JP2011102529A - 接着型の鋼ジベル及びそれを用いた鋼床版とコンクリート等の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートまたはモルタルに応力集中によるひび割れが発生することを抑制し、かつ、鋼床版と高強度に接着が可能な接着型の鋼ジベル及びそれを用いた鋼床版とコンクリート等の接合構造を提供する。
【解決手段】鋼床版の表面に接着され、鋼床版と鋼床版上に設けられるコンクリートまたはモルタルとを一体化させるための接着型の鋼ジベルにおいて、鋼床版に裏面が接着される鋼製のプレート１０と、プレート１０の表面から突出するように設けられたスタッド部１１と、スタッド部１１の周囲を覆うように設けられた樹脂製のカバー部１２とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼床版とコンクリートまたはモルタルを一体化するための接着型の鋼ジベル及びそれを用いた鋼床版とコンクリート等の接合構造に係り、特に、鋼床版と高強度に接着が可能な接着型の樹脂被覆した鋼ジベル及びそれを用いた鋼床版とコンクリートまたはモルタルの接合構造に関するものである。

わが国の主要な橋梁構造形式のひとつである鋼橋の上部工には、鋼床版およびコンクリート床版があり、そのうちの鋼床版では図７（ａ），（ｂ）に示すように、板厚９〜１４ｍｍの鋼床版（デッキプレート）２の上にアスファルト４を施工したものが一般に用いられている。

また鋼床版２の裏面には、走行方向の剛度を補強するために、複数のＵ字状の型鋼（Ｕリブ）６１が溶接により固定されている。しかし、このような鋼橋の床版では、車両の通過による繰り返し荷重により、鋼床版２とＵリブ６１の溶接部分やＵリブ６１の突き合わせ溶接部など（図７（ｂ）に破線楕円で示す部分）にクラック（疲労き裂）が生じやすいという問題がある。

この問題を解決するために、鋼床版上に補強用のコンクリート（例えば繊維補強コンクリート）またはモルタルを設け、鋼床版とコンクリートまたはモルタルとを一体化させ、このコンクリートまたはモルタル上にアスファルトを施工することが行われている。鋼床版と補強用のコンクリートまたはモルタルとを一体化させることで、鋼床版とＵリブ６１の溶接部分に発生する応力を低減し、溶接部分でのクラックの発生を抑制することが可能である。

鋼床版とコンクリートとを一体化する方法としては、従来、図８（ａ），（ｂ）に示すように、鋼床版２の表面に頭付きスタッド６２を設け、その頭付きスタッド６２を設けた鋼床版２上にコンクリート３を打設することで、鋼床版２とコンクリート３とを一体化する方法がある。しかし、この方法では、頭付きスタッド６２周辺のコンクリート３に応力集中が発生し、コンクリート３にひび割れが発生しやすいという問題がある。

そこで、特許文献１では、図９に示すように、コンクリートからなる略円盤状のジベル７１を用い、そのジベル７１を接着剤により鋼床版２の表面に接着し、その上に板状のコンクリート７２を載置することが提案されている。特許文献１では、板状のコンクリート７２に形成された凹部７３にジベル７１を嵌合させることで、板状のコンクリート７２と鋼床版２とを一体化している。

また、特許文献２では、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化プラスチック）からなる略円盤状のジベル８１を用い、そのジベル８１を鋼床版２の表面に接着し、この状態で鋼床版２上にコンクリート３を打設することで、鋼床版２とコンクリート３とを一体化させることが提案されている。

特開２００６−２４９７０２号公報 特開２００５−１５５１８７号公報

しかしながら、特許文献１，２では、金属からなる鋼床版２と、コンクリートあるいはＦＲＰからなるジベル７１，８１とを接着するため、異種材料間の接着となり、十分な接着強度が長期的に確保できないという問題がある。

