損 傷 状 況 は,3 回 繰 返 し 載 荷 後 に 水 平 変 位 をゼロ とした 時 のものである 部 材 角 3/1 時 の 補 強 鋼 板 の 取 り 付 け 時 には, 荷 重 低 下 の 懸 念 から,はく 落 したかぶり コンクリートをできるだけ 元 の 位 置 に 戻 すこととした 表 より,1δ y 程 度 となる 部 材 角 1/2 では 曲 げひび 割 れ が 発 生 し, 最 大 荷 重 付 近 となる 部 材 角 3/1 では 内 部 コ ンクリートに 多 数 の 曲 げひび 割 れが 発 生 し, 補 強 鋼 板 を 取 り 外 すと, 載 荷 面 のかぶりコンクリートのはく 離 が 生 じていた このとき, 補 強 鋼 板 は 若 干 はらみ 出 した こ

の 段 階 では, 軸 方 向 鉄 筋 の 座 屈 は 確 認 できなかったこと や, 後 述 する, 柱 下 端 に 補 強 鋼 板 のあきを 5mm 確 保 し た 試 験 体 No.2 の 部 材 角 3/1 では 同 様 なはらみ 出 しは 確 認 できなかったことから, 主 に, 補 強 鋼 板 下 端 がフーチ ング 上 面 に 接 触 したことにより 補 強 鋼 板 のはらみ 出 し が 生 じたものと 考 えられる 荷 重 低 下 が 始 まった 段 階 と なる 部 材 角 4/1 では, 補 強 鋼 板 のはらみ 出 しが 顕 著 と なり,はらみ 出 し 量 は 6mm 程 度 であった 部 材 角 5/1 では,さらに 増 加 し 8mm 程 度 となった 終 局 状 態 とな る 部 材 角 6/1 では, 軸 方 向 鉄 筋 は 座 屈 し, 内 部 コンク リートは 大 きく 損 傷 した また, 補 強 鋼 板 も 著 しくはら み 出 し, 内 部 のかぶりコンクリートが 砕 け,ガラとなっ て 補 強 鋼 板 の 下 から 崩 れ 出 した この 時 の 最 大 はらみ 出 し 量 は,85mm 程 度 となった (2) 荷 重 - 変 位 関 係 試 験 体 No.1 の 荷 重 - 変 位 関 係 を, 図 -3 に 示 す 図 中 1) には, 軸 方 向 鉄 筋 の 降 伏 点 と, 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 指 針 に 基 づいた 荷 重 - 変 位 関 係 ( 以 下, 骨 格 曲 線 という)の 計 算 値 を 示 す 試 験 体 No.1 の 荷 重 - 変 位 関 係 は, 部 材 角 1/2 程 度 で 軸 方 向 鉄 筋 が 降 伏 し, 部 材 角 3/1 程 度 で 最 大 荷 重 に 達 した その 後, 部 材 角 4/1 で 荷 重 が 低 下 し, 部 材 角 6/1 で 終 局 状 態 となった 計 算 値 と 実 験 結 果 を 比 較 すると, 降 伏 荷 重 点 および 最 大 荷 重 点 では, 実 験 結 果 の 方 が 大 き な 値 となっている これは, 計 算 上 は, 補 強 鋼 板 を 考 慮 しない RC 断 面 から 荷 重 を 算 定 しているが, 補 強 鋼 板 の 拘 束 等 による 効 果 が 影 響 しているものと 考 えられる こ れについては, 既 往 の 研 究 6) においても 同 様 な 傾 向 がみ られている また,ほぼ 終 局 変 位 である 部 材 角 6/1 で 実 験 値 が 計 算 値 を 下 回 った これは, 補 強 鋼 板 を 取 り 外 した 際 に,かぶりコンクリートがはく 落 し,その 一 部 を 完 全 にもとに 戻 すことができなかったことが 影 響 して いると 考 えられる 載 荷 実 験 より, 最 大 荷 重 付 近 までは 軸 方 向 鉄 筋 は 座 屈 せず,それ 以 降 に 座 屈 や 耐 力 低 下 が 確 認 されたことから, 既 往 の RC 部 材 に 対 する 研 究 3) と 同 様 に, 最 大 荷 重 付 近 までは 耐 荷 性 能 上 は 補 修 は 必 要 なく,それ 以 降 は 部 材 性 能 の 回 復 のための 補 修 が 必 要 になると 考 えられる 2.6 試 験 体 No.2 の 実 験 結 果 (1) 初 期 損 傷 時 の 荷 重 - 変 位 