JP2005264550A - せん断補強スタッド合成床版 - Google Patents

Abstract

【課題】せん断補強筋を設置すること無しに床版に作用する過大なせん断力に対する優れた抵抗性を有する合成床版を提供すること
【解決手段】鋼板１と、鋼板上に打設したコンクリート４と、下部が該鋼板１に接合された該コンクリートのずれ止めのための頭付スタッド２、３とからなる鋼・コンクリートの合成床版Ｄにおいて、頭付スタッドの軸方向を前記コンクリートの断面中立軸に対して斜めに配設するか、頭付スタッドの軸を異形とすることにより、該頭付スタッドが該合成床版のせん断抵抗機能を有するようにした鋼・コンクリートの合成床版。
【選択図】 図１

Description

本発明は、橋梁その他構造物に用いられる底鋼板と該底鋼板上に打設したコンクリートとから成る合成床版に関するものである。

従来から、道路橋等における道路を形成するために、型鋼とコンクリートとから成る合成床版が用いられている。そして、この床版の上を自動車等の重量物が通過するために、床版には曲げやせん断力がかかり、ひび割れ、コンクリートの剥落等の破損が生じる。
このような床版の破損を防ぐために従来から種々の改良がなされている。

特許文献１に記載の合成床版は、鋼板上にコンクリートを現場打ちする際の鋼板の剛性を確保し、かつ鋼材重量の低減を図る目的で発明されたもので、鋼板上に打設すべきコンクリートの一部を先行打設することにより、この先行打設したコンクリートと鉄筋の一部と鋼板の一部とを有してなるコンクリート梁を形成するか、又は、鋼板の上方でかつ鉄筋よりも低い位置に架設時鉄筋を配設し、鋼板上に打設すべきコンクリートの一部を架設時鉄筋の位置付近まで先行打設することによって、この先行打設したコンクリートと架設時鉄筋と鋼板の一部とを有してなり、かつ高さが完成後の合成床版の厚さよりも低いコンクリート梁を形成して、このコンクリート梁を合成前死荷重保持のための鋼板補強材として用いるものであり、鋼板とコンクリートとは一般部のみならずハンチ部においてもスタッドにより一体化される（図１１参照）。

特許文献２記載のものは、鉄筋コンクリートスラブにおいて、一定のスラブ厚さを維持しながら大きな中空化率を得る目的で発明されたもので、応力を三次元的に分配させる定着節構造で主筋と配力筋とラチス筋とを溶接することにより組み立てられた立体トラスと、立体トラス内に設けられた中空管と、立体トラスおよび中空管を埋設したコンクリート部材とから鉄筋コンクリートスラブを形成したものであり、コンクリートが大幅に減少した場合でも、立体トラスが十分に大きなせん断力を有し、これにより一定のスラブ厚さを維持しながら大きな中空化率を得ることができる（図１２参照）。

特許文献３に記載のものは、波形鋼板とコンクリートスラブとの接合方法に関する発明であり、波形鋼板の上端部または下端部に、スタッドを鋼板の両面に溶植し、この溶植は、波形鋼板の各面に略直角に、波形鋼板の長手方向に複数列に配列して行い、隣接する波形鋼板の端部と重ねられ接続される長手方向の一端部には、一方の面にのみ溶植し、他端部には、他方の面にのみ溶植している（図１３参照）。

特許文献４に記載のものは、鋼製壁と鉄筋コンクリート床版との接合構造において、コスト縮減を目的として発明されたもので、鋼製壁と鉄筋コンクリート床版との接合部において、引張力が作用する位置における長尺ずれ止め部材の端部を、鋼製壁に固定し、短尺ずれ止め部材の端部を鋼製壁に固定し、長尺ずれ止め部材と短尺ずれ止め部材とを埋込むと共に、鋼製壁を被覆するコンクリートおよびスラブコンクリートを打設し、コンクリートに配力筋を埋設するものであり、長尺スタッドは途中コンクリート中で折り曲げられている（図１４参照）。

