JP2005180162A - スチールブラケットによるｉ型プレストレストコンクリートビームの接続構造及び接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＳＣ−Ｉビーム同士を接続するに際して、鉄筋やコンクリートだけに依存することなく、ＰＳＣ−Ｉビーム同士の接続をより堅固にすることができる接続構造及び接続方法を提供する。
【解決手段】貫通孔５を備え、相対向するＰＳＣ−Ｉビーム１の各端部に固定される端部定着板４と、互いに向かい合うように端部定着板４に突接されるスチールブラケット６と、両側のスチールブラケット６に結合されるブラケット接続板９と、スチールブラケット６の上部を接続する上部接続鋼棒１２と、スチールブラケット６の下部に結合される下部接続板８と、端部定着板４の上記貫通孔５に挿入されてシースパイプ１８同士を接続する接続シースパイプ１９と、シースパイプ１８と接続シースパイプ１９内に挿入されて両側のＰＳＣ−Ｉビーム１に連続して配設され、プレストレスが導入されるＰＣストランド２０と、ＰＳＣ−Ｉビーム１の間に打設されて前記スチールブラケット６、ブラケット接続板９及び接続シースパイプ１９を埋設するコンクリートからなる。
【選択図】図７

Description

本発明は、スチールブラケット（Steel Bracket）によるＩ型プレストレストコンクリートビーム（I-type Prestressed Concrete Beam、以下、『ＰＳＣ−Ｉビーム』と称す）の接続構造及び接続方法に関し、より詳しくは、地上で独立して作製された複数個のＰＳＣ−Ｉビーム同士をスチールブラケットを用いて堅固に接続する構造及び方法に関する。

図１０（ａ）には、２つのＰＳＣ−Ｉビームからなる従来の２径間橋梁（２spans bridge）の概略的な側面図が示されている。
図１０（ａ）に示す従来の橋梁において、それぞれのＰＳＣ−Ｉビーム１は、地上で独立してプレキャスト（precast）され、それぞれのＰＳＣ−Ｉビーム１が単純梁構造系（simple beam system）を形成するように橋脚（pier）に独立して配設される。橋脚に配設された複数個のＰＳＣ−Ｉビーム１は、上部のスラブコンクリート（slab concrete）１６同士だけが接続されているか、または、図１０（ｂ）に示すような接続構造にて互いに接続される。

図１０（ｂ）に示す接続構造を作製するためには、ＰＳＣ−Ｉビーム１の鉄筋１７の端部がビーム１の外側に露出するようにそれぞれのＰＳＣ−Ｉビーム１を作製する。ＰＳＣ−Ｉビーム１の橋脚２上への配設時、両側の ＰＳＣ−Ｉビーム１は、その端部に所定の間隔をおいて載置し、露出した複数の前記鉄筋１７は、前記間隔において重なって繋ぎ合わされる。後続して、前記間隔にコンクリート１５が打設され、それと併行して前記間隔の上方と前記ＰＳＣ−Ｉビーム１の上方にもスラブコンクリート１６が一体に打設される（特許文献１參照）。
大韓民國実用新案登録公報第２０−０２４２３６３号

しかし、前記のような従来の技術では、ＰＳＣ−Ｉビーム１がそれぞれ単純梁として機能するため、各橋脚２上でそれぞれのＰＳＣ−Ｉビーム１を別の橋座装置３により独立して支えなければならない。従って、それぞれの橋脚２上には、少なくと２つの橋座装置３を配設する必要がある。
ところで、理想的な状態では活荷重による反力を橋脚２上の２つの橋座装置３が半分ずつ分けて担わなければならないが、実際には、２つの橋座装置３のいずれか一方には負の反力が発生し、他方には過度な正の反力が働くようになる。従って、過度な正の反力の大きさに合わせて一方の橋座装置３として大容量のものを配設する必要があり、これは、施工コストの面で好ましくない。

また、ＰＳＣ−Ｉビーム１の間に充填されるコンクリート１５と ＰＳＣ−Ｉビーム１の端部の間には、新旧のコンクリートの差による境界面（cold joint）が存在するようになるが、活荷重により前記境界面に割れが発生することもある。このように、境界面に割れが発生すると、両側の ＰＳＣ−Ｉビーム１の間のコンクリート１５が接続機能を果たすことができず、橋梁に深刻な構造的な悪影響を与えるようになる。