関 係 および 損 傷 状 況 試 験 体 No.2 の 初 期 損 傷 時 の 荷 重 - 変 位 関 係 を, 図 -4 に 示 す 図 中 には, 軸 方 向 鉄 筋 の 降 伏 点 と 骨 格 曲 線 の 計 算 値 1) を 示 す 図 に 示 すように, 部 材 角 1/2 程 度 で 軸 方 向 鉄 筋 が 降 伏 し, 部 材 角 3/1 付 近 が 最 大 荷 重 となった その 後, 荷 重 低 下 が 顕 著 となった 部 材 角 5/1 で 載 荷 を 終 了 した 図 -3 と 図 -4 の 初 期 損 傷 時 を 比 較 すると, 両 者 の 荷 重 写 真 -3 柱 基 部 の 損 傷 状 況 ( 試 験 体 No.1) 1/2(1δ y 付 近 ) 3/1 水 平 荷 重 (kn) 4/1 6/1 12 4-4 No.1 1/1 1/2 1δy 2/1 3/1 4/1 6/1 - 軸 方 向 鉄 筋 降 伏 点 計 算 値 -12-2 -1 1 2 水 平 変 位 (mm) 図 -3 荷 重 - 変 位 関 係 ( 試 験 体 No.1) - 変 位 関 係 の 傾 向 は 概 ね 一 致 する 結 果 であった (2) 補 修 後 の 損 傷 状 況 試 験 体 No.2 の 補 修 後 の 損 傷 状 況 を, 写 真 -4 に 示 す 部 材 角 3/1 程 度 までは 補 強 鋼 板 のはらみ 出 し 量 は 大 きくかわらず, 初 期 損 傷 時 のはらみ 出 し 量 から 1mm 程 度 の 増 加 であった また, 部 材 角 3/1 以 降 では 補 強 鋼 板 のはらみ 出 しが 除 々に 進 行 し, 部 材 角 6/1 になると 鋼 板 の 最 大 はらみ 出 し 量 は 15mm 程 度 となり, 初 期 損 傷 時 の 最 大 はらみ 出 し 量 の 1.8 倍 程 度 となった さらに, 部 材 角 6/1 では, 補 強 鋼 板 の 隅 角 部 に 亀 裂 が 入 り,3 回 繰 返 し 載 荷 した 後 には 大 きく 開 いた また, 補 強 鋼 板 内 部 については, 部 材 角 3/1 程 度 までは 補 修 材 等 の 損 傷 は 軽 微 であったが, 部 材 角 3/1 以 降 では, 補 修 材 が ガラとなって 補 強 鋼 板 下 端 から 排 出 され 始 め, 部 材 角

6/1 では 柱 下 端 に 多 く 排 出 された (3) 補 修 後 の 荷 重 - 変 位 関 係 補 修 後 の 荷 重 - 変 位 関 係 を, 初 期 損 傷 時 と 併 せて, 図 -4 に 示 す また, 表 -2 に, 初 期 損 傷 時 と 補 修 後 の 試 験 体 の 剛 性 および 荷 重 との 比 を 示 す ここで, 初 期 損 傷 時 の 試 験 体 の 初 期 剛 性 は, 全 断 面 有 効 として 計 算 より 求 めたひび 割 れ 荷 重 と, 計 算 ひび 割 れ 荷 重 時 の 変 位 の 実 験 値 から 求 めた 割 線 剛 性 とした 補 修 後 の 試 験 体 の 初 期 剛 性 は, 初 期 損 傷 時 の 計 算 ひび 割 れ 荷 重 と,そのときの 補 修 後 試 験 体 の 変 位 の 実 験 値 から 求 めた 割 線 剛 性 とした また, 初 期 損 傷 時 の 降 伏 剛 性 は, 軸 方 向 鉄 筋 の 降 伏 点 と 原 点 とを 結 ぶ 割 線 剛 性 とし, 補 修 後 の 試 験 体 の 降 伏 剛 性 は, 初 期 損 傷 時 の 降 伏 荷 重 とほぼ 荷 重 が 等 しい 部 材 角 2/1 のピークと 原 点 とを 結 ぶ 割 線 剛 性 とした 図 および 表 に 示 すように, 初 期 剛 性 は 損 傷 前 の.45 倍, 最 大 荷 重 は.85 倍 となった 部 材 性 能 は, 損 傷 前 の 剛 性 および 耐 荷 力 までは 回 復 しなかったが, 早 期 復 旧 を 目 的 とした 簡 易 な 補 修 方 法 における 剛 性, 最 大 荷 重 の 回 復 の 程 度 を 把 握 できた 3. 