非特許文献１には、Ｔヘッドバー工法について記載されている。このＴヘッドバーは、従来せん断補強筋端部に定着のため設けられるフックと呼ばれる曲げ加工を省略するために発明されたもので、鉄筋定着部に頭付きスタッドにおけるような頭部分を付けたものである（図１５参照）。

特開２００２−１８０４２０号公報 特開２０００−１２０２０３号公報 特開２００２−３８４２０号公報 特許第３３００１６２号公報 Ｔヘッドバー工法パンフレット、清水建設株式会社

従来の道路橋合成床版では、設計荷重に対して床版厚が十分厚いため、コンクリートのせん断抵抗のみで、せん断力に十分抵抗できた。ところが、床版厚を従来よりも薄くする場合、あるいは航空機の滑走路のように設計荷重が大きい場合、床版の面外に作用するせん断力が抵抗力に対して大きく、これに床版厚を増加させることなく抵抗させるためには、せん断補強筋を設置する必要が生じる。しかしながら、従来よりも薄い、あるいは航空機の滑走路のように設計荷重が大きい場合、主鉄筋および配力筋が密に配置されており、せん断補強筋を設置するための十分な空間がない。

すなわち、従来の合成床版では、床版厚が薄い場合、次のような問題がある。
（１）せん断力に抵抗するために、せん断補強筋が別途必要となる。
（２）せん断補強筋には所定の定着長が必要となるため、主鉄筋や配力筋とせん断補強筋の定着部が干渉し、配筋が困難となる。

本発明は、上記のような問題点を解決するために成されたもので、せん断補強筋を設置すること無しに床版に作用する過大なせん断力に対する優れた抵抗性を有する合成床版を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は次に記載するような構成を有する。
（１）鋼板と、鋼板上に打設したコンクリートと、下部が該鋼板に接合された該コンクリートのずれ止めのための頭付スタッドとからなる鋼・コンクリートの合成床版であって、該頭付スタッドが該合成床版のせん断抵抗機能を有することを特徴とする鋼・コンクリートの合成床版。
（２）前記コンクリート中に床版曲げに抵抗する配筋部を有することを特徴とする上記（１）の鋼・コンクリートの合成床版。
（３）前記頭付スタッドの頭部が前記配筋部又は前記配筋部以上の位置にくるように配設された頭付スタッドであることを特徴とする上記（２）の鋼・コンクリートの合成床版。
（４）前記頭付スタッドの軸方向が前記コンクリートの断面中立軸に対して斜めに配設されていることを特徴とする上記（１）〜（３）の鋼・コンクリートの合成床版。
（５）前記頭付スタッドの軸部が異形であることを特徴とする上記（１）〜（４）の鋼・コンクリートの合成床版。
（６）前記合成床版の（設計荷重／床版厚）が２．０ｋＮ／ｍｍ以上であり、その用途が航空機の滑走路用であることを特徴とする上記（１）〜（５）の鋼・コンクリートの合成床版。
（７）前記床版の（設計荷重／床版厚）が０．５ｋＮ／ｍｍ以上であり、その用途が道路用又は車両通行用であることを特徴とする上記（１）〜（５）の鋼・コンクリートの合成床版。
（８）前記床版がハンチ部を少なくとも１方向に持ち、前記頭付スタッドが該ハンチ部に配設されていることを特徴とする上記（１）〜（７）の鋼・コンクリートの合成床版。
（９）頭付スタッドの頭の少なくとも１方向の自由突出長が配筋部の鉄筋の直径以上であることを特徴とする上記（２）〜（８）の鋼・コンクリートの合成床版。
（１０）前記頭付スタッドが途中で曲げられたスタッドであり、その曲げによって配筋を容易にすることを特徴とする上記（２）〜（９）の鋼・コンクリートの合成床版。
（１１）前記頭付スタッドの頭が前記コンクリートの上表面に対して平行となるように配設されていることを特徴とする上記（１）〜（１０）の鋼・コンクリートの合成床版。
（１２）前記頭付スタッドが斜頭スタッドであることを特徴とする上記（１）〜（１１）の鋼・コンクリートの合成床版。
なお、本発明における鋼・コンクリートの合成床版とは、コンクリートが鉄筋コンクリートである場合も含む。

