JP2007245739A - 浮体構造物用複合材、浮体構造物および浮体構造物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】総重量を大幅に軽減できるほか、施工しやすい浮体構造物用複合材、浮体構造物および浮体構造物の製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】発泡樹脂系材料である軽量部材と、トラス構造を呈する連接部材と、コンクリートなどの硬質版とからなる浮体構造物であり、前記軽量部材と硬質版とが連接部材を介して強固に一体化してあることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、浮き桟橋や、浮き防波堤等の浮体構造物を構築するために用いる複合材、浮体構造物および浮体構造物の製造方法に関し、特に、総重量を大幅に軽減できるほか、工期・工費の節減を図ることが可能な容易に製造することができる浮体構造物用複合材、浮体構造物および浮体構造物の製造方法に関する。

港湾、河川等において船の接舷、係船等に使用される浮体（浮函体）には、主に以下のような浮体構造物が使用されている。

＜１＞単コンクリート構造
外殻（外壁）や、補強桁の全てを鉄筋コンクリート（ＲＣ）やプレストレストコンクリート（ＰＣ）等のコンクリートで製造し、当該外殻の内部に、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）等の合成樹脂発泡体ブロックを充填された浮体構造物用構成体が使用されている。

＜２＞鋼・コンクリートハイブリッド構造（特許文献１）
鉄筋コンクリート（ＲＣ）や、プレストレストコンクリート（ＰＣ）などで外殻を形成し、外殻内部の桁材や支柱に鋼材を用いた構造である。上記の単コンクリート構造と比較して、軽量化が可能である。
特開２００１−１８２０３２号公報

しかし、従来の浮体構造物の構造では、以下のような問題があった。

＜１＞単コンクリート構造
外壁・補強桁の全てをコンクリートで製造するため、外殻の内部形状が複雑になり、製造が煩雑となる。したがって、工期・工費等の面から非経済的である。
また、浮体構造物の重量が重いため、乾舷確保のために浮函寸法を大きくしなければならない。
＜２＞鋼・コンクリートハイブリッド構造
単コンクリート構造より浮体構造物の総重量を軽量化できるが、鋼材の費用が高いため、コスト高となる。
また、浮体構造物内の鋼桁の配置構造が複雑なため、内部型枠に発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）等の合成樹脂発泡体ブロックを使用することが難しく、製造が煩雑となり、工期・工費の面で非経済的である。