本 補 修 方 法 の 適 用 性 に 関 する 動 的 解 析 3.1 解 析 概 要 解 析 では, 地 震 により 被 災 し, 損 傷 を 受 けた 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 柱 を 有 する 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋 を 対 象 とし て, 補 強 柱 を 応 急 復 旧 した 場 合 を 想 定 した 解 析 モデルを 構 築 した そして, 動 的 解 析 法 を 用 いて, 構 造 物 の 耐 震 性 能 の 照 査 7) および 列 車 の 走 行 安 全 性 の 照 査 8) を 行 った 応 急 復 旧 の 方 法 としては, 本 研 究 で 行 った 補 強 鋼 板 を 撤 去 せずに, 柱 基 部 の 損 傷 部 に 補 修 材 を 注 入 するものを 想 定 した ここで, 本 研 究 では, 補 修 後 の 部 材 性 能 を 一 般 化 するまでには 至 っていないため, 解 析 においては,RC ラーメン 高 架 橋 の 使 用 材 料 や 柱 の 形 状 および 配 筋 状 態 は, 実 験 と 同 一 とし, 実 験 により 得 られた 補 修 後 の 荷 重 - 変 位 関 係 をモデル 化 したものを 用 いた 3.2 解 析 条 件 (1) 対 象 構 造 物 解 析 対 象 とした 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋 の 一 般 図,お よび 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 柱 の 断 面 図 を, 図 -5 に 示 す 構 造 物 は,RC ビームスラブ 式 ラーメン 高 架 橋 で, 基 礎 は, 杭 長 5.m の 群 杭 式 で, 地 中 梁 を 有 するものとした 地 盤 は G2 地 盤 7) であり, 良 質 な 地 盤 である (2) 解 析 モデル 解 析 モデルおよび 柱 の 非 線 形 モデルを, 図 -6 および 図 -7 示 す 解 析 モデルは, 多 質 点 系 のはり-ばねモデ ルとして, 構 造 部 材 をはりに, 柱 および 地 盤 の 非 線 形 特 性 をばねによりモデル 化 し 構 造 物 自 重 や 列 車 荷 重 を, 図 -6 に 示 すように,はりの 端 部 に 質 点 として 与 えた 鋼 写 真 -4 柱 基 部 の 損 傷 状 況 ( 試 験 体 No.2 の 補 修 後 ) 4/1 6/1 水 平 荷 重 (kn) 12 4-4 - -12 図 -4 荷 重 - 変 位 関 係 ( 試 験 体 No.2) 表 -2 初 期 損 傷 時 と 補 修 後 の 剛 性 および 荷 重 の 比 較 試 験 体 初 期 剛 性 (kn/mm) 降 伏 剛 性 (kn/mm) 降 伏 荷 重 (kn) 最 大 荷 重 (kn) 初 期 損 傷 92.9 38.9 752 957 補 修 後 41.6 12.2 735 2 818 比 率 1 No.2 2/1 1/1 1/2 1δ y -2-1 1 2 水 平 変 位 (mm).45.31.98.85 1 : 比 率 は, 補 修 後 の 値 と 初 期 損 傷 時 の 値 の 比 2 : 部 材 角 2/1 における 荷 重 の 値 3/1 4/1 5/1 6/1 軸 方 向 鉄 筋 降 伏 点 初 期 損 傷 補 修 後 計 算 値 ( 初 期 損 傷 ) 設 定 値 ( 補 修 後 ) 板 巻 き 立 て 補 強 した 柱 の 非 線 形 特 性 は, 図 -7 のように モデル 化 し, 初 期 損 傷 時 については 図 -4 中 の 計 算 値 ( 初 期 損 傷 )の 骨 格 曲 線 1) とした 補 修 後 については 表 -2 の 剛 性 および 荷 重 の 比 較 結 果 を 参 考 に, 初 期 剛 性 を 初 期 損 傷 時 の.45 倍, 最 大 荷 重 を.85 倍 とし, 図 -4 中 に 示 す 骨 格 曲 線 とした 降 伏 荷 重 は, 最 大 荷 重 と 同 様 に, 初 期 損 傷 時 の.85 倍 とし, 第 2 剛 性 倍 率 ( 第 2 剛 性 と 初 期 剛 性 の 比 ), 第 3 勾 配 および 第 4 勾 配 は 初 期 損 傷 時 のも のと 同 一 とした 上 層 梁 と 地 中 梁 は, 兵 庫 県 南 部 地 震 等 の 過 去 の 地 震 被 害 でも 軽 微 な 損 傷 であったことから, 弾 性 モデルとした 減 衰 は, 部 材 別 剛 性 比 例 減 衰 とし,RC 部 材 は 5%, 地 盤 は 1%とした また, 地 震 動 は, 単 一 入 力 として, 各 地 盤 ばねに 同 一 の 加 速 度 波 を 入 力 した (3) 解 析 方 法 解 析 は, 汎 用 の 非 線 形 骨 組 み 解 析 プログラム RESP-T

