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橋梁技術

スーパーRC構造

高強度鉄筋と高強度コンクリートを用いた橋脚構造

スーパーRC構造は鹿島で開発し、東海北陸自動車道鷲見工事で初採用された、RC高橋脚の省力化工法であり、高強度コンクリート(σc=50N/mm2)と高強度鉄筋(USD685)を使用することで、橋脚断面の縮小化と配置鉄筋量の減少が可能になり、大幅な工事数量削減と工費縮減・工期短縮を実現できる構造です。また、橋脚の軽量化に伴い基礎も小さくできる特徴があります。このスーパーRC構造に自昇式型枠足場支保工(クライミングフォーム)とコンクリートのバケット打設を併用し、高所作業の安全性を高め、高強度でありながら単位セメント量を抑えて施工することで、初期欠陥の少ないスレンダーな橋脚を短工期で実現できます。

図版:スーパーRC工法による橋脚施工状況

スーパーRC工法による橋脚施工状況

キーワード

スーパーRC構造、高強度コンクリート、高強度鉄筋、高橋脚、クライミングフォーム、自昇式型枠足場支保工
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従来構造との比較(部材断面の縮小)

スーパーRC構造は従来構造と比較して、部材断面を飛躍的に縮小することが可能となります。実際に採用された事例である新東名高速道路 佐奈川橋(仮称)においては、従来構造と比較して橋脚断面積で約40%、深礎断面積で約20%縮小することができており、他にも多段配筋を1段配筋と出来るなどの効果があります。(図参照)

また、橋脚をスレンダーにすることで全体系が長周期化することから耐震性の向上につながり、本工法を採用した佐奈川橋ではL2地震時に橋脚基部を降伏させない設計を可能としました。

図版:通常の橋脚との比較(佐奈川橋の事例)

通常の橋脚との比較(佐奈川橋の事例)

図版:スーパーRC構造によるスレンダーな橋脚(佐奈川橋)

スーパーRC構造によるスレンダーな橋脚
(佐奈川橋)

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特長・メリットココがポイント

鉄筋量削減による施工性の向上

スーパーRC構造を採用することで、鉄筋量を大幅に削減することが出来る(多段配筋⇒1段配筋)ため、鉄筋組立工程を短縮することができ、さらにコンクリートの充填性が向上することで、高品質のコンクリートを確実に施工することが可能となります。

本工法を採用している佐奈川橋では、本工法に加えバケット打設の採用、さらにコンクリート強度保証材齢を91日とすることで単位水量および単位セメント量を低減させており、温度応力や初期欠陥のより少ない耐久性の高い配合を用いて施工を行いました。

図版:スーパーRC構造の配筋状況

スーパーRC構造の配筋状況

橋脚の長周期化を実現

断面縮小と免震支承を組み合わせることで、長周期化を図ることができます。

佐奈川橋の事例では全体系の一次固有周期が、橋軸方向で3.5秒、直角方向で5.5秒程度となっており、従来構造に比べ20%程度長周期化が図れています。長周期化することでレベル2地震時においても橋脚基部が降伏に至らず、維持管理面にも優れた橋脚となります。

図版:複合非線形解析結果

複合非線形解析結果

高強度鉄筋を採用

高強度鉄筋とは、通常使われる鉄筋の降伏強度が295~345N/mm2であるのに対して、降伏強度が685~755N/mm2程度の鉄筋のことです。

高強度鉄筋の品質の特徴は、降伏棚の長さを想定している点にあり、成分と加工熱処理により性能を造り込んでいます。

また、橋梁への適用に際しては、継手の強度、疲労性能、曲げ性能、付着性能及び定着性能について、実験により品質を確認しています。

図版:高強度鉄筋の要求性能

高強度鉄筋の要求性能

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適用実績

図版:東海北陸自動車道鷲見橋

東海北陸自動車道鷲見橋

場所:岐阜県郡上郡

竣工年:1998年10月

発注者:日本道路公団

規模:橋脚高さ118m

図版:首都圏中央自動車連絡道裏高尾橋

首都圏中央自動車連絡道
裏高尾橋

場所:東京都八王子市

発注者:中日本高速道路

図版:新東名高速道路佐奈川橋(仮称)

新東名高速道路
佐奈川橋(仮称)