さらに、橋脚により支えられる部分では、負のモーメントが発生するようになる。しかし、前記した従来の技術では、ＰＳＣ−Ｉビーム１の間の接続構造が前記した負のモーメントに対し支えるに足りる程の強度を持っていないため、ＰＳＣ−Ｉビーム１の間に打設されたスラブコンクリート１６には、前記負のモーメントによる引張応力により割れが発生するようになる。

本発明は、前記のようなＰＳＣ−Ｉビーム同士を接続する従来の技術が抱えている短所を克服するために開発されたものであって、ＰＳＣ−Ｉビーム同士を接続するに際して、鉄筋１７やコンクリート１５だけに依存せず、構造的な耐久性に優れた端部定着板及びスチールブラケットを用いてＰＳＣ−Ｉビーム同士を接続することにより、ＰＳＣ−Ｉビーム同士の接続をより堅固にできる接続構造及び接続方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ＰＳＣ−Ｉビームを支えるために橋脚に１つの橋座装置だけを使用することにより、複数個の橋座装置の使用に伴う短所を解消することを目的とする。

前記のような目的を達成するために、本発明では、内部にシースパイプ（sheath pipe）が埋め立てられた状態で作製されるＰＳＣ−Ｉビームの連続接続構造であって、両側のＰＳＣ−Ｉビームの各端部に一体に固定され、上部には貫通孔が形成されている端部定着板と、互いに向かい合うようにして前記端部定着板から突出し、前記端部定着板に一体に取付けられているスチールブラケットと、前記両側のスチールブラケットに一体に結合されるブラケット接続板と、前記スチールブラケットの上部で前記スチールブラケットの上部同士を接続する上部接続鋼棒と、両側のスチールブラケット同士を接続すべく、前記スチールブラケットの下部に結合される下部接続板と、前記シースパイプ同士を接続すべく、前記両側の端部定着板の貫通孔に挿入される接続シースパイプと、前記シースパイプと前記接続シースパイプに挿入されて両側のＰＳＣ−Ｉビームに連続して配設され、緊張してプレストレスが導入されるプレストレスストランド（prestress strand、 以下、『ＰＣストランド』と称す）と、前記スチールブラケット、前記ブラケット接続板、前記上部接続鋼棒及び前記接続シースパイプを埋め立てるべく、前記ＰＳＣ−Ｉビームの間に打設されるコンクリートとからなることを特徴とするＰＳＣ−Ｉビームの接続構造が提供される。

また、本発明では、内部にシースパイプが埋め立てられた状態で作製されるＰＳＣ−Ｉビームの連続接続方法であって、貫通孔が形成されている端部定着板を両側のＰＳＣ−Ｉビームの各端部に一体に固定するステップと、前記端部定着板には、当該端部定着板から突出するようにスチールブラケットを一体に取付けるステップと、前記スチールブラケットが互いに向かい合うようにして両側のＰＳＣ−Ｉビームを１つの橋座装置上における下部接続板が設けられた橋脚上に配設するステップと、両側のスチールブラケットの下部を一つの下部接続板に取付けて両側のスチールブラケット同士を接続するステップと、前記両側のスチールブラケットにブラケット接続板を結合して前記両側のスチールブラケット同士を接続するステップと、前記スチールブラケットの上部同士を上部接続鋼棒を介在して接続するステップと、前記両側の端部定着板の貫通孔に接続シースパイプを挿入して前記シースパイプ同士を接続するステップと、ＰＣストランドを前記シースパイプと前記接続シースパイプに挿入して両側の ＰＳＣ−Ｉビームに連続して配設した後、前記ＰＣストランドを緊張してプレストレスを導入するステップと、前記スチールブラケット、前記ブラケット接続板、前記上部接続鋼棒、及び前記接続シースパイプを埋め立てるべく、前記ＰＳＣ−Ｉビームの間にコンクリートを打設するステップとを含むことを特徴とするＰＳＣ−Ｉビームの接続方法が提供される。

以上で説明したように、従来では、ＰＳＣ−Ｉビームを用いて２径間以上の多径間橋梁を建設する時、ＰＳＣ−Ｉビームの間には鉄筋が接続されコンクリートが打設されることで形式的にはＰＳＣ−Ｉビーム同士が接続された形態をなしているものの、実質のところ、鉄筋での接続及びコンクリートでの接続が堅固ではない。従って、従来では、ＰＳＣ−Ｉビームのそれぞれが単純梁構造系をなしていることと見做されて設計され、施工されてきた。
これに対し、本発明では、ＰＳＣ−Ｉビーム同士がスチールブラケット、ブラケット接続板、上部接続鋼棒、下部接続板及びコンクリートにより一層堅固に接続される。

