JP2009030350A - プレキャスト横梁およびそれを用いた橋脚 - Google Patents

Abstract

【課題】経済的で施工性と耐久性に優れた構造の橋脚（Ｔ型橋脚、Ｌ型橋脚、ラーメン橋脚）を提供する。
【解決手段】橋脚柱部Ｐ２に鋼管１、橋脚横梁部Ｐ１にＴ形鋼２のプレキャスト横梁を用い、これらの結合部に二重管ソケット構造Ｗ１を採用した橋脚とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高架橋の橋脚に使用されるプレキャスト横梁とそれを用いた橋脚に関するものである。

高架橋の橋脚としては、橋脚柱と橋脚横梁とでＴ字型に構成されたＴ型橋脚や、橋脚柱と橋脚横梁とで逆Ｌ字型に構成されたＬ型橋脚や、ラーメン構造のラーメン橋脚が用いられている。

そして、その施工構造としては、橋脚柱と橋脚横梁がともに鉄筋コンクリート製である鉄筋コンクリート製橋脚（例えば、特許文献１）や、橋脚柱と橋脚横梁がともに鋼鉄製である鋼製橋脚（例えば、特許文献２）がある。

図１７は、特許文献１に記載されている鉄筋コンクリート製橋脚（Ｔ型橋脚）を示すものである。短工期化を図るために成されたもので、鉄筋コンクリート製橋脚の柱８１と梁９１との接合構造において、柱８１における梁９１との接合部に内面に突起を有する挿入体８３を設け、梁９１における柱８１との接合部に挿入孔８３に挿入可能な外面に突起を有する挿入体９５を設け、挿入体９５を前記挿入孔８３に挿入し、挿入孔８３と挿入体９５の隙間に充填材を注入することにより柱と梁とを接合するものである。
特開２００２−１４６７２０号公報 特開昭６３−１７６５０４号公報

しかし、従来の鉄筋コンクリート橋脚や鋼製橋脚には以下のような問題点があった。

まず、従来の鉄筋コンクリート橋脚構造では、柱部は現場打ちの鉄筋コンクリート製であるため、施工時間を要し、急速施工に対応できない。また、横梁部はマッシブな構造でトップヘビーとなるため、地震時に橋脚柱基部への作用水平荷重が大きくなり、橋脚柱の断面が比較的大きくなる。さらに、鉄筋コンクリート製の橋脚は自重が大きく、基礎杭への作用力が大きくなるばかりではなく、軟弱地盤上では採用できない。また、鉄筋コンクリート橋脚の場合、基礎構造にマッシブなフーチングを必要とするため、施工面積が広くなる。これらの結果、建設コストが高く、施工速度が遅く、用地買収面積も大きくなる。

次に、従来の鋼製橋脚構造では、橋脚横梁部と橋脚柱部との隅角部の耐疲労性が低い。また、加工度が高いため製造コストが高い。さらに、ボルト添接部を設けた場合、美観を損なうばかりでなく、塗装の劣化が早くなるため、維持・管理性に劣る。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、経済的で施工性と耐久性に優れた構造の橋脚（Ｔ型橋脚、Ｌ型橋脚、ラーメン橋脚）を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］橋脚の横梁として使用するために事前に工場で製作されるプレキャスト横梁であって、
上端に複数の切込みを入れ、下端あるいは下端近傍の外周にずれ止めを設置した鋼管と、ウェブ高さを前記鋼管上端の切込み長さと同じかあるいは短くしたＴ形鋼とを用い、
前記Ｔ形鋼のウェブ部を前記鋼管上端の切込み部に差し込み、鋼管上端切込み部とＴ形鋼ウェブ部とを溶接して成ることを特徴とするプレキャスト横梁。

［２］前記鋼管上端と前記Ｔ形鋼のフランジ部とを溶接したことを特徴とする前記［１］に記載のプレキャスト横梁。

［３］前記鋼管上方にコンクリート打設孔を開け、鋼管下端あるいは下端近傍の外周面にずれ止めを設置し、該打設孔から鋼管内部にコンクリートを所定の高さまで充填したことを特徴とする前記［１］または［２］に記載のプレキャスト横梁。

［４］該Ｔ形鋼を鉄筋コンクリートで被覆したことを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のプレキャスト横梁。