従って、本発明の目的は、総重量を大幅に軽減できるほか、施工しやすい浮体構造物用複合材、浮体構造物および浮体構造物の製造方法の提供を目的とする。

そこで、上記目的を達成するためになされた本願の第１発明は、浮体構造物を形成するのに用いる浮体構造物用複合材であって、少なくとも一つの軽量部材と、前記軽量部材の内部を貫通する連接部材と、からなることを特徴とする、浮体構造物用複合材を提供するものである。
また、本願の第２発明は、本願の第１発明に記載の浮体構造物用複合材において、前記連接部材がトラス形状を構成することを特徴とする、浮体構造物用複合材を提供するものである。
また、本願の第３発明は、本願の第１発明又は第２発明に記載の浮体構造物用複合材において、前記軽量部材から露出する前記連接部材の端部に定着具を設けてあることを特徴とする、浮体構造物用複合材を提供するものである。
また、本願の第４発明は、本願の第１発明乃至第３発明の何れかに記載の浮体構造物用複合材において、前記軽量部材に凹部を設けたことを特徴とする、浮体構造物用複合材を提供するものである。
また、本願の第５発明は、本願の第１発明乃至第４発明の何れかに記載の浮体構造物用複合材において、前記軽量部材が発泡樹脂系の材料であることを特徴とする、浮体構造物用複合材を提供するものである。
また、本願の第６発明は、浮体構造物において、少なくとも一つの軽量部材と、前記軽量部材の内部を貫通する連接部材と、前記軽量部材の外殻を構成する硬質版と、からなることを特徴とする、浮体構造物を提供するものである。
また、本願の第７発明は、本願の第６発明に記載の浮体構造物において、前記連接部材がトラス形状を構成することを特徴とする、浮体構造物を提供するものである。
また、本願の第８発明は、本願の第６発明又は第７発明に記載の浮体構造物において、前記軽量部材から露出する前記連接部材の端部に、前記硬質版と連接部材を強固に一体化する定着具を設けてあることを特徴とする、浮体構造物を提供するものである。
また、本願の第９発明は、本願の第６発明乃至第８発明の何れかに記載の浮体構造物において、前記軽量部材に凹部を設けてあり、前記硬質版は、前記凹部に対応する凸部を設けてあることを特徴とする、浮体構造物を提供するものである。
また、本願の第１０発明は、本願の第６発明乃至第９発明の何れかに記載の浮体構造物において、前記軽量部材が発泡樹脂系の材料であることを特徴とする、浮体構造物を提供するものである。
また、本願の第１１発明は、本願の第６発明乃至第１０発明の何れかに記載の浮体構造物において、前記硬質版がコンクリート系の材料であることを特徴とする、浮体構造物を提供するものである。
また、本願の第１２発明は、軽量部材と、前記軽量部材の外郭を構成する硬質版と、前記軽量部材の内部を貫通する補強部材と、を具備する浮体構造物の製造方法において、前記補強部材を前記軽量部材の内部を貫通するように配置し、前記軽量部材から適当に離隔した位置に外型枠を配置し、前記軽量部材と外型枠との間の空間に未硬化状態の硬質版材料を充填して硬質版を形成したことを特徴とする、プレキャスト浮体構造物の製造方法を提供するものである。

本発明の浮体構造物用複合材、浮体構造物および浮体構造物の製造方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。

＜１＞外郭を構成する硬質版の内部、すなわち浮体構造物の大部分を軽量部材で構成することにより、総重量を大幅に軽減することができる。
したがって、小さい浮函寸法で浮力が確保することが可能になり、従来の浮体構造物と比較して、海上へ搬入する重機や係留装置の規模を格段に小さくすることができる。
＜２＞浮体構造物用複合材が浮体構造部を形成する際の内型枠の機能を兼用するため、別途内型枠を用意する必要が無いほか、浮体構造物製造時における内型枠の除去作業が不要となる。
＜３＞硬質版と軽量部材と連接部材とが一体化し、さらに連接部材にトラス構造を用いることにより、大きな曲げモーメントに耐えることができる。
また、トラス構造を使用することにより、従来のハイブリッド構造と同等の補強効果を得つつ、鋼材の使用量を大幅に低減できる。
＜４＞硬質版の上床版と下床版が、トラス構造における上弦材、下弦材の役割を果たすため、上弦材、下弦材に用いる鋼材量を更に節約でき、経済的である。
＜５＞浮体構造体のプレキャスト化が可能となるため、浮き桟橋などの浮体を製作する際に現地での接合が容易となり、製作ヤード等の大がかりな作業スペースの確保が不要となる。
＜６＞軽量部材の形状を予め加工しておくことで、硬質版の内部形状を任意に変更することができる。
例えば、軽量部材に凹部を設けておくことにより、硬質版に縦リブの機能を有する凸部を形成することで、新たに鋼材などの別部材を用いてリブを設ける必要が無くなり、浮体構造物全体の形状を簡素化できたり、部品点数を減らすことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞全体の構成
本発明に係る浮体構造物１は、浮き桟橋などの浮体（フロート）に使用できるものであって、浮体構造物１の外殻を構成する硬質版２と、前記硬質版内部に介在させる軽量部材３と、前記硬質版２と軽量部材３とを強固に連結する連接部材４と、からなる。
以下、本発明を構成する各部について詳述する。
なお、浮体構造物１および各部材の名称を、図１を基準として、「上」「下」「右」「左」で表し、以下説明を行う。