を 用 いて, 直 接 積 分 法 (ニューマーク 法 β=.3)により, 積 分 間 隔.1sec とし 行 った (4) 入 力 地 震 動 入 力 地 震 動 は, 本 震 が 発 生 し 構 造 物 を 応 急 復 旧 した 後 に 余 震 が 発 生 することを 想 定 し, 本 震 と 余 震 を 設 定 した 本 震 を 想 定 した 入 力 地 震 動 は, 鉄 道 標 準 7) に 示 される 内 陸 直 下 型 地 震 動 である,L2 地 震 動 スペクトルⅡの G2 地 盤 用 の 地 表 面 波 形 をもととし, 初 期 損 傷 時 の 構 造 物 の 損 傷 状 態 が 終 局 状 態 程 度 になるように, 振 幅 を 1.5 倍 に 調 整 したものを 用 いた このときの 入 力 波 の 最 大 加 速 度 α max は 1,364gal である 余 震 規 模 については, 不 明 な 点 が 多 く, 新 潟 県 中 越 地 震 などのように 本 震 に 匹 敵 する 余 震 が 発 生 こともある が, 本 震 に 比 べて 地 震 動 の 規 模 は 小 さくなる 傾 向 にあり, 最 大 余 震 のマグニチュード M は 平 均 して 本 震 の M より 1 程 度 小 さくなるといわれている 9) ことや, 断 層 までの 距 離 を 1km と 仮 定 すると,M8 と M7 では 地 表 面 加 速 度 が.8 倍 程 度 になるという 報 告 1) があることから, 余 震 を 想 定 した 入 力 地 震 動 として, 本 震 を 想 定 した 入 力 地 震 動 を.8 倍 に 振 幅 調 整 した α max =1,91gal の 波 を 用 いた 3.3 解 析 結 果 (1) 柱 の 変 形 性 能 について 本 震 が 作 用 した 場 合 の 初 期 損 傷 時 と補 修 後,および 余 震 が 作 用 した 場 合 の 補 修 後 における, 左 柱 下 端 の 曲 げモ ーメント- 部 材 角 関 係 を 図 -8 に 示 す なお, 構 造 物 全 体 系 の 変 形 性 能 の 照 査 は, 最 も 損 傷 の進 行 が 早 い 左 柱 下 端 部 の 変 形 性 能 を 照 査 することで 確 認 することとした 7) また, 図 中 には, 鉄 道 構 造 物 の 設 計 において 部 材 の 終 局 状 態 として 図 -7 に 示 すように 定 義 されている 損 傷 レベ ル 3 の 限 界 値 7) を 示 す 解 析 結 果 より, 補 修 後 に 本 震 が 作 用 した 場 合 には, 応 答 部 材 角 が 損 傷 レベル 3 の 限 界 値 を 超 える 結 果 となった 一 方, 余 震 の 場 合 には, 限 界 値 以 下 となった 本 研 究 の 範 囲 では 平 均 的 な 余 震 相 当 の 地 震 動 であれば, 実 験 で 示 した 補 修 方 法 を 用 いた 場 合 には, 変 形 性 能 を 確 保 できる ことがわかった (2) 列 車 の 走 行 安 全 性 について 一 般 的 に, 鉄 道 構 造 物 については, 損 傷 に 対 する 照 査 のほか, 列 車 の 走 行 性 に 対 する 照 査 が行 われる 地 震 等 による 損 傷 によって 剛 性 が 低 下 すると, 列 車 の 走 行 性 の 低 下 が 懸 念 される そこで, 補 修 後 の構 造 物 を 対 象 とし て, 地 震 時 の 列 車 の 走 行 安 全 性 に 関 する 検 討 を 行 った なお, 列 車 の 走 行 安 全 性 8) は,L1 地 震 動 (α max =137gal) 7) を 対 象 