場所:愛知県豊川市

竣工年:2012年10月

発注者:中日本高速道路

規模:橋脚高さ89m

図版:国道49号揚川改良揚川橋新設工事

国道49号揚川改良揚川橋

場所:新潟県東蒲原郡

発注者:国土交通省北陸地方整備局

図版:新名神高速道路川下川橋

新名神高速道路川下川橋

場所:兵庫県宝塚市

発注者:西日本高速道路

規模:橋脚高さ95m

学会論文発表実績

  • 「スーパーRC工法」,橋梁と基礎,vol.32,No8,1998年
  • 「首都圏中央連絡自動車道 裏高尾橋の施工」,橋梁と基礎,vol.46,No.2,2012年
  • 「新東名高速道路 佐奈川橋の設計・施工」,橋梁と基礎,vol.46,No.5,2012年
  • 「高強度材料を用いた高橋脚橋梁「佐奈川橋」」,コンクリート工学,Vol.49,No.1,2011年
  • 「新東名高速道路 佐奈川橋の設計と施工」,コンクリート工学,Vol.49,No.7,2011年
  • 「RC橋脚における軸方向鉄筋,帯鉄筋への高強度鉄筋の適用に関する実験的研究」,土木学会論文集E2,Vol.67,No.18,2011年
  • 「新名神高速道路 川下川橋の計画・設計」,第19回プレストレストコンクリートの発展に関するシンポジウム論文集,
    2010年
  • 「新名神高速道路川下川橋の設計・施工」,橋梁と基礎,vol47,No.1,2013年

制震橋脚「HiFleD®橋脚」

「ハニカムダンパ」で地震エネルギーを吸収する制震橋脚

HiFleD橋脚構造は、鹿島で開発した制震橋脚で、連続ラーメン橋に適用します。HiFleD橋脚構造では、橋脚を細い組柱(くみばしら)にして、橋の固有周期を長く、地震時の応答加速度を低くします。同時に組柱の間に制震装置「ハニカムダンパ」を取り付けて、地震のエネルギーを吸収します。

平成18年度プレストレストコンクリート技術協会賞 論文部門

図版:HiFleD橋脚構造を適用した連続ラーメン橋(イメージ)

HiFleD橋脚構造を適用した連続ラーメン橋(イメージ)

キーワード

HiFleD橋脚構造、制震橋脚、連続ラーメン橋、組柱、ハニカムダンパ

HiFleD橋脚構造の特徴的な挙動

細い組柱どうしはブレース材で結合した構造となっており、組柱の曲げ変形によって生じるブレース材の交点位置では鉛直方向の相対変位が生じます。その鉛直相対変位をハニカムダンパに作用させ地震エネルギーを確実に吸収させる構造となっています。

図版:HiFleD橋脚構造の特徴的な挙動

HiFleD橋脚構造の特徴的な挙動

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特長・メリットココがポイント

建築分野で実績豊富なハニカムダンパ

HiFleD橋脚構造で使用する低降伏点鋼のハニカムダンパは、鹿島が開発した制震装置で建築分野で豊富な適用実績があります。中規模地震を数回経験しても初期の性能を維持します。

図版:HiFleD橋脚構造

HiFleD橋脚構造

コストの低減

HiFleD橋脚構造では、地震時に橋脚に作用する断面力を低く抑えられるため、基礎を小規模にできるうえ、構造物全体の固有周期が長周期化し、地震力が低減されるので、上部構造の補強量を削減できます。この結果、工事費を低減できます。

図版:建築分野で実績豊富なハニカムダンパ

建築分野で実績豊富なハニカムダンパ

被災後の復旧

HiFleD橋脚構造では、大地震を受けた際の橋脚の応答を弾性範囲にコントロールできるので、損傷が軽微になり、被災後の復旧が容易になります。

適用実績

図版:リバーサイド千秋連絡橋

リバーサイド千秋連絡橋

場所:新潟県長岡市

竣工年:2007年8月

発注者:ユニー

規模:橋長30.5m(3径間連続PCラーメン橋)

学会論文発表実績

  • 「制震橋梁に関する研究,プレストレストコンクリート」,Vol.48, No.3, 2006年
  • 「超高強度繊維補強コンクリートによるポストテンション方式PC橋梁の施工報告」,プレストレストコンクリート,Vol.49, No.6, 2007年

高耐震性橋脚工法「HiDuc®工法」

橋脚基部に「サクセム」を使用した高耐震性橋脚

HiDuc橋脚構造は、鹿島で開発した高耐震性コンクリート橋脚です。HiDuc橋脚構造では、大地震時に塑性ヒンジが形成される橋脚の基部のかぶり部分に超高強度繊維補強コンクリート「サクセム」のプレキャスト型枠を使用します。サクセム製プレキャスト型枠の使用によって、大地震時のかぶりコンクリートの剥落や軸方向鉄筋の座屈が防がれ、変形性能が飛躍的に向上します。

図版:HiDuc橋脚構造

HiDuc橋脚構造

キーワード

HiDuc橋脚構造、高耐震性橋脚、サクセム製プレキャスト型枠
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特長・メリットココがポイント