また、本発明では、プレストレスストランドを全ての径間にわたって連続して配設し、ＰＳＣ−Ｉビームの接続部でも負のモーメントによる引張力に対応するプレストレスを導入することができる。
従って、橋脚位置で発生する負のモーメントに対し十分な強度をもつようになるため、本発明では、ＰＳＣ−Ｉビームが完全な連続ビーム構造系をなすことができるようになる。その結果、単純梁構造系を有する従来の技術に比べて、ビームの端面を縮小することができ、施工コストを節減することができるようになる。

さらに従来では、図１０（ｂ）に示すように、２つの橋座装置を使用するため、それに伴う短所があった。しかし、本発明では、１つの橋座装置だけで済むようになる。

以下では、添付した図面を参照して本発明の実施例に係る構成を説明する。

図１には、ＰＳＣ−Ｉビーム１の概略的な断面図が示されており、図２には、ＰＳＣ−Ｉビーム１の端部の一部切欠概略図が示されている。
本発明において、ＰＳＣ−Ｉビーム１のコンクリート中には、シースパイプ１８が備えられる。前記シースパイプ１８は、ＰＳＣ−Ｉビーム１の作製初期から予めコンクリート中に埋め立てられて備えられる。後述するように、前記シースパイプ１８には、上部ＰＣストランドが挿入される。

ＰＳＣ−Ｉビーム１の一方または両方の端部には、端部定着板４が配設される。具体的に、ＰＳＣ−Ｉビーム１の作製時に、アンカーボルト（anchor bolt）７をコンクリート中に予め埋め立てておき、前記アンカーボルト７を前記端部定着板４に開けられている孔を挿通させてその端部にナット１３を締め付けることにより、前記端部定着板４をＰＳＣ−Ｉビーム１の端部に配設する。

前記端部定着板４には、２つのスチールブラケット６が溶接により突出するように取付けられている。前記端部定着板４の上部中央には、前記シースパイプ１８が貫通できる貫通孔５が形成される。前記スチールブラケット６には、後述するブラケット接続板９とのボルト結合のために多数個のボルト孔が穿孔されている。

図３（ａ）には、前記した構造を有する２つのＰＳＣ−Ｉビーム１が、その端部を互いに向かい合わせた状態で橋脚２上に配設された形状を示す概略図が示されている。図３（ｂ）には、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面概略図が示されている。
橋脚２上には、予め１つの橋座装置３が配設され、この橋座装置３の両側にＰＳＣ−Ｉビーム１の自重が支えられる仮受け台１４が配設される。前記橋座装置３の上面には、下部接続板８が予め固設される。地上で予め作製されたそれぞれのＰＳＣ−Ｉビーム１を、その端部が前記仮受け台１４上に支えられるようにして配設する。この時、ＰＳＣ−Ｉビーム１のスチールブラケット６の下部分が下部接続板８上に完全に密着するように配設し、スチールブラケット６の下部分を下部接続板８に溶接し、スチールブラケット６と下部接続板８とを完全に結合する。

図４には、図３（ａ）に示した状態に後続して、ＰＳＣ−Ｉビーム１の間に接続板９と接続シースパイプ１９を介在させたことを説明するための概略図が示されている。
両側のＰＳＣ−Ｉビーム１の内部に備えられたシースパイプ１８同士を接続すべく、ＰＳＣ−Ｉビーム１の接続部において端部定着板４の中央上部に形成された貫通孔５に合わせて接続シースパイプ１９を配設する。即ち、このように、ＰＳＣ−Ｉビーム１の接続部において引張側になる上部に接続シースパイプ１９を配設することにより、両側のＰＳＣ−Ｉビーム１における前記シースパイプ１８同士が接続される構造をなす。

一方、ＰＳＣ−Ｉビーム１の端部において互いに向かい合うようにして突出する２つのスチールブラケット６には、それぞれ２枚のブラケット接続板９が重ね当てられており、前記ブラケット接続板９は、接続ボルト１０とナット１０aでスチールブラケット６にそれぞれ結合される。従って、前記スチールブラケット６は、その下部同士が下部接続板８を介在して接続されることに加えて、前記ブラケット接続板９を介在しても互いに接続される。

