JP2011122410A - プレストレストハイブリット床版の製造方法及びその方法による床版 - Google Patents

Abstract

【課題】床版の長さを従来の角形鋼管を使用した床版の限界長を延長できるようにし、形鋼を使用した床版の適用分野を拡大する。
【解決手段】形鋼同士を接触させて平行に並べ、接触部分を溶接によって剛結して一体化してある。必要に応じて一定間隔で鋼板製の接合部材２を形鋼に対して直角に配置して溶接し、形鋼同士を強固に一体化してある。形鋼の間の空間内部の軸方向には、緊張材３が形鋼の断面の中立軸の下側にｅだけ偏心させた位置に配置されている。このため、緊張材３に導入された緊張力によって床版１には上向きのキャンバーが形成されると共にプレストレスが導入される。
【選択図】図２

Description

本発明は、橋梁や建築物の床版であって、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼、溝形鋼などの形鋼の既成部材（以下、形鋼と総称する）を並列させて接合して一体化し、形鋼部材の軸方向にプレストレスを加えて上向きのキャンバーを形成し、所定のキャンバーを確保するようにした形鋼を使用した床版の製造方法及び床版に関するものである。

近時、小規模な橋梁工事において、角形鋼管等の既成部材を並設し、角形鋼管の側部に開口を設けて鉄筋などの棒状鋼材を挿通し、引張力を与えて定着することによって角形鋼管を一体化して床版橋とする工法が開発された。引張力が与えられた棒状鋼材の両端部を角形鋼管の両側端に定着して角形鋼管を横方向に相互に連結することによって荷重を水平方向に分散させて床版橋を構成する角形鋼管がずれるのを防止したものである。（特許文献１〜６参照）

特許第３７２５８９２号公報 特許第３８１４２８７号公報 特開２００６−２９９７０６号公報 特開２００７−２９７８３６号公報 特開２００８−１６９６１９号公報 特開２００８−１６９６２０号公報

前述の角形鋼管等を用いた床版橋は、運搬及び組立て設置が容易で、大型クレーンを必要とせずに短期間で施工することができ、小径間の橋梁に適している。
従来の角形鋼管を用いた床版橋は、並設した角形鋼管等を横方向に引張力を与えて相互に連結してずれを防止し、角形鋼管等を一体化して床版橋としたものである。しかしながら、角形鋼管等は既製品であり、その断面が製品として規格化されているため桁高が制限され、支間距離をあまり長くすることはできず、小径間の橋梁に適用が限定されていた。
また、曲げ剛性が鉄筋コンクリート部材に比較して小さく、変形と振動のしやすいものであり、自重及び荷重が作用した際の撓み及び振動が大きく、床版として使用に支障が生じているのが現状である。
本発明は、床版を構成する部材の形鋼の軸方向にプレストレスを付与することによって形鋼を使用した床版の限界長を部材の断面高さを大きくすることなく延長できるようにするものである。
加えて部材の剛性を大きくして変形及び振動を抑制しようとするものである。

複数の形鋼を接触または非接触状態で平行に並べて一体化して床版とし、緊張材を形鋼の軸方向に沿って部材断面の中立軸より下側に偏心させて配設して緊張することによって形鋼からなる床版に上向きキャンバーを形成するようにしたものであり、形鋼にプレストレスを導入することによって床版の支間距離を大きくできるようにしたものである。
形鋼は、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼や溝形鋼を組み合わせて一体化したものであり、種々の既成部材を組み合わせることができる。形鋼の一体化のための接合手段は、溶接に限定されるものでなく、ＰＣ圧着接合、または、ボルト接合などから適宜選択する。また、単独の接合手段のみだけでなく、形鋼を非接触として平行に並べ、接合部材を使用して一体化したものでもよい。
形鋼の軸方向に沿って配設する緊張材を可撓性のＰＣストランドとし、部材断面の中立軸より下側に偏心させた位置において、位置保持ユニットによって予め定めた曲線状に配設して設計荷重にあわせた合理的なプレストレス状態とすることも可能である。
緊張材は、形鋼の内部だけでなく断面外部の部材の下側にも補助部材を設けることによって配設することができる。この場合、断面中立軸からの緊張材の偏心量を大きく取れるので緊張力を小さくでき、緊張材の断面を小さくすることができるため材料費のコストを低減することができる。
また、並設した形鋼の間に構成される空間内に緊張材を配設すると共にコンクリートを充填することよって床版の剛性を高め、使用時の撓み及び振動を小さくすることができる。コンクリートの充填は、少なくとも並設した形鋼の間の空間の１つおきにしたり、または、適宜の任意の数の空間を空けて行う。
緊張材への緊張力の導入方式としてプレテンション方式を採用した場合は、緊張材の定着装置が不要となり、コストを低減することができる。