この問題を解決するには、鋼製のジベル（あるいはスタッド）を用いることが考えられるが、この場合、図８で説明したように、鋼製のジベルの周辺のコンクリート（またはモルタル）３に応力集中が発生し、コンクリート（またはモルタル）３にひびが入ってしまうという問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コンクリートまたはモルタルに応力集中によるひび割れが発生することを抑制し、かつ、鋼床版と高強度に接着が可能な接着型の鋼ジベル及びそれを用いた鋼床版とコンクリート等の接合構造を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、鋼床版の表面に接着され、前記鋼床版と該鋼床版上に設けられるコンクリートまたはモルタルとを一体化させるための接着型の鋼ジベルにおいて、前記鋼床版に裏面が接着される鋼製のプレートと、該プレートの表面から突出するように設けられたスタッド部と、該スタッド部の周囲を覆うように設けられた樹脂製のカバー部とからなる接着型の鋼ジベルである。

前記スタッド部は、前記プレートの裏面側から圧入され、前記プレートの表面から先端部が突出した状態で前記プレートに固定されたボルトからなり、前記カバー部に設けた雌ネジと前記ボルトに設けた雄ネジとを螺合させることで、前記カバー部を前記ボルトに固定し、前記ボルトの前記プレートの表面から突出した先端部を前記カバー部で覆うようにしてもよい。

前記スタッド部が円筒状の筒状部材からなり、該筒状部材は、その一方の開口を前記プレートで塞ぐようにして、溶接により前記プレートに固定され、前記カバー部は、前記筒状部材の外周を覆うように、圧着により前記筒状部材に固定されてもよい。

前記プレートには、プレートを前記鋼床版に接着するとき余分な接着剤を逃がすと共に前記プレートを前記鋼床版に追随して変形し易くするためのスリットが形成されるとよい。

前記スリットは、前記スタッド部を中心として放射状に延びるとよい。

前記カバー部は、略円筒状の胴部と、該胴部の上方に一体に設けられ、前記胴部よりも径の大きい頭部とからなるとよい。

また、本発明は、前記接着型の鋼ジベルの前記プレートの裏面を、前記鋼床版の表面に接着剤にて接着し、この状態で前記鋼床版上にコンクリートまたはモルタルを打設することで、前記鋼床版と前記コンクリートまたはモルタルを一体化した鋼床版とコンクリート等の接合構造である。

本発明によれば、コンクリートまたはモルタルに応力集中によるひび割れが発生することを抑制し、かつ、鋼床版と高強度に接着が可能な接着型の鋼ジベル及びそれを用いた鋼床版とコンクリート等の接合構造を提供できる。これによって、鋼床版とＵリブの溶接部分に発生する応力を低減し、溶接部分でのクラックの発生を抑制することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る接着型の樹脂被覆した鋼ジベルを示す図であり、（ａ）は平面図および正面図、（ｂ）は断面図である。 図１の接着型の樹脂被覆した鋼ジベルの変形例を示す断面図である。 図１の接着型の樹脂被覆した鋼ジベルを用いた鋼床版とコンクリートの接合構造を示す図であり、（ａ）は斜視図（一部破断面）、（ｂ）は断面図である。 本発明の一実施の形態に係る接着型の樹脂被覆した鋼ジベルを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の一実施の形態に係る接着型の樹脂被覆した鋼ジベルを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の一実施の形態に係る接着型の樹脂被覆した鋼ジベルを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は鋼床板を用いた橋梁構造を示す図であり、（ｂ）は鋼床板でひび割れが発生する位置を示す図である。 従来の鋼床版とコンクリートの接合構造を説明する図であり、（ａ）は斜視図（一部破断面）、（ｂ）はそのＡ部拡大図である。 従来の鋼床版とコンクリートの接合構造およびそれに用いられるジベルを説明する図である。 （ａ）は、従来の鋼床版とコンクリートの接合構造を説明する図であり、（ｂ）はそれに用いられるジベルを説明する図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る接着型の樹脂被覆した鋼ジベル（以下、接着型樹脂ジベルと略す）を示す図であり、（ａ）は平面図および正面図、（ｂ）は断面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、接着型樹脂ジベル１は、鋼床版の表面に接着され、鋼床版と鋼床版上に設けられるコンクリートまたはモルタルとを一体化させる（鋼床版に対してコンクリートまたはモルタルがずれないようずれ止めする）ためのものであり、鋼床版に裏面が接着される鋼製（例えば、ＳＳ４００製、あるいはＺＡＭ鋼板製）のプレート１０と、プレート１０の表面から突出するように設けられたスタッド部１１と、スタッド部１１の周囲を覆うように設けられた樹脂製（強化樹脂製）のカバー部１２とからなる。