＜２＞硬質版２
硬質版２は、浮体構造物１本体の曲げ耐力の一部を負担する部材である。
この硬質版２には、例えばコンクリートやモルタルなどのようなコンクリート系材料が使用できる。
また、硬質版２は強度を高く保持したまま薄型に形成して、軽量にするのが好ましく、例えば高強度モルタル、超高性能モルタル、繊維補強高強度モルタルのほか、鉄筋コンクリート（ＲＣ）や、プレストレストコンクリート（ＰＣ）などを利用することもできる。

＜３＞軽量部材３
軽量部材３は、外殻を構成する硬質版２の内部に配置する部材であって、硬質版２より相対的に軽量の部材を用いる。
例えば、上記軽量部材３には、発泡樹脂系の材料が使用できるほか、より具体的には発泡スチロール、発泡ウレタン、発泡塩化ビニールなどのほか、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンなどに代表される発泡ポリオレフィンなどが利用できる。さらに好ましくは、発泡樹脂の中でも密度１０〜１００ｋｇ／ｍ³の物性を示す硬質発泡樹脂が好ましい。

軽量部材３は、硬質版２を製作する際の内型枠として使用することもできる。
なお、軽量部材３に発泡樹脂系の材料を使用して予め成形しておく方法としては、予め所定の形状に形成した成形型内で型内発泡成形する方法、あるいはブロック形状の発泡成形体を所定の形状に切り出して加工し成形する方法があげられる。

また、軽量部材３は、予め成形した複数のブロックを、後述する連接部材４に嵌め合わせる形態として利用してもよい。

＜４＞連接部材４
連接部材４は、硬質版２と軽量部材３とをを強固に連結すると共に、浮体構造物１本体の剪断部材として機能する部材である。この連結の程度は、硬質版２が一つの曲げ部材として合成挙動する程度とする。

連接部材４は、硬質版２に定着させる定着部４０１と、応力を伝播する伝播部４０２とに分けられ、定着部４０１で硬質版２から授受した応力を伝播部４０２により伝播する。

この連接部材４には、例えばＩ型鋼やＨ型鋼などの直線状の鋼材や、線材で形成したトラス筋、或いはラチス筋のほか、非鉄製の部材などが使用できる。

図３では、鋼材で構成した垂直材４１及び斜材４２とで三角形上を構成し、前記垂直材４１及び斜材４２の上部には、補強筋４３を軽量部材３の長手方向に沿って配し、互いに強固に連結するとともに、前記垂直材４１及び斜材４２の下部についても同じように補強筋４３を軽量部材３の長手方向に沿って配し（図示せず）互いに強固に連結することでトラス構造の連接部材４を構成したものである。
連結方法は例えば溶接や公知の連結具などを用いることができる。
また、補強筋４３は、トラス構造における弦材の役割を果たす。

また、垂直材４１及び斜材４２は１本の線材を波形状として構成したものを使用しても良い。例えば異形鉄筋を屈曲させて山部と谷部を交互に形成したものを使用することができる。

連接部材４の補強筋４３には、他の補強筋４４を交差させて配置し、強固に連結しておくことが望ましい。

また、補強筋４３、４４は後に説明する硬質版材料にコンクリートを用いた場合の補強鉄筋の役割を果たす。

連接部材４の定着部４０１は、硬質版２との連結を強固に行える構成とする。
例えば、図１のように連接部材４をトラス形状に構成する場合には、トラス格点でインターロッキング効果が生じ、強固に連結することができる。
加えて、トラス格点に定着具４５を設けて硬質版２と一体化することにより、前記定着具４５が縦リブの機能を発揮することもできる。

また、連接部材４にＩ型鋼やＨ型鋼などの直線状の鋼材を使用する場合においても、硬質版２の内部に定着させるフランジ（定着部４０１）の表面に、凹凸部を設けたり、ジベルの配置或いは貫通孔を穿設し、浮体構造物１の長手方向に対して垂直にリブプレートを設け（図示せず）、接触面を大きくすることによって連結を強固にすることが可能である。