［５］前記Ｔ形鋼および前記鋼管のコンクリートとの接触面にずれ止めを設置したことを特徴とする前記［４］に記載のプレキャスト横梁。

［６］前記Ｔ形鋼の前記鋼管から張り出した部分について、当該Ｔ形鋼に下フランジを溶接するか、あるいは、前記Ｔ形鋼に代えて、前記鋼管の内部に納まる個所の下フランジを除去したＨ形鋼を用いることによって、前記鋼管から張り出した部分をＨ形状の鋼材としたことを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載のプレキャスト横梁。

［７］前記Ｔ形鋼に代えてπ形鋼を用いたことを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載のプレキャスト横梁。

［８］前記［１］〜［７］のいずれかに記載のプレキャスト横梁を橋脚横梁として使用した橋脚であって、
上端部あるいは上端近傍内周面にずれ止めを設置した鋼管橋脚柱を施工し、該鋼管橋脚柱の内部に前記プレキャスト横梁の鋼管部を差し込み、その鋼管橋脚柱と鋼管部との間隙にコンクリートを充填することによって接合したことを特徴とする橋脚。

［９］前記鋼管橋脚柱の上端から所定の高さの内周面に突起物を設置し、該突起物上に円形型枠を落とし込むことにより該円形型枠をダイヤフラム状に設置した上で、前記プレキャスト横梁の鋼管部下面を前記円形型枠上に接触させた状態で、鋼管橋脚柱上端の隙間あるいは前記プレキャスト横梁に予め開けておいた孔からコンクリートを鋼管橋脚柱内部に打設して成ることを特徴とする前記［８］に記載の橋脚。

［１０］鋼管橋脚柱にスパイラル鋼管を用いたことを特徴とする前記［８］または［９］に記載の橋脚。

［１１］少なくとも杭頭部が前記鋼管橋脚柱の直径よりも大きな直径を有し、上端部あるいは上端近傍内周面にずれ止めを設置した鋼管杭を施工した上で、前記鋼管橋脚柱の下端あるいは下端近傍の外周面にずれ止めを設置し、該鋼管橋脚柱を前記鋼管杭に差し込み、その鋼管橋脚柱と鋼管杭との間隙にコンクリートを充填することによって接合したことを特徴とする前記［８］〜［１０］のいずれかに記載の橋脚。

［１２］前記鋼管杭の上端から所定の高さの内周面に突起物を設置し、該突起物上に円形型枠を落とし込むことにより該円形型枠をダイヤフラム状に設置した上で、鋼管橋脚柱を鋼管杭に差し込み、該鋼管橋脚柱下面を円形型枠上に接触させた状態で、鋼管橋脚柱と鋼管杭との間隙にコンクリートを充填するとともに、同区間の橋脚柱内部にコンクリートを充填することを特徴とする前記［１１］に記載の橋脚。

なお、上記において、橋脚の形式には、Ｔ型橋脚、Ｌ型橋脚およびラーメン橋脚が含まれる。また、プレキャスト横梁とは、予め工場等で製作された横梁のことを表し、コンクリート製のものばかりではなく、鋼製のものも含まれる。

本発明によって、経済的で施工性と耐久性に優れた橋脚を得ることができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る橋脚（ここでは、Ｔ型橋脚）Ｐとその周辺部材を示すものである。この実施形態に係るＴ型橋脚Ｐは、事前に工場で製作されたプレキャスト横梁からなる橋脚横梁部Ｐ１と、スパイラル鋼管を用いた橋脚柱部Ｐ２と、鋼管杭Ｓからなる橋脚基礎部を備えている。そして、橋脚横梁部Ｐ１と橋脚柱部Ｐ２とは二重管ソケット部Ｗ１によって接合され、橋脚柱部Ｐ２と橋脚基礎部Ｓとは二重管ソケット部Ｗ２によって接合されている。なお、図１において、Ｄは床版、Ｂは桁、Ｃは沓である。

そして、このＴ型橋脚Ｐは以下のような施工手順によって建設される。

まず、予め工場において、下記の（Ｓ１）〜（Ｓ４）の手順で、プレキャスト横梁Ｐ１を製作しておく。

（Ｓ１）図２に示すように、鋼管１の上端に複数の同じ長さの切込み３を入れ、鋼管１の上部にコンクリート打設孔８を開け、鋼管１の下端あるいは下端近傍の外周面にずれ止め４ａを設置する。そして、鋼管１上端の切込み３と同じ長さかそれより短い長さのウェブ高さを有したＴ形鋼（圧延Ｔ形鋼、溶接Ｔ形鋼、カットＴ形鋼）２のウェブ部２ｂを鋼管１上端の切込み３に差し込む。

