JP2011196098A

JP2011196098A - 高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造

Info

Publication number: JP2011196098A
Application number: JP2010064393A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Shionaga; 亮介塩永; Ryuichi Yamaguchi; 隆一山口
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】貫通鉄筋を用いることなく孔あき鋼板ジベル一箇所当たりのせん断耐力を向上できる高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造を提供する。
【解決手段】橋梁の鋼桁１１と鉄筋コンクリート橋脚１０を接合、或いは橋梁の鋼桁１１とプレストレスコンクリート桁２０を接合すべく、その間に鋼殻１３を設け、その鋼殻１３内にコンクリートを充填して合成構造とするための合成構造のずれ止め構造において、前記鋼殻１３の内面に孔あき鋼板ジベル１４を設け、その鋼殻１３内に、シリカヒュームと鋼繊維が混入された高強度鋼繊維補強コンクリートを充填するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁の鋼桁と鉄筋コンクリート橋脚をつなぐ接合部、或いは鋼桁とプレストレスコンクリート桁をつなぐ接合部の合成構造に係り、特に接合部を高強度鋼繊維補強コンクリートを充填して接合するための高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造に関するものである。

橋梁の鋼桁と鉄筋コンクリート橋脚をつなぐ接合部、橋梁の鋼桁とプレストレスコンクリート桁をつなぐ接合部は、図５、図６に示される構造が知られている。

図５は、橋梁の鋼桁３１と鉄筋コンクリート橋脚３０をつなぐ接合部の合成構造を示したものである。この合成構造は、鉄筋コンクリートの橋脚３０上に、橋脚３０から延びた複数本の鉄筋３２を覆うように鋼殻（接合部）３３を設け、この鋼殻３３を介して鋼桁３１，３１同士を接合するようにしたものである。鋼殻３３の内面の補強板には、孔が多数設けられ、孔あき鋼板ジベル３４となり、その孔３５に貫通鉄筋３６が挿通され、その後、鋼殻３３内にコンクリートが充填されて合成効果を発揮する。

図６は、橋梁の鋼桁３１とプレストレスコンクリート桁４０をつなぐ接合部の合成構造を示したものである。この合成構造は、鋼桁３１とプレストレスコンクリート桁４０間に四角形状の鋼殻３３を設け、プレストレスコンクリート桁４０から延びたＰＣ鋼棒４１を鋼殻３３を通して鋼桁３１側に突出させ、その突出したＰＣ鋼棒４１に押さえ板４２を挿通し、そのＰＣ鋼棒４１のネジ部にナット４３をねじ込んで、接合部にプレストレスを付与するようにさせて接合するようにしたものである。鋼殻３３の内面の補強板には、孔が多数設けられ孔あき鋼板ジベル３４となり、その孔あき鋼板ジベル３４の孔３５に貫通鉄筋３６が挿通される。また鋼殻３３内は、上下のＰＣ鋼棒４１間を仕切るように水平なダイヤフラム４４と左右のＰＣ鋼棒４１間を仕切るように中ウェブ４５が設けられる。この鋼殻３３内にコンクリートが充填されて合成構造とされる。

この図５、図６の合成構造において、鋼殻３３内に、コンクリートのずれ止めとして、孔あき鋼板ジベル３４を配置し、そこにコンクリートを充填することで、鋼桁３１と鉄筋コンクリート橋脚３０や鋼桁３１とプレストレスコンクリート桁４０間の力を伝達させる。

一般に、橋梁構造物における鋼とコンクリートのずれ止めには、頭つきスタッドジベルや孔あき鋼板ジベルが用いられているが、このうち、接合部が図５、図６のような鋼殻に囲まれた閉空間となる場合には、鋼殻内側への頭つきスタッドジベルのスタッド溶接が製造上困難であることから、その内面の補強板に貫通孔をあけてジベルとなる図７に示したような孔あき鋼板ジベル３４が主に用いられている（特許文献１，２）。さらに、孔あき鋼板ジベル３４の孔３５には、貫通鉄筋３６を連続的に挿入配置し、最大せん断耐力の向上を図るとともに、孔３５内のコンクリートせん断破壊を補強する機能を果たしている。また、この鋼殻３３内に充填されるコンクリートは、圧縮強度が２０〜５５Ｎ／ｍｍ²の普通コンクリートが一般的に用いられている．