工場製品である形鋼を使用するので急速施工が可能であって短期間の工期ですみ、コストの低減を図ることができるということに加え、緊張材を形鋼の断面の中立軸より下側に偏心させた位置に配設して緊張することによって形鋼からなる床版に上向きキャンバーを形成してあるので、使用時荷重による撓みが相殺されて使用時に障害となる変形が生ずることはない。
部材の軸方向にプレストレスが付与してあるので、部材の高さを高くすることなく支間の限界長を長くすることができ、中間支柱が不要となり、コストの低減及び施工期間の短縮を図ることができる。
また、並設した形鋼の間に構成される空間内に緊張材を配設すると共にコンクリートを充填することよって剛性を高め、使用時の振動を小さくすることができる。

Ｉ形鋼を溶接した床版の平面図。 Ｉ形鋼を溶接した床版の横断面図。 Ｉ形鋼を溶接した床版の縦断面図。 本発明の床版の他の実施例の縦断面図。 Ｈ形鋼を溶接した床版の横断面図。 両端部材を床版の両端に接続して延長した床版の正面図。 緊張材を部材断面の外側に配設した床版の正面図及び横断面図。 緊張材を部材断面の外側に配設して両端部材を接続して延長した床版の正面図。 Ｉ形鋼の間の空間にコンクリートを充填した床版の横断面図。

１ 床版
１０ Ｉ形鋼
１１ Ｈ形鋼
２ 接合部材
３ 緊張材
３１ ＰＣストランド
４ 定着装置
４５ 補助部材
５ 位置保持ユニット
６ コンクリート
１０１ 中間部
１０２ 両端部材

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

図１に平面図及び図２に横断面図を示すものは、形鋼として複数のＩ形鋼を並設して一体化した床版１であり、Ｉ形鋼１０同士を接触させて並べ、接触部分を溶接によって剛結して一体化してある。更に、必要に応じてＩ形鋼１０の軸方向に一定間隔で鋼板製の接合部材２をＩ形鋼１０に対して直角に配置し、接合部材２の周囲をＩ形鋼１０に溶接してＩ形鋼１０同士を強固に一体化してある。接合部材２は鋼板に限らず棒状部材であってもよく、また、設置位置は床版１の上面だけでなく下面にも設けてもよい。
使用するＩ形鋼１０の本数を増減することによって床版１の必要な横幅が得られる。

図３に示すように、並設したＩ形鋼１０の間に構成される空間の軸方向には、プレストレスを導入するための緊張材３が、Ｉ形鋼１０の断面の中立軸の下側にｅだけ偏心させた位置に直線配置されている。このため、緊張材３に導入された緊張力によって床版１には上向きのキャンバーが形成される。

図４に示すように、実施例１と同様にＩ形鋼１０を並設した床版であって、緊張材３は可撓性のＰＣストランド３１である。可撓性を利用して曲線状に配設したものであり、Ｉ形鋼１０の断面に作用する曲げモーメントの大きさに合わせて中立軸からの偏心量を変化させ、荷重が作用したときに生じる応力がキャンセルされるようにしたものである。ＰＣストランド３１を曲線状に配置するため、並設したＩ形鋼１０の間に構成される空間には、ＰＣストランド３１の挿通孔が設けてある位置保持ユニット５が設けてあり、この位置保持ユニット５によってＰＣストランド３１が所定の位置に維持され、配設状態が予め定めた曲線状となる。
このＰＣストランド３１は、ストランドの素線の全周が防錆塗装されているものを使用するのが好ましい。

並設したＩ形鋼１０の間の空間の内部にＰＣストランド３１を曲線状に配設するには、Ｉ形鋼１０に挿入する前にＰＣストランド３１を位置保持ユニット５に挿入して配設すべき曲線状としておく。
次に、Ｉ形鋼１０の一端から位置保持ユニット５に仮止めした状態のＰＣストランド３１をＩ形鋼１０の間の空間の内部に挿入し、位置保持ユニット５の位置を調整して所定の位置に固定し、ＰＣストランド３１を所定の曲線状に配置する。

Ｉ形鋼１０の端部に定着装置をセットしてＩ形鋼１０の間に構成される空間の内部に配設してあるＰＣストランド３１を緊張定着して床版１に所定のプレストレスを導入してＩ形鋼１０からなるプレストレスト床版を完成させる。
ＰＣストランド３１は、Ｉ形鋼１０の断面の中立軸より下側に偏心して配置されているため、ＰＣストランド３１を緊張して床版１にプレストレスを導入するのに伴い、床版１には上向きの所定のキャンバーが形成される。
なお、定着装置４は、必要に応じて再緊張できるタイプのものとすることが好ましい。

図５に示すものは、形鋼としてＨ形鋼１１を使用して床版１を構成したものであり、Ｈ形鋼１１のフランジ同士を突き合わせて溶接して床版１としたものである。この場合も実施例１と同様に必要に応じてＨ形鋼の軸方向に一定間隔で接合部材２をＨ形鋼１１に対して直角に配置し、Ｈ形鋼１１の上下いずれか、または両方のフランジに溶接して固定する。
Ｈ形鋼１１のフランジを突き合わせ溶接して箱状の閉じた空間が形成されているので、実施例１のＩ形鋼を使用した場合と同様に緊張材３をこの空間内に配設してプレストレスを付与する。

