ホーム > 技術とサービス > 土木技術 > 橋梁技術 > リニューアル

橋梁技術

耐震補強「円弧拘束RCダンパ工法」

鉄筋コンクリート部材を用いた制震工法による橋梁の耐震補強工法

制震工法は、長周期化や減衰付加により、橋脚や基礎に作用する地震力を低減できる工法です。制震工法は機械式ダンパや鋼製ダンパによる工法が一般的であるが、耐久性やコストの面で課題がありました。

円弧拘束RCダンパ工法は、従来の制震工法にあった耐久性やコスト面での課題を解決するために、RCダンパ部材に円弧拘束機構を付与した制震ダンパ工法です。

本工法は、この円弧拘束機構の付与により、地震時に繰り返し生じるRCダンパ部の大きな変形に対して、安定した変形性能と減衰性能を有しています。RCダンパが曲げ変形する際にRCダンパ内部の軸方向鉄筋が塑性変形することで、ダンパとしての減衰力が得られます。また、RCダンパ部は高密度ポリエチレン管で被覆された部材としているので、塩害などに対して高い耐久性を確保することが可能となっています。

特許登録済及び特許出願中

図版:円弧拘束RCダンパによる耐震補強のイメージと円弧拘束RCダンパのメカニズム

円弧拘束RCダンパによる耐震補強のイメージと円弧拘束RCダンパのメカニズム

キーワード

橋梁、制震、耐震補強、ダンパ、耐久性
改ページ

従来RC部材の2倍以上の高い繰返し変形性能

一般的な鉄筋コンクリート部材は、地震時繰返し変形を受けて、断面力が大きくなる部材端部にて鉄筋降伏により塑性ヒンジが形成され、コンクリートの圧縮破壊、鉄筋の座屈によるかぶりコンクリートの剥落、及び鉄筋の破断によって耐力が低下し、部材としての終局に至ります。本円弧拘束RC工法は、塑性ヒンジ部を緩やかな円弧形状に変形させることにより、鉄筋コンクリート部材の繰返し変形性能を飛躍的に高めることを可能としています。従来の鉄筋コンクリート部材の限界変形性能が部材角4%程度(せん断スパン長1,000mmに対し、水平変形量40mm)とされているのに対し、本円弧拘束RCダンパは、部材角8%以上(従来技術の2倍以上)の繰返し変形性能を有することを、実物大試験体を用いた構造実験で確認をしています。

図版:実物大試験体構造実験による地震時変形性能の確認

実物大試験体構造実験による地震時変形性能の確認

図版:実物大実験より得られた水平荷重-水平変位の関係(繰返し変形に対して非常に安定した履歴特性)

実物大実験より得られた水平荷重-水平変位の関係
(繰返し変形に対して非常に安定した履歴特性)

改ページ

特長・メリットココがポイント

高い繰返し変形性能

地震時に生じる大きな繰返し変形に対して、非常に安定した性能を有します。多数回地震動に対しても高い安全性を有します。

  • 高い変形性能(水平変形±160mm以上)
  • 多数回地震に対する安定性(繰返し100回以上鉄筋破断等の脆性的な破壊なし)
  • 明快な力学メカニズム(様々な条件で設計可能)

図版:実物大実験による高い繰返し変形性能の確認

実物大実験による高い繰返し変形性能の確認

塩害等に対する高い耐久性

ダンパ部は、高密度ポリエチレン管で被覆されていますので、海岸線に近い環境にける塩害等に対して高い耐久性を有します。高密度ポリエチレン管は、斜張橋ケーブルや電線の被覆材として多数の実績があり、信頼性の高い材料です。

図版:高密度ポリエチレン管による被覆構造

高密度ポリエチレン管による被覆構造

低価格の制震ダンパ

橋脚や基礎に作用する地震力を低減する耐震補強として制震工法が有効ですが、機械式ダンパなどでは高いコストが課題でした。本工法では、機械式ダンパなどと比較して低価格で制震工法を採用することが可能となります。また、機械式ダンパで必要な塗装などのメンテナンス費を大幅に削減することが可能となります。

図版:円弧拘束ダンパと機械式ダンパの初期コスト比較

円弧拘束ダンパと機械式ダンパの初期コスト比較
(制震ダンパ性能 200kN、±150mmの場合)