（Ｓ２）次に、図３に示すように、鋼管１の切込み部３とＴ形鋼２のウェブ部２ｂとを溶接する。その際、応力集中をさけるために、切込み部３の直線部のみとウェブ部２ｂとを溶接する。なお、必要に応じて、鋼管１の上端とＴ形鋼２のフランジ部２ａとを溶接する。

（Ｓ３）次に、図４に示すように、鋼管１上部のコンクリート打設孔８から鋼管１の内部にコンクリート６を所定の高さ（例えば、コンクリート打設孔８の位置）まで充填する。

（Ｓ４）そして、図５に示すように、Ｔ形鋼２を鉄筋コンクリート５で被覆する。その際、事前に、鋼管１およびＴ形鋼２のコンクリートとの接触面にずれ止めを設置しておくことが好ましい。

次に、建設現場において、下記の（Ｓ５）〜（Ｓ９）の手順で、Ｔ型橋脚を建設する。

（Ｓ５）図６に示すように、少なくとも杭頭部が鋼管橋脚柱Ｐ２の直径よりも大きな直径を有し、上端部あるいは上端近傍内周面にずれ止め２４ｂが設置されるとともに、上端から所定の高さの内周面に突起物２９が設置された鋼管杭Ｓを施工する。そして、突起物２９上に円形型枠２７を落とし込むことにより円形型枠２７をダイヤフラム状に設置した上で、下端あるいは下端近傍の外周面にずれ止め１４ｂが設置されるとともに、上端から所定の高さの内周面に突起物１９が設置された鋼管橋脚柱Ｐ２を鋼管杭Ｓに差し込み、鋼管橋脚柱Ｐ２の下面を円形型枠２７上に接触させた状態で、鋼管橋脚柱Ｐ２と鋼管杭Ｓとの間隙にコンクリート２６を充填するとともに、同区間の鋼管橋脚柱Ｐ２の内部にコンクリート２６を充填する。これによって、鋼管橋脚柱Ｐ２と鋼管杭Ｓとが二重管ソケット構造で接合される。

（Ｓ６）次に、図７に示すように、鋼管橋脚柱Ｐ２内周面の突起物１９上に円形型枠１７を落とし込むことにより円形型枠１７をダイヤフラム状に設置した上で、工場で製作したプレキャスト横梁Ｐ１の鋼管部１を鋼管橋脚柱Ｐ２の内部に差し込む。

（Ｓ７）そして、図８に示すように、プレキャスト横梁Ｐ１の鋼管部１の下面を円形型枠１７上に接触させた状態にする。

（Ｓ８）そして、図９に示すように、鋼管橋脚柱Ｐ２上端の隙間あるいはプレキャスト横梁Ｐ１に予め開けておいた孔（図示せず）から鋼管橋脚柱Ｐ２と鋼管１との間隙にコンクリート１６を充填する。これによって、プレキャスト横梁Ｐ１と鋼管橋脚柱Ｐ２とが二重管ソケット構造で接合される。

（Ｓ９）これによって、図１０に示すようなＴ型橋脚が建設される。

そして、上記のようにしてＴ型橋脚を建設することによって、以下のような効果を得ることができる。

（１）橋脚柱部に鋼管、橋脚横梁部にプレキャスト材を用い、これらの結合部に二重管ソケット方式を採用しているので、現場溶接の必要が無くなり、溶接欠陥を生ぜしめにくくなることから、耐疲労性に優れた構造となる。

（２）また、形鋼を出来得る限り利用した構成としているため、加工コストが低い。

（３）さらに、橋脚柱部と橋脚横梁部とを分離施工するため、部材最大重量が小さく、部材の運搬性、架設の機能性が高い。

（４）くわえて、橋脚横梁部は上部に引張抵抗力に優れた鋼（Ｔ形鋼のフランジ）、下部に圧縮抵抗力に優れたコンクリート、断面中央部に剪断抵抗力に優れたコンクリート被覆鋼（Ｔ形鋼のウェブ）を位置させており、合理的な組合せであるため経済的である。
すなわち、図１１（ａ）に示すように、橋梁上部工からの死活荷重が橋脚横梁部Ｐ１に作用することによって、図１１（ｂ）に示すように、橋脚横梁部Ｐ１に曲げモーメントと剪断力が発生し、図１１（ｃ）に示すように、橋脚横梁部Ｐ１の断面上部に引張力が作用し、橋脚横梁部Ｐ１の断面下部に圧縮力が作用し、断面全体に剪断力が作用するが、橋脚横梁部Ｐ１の断面上部の引張力に対しては、Ｔ形鋼のフランジ２ａが抵抗し、橋脚横梁部Ｐ１の断面下部の圧縮力に対しては、コンクリート５が抵抗し、断面全体の剪断力に対しては、Ｔ形鋼のウェブ２ｂが抵抗するようになっている。

