RC橋脚の設計｜道路橋示方書（平成29年）・直接基礎

このツールで計算できること

直接基礎の鉄筋コンクリートの単柱式の橋脚（T形の張出しばりつき、矩形・円形の充実断面の柱）について、平成29年道路橋示方書の部分係数設計法（限界状態設計法）による設計計算を行います。橋軸方向と橋軸直角方向のそれぞれで、橋脚1基を1体として計算します。

計算方法・使用式

• 作用の組合せは、道路橋示方書Ⅰの表-3.3.1から、橋脚で効く①D・②D＋L・③D＋TH・⑤D＋L＋TH・⑨D＋TH＋EQ・⑩D＋EQ（レベル1地震動）と、⑪D＋EQ（レベル2地震動）を用います。温度変化などの水平力は橋軸方向だけに入れ、入れないときは③・⑤・⑨を省きます。
• 基礎の変位の制限には、これとは別に、従来の常時に当たる1.00(D＋L)の組合せも用います（Ⅳ 8.2）。上部構造の慣性力は、橋軸方向は支承の底面に、直角方向は上部構造の重心に作用させます（Ⅴ 4.1.3）。可動支承の方向は、レベル1地震動で支承の静摩擦力とします。
• 固有周期は、柱を片持ばり（張出しばりは剛体）、フーチングの底面を地盤のばねとして、T＝2.01√δで求めます（Ⅴ 4.1.5）。柱の剛性は、レベル1地震動では全断面、レベル2地震動では降伏剛性とします。設計水平震度は、この固有周期と地盤種別から求めます。

• 基礎の安定では、変位の制限として鉛直地盤反力度・せん断地盤反力・鉛直力の作用位置（底面幅の1/6以内）を照査します。鉛直支持は荷重の傾斜と偏心を考慮した合力Frで、滑動は底面のせん断抵抗力で、転倒は鉛直力の作用位置（底面幅の1/3以内）で照査します（Ⅳ 9.5）。
• 柱は基部を固定端とする片持ばりとし、軸力を見込んだ断面計算で曲げの耐力を求めます。張出しばりは付け根の断面で、フーチングは柱の前面・背面の断面で照査します。フーチングの曲げモーメントは、全幅の値を有効幅（Ⅳ 7.7.1）で割った1mあたりの値とします。
• 各部材は、限界状態1・限界状態3の曲げ、せん断、ウェブの圧壊と最小鉄筋量を照査し、張出しばりとフーチングでは耐久性能（鉄筋の引張応力度）と最大鉄筋量も照査します。フーチングのせん断は、せん断スパンに応じた割増し係数を見込みます。

• レベル2地震動に対しては、柱の断面を細かい層に分け、横拘束効果を考慮したコンクリートと鉄筋の応力度−ひずみ曲線から、曲げモーメント−曲率の関係を求めます（Ⅴ 6.2.3・8.5）。降伏変位は曲率の分布を柱の高さ方向に積分して、限界状態の水平変位は塑性ヒンジ長から求めます。
• 破壊形態は、水平耐力とせん断力の制限値の比から、曲げ破壊型・曲げ損傷からせん断破壊移行型・せん断破壊型に分けます（Ⅴ 8.3）。応答変位はエネルギー一定則による応答塑性率から求め、B種の橋は限界状態2、A種の橋は限界状態3の水平変位の制限値と比べます。
• B種の橋では、残留変位が橋脚の高さの1/100以下であることも照査します。張出しばりは支承部に作用する力で、フーチングは浮上りを考えた地盤反力で、それぞれ塑性化させないことを照査します。直接基礎の安定は、レベル1地震動の照査を満たすことで満たすとみなします（Ⅳ 9.2）。

入力と出力

入力: 準拠基準・橋の重要度・地域区分・地盤種別・固有周期の求め方、柱の形状と配筋、張出しばりと支承、上部構造の反力・重量と支承の条件、フーチングの形状と配筋、支持地盤、材料。

出力: 固有周期と設計水平震度、組合せごとの基礎底面の力と安定の照査、柱の基部・張出しばり・フーチングの断面力と限界状態の照査、柱の曲げモーメント−曲率の関係・水平耐力・応答変位、構造細目、支承縁端距離の照査。計算過程つきの帳票（計算書）を出力することができます。

適用範囲・計算上の仮定

• 直接基礎の単柱式のRC橋脚を、橋軸方向と直角方向に分けて照査します。杭基礎などの深い基礎、壁式・ラーメン式の橋脚、小判形・中空の断面、軸方向鉄筋の段落しは対象外です。2方向の曲げが同時に作用する場合は考えません。
• レベル2地震動の照査は静的解析（エネルギー一定則）によるもので、橋脚の高さ30m未満・固有周期1.5秒未満を適用の目安として判定に出します（Ⅴ 5.1）。動的解析と、液状化・地盤の流動化の影響は扱いません。
• 固有周期の地盤のばねには、道路橋示方書Ⅳの地盤反力係数（地震の影響を含む値）を用います。上部構造の重量の分担は、橋全体の構造系から設計者が求めた値を入力してください。地下水位・浮力・揚圧力、風荷重・流水圧・衝突は考慮しません。
• 張出しばりは付け根の断面だけを照査し、橋軸方向の水平力による曲げとねじりは考えません。橋座部は支承縁端距離だけを照査し、支承部の耐力と、柱とフーチングの接合部の照査は行いません。

使用基準・参考文献・設計者が確認すべき事項

• 道路橋示方書・同解説（平成29年11月、日本道路協会）: Ⅰ共通編 3.3（作用の組合せ・荷重係数）・8.1（単位体積重量）、Ⅲコンクリート橋・コンクリート部材編 5.5・5.8（限界状態1・3）・6.2（耐久性能）、Ⅳ下部構造編 5.2（部材の照査）・7.3（橋脚）・7.6（橋座部）・7.7（フーチング）・8.5・9章（直接基礎）、Ⅴ耐震設計編 3.4・4.1（地域別補正係数・設計水平震度・固有周期）・5.1（解析）・6.2（鉄筋コンクリート部材）・8章（鉄筋コンクリート橋脚）・13.1（支承部に作用する力）。

支持力係数は図-9.5.1を式で表したもので計算するため、図から読み取る値とは数%異なることがあります。軸方向鉄筋の定着、最小かぶり、帯鉄筋の継手と定着などの構造細目は、設計者が示方書に照らして別途確認してください。