特開２００２−７０１５４号公報特開２０００−３１９８１６号公報

ところで、設計合理化にともなう構造物のスリム化により、接合部も必要断面の縮小が進んでいる。その一方、所定のずれせん断耐力を確保するためのジベル数量は大きく変わらないことから、（１）ジベル配置が過密となり、さらにその弊害として、（２）貫通鉄筋の挿入が困難となり、図８に示すように、貫通鉄筋３６の接続に機械式継手３７を併用せざるを得ないといった施工上の問題が生じている。さらに、孔あき鋼板ジベル３４間の隙間が狭まることによって（３）コンクリートの充填性が阻害され、未充填部が発生した場合は所定のせん断耐力が発揮できない、といった性能上の問題もうまれている。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、貫通鉄筋を用いることなく孔あき鋼板ジベル一箇所当たりのせん断耐力を向上できる高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、橋梁の鋼桁と鉄筋コンクリート橋脚を接合、或いは橋梁の鋼桁とプレストレスコンクリート桁を接合すべく、その間に鋼殻を設け、その鋼殻内にコンクリートを充填して合成構造とするための合成構造のずれ止め構造において、前記鋼殻の内面の補強板に孔を設けて孔あき鋼板ジベルを形成させ、その鋼殻内に、シリカヒュームと鋼繊維が混入された高強度鋼繊維補強コンクリートを充填することを特徴とする高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造である。

請求項２の発明は、高強度鋼繊維補強コンクリートは、水結合材比２７〜３５％で、材齢２８日における圧縮強度が７０Ｎ／ｍｍ²以上である請求項１記載の高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造である。

請求項３の発明は、高強度鋼繊維補強コンクリートの補強材として、長さ２０〜６０ｍｍの鋼繊維を用い、この鋼繊維を、高強度鋼繊維補強コンクリートに対して容積比で０．５〜１．５％混入した請求項１又は２記載の高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造である。

請求項４の発明は、シリカヒュームを全粉体質量に対して７〜１４質量％充填した高強度鋼繊維補強コンクリートを用いる請求項１記載の高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造である。

請求項５の発明は、高強度鋼繊維補強コンクリートは、水、セメント、シリカヒューム、膨張材、細骨材、最大寸法２０ｍｍ以下の粗骨材、高性能ＡＥ減水剤又は高性能減水剤、空気量調整剤及び鋼繊維を、水結合材比２７〜３５％、細骨材率５８〜６３％、空気量４．０％以下として混練し、練り上げ時のスランプ値が２０±２．５ｃｍの流動性をもつ請求項１〜４のいずれかに記載の高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造である。

本発明によれば、鋼桁と鉄筋コンクリート橋脚や鋼桁とプレストレスコンクリート桁を接合する鋼殻の内面に孔あき鋼板ジベルを設け、その鋼殻内にシリカヒュームと鋼繊維が混入された高強度鋼繊維補強コンクリートを充填することで、高いせん断耐力及び引張耐力を有する合成構造のずれ止め構造とすることができるという優れた効果を発揮するものである。

本発明の一実施の形態における橋梁の鋼桁と鉄筋コンクリート橋脚を接合する合成構造のずれ止め構造を示す部分破断斜視図である。本発明の他の実施の形態における橋梁の鋼桁とプレストレスコンクリート桁とを接合する合成構造のずれ止め構造を示す部分破断斜視図である。本発明において、高強度鋼繊維補強コンクリートを充填して形成したときの孔あき鋼板ジベルのせん断耐力を測定する押抜きせん断試験を説明する図ある。図３の押し抜きせん断試験装置でせん断試験を行ったときの本発明と従来の普通コンクリートの荷重−相対ずれ変位の関係を示す図である。従来の橋梁の鋼桁同士を鉄筋コンクリート橋脚上で接合する合成構造のずれ止め構造を示す部分破断斜視図である。従来の橋梁の鋼桁とプレストレスコンクリート桁とを接合する合成構造のずれ止め構造を示す部分破断斜視図である。孔あき鋼板ジベルと貫通鉄筋を示す図である。複数の孔あき鋼板ジベルに機械式継手を用いて貫通鉄筋を貫通させた状態を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、橋梁の鋼桁と鉄筋コンクリート橋脚を接合する合成構造のずれ止め構造を示したものである。