適用実績

図版:高速道路耐震補強

高速道路耐震補強

規模:設置ダンパ約200本

連続繊維シートによる橋脚の耐震補強工法

炭素繊維及びアラミド繊維を用いた巻き立て補強工法

炭素繊維やアラミド繊維は、鋼材に比べて高強度・高耐久性・軽量・施工が容易という特徴を有しており、付加価値の高い建設材料として注目されています。これらの連続繊維をシート状にして、樹脂接着剤を用いて橋脚表面に貼り付けることにより、橋脚のせん断耐力や靱性(変形性能)の向上を容易に行うことができます。

鹿島では、さまざまな構造実験を行い、炭素繊維シート及びアラミド繊維シートを用いた橋脚の耐震補強工法を確立しています。

図版:連続繊維シートによる橋脚耐震補強のイメージ

連続繊維シートによる橋脚耐震補強のイメージ

キーワード

橋脚、耐震補強、連続繊維シート、炭素繊維シート、アラミド繊維シート、巻き立て
改ページ

施工手順の概要

連続繊維シートの一般的な施工手順はフロー図に示すとおりで、連続繊維シートを必要回数だけ繰り返し貼付することにより設計で要求される耐震補強性能を確保します。

連続繊維シートや接着剤などの使用材料は鋼板補強に比べて軽量であるため、揚重機などを使用しないで施工場所へ搬入することができます。また、連続繊維シートは補強対象構造物の形状に合わせて現地で切断加工することができます。

図版:連続繊維シートの施工状況(シート貼付工)

連続繊維シートの施工状況(シート貼付工)

図版:連続繊維シートの施工手順の一例

連続繊維シートの施工手順の一例

改ページ

特長・メリットココがポイント

連続繊維シートの特徴

連続繊維シートには、次のような特徴があります。

    炭素繊維シート

  • 高強度(PC鋼材以上の引張強度)
  • 軽量(比重が鋼材の1/5程度)
  • 高弾性(鋼材の1~3倍の弾性係数)
  • 高耐久性(腐食の心配がない)

    アラミド繊維シート

  • 軽量かつ高強度で施工が簡便
  • 破断ひずみが大きいため、繊維が破断しにくい
  • 耐衝撃性が高く、地震波などの衝撃に強い
  • 電気絶縁性があり、通電トラブルがない

図版:連続繊維と鋼材の応力-ひずみ曲線の比較

連続繊維と鋼材の応力-ひずみ曲線の比較

連続繊維シートの機械的性質

連続繊維シートの代表的な機械的性質を示します。必要補強量に応じて、繊維目付量と積層枚数を適切に組み合せて使用します。

図版:連続繊維シートの機械的性質の一例

連続繊維シートの機械的性質の一例

適用実績

図版:鶴見つばさ橋耐震性向上

鶴見つばさ橋耐震性向上

場所:神奈川県横浜市

竣工年:2006年9月

発注者:首都高速道路公団

規模:6,800m2(炭素繊維シート)

図版:京急久里浜駅構内耐震補強

京急久里浜駅構内耐震補強

場所:神奈川県横須賀市

竣工年:2009年5月

発注者:京浜急行電鉄

規模:(アラミド繊維シート)

学会論文発表実績

  • 「炭素繊維シートによる鶴見つばさ橋主塔橋脚SRC構造部の耐震補強効果確認実験」,構造工学論文集Vol.53A,土木学会,2007年3月
  • 「アクリル樹脂を用いた鶴見つばさ橋主塔橋脚の耐震補強工事」,土木学会第35回関東支部技術研究発表会,2008年3月

スマート床版更新(SDR)システム®

安価で高速施工を可能に、ソーシャルロスを大幅に低減

道路橋の床版更新は供用中に工事を行うため、交通規制等によるソーシャルロスを最小限にすることが最重要課題です。具体的には、規制期間を最小限とする「工程短縮」技術や、規制範囲を最小限とする「安全施工」技術が求められています。

そこで鹿島は、同時並行作業による「工程短縮」や、専用の床版撤去・架設機による「安全施工」により、ソーシャルロスの大幅な低減を可能とする『スマート床版更新(SDR)システム』を開発しました。