図５（ａ）には、前記スチールブラケット６が前記ブラケット接続板９を介在して接続された形状が示されており、図５（ｂ）には、図５（ａ）のB−B線断面図が示されている。
図５（ａ）に示すように、前記スチールブラケット６は、上部接続鋼棒１２を介在しても更に接続される。即ち、両側のＰＳＣ−Ｉビーム１のそれぞれのスチールブラケット６上には、鋼棒固定部材１１が設けられ、前記上部接続棒鋼１２が前記鋼棒固定部材１１を貫通してナット２１により固定される。このように、上部接続棒鋼１２を介在してスチールブラケット６の上部同士が更に接続されるため、両側のスチールブラケット６の一体的な組み合わせがより堅固になる。前記鋼棒固定部材１１は、保持板２２を介在してスチールブラケット６上に固定される。

図６は、図５（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。前述したように、スチールブラケット６同士が互いに接続された状態で、互いに連通するシースパイプ１８内にＰＣストランド２０が連続して挿入される。特に、前記ＰＳＣ−Ｉビーム１が２径間以上にわたって連続する場合、前記ＰＣストランド２０は、全ての径間で連続するように挿入される。前記ＰＣストランド２０は、後述するように、両側のＰＳＣ−Ｉビーム１の接続部にコンクリートが打設された後に挿入してもよい。前記ＰＣストランド２０は、ＰＳＣ−Ｉビーム１の上部にスラブ１６を施工する直前に引張定着するか、または上部スラブ１６を施工した後に引張定着する。

図７は、前述した本発明における両側のＰＳＣ−Ｉビーム１の連結構造の分解斜視図である。図６に示すように、スチールブラケット６同士が接続された状態で、スチールブラケット６がその内部に埋め立てられるように、前記両側のＰＳＣ−Ｉビーム１の端部の間にはコンクリートが打設される。

図８には、このように両側のＰＳＣ−Ｉビーム１の端部の間にコンクリートが打設された形状が一部切欠断面図で示されている。前記コンクリートの打設に併行して、両側のＰＳＣ−Ｉビーム１の下部を支えていた仮受け台１４を取り外し、１つの橋座装置３が前記両側のＰＳＣ−Ｉビーム１の接続部を支えるようにする。
このように、本発明では、両側のＰＳＣ−Ｉビーム１同士が接続部を介在して完全に接続されるため、全体として連続構造系（continuous beam system）をなすようになる。従って、ビームに発生する正のモーメントを軽減し、ＰＳＣ−Ｉビーム１の大きさを縮小することができるようになる。

一方、一般に連続構造系をなすビームの場合、正のモーメントは軽減される反面、橋脚上部では、スラブコンクリート１６、アスファルト舗装等による死荷重により負のモーメントが発生し、以降、車両等が通ると、活荷重による更なる負のモーメントがビームに発生するようになる。
本発明の場合も、前記両側のＰＳＣ−Ｉビーム１が連続構造系をなすため、ＰＳＣ−Ｉビーム１の接続部において負のモーメントが発生する。しかし、本発明では、接続部に上部接続鋼棒１２が備えられているため、前記上部接続鋼棒１２が前記負のモーメントにより発生する引張応力を担うようになる。また、図６に関連して説明したように、接続部にはＰＣストランド２０が連続して配設されるため、前記した負のモーメントによる引張応力の一部または全部を前記ＰＣストランド２０が担うようになる。

図９には、本発明によってＰＳＣ−Ｉビームを３径間に連続させた橋梁における接続部とＰＣストランドの配設状態を示す。

本発明に係るＰＳＣ−Ｉビームの概略的な断面図である。 本発明に係るＰＳＣ−Ｉビームの端部の一部を示す切欠概略図である。 （ａ）本発明に係る２つのＰＳＣ−Ｉビームがその端部を向かい合わせた状態で橋脚上に配設された形状を示す概略図である。（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ線断面概略図である。 図３（ａ）に示す状態に後続してＰＳＣ−Ｉビームの間に接続板と接続シースパイプを配設することを説明する概略図である。 （ａ）スチールブラケットが前記ブラケット接続板により接続された形状を示す概略図である。（ｂ）図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図５（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明に係る両側ＰＳＣ−Ｉビームの接続構造の分解斜視図である。 両側ＰＳＣ−Ｉビームの端部の間にコンクリートが打設された形状を示す一部切欠斜視図である。 本発明によりＰＳＣ−Ｉビームを３径間に連続させた橋梁の接続部とＰＣストランドの配設状態を示す概略図である。 （ａ）２つの ＰＳＣ−Ｉビームからなる従来の２径間橋梁の概略的な側面図である。（ｂ）従来の３径間橋梁におけるビーム接続部の構造を示す概略図である。