プレート１０は、円盤状に形成される。プレート１０の直径は、例えば１００ｍｍであり、厚さは、例えば３．２ｍｍである。本実施の形態では、プレート１０を円盤状としているが、プレート１０の形状はこれに限定されない。プレート１０は矩形板状であってもよく楕円板状であってもよい。

スタッド部１１は、プレート１０の表面の略中央部から突出するように設けられる。本実施の形態では、プレート１０の裏面側からボルト（あるいはネジ）１３を圧入することで、プレート１０の表面からその先端部１３ａが突出した状態でボルト１３をプレート１０に固定し、これをスタッド部１１として用いる。ボルト１３のサイズは、例えばＭ１６×ｈ２５（先端部１３ａの直径１６ｍｍ、長さ２５ｍｍ）である。

カバー部１２は、略円筒状の胴部１２ａと、胴部１２ａの上方に一体に設けられ、胴部１２ａよりも径の大きい頭部１２ｂとからなる。本実施の形態では、カバー部１２の上縁に断面視で半円状（例えば、Ｒ＝３ｍｍ）の突部を形成することで、頭部１２ｂを形成している。胴部１２ａの直径は、例えば３６ｍｍであり、頭部１２ｂの最大直径は、例えば４２ｍｍである。また、胴部１２ａと頭部１２ｂを合わせたカバー部１２の高さは、例えば、２１．８ｍｍである。

カバー部１２の略中央部には、その軸方向に沿って貫通穴１２ｃが形成されており、貫通穴１２ｃの上部にはボルト１３に設けた雄ネジに螺合する雌ネジを有するナット１２ｄが設けられている。このナット１２ｄ（雌ネジ）をボルト１３の先端部１３ａ（雄ネジ）に螺合させることで、カバー部１２がボルト１３に固定される。カバー部１２をボルト１３に螺合させることで、ボルト１３のプレート１０の表面から突出した先端部１３ａは、カバー部１２の上面と一致する。

カバー部１２の頭部１２ｂの形状は、カバー部１２をボルト１３に螺合するのを容易とするために、平面視で多角形状としてもよい。

また、本実施の形態では、カバー部１２の上縁に断面視で半円状の突部を形成することで、頭部１２ｂを形成しているが、図２に示すように、頭部１２ｂを、胴部１２ａから離れるにしたがって径が大きくなるようテーパ状に形成してもよい。

カバー部１２に用いる樹脂としては、強度が高く、かつ、カバー部１２の周囲のコンクリートまたはモルタルに応力集中を発生させないものを用いることが望ましく、例えば、ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）を用いるとよい。

次に、接着型樹脂ジベル１を用いた鋼床版とコンクリート等（コンクリートまたはモルタル）の接合構造について説明する。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る鋼床版とコンクリートまたはモルタルの接合構造３１は、接着型樹脂ジベル１のプレート１０の裏面を、鋼床版２の表面に接着剤３２により接着し、この状態で鋼床版２上にコンクリート（またはモルタル）３を打設することで、鋼床版２とコンクリート（またはモルタル）３を一体化したものである。

接着剤３２としては、耐水性のものを用いることが望ましく、例えば、アクリル系またはエポキシ系のものを用いるとよい。本実施の形態では、鋼製のプレート１０と鋼床版２とを接着するため、同種材料間の接着となり、十分な接着強度を確保することが可能である。接着型樹脂ジベル１は、例えば、鋼床版２の表面に縦横５０ｃｍ間隔で配置される。

鋼床版２上に打設するコンクリート（またはモルタル）３は、鋼床版２を補強するためのものであるため、強度の高いものを用いることが望ましい。本実施の形態では、コンクリート（またはモルタル）３として、高強度繊維補強モルタルを用いる。