本発明の効果を以下に示す。
１）せん断補強筋を設置する必要が無くなり、従来よりも薄い道路橋合成床版、あるいは道路橋よりも大きな設計荷重が作用する航空機の滑走路合成床版を提供できる。
２）床版の底鋼板ハンチ部に設置される頭付きスタッドは、せん断力によるコンクリートの割裂方向に対してクロスする側に傾斜して設置させるため、床版のせん断抵抗力をより一層増加させる。なお、ハンチ部でなくとも、床版に対して斜めに設置されたスタッドは、これとクロスする方向への割裂に対して、これを防止する働きが、鉛直に設置した場合よりも大きくなる。
３）頭付きスタッドの軸が異形鉄筋である場合、スタッドの頭と底部に加え、軸部においてもコンクリートとの付着が確保できるため、より強固なせん断補強機能を得ることができる。

４）（設計荷重／床版厚）が２．０ｋＮ／ｍｍ以上である場合、航空機の滑走路に適用でき、（設計荷重／床版厚）が０．５ｋＮ／ｍｍ以上である場合、道路または車両通行路に適用できる。
５）頭付きスタッドが頭部が版曲げに抵抗する配筋部または配筋部以上の位置にくるように配設された頭付きスタッドであれば、スタッドを曲げに抵抗する鉄筋に絡めることにより、床版の上層と下層とをスタッドによってより一体化させ、スタッドによってせん断抵抗させる効果が得られる。このとき、頭付スタッドの頭の少なくとも１方向の自由突出長が配筋部の鉄筋の直径以上であれば、配筋部に絡め易い。
６）床版に対してのスタッドの傾斜角分だけスタッドの頭と軸との角度を傾斜させた斜頭スタッドを用いれば、上記理由によりかぶりコンクリート厚を増加させる必要がなくなり、床版厚の増加、すなわち自重の増加や構造寸法の増加を防ぐことができる。

本発明の合成床版は、鋼板と、コンクリートと鋼板とのずれ止め機能およびコンクリートのせん断補強機能を果たすように該鋼板に下部が溶接等により接合された頭付きスタッドと、鋼板上に打設したコンクリートとからなる。この頭付スタッドの軸は異形であると更に好ましい。
なお、本願明細書でいう頭付きスタッドとは、スタッドの頭部においてアンカー機能を有するスタッドを指す。また、頭付スタッドの軸が異形であるとは、スタッド軸にコンクリートの付着を高めるための凸凹がある形状のことを指し、例えば、軸方向に間隔をおいて膨出部、突起部を設けた様なものをいう。さらに、設計荷重とは、床版の面外方向のせん断力に関する床版の設計荷重を指す。

上記の構成により、スタッドの頭とスタッド底部の鋼板への結合とにより、スタッドが上下端で定着され、せん断力に対して抵抗できるようになる。その結果、せん断補強筋を設置する必要が無くなり、従来よりも薄い道路橋合成床版、あるいは道路橋よりも大きな設計荷重が作用する航空機の滑走路合成床版を提供できる。

加えて、頭付きスタッドが頭部が床版曲げに抵抗する上面鉄筋部または上面鉄筋部以上の位置にくるように配設された頭付きスタッドであれば、スタッドを曲げに抵抗する鉄筋に絡めることにより、床版の上層と下層とをスタッドによってより一体化させ、スタッドによってせん断抵抗をより増加させる効果が得られる。このとき、頭付スタッドの頭の少なくとも１方向の自由突出長が配筋部の鉄筋の直径以上であれば、配筋部に絡め易い。