符号の説明

１ ＰＳＣ−Ｉビーム（Ｉ型プレストレストコンクリートビーム）
４ 端部定着板
５ 貫通孔
６ スチールブラケット
７ アンカーボルト
８ 下部接続板
９ 接続板
１２ 上部接続鋼棒
１８ シースパイプ
１９ 接続シースパイプ
２０ ＰＣストランド（プレストレスストランド）

Claims (4)

1. 内部にシースパイプ１８が埋め立てられた状態で作製されるＩ型プレストレストコンクリートビームの連続接続構造であって、
   両側のＩ型プレストレストコンクリートビーム１の各端部に一体に固定され、上部には貫通孔５が形成されている端部定着板４と、
   互いに向かい合うようにして前記端部定着板４から突出し、前記端部定着板４に一体に取付けられているスチールブラケット６と、
   前記両側のスチールブラケット６に一体に結合されるブラケット接続板９と、
   両側のスチールブラケット６同士を接続すべく、前記スチールブラケット６の下部に結合される下部接続板８と、
   前記シースパイプ１８同士を接続すべく、前記両側の端部定着板４の貫通孔５に挿入される接続シースパイプ１９と、
   前記シースパイプ１８と前記接続シースパイプ１９に挿入されて両側のＩ型プレストレストコンクリートビーム１に連続して配設され、緊張してプレストレスが導入されるＰＣストランド２０と、
   前記スチールブラケット６、前記ブラケット接続板９及び前記接続シースパイプ１９を埋め立てるべく、前記Ｉ型プレストレストコンクリートビーム１の間に打設されるコンクリートからなることを特徴とするＩ型プレストレストコンクリートビームの接続構造。
2. 前記スチールブラケット６の上部で当該スチールブラケット６の上部同士を接続する上部接続鋼棒１２が更に備えられることを特徴とする請求項１に記載のＩ型プレストレストコンクリートビームの接続構造。
3. 橋脚上には１つの橋座装置が備えられ、
   前記橋座装置の上部には下部接続板８が備えられ、
   両側のスチールブラケット６の下部同士は、前記下部接続板８を介在して接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のＩ型プレストレストコンクリートビームの接続構造。
4. 内部にシースパイプ１８が埋め立てられた状態で作製されるＩ型プレストレストコンクリートビームの連続接続方法であって、
   貫通孔５が形成されている端部定着板４を両側のＩ型プレストレストコンクリートビーム１の各端部に一体に固定するステップと、
   前記端部定着板４には、当該端部定着板４から突出するようにスチールブラケット６を一体に取付けるステップと、
   前記スチールブラケット６が互いに向かい合うようにして、両側のＩ型プレストレストコンクリートビーム１を１つの橋座装置３上における下部接続板８が設けられた橋脚上に配設するステップと、
   両側のスチールブラケット６の下部を一つの下部接続板８に取付けて両側のスチールブラケット６同士を接続するステップと、
   前記両側のスチールブラケット６にブラケット接続板９を結合して前記両側のスチールブラケット６同士を接続するステップと、
   前記スチールブラケット６の上部同士を上部接続鋼棒１２を介在して接続するステップと、
   前記両側の端部定着板４の貫通孔５に接続シースパイプ１９を挿入して前記シースパイプ１８同士を接続するステップと、
   ＰＣストランド２０を前記シースパイプ１８と前記接続シースパイプ１９に挿入して両側のＩ型プレストレストコンクリートビーム１に連続して配設した後、前記ＰＣストランド２０を緊張してプレストレスを導入するステップと、
   前記スチールブラケット６、前記ブラケット接続板９、前記上部接続鋼棒１２及び前記接続シースパイプ１９を埋め立てるべく、前記Ｉ型プレストレストコンクリートビーム１の間にコンクリートを打設するステップを含むことを特徴とするＩ型プレストレストコンクリートビームの接続方法。

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