コンクリート（またはモルタル）３上には、塗膜系防水層３３、および排水性アスファルト層３４が順次設けられる。コンクリート（またはモルタル）３の厚さは、例えば４０ｍｍであり、排水性アスファルト層３４の厚さは、例えば３５ｍｍである。本実施の形態では、コンクリート（またはモルタル）３上に、塗膜系防水層３３、排水性アスファルト層３４を設けているが、コンクリート（またはモルタル）３上に設けられる構造については、これに限定されない。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る接着型樹脂ジベル１では、鋼床版２に裏面が接着される鋼製のプレート１０と、プレート１０の表面から突出するように設けられたスタッド部１１と、スタッド部１１の周囲を覆うように設けられた樹脂製のカバー部１２とを備えている。

接着型樹脂ジベル１によれば、鋼製のプレート１０と鋼床版２、つまり同種材料同士を接着するので、コンクリートやＦＲＰなどからなるジベルと鋼床版２、すなわち異種材料同士を接着する場合と比較して、接着型樹脂ジベル１を鋼床版２に高強度に接着することが可能となる。

さらに、接着型樹脂ジベル１によれば、スタッド部１１（ボルト１３）の周囲を覆うように樹脂製のカバー部１２を設けているため、このカバー部１２で応力を分散させることが可能となり、接着型樹脂ジベル１の周囲のコンクリート（またはモルタル）３に応力集中によるひび割れが発生することを抑制できる。

つまり、接着型樹脂ジベル１によれば、コンクリート（またはモルタル）３に応力集中によるひび割れを発生させることなく、鋼床版２とコンクリート（またはモルタル）３との接着強度を長期的に確保することが可能となる。鋼床版２とコンクリート（またはモルタル）３とを十分な強度で一体化することより、鋼床版２とＵリブの溶接部分に発生する応力を低減し、溶接部分でのクラックの発生を抑制することが可能となる。

また、接着型樹脂ジベル１では、カバー部１２を、略円筒状の胴部１２ａと、胴部１２ａの上方に一体に設けられた胴部１２ａよりも径の大きい頭部１２ｂとで構成しているため、コンクリート（またはモルタル）３が上方に（鋼床版２と離れる方向に）ずれてしまうことを抑制でき、鋼床版２とコンクリート（またはモルタル）３とをより強固に一体化させることができる。

本発明の他の実施の形態を説明する。

図４（ａ），（ｂ）に示す接着型樹脂ジベル４１は、基本的に図１の接着型樹脂ジベル１と同じ構成であり、スタッド部１１としてＭ１６×ｈ２５の皿ボルト４２を用いた点が異なる。

スタッド部１１としてボルトを用いる場合、接着型樹脂ジベル４１の強度を向上させるために、ボルトの先端部の径は大きい（太い）方が好ましい。しかし、径が大きいボルト（ここでは皿ボルト４２）では、その頭部４２ａも大きくなってしまい、ボルトをプレート１０に圧入した際に、その頭部４２ａがプレート１０の裏面から突出してしまう場合がある。

そこで、接着型樹脂ジベル４１では、皿ボルト４２の圧入部分の周囲のプレート１０を表面側に湾曲するようにプレス加工し、プレート１０の裏面と皿ボルト４２の頭部４２ａとが面一になるように構成されている。これにより、皿ボルト４２の頭部４２ａがプレート１０の裏面から突出してプレート１０の裏面を鋼床版２に接着できなくなることを抑制できる。

皿ボルト４２に螺合するカバー部４３は、円筒状の胴部４３ａと、胴部４３ａの上方に一体に設けられ、胴部４３ａよりも径の大きい頭部４３ｂとからなる。ここでは、カバー部４３の上縁に断面視で半円状（例えば、Ｒ＝３ｍｍ）の突部を形成することで、頭部４３ｂを形成している。また、胴部４３ａの下部（プレート１０側の部分）は、湾曲したプレート１０に対応した形状とされている。