なお、この連接部材４は、防錆のための塗装や加工を施しておくのが好ましい。

［浮体構造物１の製造方法］
次に、浮体構造物１の製造方法について説明する。

＜１＞各部材の形成
本例では、浮き桟橋のプレキャストセグメントである浮体構造物１を製造する例について説明する。本例では、長手方向が２４０００ｍｍ、短手方向が１００００ｍｍ、厚さが１２００ｍｍの浮体構造物１を製造するが、この形状に限定されるものではない。

まず、連接部材４を製作する。垂直材４１には、６０ｍｍ×６０ｍｍの角型鋼材を用い、斜材４２には７５ｍｍ×７５ｍｍのＬ型鋼材を用い、トラス形状を構築する。
連接部材４の山と山または谷と谷のピッチは、用途に応じ、活荷重、死荷重などから算出して求める。
補強筋４３には、１０ｍｍの鉄筋を使用し、トラス筋４１と連結しておく。
補強筋４４は、ＰＣ鋼のより線あるいはＰＣ鋼棒を用いるものとする。

次に、製作した連接部材４の形状に合わせて、軽量部材３を成形する。
軽量部材３の側面には、連接部材４と対応する位置に、連接部材４の断面の半分が嵌る溝を形成しておき、組み立て時に連接部材４の周囲が軽量部材３で隙間なく埋めつくせるように構成する。そして、軽量部材３は連接部材４の伝播部４０２に配置した後、そのまま硬質版２の内型枠として利用できるように成形しておく。

例えば、軽量部材３の上面のうち、連接部材４の定着部４０１が突出する箇所に凹部３１（図３）を形成することによって、後に硬質版２が形成された際に、硬質版２に縦リブの機能を有する凸部を設けた構造とすることができる。

次に、各軽量部材３と連接部材４とを組み立てて、浮体構造物用複合材５を形成する。
連接部材４は、軽量部材３の両側に、定着部４０１を均等に突出させて配置する。その後、各連接部材４の補強筋４３に他の補強筋４４を交差させて配置し、所要の手段、例えば溶接などで固定して浮体構造物用複合材５を組み立てる。

＜２＞浮体構造物１の製造
つぎに、浮体構造物１本体の上下面及び左右側面を構成する硬質版２を形成する。この硬質版２の形成には、前記浮体構造物用複合材５の軽量部材３から適当に離隔した位置に外型枠を配置し、前記軽量部材３と外型枠との間の空間にコンクリートなど未硬化状態の硬質版材料を充填することによって浮体構造物１を形成する。

前記軽量部材３と外型枠との間の空間に流し込まれたコンクリートは、軽量部材３から突出する連接部材４の定着部４０１、補強筋４３、４４、定着具４５を埋設してゆき、隙間無く充填される。
本例では、硬質版２に同じ材料を使用するが、必要に応じて別々の材料を使用し、上下左右の硬質版に硬度差を設けることもできる。
コンクリートが硬化すると、連接部材４と硬質版２２とが一体化した浮体構造物１が完成する。

こうして完成した浮体構造物１は、内部を軽量部材３で形成するため、大幅な軽量化が可能となる。

また、前記硬質版２と軽量部材３とを剪断部材として機能する連接部材４で強固に連結しているため、面外方向に力を受けても、トラス構造のインターロッキング効果により、耐え得るだけの充分な剛性を示すことができ、少ない鋼材量で低コストに製造することができる。

さらに、予め成形した軽量部材３を内型枠としてコンクリートを打設するため、コンクリートの厚さを設計通り一定に成形でき、高い品質を保持することができる。

また、本発明では、外型枠の内部に浮体構造物用複合材５を配置して、浮体構造物用複合材５の外面と外型枠の間の空間にコンクリートを打設して製造するものであるから、従来のように複数の工程を必要とせず、短時間で製造することができる。