また、床版の底鋼板ハンチ部に設置される頭付きスタッドは、せん断力によるコンクリートの割裂方向に対してクロスする側に傾斜して設置させるため、床版のせん断抵抗力をより一層増加させる。なお、ハンチ部でなくとも、床版に対して斜めに設置されたスタッドは、これとクロスする方向への割裂に対して、これを防止する働きが、鉛直に設置した場合よりも大きくなる。

さらに、頭付きスタッドの軸が異形鉄筋である場合、スタッドの頭と底部に加え、軸部においてもコンクリートとの付着が確保できるため、より強固なせん断補強機能を得ることができる。

そして、本発明の合成床版は、滑走路床版（コンクリート強度４０Ｎ／ｍｍ^２）の場合、設計に考慮する航空機の種類の全てを考慮し１脚あたりあるいは１輪あたりの（設計荷重／せん断抵抗面積（＝せん断応力））が最も厳しくなるケースにおいて、（設計荷重／せん断抵抗面積）がコンクリートせん断強度を超えるような床版を対象とし（設計荷重／床版厚）の値で整理すると、図１６に示すように、ＬＡ−１（１）タイプの航空機が最大荷重の場合２．０ｋＮ／ｍｍ以上、ＬＡ−０タイプの航空機が最大荷重の場合２．５ｋＮ／ｍｍ以上となるという理由から、（設計荷重／床版厚）が２．０ｋＮ／ｍｍ以上である場合、航空機の滑走路に適用できる。また、道路橋（コンクリート強度３０Ｎ／ｍｍ^２）の場合、Ｔ荷重１輪に対し（設計荷重／せん断抵抗面積）がコンクリートせん断強度を超えるような床版を対象とし（設計荷重／床版厚）の値で整理すると、図１７に示すように、０．５ｋＮ／ｍｍ以上となるという理由から、（設計荷重／床版厚）が０．５ｋＮ／ｍｍ以上である場合、道路または車両通行路に適用できる。

頭付スタッドが合成床版に対して傾斜していると、床版の上面鉄筋にスタッドを絡ませようとした場合、スタッド頭部が床版の上面鉄筋よりも上方に位置することになり、かぶりコンクリート厚を所定量確保するために、頭部の傾斜分だけ、かぶりを増加させる必要がある。これに対し、床版に対してのスタッドの傾斜角分だけスタッドの頭と軸との角度を傾斜させた斜頭スタッドを用いれば、上記理由によりかぶりコンクリート厚を増加させる必要がなくなり、床版厚の増加、すなわち自重の増加や構造寸法の増加を防ぐことができる。他方、床版厚およびかぶりコンクリート厚を増加させない方法として、上下主鉄筋配力筋間隔を小さくする方法がある。しかしながら、この方法は、床版の耐荷力性能を低下させることに繋がるため、避けるのが望ましい。

本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の合成床版Ｄの一例を示したものであり、合成床版Ｄは、ハンチ部ｈを有する鋼板１と、鋼板１上に打設したコンクリート４と、下部が該鋼板１に溶接された頭付スタッド２からなる。上記の構成により、スタッドの頭とスタッド底部の鋼板への結合とにより、スタッドが上下端で定着され、該頭付スタッド２は、該合成床版Ｄの面外方向のせん断力に対して抵抗する。
また、床版の底鋼板ハンチ部に設置される頭付きスタッド２は、せん断力によるコンクリートの割裂方向に対してクロスする側に傾斜して設置させるため、床版のせん断抵抗力をより一層増加させる。

桁Ｂと合成床版Ｄとのずれ止めである頭付きスタッド３を設置した桁Ｂ上に、コンクリート４と鋼板１とのずれ止め機能およびコンクリート４のせん断補強機能を果たすように頭付きスタッド２を溶接した鋼板１上にコンクリート４を打設する。

図２はせん断力に抵抗する頭付スタッド２の説明図であり、ｐが荷重、Ｓが支点、Ｔが引張力、Ｃがせん断割裂線である。合成床版Ｄ上に荷重ｐが作用したとき、荷重ｐ作用点と支点Ｓとの間に、合成床版に対して面外方向のせん断力が発生し、これにより引張力Ｔがコンクリート４に作用する。その結果、コンクリート４にせん断割裂線Ｃが発生し、これに鋼板１上に設置した頭付きスタッド２が抵抗する。