図６に示すものは、形鋼の全長にプレストレスを導入せず、中間部１０１のみにプレストレスを導入したものである。プレストレスを導入して上向きのキャンバーを形成した形鋼の両端にプレストレスを導入しない形鋼からなる両端部材１０２を溶接等で接続して床版の全長を延長したものである。
一例を挙げると、中間部１０１を１５ｍの長さとし、接続する両端部材１０２を５ｍとすることによって全長２５ｍの床版１が得られる。
このようにすることによって、完成した床版１の端部にはプレストレス導入のための定着装置４が露出していないため、床版１の端部構造がシンプルとなり、床版１の端部支持部の納まりがよくなる。また、床版全体が三分割となるため、工場で製造して現場に搬入することが容易となる。

図７に示すものは、プレストレス導入用の緊張材３を形鋼断面の外側である形鋼の下側に補助部材４５を設けて配設するものであり、形鋼の軸方向両端部の下側にアングルを溶接して補助部材４５としたものである。緊張された緊張材３は、補助部材４５に定着されており、床版１にプレストレスを付与すると共に上向きのキャンバーを形成する。緊張材３の断面中立軸からの偏心量（ｅ）が大きく、断面内部に緊張材３を配設する場合に比べて緊張力を小さくすることができ、緊張材３の断面を小さくすることができるのでコストの低減に寄与する。
緊張材３の配列は、図７（２）、（３）に示すように、床版１を構成するそれぞれのＩ形鋼１０の下側に設けたり、Ｉ形鋼１０の部材接合部の下に設置するなど、床版１にバランスよくプレストレスが導入されるようにする限りにおいて自由にレイアウトすることができる。
上記補助部材４５はアングルに限定されるものでなく、その他の鉄骨鋼材から適宜に選択したり、特別に設計した部材を使用してもよい。
図８に示す例は、図７に示す実施例５の床版を実施例４と同様に中間部１０１としたものであり、両端にプレストレスを導入しない形鋼を並列して一体化したものからなる両端部材１０２を溶接等の接合方法で接続して床版１の全長を長くしたものである。

図９（１）に示すようにＩ形鋼１０を平行に並べて溶接し、並設したＩ形鋼１０の間の空間の内部に緊張材３を配設し、緊張力を付与して床版１に上向きのキャンバーを形成した状態にする。ここで、Ｉ形鋼１０の間の空間の内部にコンクリート６を打設するものである。コンクリート６が硬化した後、緊張材３の定着を開放することによって形鋼及び空間内部のコンクリートにプレストレスが導入される。このようにプレテンション方式によってプレストレスを導入して完成した床版１には緊張材の定着装置を不要としたものである。
また、形鋼のみから構成される床版に比較して、本実施例は形鋼とコンクリートとの複合構造物となるので剛性を大きくすることができ、撓み及び振動を小さくすることができる。
なお、上記コンクリートの代わりにモルタルを使用して充填してもよい。また、プレストレスの導入方式をポストテンション方式とすることもできる。
図９（２）に示す例は、図９（１）の変形例であり、空間内にコンクリートの打設をし易くするため、Ｉ形鋼１０同士を接触させずに適宜な間隔を空けて平行に並べ、適宜の接合部材を設けて一体化した床版１であり、Ｉ形鋼１０の底部フランジ部分には鉄筋５０等の補強部材が設置してある。
以上に示す実施例における各構成については、本願発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更が自在であり、本発明の構成を限定するものではない。

Claims (6)

1. 複数の形鋼を接触または非接触状態で平行に並べて一体化して床版とし、緊張材を形鋼の軸方向に沿って部材断面の中立軸より下側に偏心させて配設して緊張することによって床版に上向きのキャンバーを形成する形鋼を使用したプレストレストハイブリット床版の製造方法。
2. 請求項１において、緊張材がＰＣストランドであり、このＰＣストランドを位置保持ユニットによって予め定めた曲線状に配設する形鋼を使用したプレストレストハイブリット床版の製造方法。
3. 請求項１において、緊張材は形鋼の下側に配設されている形鋼を使用したプレストレストハイブリット床版の製造方法。
4. 請求項１〜２のいずれかにおいて、形鋼の間の空間の少なくとも１つおきに間隔を空けて緊張材を配設すると共にコンクリートを充填する形鋼を使用したプレストレストハイブリット床版の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、上向きのキャンバーを形成した床版の両端にプレストレスを付与していない形鋼を複数平行に並べて一体化して床版とした両端部材を接続して床版の長さを延長する形鋼を使用したプレストレストハイブリット床版の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかの製造方法によって製造した形鋼を使用したプレストレストハイブリット床版。

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