飛躍的な変形性能の向上

HiDuc橋脚構造では、圧縮強度が非常に高くしかも繊維補強されたサクセム製のプレキャスト型枠を使用することで、全ての軸方向鉄筋が降伏に至るまで、かぶりコンクリートの剥落と軸方向鉄筋の座屈を防止できます。この結果、橋脚の変形性能が飛躍的に向上します。道路橋 のRC橋脚を想定した模型実験では、従来のRC橋脚に比べて、60%以上の変形性能の向上を確認しています。

図版:模型実験での水平耐力と水平変位の関係

模型実験での水平耐力と水平変位の関係

コストの低減

HiDuc 橋脚構造の適用によって変形性能が向上するため、橋脚断面を縮小できます。橋脚断面の縮小によって、基礎のサイズも縮小できます。鹿島が行った試設計では、橋脚と基礎の縮小によって、下部構造の建設費を約8%低減できました。

適用実績

図版:大阪府道高速大和川線三宝ジャンクションPA10橋脚

大阪府道高速大和川線
三宝ジャンクションPA10橋脚

場所:大阪府堺市

発注者:阪神高速道路

規模:橋脚基部断面寸法2.5m×2.5m

学会論文発表実績

  • 「超高強度繊維補強コンクリート製型枠を用いた高耐震性橋脚の適用 ─阪神高速大和川線三宝ジャンクション─」,橋梁と基礎,Vol.46, No.5, 2012年
  • 「超高強度補強コンクリートを用いたRC橋脚の二方向地震動に対する耐震性能」,土木学会論文集A,Vol.66 No.3,
    2010年7月
  • 「高性能塑性ヒンジ構造を適用した高耐震性RC橋脚の開発」,土木学会論文集A,Vol.64 No.2,2008年4月

大口径深礎帯鉄筋の太径・高強度化工法

橋梁基礎の中間帯鉄筋を無くし、施工性・作業安全性を向上

大口径深礎の帯鉄筋を太径・高強度化は、中日本高速道路と鹿島が共同で開発した工法です。

大口径深礎のせん断補強鋼材として多数の中間帯鉄筋が配置された場合、施工性ならびに作業の安全性が低下します。そこで、大口径深礎のせん断補強鋼材として、太径で高強度の帯鉄筋を使用することで中間帯鉄筋を無くし、施工性・作業の安全性を向上させました。

図版:多数の中間帯鉄筋が配置された大口径深礎

多数の中間帯鉄筋が配置された大口径深礎

図版:中間帯鉄筋を無くした大口径深礎

中間帯鉄筋を無くした大口径深礎

キーワード

大口径深礎、帯鉄筋、高強度鉄筋、太径鉄筋
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模型実験による耐力の確認

大口径深礎の帯鉄筋を太径・高強度化するのにあたっては、RC円形断面はりのせん断実験によって、帯鉄筋を太径・高強度化した場合のせん断耐力を確認しました。実験の結果、太径で高強度の帯鉄筋を使用した場合でも、実際のせん断耐力が設計基準に示される式で計算したせん断耐力を上回ることを確認しました。また、円周状に配置される帯鉄筋と直線状に配置される中間帯鉄筋とでは、せん断補強効果に大きな違いが無いことも確認しました。

図版:RC円形断面はりのせん断実験

RC円形断面はりのせん断実験

図版:せん断力とたわみの関係

せん断力とたわみの関係

特長・メリットココがポイント

鉄筋組立て・コンクリート打設での施工性向上

多数の中間帯鉄筋が配置される大口径深礎の鉄筋組立て作業では、帯鉄筋と中間帯鉄筋を交互に組み上げていかなければならず、非常に手間がかかります。また、コンクリートの打設作業でも、中間帯鉄筋に仕切られた一つ一つのマスの間を移動するには、いちいち天端まで登らなければなりません。

したがって、中間帯鉄筋を無くすことで、鉄筋組立て作業・コンクリート打設作業の施工性が著しく向上します。

適用実績

図版:新東名高速道路野田川橋

新東名高速道路野田川橋

場所:愛知県新城市

発注者:中日本高速道路

規模:大口径深礎4基

図版:新東名高速道路小阿寺川橋

新東名高速道路小阿寺川橋

場所:愛知県新城市

発注者:中日本高速道路

規模:大口径深礎8基

図版:新東名高速道路境川橋

新東名高速道路境川橋

場所:愛知県新城市

発注者:中日本高速道路

規模:大口径深礎4基

学会論文発表実績

  • 「大口径深礎への太径・高強度帯鉄筋の適用性に関する研究」,コンクリート工学年次論文集,Vol.34, No.2, 2012年

竹割土留め「K-VEX工法」

工期短縮とコスト縮減を可能にする竹割型土留の合理化工法

山岳部の急斜面に橋脚基礎を建設するときの構造物掘削工法には、オープン掘削工法、親杭横矢板工法、竹割型土留工法などがあります。最近では、地形の改変量が少ない竹割型土留工法の採用が増えています。