なお、本例では硬質版２と連接部材４の一体化を高めるために、硬質版２の内部に連接部材４に交差する補強筋４３、４４を埋設したが、かかる形態に限らず、その他の方法を採用することもできる。
なお、本例では浮き桟橋に使用するプレキャストセグメントを製作する例を挙げたが、勿論他の用途に利用できることはいうまでもない。

また、上記形態では、軽量部材３を予め所定の形状に成形して、連接部材４と組み立てる形態であり、軽量部材３に硬質発泡樹脂や発泡樹脂を使用することもできる。さらに硬質発泡樹脂（発泡樹脂）を用いた場合には、硬質発泡樹脂の表面に硬質発泡樹脂によるポーラス状の凹凸を形成することもでき、後打ちする粗度の小さなコンクリートがこの凹凸の間隙を充填するので、硬質発泡樹脂（発泡樹脂）と硬質版２とは高い付着性により一体化することもできる。

本発明の浮体構造物の概略断面図。 本発明の浮体構造物の概略側面図。 図１における定着部近傍の詳細な説明図。

符号の説明

１ 浮体構造物
２ 硬質版
３ 軽量部材
３１ 凹部
４ 連接部材
４０１ 定着部
４０２ 伝搬部
４１ 垂直材
４２ 斜材
４３、４４ 補強筋
４５ 定着具
５ 浮体構造物用複合材

Claims (12)

1. 浮体構造物を形成するのに用いる浮体構造物用複合材であって、
   少なくとも一つの軽量部材と、
   前記軽量部材の内部を貫通する連接部材と、からなることを特徴とする、
   浮体構造物用複合材。
2. 請求項１に記載の浮体構造物用複合材において、前記連接部材がトラス形状を構成することを特徴とする、浮体構造物用複合材。
3. 請求項１又は２に記載の浮体構造物用複合材において、前記軽量部材から露出する前記連接部材の端部に定着具を設けてあることを特徴とする、浮体構造物用複合材。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の浮体構造物用複合材において、前記軽量部材に凹部を設けたことを特徴とする、浮体構造物用複合材。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の浮体構造物用複合材において、前記軽量部材が発泡樹脂系の材料であることを特徴とする、浮体構造物用複合材。
6. 浮体構造物において、
   少なくとも一つの軽量部材と、
   前記軽量部材の内部を貫通する連接部材と、
   前記軽量部材の外殻を構成する硬質版と、からなることを特徴とする、
   浮体構造物。
7. 請求項６に記載の浮体構造物において、前記連接部材がトラス形状を構成することを特徴とする、浮体構造物。
8. 請求項６又は７に記載の浮体構造物において、前記軽量部材から露出する前記連接部材の端部に、前記硬質版と連接部材を強固に一体化する定着具を設けてあることを特徴とする、浮体構造物。
9. 請求項６乃至８の何れかに記載の浮体構造物において、前記軽量部材に凹部を設けてあり、前記硬質版は、前記凹部に対応する凸部を設けてあることを特徴とする、浮体構造物。
10. 請求項６乃至９の何れかに記載の浮体構造物において、前記軽量部材が発泡樹脂系の材料であることを特徴とする、浮体構造物。
11. 請求項６乃至１０の何れかに記載の浮体構造物において、前記硬質版がコンクリート系の材料であることを特徴とする、浮体構造物。
12. 軽量部材と、前記軽量部材の外郭を構成する硬質版と、前記軽量部材の内部を貫通する補強部材と、を具備する浮体構造物の製造方法において、
    前記補強部材を前記軽量部材の内部を貫通するように配置し、
    前記軽量部材から適当に離隔した位置に外型枠を配置し、
    前記軽量部材と外型枠との間の空間に未硬化状態の硬質版材料を充填して硬質版を形成したことを特徴とする、
    浮体構造物の製造方法。

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