図５（ａ），（ｂ）に示す接着型樹脂ジベル６１は、図４の接着型樹脂ジベル４１のプレート１０に変更を加えたものである。プレート６２以外の構成はカバー部６３のナット６５が六角ナットである点を除いて図４の接着型樹脂ジベル４１と同じである。

図５（ａ），（ｂ）に示すように接着型樹脂ジベル６１は、鋼床版２の上面に接着剤６６を介して接着される鋼製のプレート（底板）６２と、プレート６２に上方に突出するように設けられたスタッド部１１と、スタッド部１１の周囲を覆うように設けられた樹脂製（強化樹脂製）のカバー部６３とからなる。

プレート６２は、スリット６４を有する円盤状に形成されており、スリット６４によって変形に対する抵抗を低くされている。プレート６２の中央部にはスタッド部１１を構成する上述の皿ボルト４２を挿通させるための貫通穴６７が形成されると共に皿ボルト４２の頭部４２ａを収容するための頭部収容部６８が形成されている。頭部収容部６８は、貫通穴６７周囲のプレート６２を表面側に突出させるようにプレス加工することで円錐台状に形成されており、皿ボルト４２の頭部４２ａを完全に収容するようになっている。

スリット６４は、プレート６２を鋼床版２に接着するとき余分な接着剤６６を逃がすと共にプレート６２を鋼床版２に追随して変形し易くするためのものであり、スタッド部１１を中心として放射状に延びている。スリット６４のスタッド部１１側の端部（基端）はカバー部６３の径方向外方に位置されている。また、スリット６４はプレート６２の外周端まで延びて形成されており、プレート６２の外周側を周方向に分割するようになっている。具体的には、スリット６４は、周方向に等間隔に８カ所形成されている。

スタッド部１１は、プレート６２の貫通穴６７に皿ボルト４２を裏面側から圧入して形成される。

カバー部６３は、略筒状に形成されており、下部に形成された胴部６３ａと、上部に形成され胴部６３ａより大径の頭部６３ｂとからなる。胴部６３ａより径方向外方の頭部６３ｂは断面半円状に形成されている。また、カバー部６３の上部には、皿ボルト４２に螺合されるナット６５が同軸上に設けられており、カバー部６３の下部には、ナット６５と鋼床版２の間に介在される樹脂層６９が形成されている。ナット６５が皿ボルト４２に締結されることで樹脂層６９がプレート６２に圧接し、カバー部６３に作用する軸方向の力と曲げ方向の力を樹脂層６９で吸収するようになっている。

次に本実施の形態の作用を述べる。

鋼床版２にプレート６２を接着する場合、プレート６２と鋼床版２のいずれか一方又は両方に接着剤６６を塗布し、鋼床版２上にプレート６２を押し付けて接着する。このとき、鋼床版２、プレート６２間の接着剤６６の厚さは必ずしも均等ではなく、スリットのない従来のプレート（図示せず）にあっては、中心付近で接着剤６６の量が多くなると接着剤６６がプレートの外に出て行きにくく、接着剤６６の層厚が厚くなっていたが、スリット６４を有するプレート６２にあっては、鋼床版２上にプレート６２を押し付けることで余分な接着剤６６がスリット６４から外にはみ出るため、鋼床版２、プレート６２間の接着剤６６の層厚が一定量に保たれる。また、スリット６４から外にはみ出した接着剤６６の量を見れば、接着剤６６が鋼床版２とプレート６２の接着面に均等に広がったことを容易に確認でき、容易に品質管理できる。

この後、鋼床版２上にコンクリートまたはモルタルを打設するなどして橋梁を構築したのち、鋼床版２が曲げ方向の力を受けるなどして変形した場合、スリットのない従来のプレート（図示せず）にあっては、鋼床版２の変形に追随できず、鋼床版２とプレートの間に引き剥がす力が働き、この力が働いた位置を起点にプレートが剥がれる虞があったが、スリット６４を有するプレート６２にあっては、スリット６４の幅を拡大又は縮小させるように変形して鋼床版２の変形に追随する。このため、プレート６２には鋼床版２から引き剥がす力が生じにくく、鋼床版２から接着型樹脂ジベル６１が剥がれるのを防ぐことができる。