この合成構造は、鉄筋コンクリートの橋脚１０上に、橋脚１０から延びた複数本の鉄筋１２を覆うように例えば四角形状の鋼殻（接合部）１３を設け、この鋼殻１３を介して鋼桁１１，１１同士を接合するようにしたものである。鋼殻１３の内面には、補強板に孔を設けた孔あき鋼板ジベル１４が垂直方向に所定間隔で多数設けられてなり、その後、鋼殻１３内に高強度鋼繊維補強コンクリートが充填されて合成構造とされる。なお鋼殻１３は、図示例では橋脚１０の形状に合わせて四角形状としたが、例えば橋脚１０が円柱状であれば、円形状の鋼殻に形成する。

これにより、鋼桁１１，１１と橋脚１０の鉄筋１２と孔あき鋼板ジベル１４とは高強度鋼繊維補強コンクリートにより一体に接合されたずれ止め構造とされる。

図２は、橋梁の鋼桁１１とプレストレスコンクリート桁２０をつなぐ接合部の合成構造を示したものである。

この合成構造は、鋼桁１１とプレストレスコンクリート桁２０間に、例えば四角形状の鋼殻１３を設け、プレストレスコンクリート桁２０から延びた上下左右４本のＰＣ鋼棒２１を、鋼殻１３を通して鋼桁１１側に突出させ、その突出したＰＣ鋼棒２１に押さえ板２２を挿通し、そのＰＣ鋼棒２１のネジ部にナット２３をねじ込んで、接合部にプレストレスを付与するようにさせて接合するようにしたものである。

鋼殻１３の内面には、桁方向に沿って孔あき鋼板ジベル１４が多数設けられる。また鋼殻１３内は、上下のＰＣ鋼棒２１間を仕切るように水平なダイヤフラム２４と左右のＰＣ鋼棒２１間を仕切るように中ウェブ２５が設けられる。その後、この鋼殻１３内に高強度鋼繊維補強コンクリートが充填されて合成構造とされる。

これにより、鋼桁１１とプレストレスコンクリート桁２０と孔あき鋼板ジベル１４とは高強度鋼繊維補強コンクリートにより一体に接合されたずれ止め構造とされる。

本発明において、図１、図２に示した合成構造における孔あき鋼板ジベル１４の配置の過密を解決するために、ジベル配置間隔を広げても支障のないものとするものである。そのためには、孔あき鋼板ジベル１４の１個あたりのずれせん断耐力を向上させる必要があり、その手段として、孔１５に充填するコンクリートを、従来の圧縮強度が２０〜５５Ｎ／ｍｍ²の普通コンクリートに代えて、水結合材比２７〜３５％程度とした、圧縮強度が７０Ｎ／ｍｍ²以上となる高強度鋼繊維補強コンクリートを適用するものである。

また、従来例で説明した、貫通鉄筋の挿入の困難性を解決するために、貫通鉄筋を排除し、それに代わる補強材として、長さ２０〜６０ｍｍ、好ましくは長さ３０ｍｍの鋼繊維を容積比で０．５〜１．５％混入した高強度鋼繊維補強コンクリートとするものである。

また、コンクリートの充填性の阻害を解決するために、コンクリートは、練りあがり時の流動性が高く、スランプ値で２０±２．５ｃｍとなるような、高流動コンクリートとした。

本発明では、これらの３つの解決策を統合して、孔あき鋼板ジベル１４に高流動かつ、高強度の鋼繊維補強コンクリートを用いて、従来の問題をすべて解決した新しいずれ止め構造を提案するものである。

しかしながら、これらの特性の組み合わせに伴い予想される大きな弊害としては、以下がある。

１）一般に高強度コンクリートに鋼繊維を混入した場合、練りあがりの流動性が極端に低下する。

２）一般に高流動コンクリートに鋼繊維を混入した場合、振動締め固めの際に、鋼繊維が分離（沈降）してしまう。

以上の問題を解決する手段として、本発明では、コンクリートの材料面で以下の解決策を講じた。

すなわち、コンクリート材料として、シリカヒュームを混入して練り上がり時の粘性を高めることで、振動締め固めによる鋼繊維の分離を防ぐようにし、細骨材率を６０％程度かつ高性能ＡＥ減水剤または高性能減水剤を添加して、充填性を阻害しない流動性の高い高流動かつ、高強度の鋼繊維補強コンクリートとしたものである。