としている 検 討 方 法 は, 図 -9 に 示 すノモグラム 8) を 用 いるもの で, 地 盤 条 件 と 構 造 物 の 等 価 固 有 周 期 がわかれば, 簡 易 的 に 列 車 の 走 行 性 の 照 査 を 行 えるものである 図 中 のス 図 -5 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋 の 一 般 図 図 -6 解 析 モデル M 1 2 3 4 損 傷 レベル M m Y + M + M y N + C + M c C - N - M - Y - K r c y M c: 曲 げひび 割 れ 発 生 時 の 曲 げモーメント M y: 引 張 鉄 筋 降 伏 時 の 曲 げモーメント c: 曲 げひび 割 れ 発 生 時 の 部 材 角 y: 引 張 鉄 筋 降 伏 時 の 部 材 角 c:m m を 維 持 できる 最 大 の 部 材 角 n:m yを 維 持 できる 最 大 の 部 材 角 図 -7 柱 の 非 線 形 モデル ペクトル 強 度 SI は, 列 車 の 走 行 安 全 性 の 指 標 であり, 限 界 値 SI L より 上 側 は 走 行 性 が 危 険 な 領 域, 下 側 は 安 全 な 領 域 を 示 す G~G7 地 盤 は, 地 盤 の 状 態 を 区 別 したも のであり,G~G2 地 盤 は 良 質 地 盤,G3~G4 地 盤 は 普 通 地 盤,G4~G7 地 盤 は 軟 弱 地 盤 を 示 す また, 図 中 に 初 期 損 傷 時 および 補 修 後 の T eq を示 す 図 に 示 すように, 補 修 後 の 構 造 物 の T eq は, 補 修 前 の 1.2 倍 程 度 となった 解 析 モデルは G2 地 盤 なので, 図 中 K r M = + m + y m n M c c max + y β

スペクトル 強 度 SI(mm) M(kN m) 3 2 1-1 -2-3 損 傷 レベル3 限 界 値 初 期 損 傷 補 修 後 補 修 後 (αmax.8) -.3.3.6.9 (rad) 図 -8 柱 下 端 の 曲 げモーメント- 部 材 角 関 係 6 4 2 No.2 初 期 損 傷 限 界 値 SI L 補 修 後 走 行 性 危 険 領 域 G5 地 盤 G6 地 盤 G6 地 盤 G 地 盤 走 行 性 安 全 領 域.5 1 1.5 2 等 価 固 有 周 期 T eq (sec) 図 -9 列 車 の 走 行 安 全 性 の 判 定 図 G4 地 盤 G3 地 盤 G2 地 盤 G1 地 盤 の 丸 印 に 示 すように, 列 車 の 走 行 安 全 性 は 問 題 ない 補 修 後 の 実 験 結 果 では, 剛 性, 荷 重 ともに 初 期 損 傷 時 に 比 べて 小 さくなったが,T eq は 1.2 倍 程 度 であり, 列 車 の 走 行 性 に 与 える 影 響 は 小 さいことがわかった また, 一 般 的 なラーメン 高 架 橋 の T eq は,.6~.8sec 付 近 であることから, 補 修 後 においても,いずれの 地 盤 でも 列 車 の 走 行 性 は 満 足 されると 考 えられる したがっ て, 今 回 の 研 究 で 用 いた 補 修 方 法 を 応 急 復 旧 として 用 い ても, 列 車 の 走 行 安 全 性 に 大 きな 影 響 を 与 えないと 考 え られる ただし,2 層 高 架 橋 など T eq が 大 きくなる 場 合 に は, 軟 弱 地 盤 で 問 題 となる 場 合 があるので, 別 途 検 討 が 必 要 であると 考 える 4. まとめ 鋼 板 巻 き 立 て 補 強 柱 の 載 荷 実 験,および 補 修 後 の 構 造 物 を 対 象 とした 動 的 解 析 より, 以 下 の 知 見 が 得 られた (1) 載 荷 実 験 による 内 部 損 傷 状 況 の 観 察 の 結 果, 最 大 荷 重 付 近 までは 軸 方 向 鉄 筋 は 座 屈 せず,それ 以 降 に 座 屈 や 耐 力 低 下 が 確 認 された 最 大 荷 重 付 近 までは 耐 荷 性 能 的 には, 補 修 は 必 要 なく,それ 以 降 は 部 材 性 能 回 復 のための 補 修 が 必 要 になると 