（５）上記（１）〜（４）の結果、建設コストが縮減できる。

（６）さらに、鋼管杭と橋脚柱部との接合部および橋脚柱部と橋脚横梁部との接合部に二重管ソケット構造を採用しているため、鋼管杭の施工誤差を両接合部の偏心接合により吸収できる。

（７）しかも、二重管の内管と外管をともに円形鋼管とした二重管ソケット構造を採用し、内管の内部にもコンクリートを充填しているため、内管と外管との間の充填コンクリートへの拘束力が確保でき、強固に結合できる。
すなわち、図１２に示すように、二重管ソケット部Ｗ１においては、引張力または圧縮力のいずれが作用した場合でも、内管（鋼管１）の外周面ずれ止め４ａと外管（橋脚柱Ｐ２）の内周面ずれ止め１４ｂとの間で充填コンクリート６が圧縮抵抗する。同様に、二重管ソケット部Ｗ２においては、引張力または圧縮力のいずれが作用した場合でも、内管（橋脚柱Ｐ２）の外周面ずれ止め１４ａと、外管（鋼管杭Ｓ）の内周面ずれ止め２４ｂとの間で充填コンクリート１６が圧縮抵抗する。

（８）さらに、基礎杭、橋脚柱、橋脚横梁の全てがプレキャスト部材（工場で予め製作した部材）であるため、建設現場での作業が短縮され、急速施工に対応できる。

なお、上記において、プレキャスト横梁Ｐ１を製作する際に、Ｔ形鋼２の鋼管１から張り出した部分について、Ｔ形鋼２に下フランジを溶接するか、あるいは、図１３に示すように、Ｔ形鋼２に代えて、Ｈ形鋼（圧延Ｈ形鋼、溶接Ｈ形鋼）３１を用い、鋼管１の内部に納まる個所の下フランジを除去することによって、鋼管１から張り出した部分をＨ形状の鋼材となるようにしてもよい。これによって、プレキャスト横梁Ｐ１の剛性を高めることができる。

また、プレキャスト横梁Ｐ１を製作する際に、図１４に示すように、Ｔ形鋼２に代えて、π形鋼（π字状断面の溶接形鋼）を用いることもできる。作用する荷重が大きく、Ｔ形鋼２のような１枚のウェブでは剪段力に抵抗できない場合には、２枚のウェブを備えたπ形鋼が有効である。

そして、上記の実施形態ではＴ型橋脚について説明したが、それと同様の施工手順をとることによって、図１５に示すように、Ｌ型橋脚を建設したり、図１６に示すように、ラーメン橋脚を建設したりすることもできる。

本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚と周辺部材を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚の施工手順Ｓ１を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚の施工手順Ｓ２を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚の施工手順Ｓ３を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚の施工手順Ｓ４を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚の施工手順Ｓ５を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚の施工手順Ｓ６を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚の施工手順Ｓ７を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚の施工手順Ｓ８を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚の施工手順Ｓ９を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＴ型橋脚において発生する力を示す図である。 二重管ソケット部における力の流れを示す図である。 本発明の他の実施形態に係るＴ型橋脚を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るＴ型橋脚を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るＬ型橋脚を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るラーメン橋脚を示す図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１ 鋼管
２ Ｔ形鋼
２ａ Ｔ形鋼フランジ
２ｂ Ｔ形鋼ウェブ
３ 切込み
４ａ 鋼管の外周面ずれ止め
５ 鉄筋コンクリート
６ 充填コンクリート
８ コンクリート打設孔
１４ａ 鋼管橋脚柱の外周面ずれ止め
１４ｂ 鋼管橋脚柱の内周面ずれ止め
１６ 充填コンクリート
１７ 横梁部仮受け用の円形型枠
１９ 鋼管橋脚柱内面の突起
２４ｂ 鋼管杭の内周面ずれ止め
２６ 充填コンクリート
２７ 橋脚柱部仮受け用の円形型枠
２９ 鋼管杭内面の突起
３１ Ｈ形鋼
４１ π形鋼
Ｂ 桁
Ｃ 沓
Ｄ 床版
Ｐ 橋脚
Ｐ１ 橋脚横梁部（プレキャスト横梁）
Ｐ２ 橋脚柱部
Ｓ 鋼管杭
Ｗ１ 二重管ソケット部
Ｗ２ 二重管ソケット部