このシリカヒュームは、主成分の８５％以上がＳｉＯ₂で、そのうち大部分が非晶質で、完全な球形で、粒径は１μｍ以下、平均粒径０．１μｍであり、比表面積は、１５０，０００〜２２０，０００ｃｍ²／ｇ、密度は２．１〜２．２ｇ／ｃｍ³、かさ密度０．２〜０．３ｇ／ｃｍ³であり、石灰石微粉末の比表面積３０００〜８０００ｃｍ²／ｇより格段に比表面積が高い。

本発明における高強度鋼繊維補強コンクリートは、通常のコンクリートに比べ高いせん断耐力及び引張耐力を有するため、従来構造に対して孔あき鋼板ジベルの個数の低減や貫通鉄筋の省略が図れることから、鋼材間のあきも広がり、コンクリートの充填性も高まる。またコンクリートにひび割れ発生後も鋼繊維が、ひび割れ幅の増長を防げることから、長期耐久性の向上も期待される。

この高強度鋼繊維補強コンクリートは、水、セメント、シリカヒューム、膨張材、細骨材、最大寸法２０ｍｍ以下の粗骨材、高性能ＡＥ減水剤又は高性能減水剤、空気量調整剤及び鋼繊維を、水結合材比２７〜３５％、空気量４．０％以下として混練して、練り上げ時に、流動性を有して初期施工性を有するものとし、且つシリカヒュームを全体粉体量の７〜１４質量％で充填することで、良好な流動性を示す。

また、膨張材の混入量は、水結合材の総質量に対して３〜６質量％、鋼繊維の混入量は容積に対して０．５〜１．５％の範囲で混練して作製する。

これにより、高強度鋼繊維補強コンクリートは、流動性を示すスランプ試験（ＪＩＳＡ１１０１）にて、２０±２．５ｃｍの流動性を示し、材齢２８日における圧縮強度が７０Ｎ／ｍｍ²以上である特徴を有する。

混入する鋼繊維は、長さを２０〜６０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍとし、直径を０．４〜０．８ｍｍ、好ましくは０．６ｍｍ、さらにフック型に端部を処理された形状のものを、コンクリート全容量の０．５〜１．５％、好ましくは１．０％混入する。

この際、鋼殻１３内に充填される高強度鋼繊維補強コンクリートは、練り上げ直後の性状として流動性を有するため、狭いところや薄いところへも入り込むことができて、十分な充填性を確保することができると共に鋼繊維の分離もない。

又、上記高強度鋼繊維補強コンクリートは、前記したように一般的な湿潤養生で材齢２８日における圧縮強度が７０Ｎ／ｍｍ²以上となるようにしてあるものであるため、上記型枠内への充填、打設終了後は、特殊な養生、たとえば、給熱養生等の特殊な養生を施すことなく、一般的な湿潤養生で済ませることが可能である。

以上により、本発明は、孔あき鋼板ジベル１箇所あたりのせん断耐力が、従来の２〜３倍となる。これによって、鋼桁同士の鉄筋コンクリート橋脚上での接合部、或いは鋼桁とプレストレスコンクリート桁の接合部が、鋼殻に囲まれた閉空間であっても、（１）ジベルの必要数量を低減、および（２）貫通鉄筋の省略を果たすことができ、従来複雑であった鋼材配置を簡略化できるとともに、懸念されていたコンクリート充填性も十分確保できる。さらに、コンクリートの（３）振動締め固めに伴う鋼繊維の分離も生じないため、優れた合成効果を発揮することができる。

（実施例１）
水、普通ポルトランドセメント、シリカヒューム、膨張材、細骨材、最大径２０ｍｍの粗骨材、高性能ＡＥ減水剤、鋼繊維で構成され、水結合材比を３３％、シリカヒュームを添加率１０％（対水結合材）、膨張材を添加率５．８％（対水結合材）、細骨材率６０％、鋼繊維の体積混入１．０％（鋼繊維；長さ３０ｍｍ、径０．６ｍｍの両端を折り曲げたフック形状）として高強度鋼繊維補強コンクリートを混練した。

（比較例１）
シリカヒュームと鋼繊維を除き実施例１と同じ材料で普通コンクリートを混練した。

次に、実施例１と比較例１のコンクリートを適用した孔あき鋼板ジベルのずれせん断試験を行った。

図３（ａ）、図３（ｂ）は、「頭付きスタッドの押抜き試験方法（案）」（日本鋼構造協会）に準拠した試験装置の概要を示し、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の平断面図である。