図３は、合成床版Ｄのハンチ部ｈ付近の配筋（断面図）であり、図４および図５は、図３におけるＡ−Ａ平面図およびＢ−Ｂ平面図である。Ｂが桁で、５ａが上面配力筋、５ｂが下面配力筋、６ａが上面主鉄筋、６ｂが下面主鉄筋である。ハンチ部ｈの鋼板１に設置した頭付スタッド２は、鋼板１に対して垂直に設置され、該頭付きスタッド２の頭部を上面配力筋５ａおよび上面主鉄筋６ａに絡ませている。なお、該合成床版Ｄは、ＳＬが桁支持線であるとして設計している。

図６は、合成床版Ｄにおけるハンチ部ｈ付近の配筋（断面図）であり、配筋し易いように、下面配力筋５ｂおよび下面主鉄筋６ｂ近傍で頭付きスタッド２の軸部を曲げている。

図７は、図３と同条件で設計した従来の合成床版Ｄのハンチ部ｈ付近の配筋（断面図）であり、図８および図９は、図７におけるＡ−Ａ平面図およびＢ−Ｂ平面図である。７がせん断補強筋であり、両端部を上下配力筋５ａ、５ｂおよび上下主鉄筋６ａ、６ｂの高さ位置に沿わせて定着する。

図１０は、頭付きスタッド２および斜頭スタッド８と上面鉄筋との関係を示す図である。
図１０（ａ）は、頭付スタッドが途中で折り曲げられたスタッドをハンチ部に設けた例を示したものであり、図１０（ｂ）は頭付スタッドとして斜頭スタッドをハンチ部に設けた例を示したものであり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）におけるハンチ部の部分拡大図である。
図１０（ｃ）、図１０（ｄ）、図１０（ｆ）に示すように、頭付きスタッド２を使用する場合、前述したように床版の上面鉄筋５ａ、６ａに頭付きスタッド２を絡ませて頭部が床版の上面鉄筋よりも上方に位置させるようにするためには、頭径Ｄ１が大きければ大きいほど、また、かぶりコンクリート面と頭付きスタッド２の溶接面とのなす角度が大きければ大きいほど、かぶりコンクリート厚ｄは厚くなる。
これに対し、図１０（ｇ）に示すように、斜頭スタッド８を用いた場合には、かぶりコンクリート面とスタッドの斜頭スタッド８の溶接面とのなす角度は、かぶりコンクリート厚とは無関係になる。

図１１は特開２００２−１８０４２０号公報の合成床版の概略図、図１２は特開２０００−１２０２０３号公報のせん断補強機能を有する鉄筋の概略図、図１３および図１４は特開２００２−３８４２０号公報および特許第３３００１６２号公報の鋼・コンクリート接合構造の概略図、図１５はＴヘッドバーの概略図である。

本実施の形態に係る合成床版の諸元については、桁間隔、支点間隔、および荷重の規模等に応じて種々異なるが、寸法の一例を示せば、次の通りである。
底鋼板の板厚は９ｍｍ、コンクリート部の板厚は４００ｍｍ、ハンチ高さは１５０ｍｍ、ハンチの角度は鉛直方向１に対し水平方向３、桁間隔は５ｍ、桁軸方向の床版長さは５ｍ、床版一般部の頭付きスタッドの長さは３３０ｍｍ、頭付きスタッドの軸径および頭部の直径は２２ｍｍおよび３５ｍｍ、かぶりコンクリート厚が７０ｍｍ、上下面主鉄筋配力筋にはＤ２５を用いる。また、上面鉄筋の水平方向間隔は主鉄筋、配力筋ともに１２５ｍｍ間隔、下面鉄筋の水平方向間隔は、主鉄筋、配力筋ともに２５０ｍｍ間隔である。頭付きスタッドの設置間隔は２５０ｍｍである。