Claims (12)

1. 橋脚の横梁として使用するために事前に工場で製作されるプレキャスト横梁であって、
   上端に複数の切込みを入れ、下端あるいは下端近傍の外周にずれ止めを設置した鋼管と、ウェブ高さを前記鋼管上端の切込み長さと同じかあるいは短くしたＴ形鋼とを用い、
   前記Ｔ形鋼のウェブ部を前記鋼管上端の切込み部に差し込み、鋼管上端切込み部とＴ形鋼ウェブ部とを溶接して成ることを特徴とするプレキャスト横梁。
2. 前記鋼管上端と前記Ｔ形鋼のフランジ部とを溶接したことを特徴とする請求項１に記載のプレキャスト横梁。
3. 前記鋼管上方にコンクリート打設孔を開け、鋼管下端あるいは下端近傍の外周面にずれ止めを設置し、該打設孔から鋼管内部にコンクリートを所定の高さまで充填したことを特徴とする請求項１または２に記載のプレキャスト横梁。
4. 該Ｔ形鋼を鉄筋コンクリートで被覆したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプレキャスト横梁。
5. 前記Ｔ形鋼および前記鋼管のコンクリートとの接触面にずれ止めを設置したことを特徴とする請求項４に記載のプレキャスト横梁。
6. 前記Ｔ形鋼の前記鋼管から張り出した部分について、当該Ｔ形鋼に下フランジを溶接するか、あるいは、前記Ｔ形鋼に代えて、前記鋼管の内部に納まる個所の下フランジを除去したＨ形鋼を用いることによって、前記鋼管から張り出した部分をＨ形状の鋼材としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプレキャスト横梁。
7. 前記Ｔ形鋼に代えてπ形鋼を用いたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプレキャスト横梁。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のプレキャスト横梁を橋脚横梁として使用した橋脚であって、
   上端部あるいは上端近傍内周面にずれ止めを設置した鋼管橋脚柱を施工し、該鋼管橋脚柱の内部に前記プレキャスト横梁の鋼管部を差し込み、その鋼管橋脚柱と鋼管部との間隙にコンクリートを充填することによって接合したことを特徴とする橋脚。
9. 前記鋼管橋脚柱の上端から所定の高さの内周面に突起物を設置し、該突起物上に円形型枠を落とし込むことにより該円形型枠をダイヤフラム状に設置した上で、前記プレキャスト横梁の鋼管部下面を前記円形型枠上に接触させた状態で、鋼管橋脚柱上端の隙間あるいは前記プレキャスト横梁に予め開けておいた孔からコンクリートを鋼管橋脚柱内部に打設して成ることを特徴とする請求項８に記載の橋脚。
10. 鋼管橋脚柱にスパイラル鋼管を用いたことを特徴とする請求項８または９に記載の橋脚。
11. 少なくとも杭頭部が前記鋼管橋脚柱の直径よりも大きな直径を有し、上端部あるいは上端近傍内周面にずれ止めを設置した鋼管杭を施工した上で、前記鋼管橋脚柱の下端あるいは下端近傍の外周面にずれ止めを設置し、該鋼管橋脚柱を前記鋼管杭に差し込み、その鋼管橋脚柱と鋼管杭との間隙にコンクリートを充填することによって接合したことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の橋脚。
12. 前記鋼管杭の上端から所定の高さの内周面に突起物を設置し、該突起物上に円形型枠を落とし込むことにより該円形型枠をダイヤフラム状に設置した上で、鋼管橋脚柱を鋼管杭に差し込み、該鋼管橋脚柱下面を円形型枠上に接触させた状態で、鋼管橋脚柱と鋼管杭との間隙にコンクリートを充填するとともに、同区間の橋脚柱内部にコンクリートを充填することを特徴とする請求項１１に記載の橋脚。