この試験装置は、中心の鋼部材（Ｈ鋼）１６の両側に孔あき鋼板ジベル１４を取り付け、その孔あき鋼板ジベル１４が取り付けられた鋼部材１６の両側に、実施例１の高強度鋼繊維補強コンクリートと比較例１の普通コンクリートを用いた試験コンクリートブロック１７を成型し、その鋼部材１６の上端から荷重Ｆを負荷して、鋼部材１６と試験コンクリートブロック１７の相対ずれ変位を測定するもので、鋼部材１６は、その下端が、試験コンクリートブロック１７の載置面１８から１５ｍｍ程度浮くようにされ、試験コンクリートブロック１７と鋼部材１６に歪みゲージ１９を図示のように４箇所取り付けて、荷重Ｆに対する鋼部材１６と試験コンクリートブロック１７との相対ずれ変位を計測するものである。

この結果を図４に示した。図４において、曲線ａは実施例１の高強度鋼繊維補強コンクリートを、曲線ｂは比較例１の普通コンクリートを示している。

図４より、比較例１の普通コンクリートを適用した孔あき鋼板ジベルの最大ずれせん断耐力（ジベル１箇所あたり）が９１ｋＮであったのに対し、実施例１の高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した場合の最大ずれせん断耐力は２３５ｋＮであった。

これにより、本発明の高強度鋼繊維補強コンクリートは、従来の普通コンクリートより、約２．５倍のせん断耐力を有することを確認した。

（実施例２）
実施例１の高強度鋼繊維補強コンクリートを用いて、材齢２８日において規定の圧縮強度試験を実施した結果、コンクリート強度（圧縮強度）は、鋼繊維混入率１．０％の配合で、１０４Ｎ／ｍｍ²、水結合比３３％の配合で、１１８．６Ｎ／ｍｍ²であることが確認された。さらに、材齢２８日において規定の曲げ引張試験を実施した結果、水結合比３３％の配合比で、コンクリートの曲げ強度は１０．５Ｎ／ｍｍ²、破壊エネルギーは３．４７Ｎ／ｍｍ、水結合材比２７％の配合では、コンクリートの曲げ強度は１２．１Ｎ／ｍｍ²、破壊エネルギーは４．１４Ｎ／ｍｍであることが確認された。さらに練り上がり後のコンクリートは、規定の試験により、いずれの混入量のコンクリートでもスランプ値が２０±２．５ｃｍで、且つ骨材等の分離が生じていないことを確認した。

１０橋脚
１１鋼桁
１３鋼殻
１４孔あき鋼板ジベル
２０プレストレスコンクリート

Claims

橋梁の鋼桁と鉄筋コンクリート橋脚を接合、或いは橋梁の鋼桁とプレストレスコンクリート桁を接合すべく、その間に鋼殻を設け、その鋼殻内にコンクリートを充填して合成構造とするための合成構造のずれ止め構造において、前記鋼殻の内面の補強板に孔を設けて孔あき鋼板ジベルを形成させ、その鋼殻内に、シリカヒュームと鋼繊維が混入された高強度鋼繊維補強コンクリートを充填することを特徴とする高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造。
高強度鋼繊維補強コンクリートは、水結合材比２７〜３５％で、材齢２８日における圧縮強度が７０Ｎ／ｍｍ²以上である請求項１記載の高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造。
高強度鋼繊維補強コンクリートの補強材として、長さ２０〜６０ｍｍの鋼繊維を用い、この鋼繊維を、高強度鋼繊維補強コンクリートに対して容積比で０．５〜１．５％混入した請求項１又は２記載の高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造。
シリカヒュームを全粉体質量に対して７〜１４質量％充填した高強度鋼繊維補強コンクリートを用いる請求項１記載の高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造。
高強度鋼繊維補強コンクリートは、水、セメント、シリカヒューム、膨張材、細骨材、最大寸法２０ｍｍ以下の粗骨材、高性能ＡＥ減水剤又は高性能減水剤、空気量調整剤及び鋼繊維を、水結合材比２７〜３５％、細骨材率５８〜６３％、空気量４．０％以下として混練し、練り上げ時のスランプ値が２０±２．５ｃｍの流動性をもつ請求項１〜４のいずれかに記載の高強度鋼繊維補強コンクリートを適用した合成構造のずれ止め構造。