しかしながら、竹割型土留め工法ではリングビームの施工に多くの手間がかかるなど、設計・施工両面に課題が残されています。K-VEX工法は、竹割土留工法のメリットを残したまま設計・施工面での課題を解決した構造物掘削工法です。

図版:K-VEX工法概念図

K-VEX工法概念図

キーワード

K-VEX工法、構造物掘削、竹割型土留め工法、リングビーム
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特長・メリットココがポイント

リングビームの設置を省略

竹割型土留め工法では、リングビームの構築を急斜面で行うため、鉄筋・型枠の組立てに時間と手間がかかります。加えて、リングビームの滑動を防止する目的で設置される斜め補強材の打設にも時間がかかります。

そこで、K-VEX工法では、詳細な解析に基づいて、土留め壁全体で土圧に抵抗できることを確認したうえで、リングビームの設置を省略します。土留め内への土砂の流入を防ぐため、必要に応じて簡易な表面保護を行います。リングビームの斜め補強材に替えては、土留め壁最上段のロックボルトを長尺にします。

鹿島の実績では、リングビームの施工に23日を要するのに対して、簡易な表面保護の施工を10日間で完了できています。

図版:竹割型土留め工法でのリングビームの施工

竹割型土留め工法でのリングビームの施工

地山に応じたコンクリート厚・ロックボルト配置間隔の設定

竹割型土留め工法では、地山の条件によらず吹付けコンクリートの厚さとロックボルトの配置間隔が一律に設定されています。

そこで、K-VEX工法では、詳細な解析を実施したうえで、地山の条件に応じた吹付けコンクリート厚とロックボルトの配置間隔を合理的に決定します。

全外ケーブル方式PC橋

PC鋼材を全て外ケーブル方式にしたPC橋
~PC橋の新しい構造形式~

PC橋における主鋼材の配置方法はその配置部位の違いにより、以下の2種類が数多く採用されています。

①内ケーブル方式:主桁断面内にシースを設け、その中にPC鋼材を配置する方法です。グラウトによりPC鋼材の防錆を行うとともに、コンクリートとPC鋼材を一体化します。

②内外ケーブル併用方式:内ケーブルの一部を外ケーブルに置き換えた方式で、連続鋼材と張出し鋼材の一部をそれぞれ外ケーブルに置き換える場合や、張出し鋼材は全て内ケーブルとし連続鋼材を全て外ケーブルとする場合などがあります。

これらに対し、全外ケーブル方式は張出し鋼材と連続鋼材の全てを外ケーブルとする方法です。

図版:PC鋼材の配置方法

PC鋼材の配置方法

キーワード

全外ケーブル、PC鋼材、内ケーブル、外ケーブル、内外ケーブル併用方式
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全外ケーブル方式の特徴

全外ケーブル方式には以下に挙げられる特徴があります。

①主鋼材が全て断面外に配置されているので目視点検が可能です。また、鋼材の取替えを可能な構造とすることもできます。
②断面内に主鋼材が配置されないため、一般に部材厚を薄くすることができます。そのため軽量化によるメリットの大きな押出し架設工法やプレキャストセグメント工法への適用性に優れます。
③プレストレス導入時に鋼材とシースの摩擦による損失がないため、プレストレス力を有効に導入できます。
④断面内へのシース配置が不要であるため、鉄筋組立て、コンクリート打設などの作業性に優れます。

図版:石狩川橋(外ケーブル配置状況)

石狩川橋(外ケーブル配置状況)

図版:石狩川橋全景(スレンダーな箱桁断面)

石狩川橋全景(スレンダーな箱桁断面)

適用性

張出し鋼材定着部性能確認実験

外ケーブル構造ではPC鋼材から桁への力の伝達が定着部や偏向部などの突起部によってなされます。

そこで、実橋規模の試験体を用いた張出し鋼材定着部の性能確認実験を行い、定着突起部が十分安全であることを確認しています。

図版:ケーブル緊張状況

ケーブル緊張状況

適用実績

図版:東海北陸自動車道開明高架橋

東海北陸自動車道開明高架橋

場所:愛知県尾西市

竣工年:1998年1月

発注者:日本道路公団

特徴:道路橋として日本で初めて全外ケーブル方式を採用

図版:道央自動車道石狩川橋

道央自動車道石狩川橋

場所:北海道深川市

竣工年:2002年8月

発注者:日本道路公団

特徴:道路橋として初めて全外ケーブル方式による張出架設工法を採用

橋梁技術 インデックス

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