考 えられる (2) 補 修 後 の 実 験 結 果 から, 剛 性 と 最 大 荷 重 は 補 修 前 に 比 べて 低 下 し, 損 傷 前 の 状 態 までは 回 復 しないこと がわかった また, 提 案 した 補 修 方 法 を 用 いること による 剛 性, 最 大 荷 重 の 回 復 の 程 度 を 把 握 できた (3) 実 験 結 果 をもとに, 補 修 後 の 鉄 道 RC ラーメン 高 架 橋 をモデル 化 し, 動 的 解 析 により 構 造 物 の 耐 震 性 能 に ついて 検 討 した その 結 果, 柱 の 変 形 性 能 について は 初 期 損 傷 時 レベルの 地 震 動 に 対 しては 限 界 値 を 超 えるものの, 平 均 的 な 余 震 を 想 定 し 設 定 した, 振 幅 を.8 倍 に 調 整 した 地 震 動 は 限 界 値 以 下 となった (4) 今 回 提 案 した 方 法 により 補 修 した 場 合, 柱 部 材 の 剛 性 に 対 しては 低 下 するものの, 構 造 物 の 固 有 周 期 は それほど 長 期 化 しなかった そのため, 列 車 の 走 行 安 全 性 については, 一 般 的 な RC ラーメン 高 架 橋 であ れば 安 全 領 域 にあることがわかった 今 後 は, 本 補 修 方 法 を 用 いた 場 合 の 補 修 後 の 部 材 性 能 の 定 式 化 等 の 検 討 を 行 う 必 要 があると 考 える 参 考 文 献 1) ( 財 ) 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 : 既 存 鉄 道 コンクリート 高 架 橋 柱 等 の 耐 震 補 強 設 計 施 工 指 針 鋼 板 巻 立 て 補 強 編,1999.7 2) 管 野 貴 浩, 土 田 大 輔, 松 尾 伸 二, 鈴 木 裕 隆, 高 橋 宏 幸, 荻 原 郁 男, 森 島 啓 行 : 新 潟 県 中 越 地 震 を 受 けた 鋼 板 巻 き 耐 震 補 強 高 架 橋 の 調 査,No.23,SED,25.2 3) 仁 平 達 也, 渡 辺 忠 朋, 滝 本 和 志, 笹 谷 輝 勝, 土 屋 智 史, 原 夏 生, 谷 村 幸 裕, 岡 本 大 : 損 傷 履 歴 を 考 慮 し た 修 復 部 材 の 性 能 評 価 に 関 する 一 考 察 : 土 木 学 会 論 文 集 E,Vol.65,No.4,pp.49-57,29.11 4) 稲 熊 弘, 関 雅 樹 : 鉄 道 高 架 橋 の 鋼 板 巻 き 補 強 柱 の 復 旧 方 法 に 関 する 実 験 的 研 究,コンクリート 工 学 年 次 論 文 集,Vol.27,No.2,25 5) ( 財 ) 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 : 鉄 道 構 造 物 等 設 計 標 準 同 解 説 (コンクリート 構 造 物 ),24.4 6) 玉 井 真 一, 佐 藤 勉 : 鋼 板 巻 立 て 補 強 したRC 柱 の 変 形 性 能, 鉄 道 総 研 報 告,Vol.12,No.9,pp.39-44,1998.9 7) ( 財 ) 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 : 鉄 道 構 造 物 等 設 計 標 準 同 解 説 ( 耐 震 設 計 ),1999.1 8) ( 財 ) 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 : 鉄 道 構 造 物 等 設 計 標 準 同 解 説 ( 変 位 制 限 標 準 ),1999.1 9) 気 象 庁 ホームページ:http://www.seisvol.kishou.go.jp /eq/aftershocks/index_whats_aftershock.html 1) 司 宏 俊, 翠 川 三 郎 : 断 層 タイプ 及 び 地 盤 条 件 を 考 慮 した 最 大 加 速 度 最 大 速 度 の 距 離 減 衰 式, 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集, 第 523 号,pp.63-7,1999.9