図６（ａ），（ｂ）に示す接着型樹脂ジベル５１は、スタッド部１１として円筒状の筒状部材（鋼管、リング）５２を用い、その筒状部材５２の外周を覆うようにカバー部５３を設けたものである。

筒状部材５２は、その一方の開口をプレート１０で塞ぐようにして、溶接（簡易溶接）によりプレート１０に固定される。筒状部材５２の外径は、例えば７６ｍｍ、高さは、例えば２１．８ｍｍ、厚さは、例えば２．２ｍｍである。

カバー部５３は、筒状部材５２の外周を覆うように設けられ、圧着により筒状部材５２に固定される。カバー部５３は、円筒状の胴部５３ａと、胴部５３ａの上方に一体に設けられ、胴部５３ａよりも径の大きい頭部５３ｂとからなる。ここでは、カバー部５３の上縁に断面視で半円状（例えば、Ｒ＝２ｍｍ）の突部を形成することで、頭部５３ｂを形成している。カバー部５３（胴部５３ａおよび頭部５３ｂ）の内径は、筒状部材５２の外径と略同じに形成されており、例えば７６ｍｍである。胴部５３ａの外径は、例えば８０ｍｍであり、頭部５３ｂの最大外径は、例えば８４ｍｍである。

接着型樹脂ジベル５１によれば、筒状部材５２の内部にもコンクリート（またはモルタル）３が充填されることとなるので、接着型樹脂ジベル４１の強度をさらに向上させることができ、さらに、接着型樹脂ジベル５１の周囲のコンクリート（またはモルタル）３に応力集中によるひび割れが発生することをより抑制できる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１ 接着型樹脂ジベル
１０ プレート
１１ スタッド部
１２ カバー部
１３ ボルト

Claims (7)

1. 鋼床版の表面に接着され、前記鋼床版と該鋼床版上に設けられるコンクリートまたはモルタルとを一体化させるための接着型の鋼ジベルにおいて、
   前記鋼床版に裏面が接着される鋼製のプレートと、該プレートの表面から突出するように設けられたスタッド部と、該スタッド部の周囲を覆うように設けられた樹脂製のカバー部とからなることを特徴とする接着型の鋼ジベル。
2. 前記スタッド部は、前記プレートの裏面側から圧入され、前記プレートの表面から先端部が突出した状態で前記プレートに固定されたボルトからなり、
   前記カバー部に設けた雌ネジと前記ボルトに設けた雄ネジとを螺合させることで、前記カバー部を前記ボルトに固定し、前記ボルトの前記プレートの表面から突出した先端部を前記カバー部で覆うようにした請求項１記載の接着型の鋼ジベル。
3. 前記スタッド部が円筒状の筒状部材からなり、該筒状部材は、その一方の開口を前記プレートで塞ぐようにして、溶接により前記プレートに固定され、前記カバー部は、前記筒状部材の外周を覆うように、圧着により前記筒状部材に固定される請求項１記載の接着型の鋼ジベル。
4. 前記プレートには、プレートを前記鋼床版に接着するとき余分な接着剤を逃がすと共に前記プレートを前記鋼床版に追随して変形し易くするためのスリットが形成された請求項１〜３のいずれかに記載の接着型の鋼ジベル。
5. 前記スリットは、前記スタッド部を中心として放射状に延びる請求項４記載の接着型の鋼ジベル。
6. 前記カバー部は、略円筒状の胴部と、該胴部の上方に一体に設けられ、前記胴部よりも径の大きい頭部とからなる請求項１〜５いずれかに記載の接着型の鋼ジベル。
7. 請求項１〜６いずれかに記載の接着型の樹脂被覆した鋼ジベルの前記プレートの裏面を、前記鋼床版の表面に接着剤にて接着し、この状態で前記鋼床版上にコンクリートまたはモルタルを打設することで、前記鋼床版と前記コンクリート等を一体化したことを特徴とする鋼床版とコンクリート等の接合構造。

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