本システムは、床版取替にかかわる4つの作業、①既設床版の縁切り・撤去、②主桁ケレン、③高さ調整工、④新設床版の搬入・架設を、それぞれ専門の作業班が前進しながら並行して作業する、いわゆる『移動式工場』を目指した施工システムです。①から④までの作業を順々に繰り返していく標準的な施工方法と比べ、各作業班での連続作業が可能となり、工期の大幅な短縮を実現します。

※Smart Deck Renewal

特許出願中

図版:スマート床版更新(SDR)システム概要図

スマート床版更新(SDR)システム概要図

キーワード

床版更新、ソーシャルロス低減、安価、高速施工
改ページ

施工の流れ

本システムでは、以下の①~④の作業を同時並行で行います。

①既設床版の縁切り・撤去

撤去可能な大きさに切断した既設床版上に、新たに開発した床版撤去機から吊り下げた剥離装置をセットし、鋼桁から床版を引きはがし、場外に搬出します。

図版:既存床版の縁切り・撤去

②主桁ケレン

鋼桁上フランジのケレン作業を行い、防錆材を塗布します。新たに開発したR面取りロボットやケレンロボットを適用することで作業員の負担軽減が可能となります。

図版:主桁ケレン

③高さ調整工

床版の高さを調整するための硬質ゴムと、床版下の無収縮モルタルの漏れ止めとなるソールスポンジを設置します。

図版:高さ調整工

④新設床版の搬入・架設

新設床版を乗せたターンテーブル付の床版運搬台車を、新たに開発した床版架設機の内部を通過させながら架設位置の手前まで移動します。ターンテーブルを90度回転して床版架設機で新設床版を吊り上げ、架設位置まで前進し、床版を降下・設置します。

図版:新設床版の搬入・架設

改ページ

特長・メリットココがポイント

高速

4つの作業ステップを同時並行で行うことにより、大型クレーンを1台使用した標準的な施工方法に比べ、既設床版の撤去から新設床版の架設までの工程を1/6に、大型クレーンを2台使用した場合に対して1/3と大幅に短縮できます。

図版:施工枚数の比較(大型クレーン1台に対する比較)

施工枚数の比較(大型クレーン1台に対する比較)

安全

床版撤去機および床版架設機の内部を、床版搬出用トラックおよび床版運搬台車が通過できるため、既設床版および新設床版の旋回を伴う揚重作業が不要となります。これにより、最小規制範囲での施工が可能となり、一車線規制による半断面施工時においても、近接する交通や周辺施設に対する安全性が確保できます。

図版:架設作業範囲の比較

架設作業範囲の比較

軽量

軽量な床版撤去機および床版架設機(ぞれぞれ約5t)を用いることで、大型クレーン(約60t)を用いた標準的な施工方法に対して、施工時に鋼桁に与える影響(発生応力)を1/2~1/3に大幅に低減できます。

図版:施工機械の鋼桁に対する作用荷重の比較

施工機械の鋼桁に対する作用荷重の比較

改ページ

サイトプレキャスト工場

本システムの採用に加えて、JIS認証(JIS A 5373)を取得したPC床版を製作するプレキャスト工場を、工事現場の近傍に設置することで、床版の製作費や運搬費が削減でき、工事費の2割程度の低減が見込めます。また、床版部材の車両運搬に伴う騒音振動や交通渋滞、CO2排出等による社会的損失(ソーシャルロス)を削減することで、本システムの効果を一層高められます。さらに、サイトプレキャスト工場とすることで、地元企業から生コンクリートの調達が可能となり、地元との協業も図ることができます。

図版:サイトプレキャスト工場概念図

サイトプレキャスト工場概念図

実物大実証実験

2019年9月に、既設床版の縁切り・撤去、新設床版の搬入・架設作業を対象として、サイクルタイムおよび施工安全性の検証を目的とした実物大実証実験を行い、本システムの有用性を確認しました。

図版:既設床版の縁切り・撤去作業

既設床版の縁切り・撤去作業

図版:新設床版の搬入・架設作業

新設床版の搬入・架設作業

学会論文発表実績

  • 「スマート床版更新(SDR)システム」,土木施工,VOL.61,2020年7月
  • 「安価にして高速施工を可能にする床版更新工法」,建設機械施工,VOL.72,No.6,2020年6月

橋梁技術 インデックス

ホーム > 技術とサービス > 土木技術 > 橋梁技術 > リニューアル

ページのトップへ戻る

ページの先頭へ