本発明の合成床版の一例を示す図である。 せん断力に抵抗する頭付スタッドの説明図である。 本発明の合成床版のハンチ部付近の配筋を示す断面図である。 図３におけるＡ−Ａ平面図である。 図３におけるＢ−Ｂ平面図である。 本発明の合成床版におけるハンチ部付近の配筋を示す図（断面図）である。 従来の合成床版のハンチ部付近の配筋を示す図（断面図）である。 図７におけるＡ−Ａ平面図である。 図７におけるＢ−Ｂ平面図及び図７に対して直角方向の断面図である。 頭付きスタッドおよび斜頭スタッドと上面鉄筋との関係を示す図である。 特開２００２−１８０４２０号公報の合成床版の概略図である。 特開２０００−１２０２０３号公報の合成床版の概略図である。 特開２００２−３８４２０号公報の鋼・コンクリート接合構造の概略図である。 特許第３３００１６２号公報のせん断補強機能を有する鉄筋の概略図である。 Ｔヘッドバーの概略を示す図である。 航空機の滑走路用床版における（設計荷重／床版厚）と（設計荷重／せん断抵抗面積）と（床版厚）との相関関係を示す図である。 道路用又は車両通行用床版における（設計荷重／床版厚）と（設計荷重／せん断抵抗面積）と（床版厚）との相関関係を示す図である。

符号の説明

Ｄ 合成床版
Ｂ 桁
ｈ 床版ハンチ部
ｐ 荷重
Ｃ せん断割裂線
Ｔ 引張力
Ｓ 支点
ＳＬ 桁支持線
ｄ かぶりコンクリート厚
Ｄ１ 頭付きスタッドの頭の直径
１ 鋼板
２ 頭付きスタッド（床版部）
３ 頭付きスタッド（桁部）
４ コンクリート
５ａ 上面配力筋
５ｂ 下面配力筋
６ａ 上面主鉄筋
６ｂ 下面主鉄筋
７ せん断補強筋
８ 斜頭スタッド
９ 補強材

Claims (12)

1. 鋼板と、鋼板上に打設したコンクリートと、下部が該鋼板に接合された該コンクリートのずれ止めのための頭付スタッドとからなる鋼・コンクリートの合成床版であって、該頭付スタッドが該合成床版のせん断抵抗機能を有することを特徴とする鋼・コンクリートの合成床版。
2. 前記コンクリート中に床版曲げに抵抗する配筋部を有することを特徴とする請求項１記載の鋼・コンクリートの合成床版。
3. 前記頭付スタッドの頭部が前記配筋部又は前記配筋部以上の位置にくるように配設された頭付スタッドであることを特徴とする請求項２記載の鋼・コンクリートの合成床版。
4. 前記頭付スタッドの軸方向が前記コンクリートの断面中立軸に対して斜めに配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼・コンクリートの合成床版。
5. 前記頭付スタッドの軸部が異形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼・コンクリートの合成床版。
6. 前記合成床版の（設計荷重／床版厚）が２．０ｋＮ／ｍｍ以上であり、その用途が航空機の滑走路用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋼・コンクリートの合成床版。
7. 前記床版の（設計荷重／床版厚）が０．５ｋＮ／ｍｍ以上であり、その用途が道路用又は車両通行用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋼・コンクリートの合成床版。
8. 前記床版がハンチ部を少なくとも１方向に持ち、前記頭付スタッドが該ハンチ部に配設されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の鋼・コンクリートの合成床版。
9. 頭付スタッドの頭の少なくとも１方向の自由突出長が配筋部の鉄筋の直径以上であることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の鋼・コンクリートの合成床版。
10. 前記頭付スタッドが途中で曲げられたスタッドであり、その曲げによって配筋を容易にすることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の鋼・コンクリートの合成床版。
11. 前記頭付スタッドの頭が前記コンクリートの上表面に対して平行となるように配設されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の鋼・コンクリートの合成床版。
12. 前記頭付スタッドが斜頭スタッドであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の鋼・コンクリートの合成床版。

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