JP2015175110A - 鋼・コンクリート合成床版 - Google Patents

Abstract

【課題】頭付きスタッドジベル等を廃しながら底鋼板とコンクリート材の高い一体性を有し、かつ従来構造のものに比して格段に軽量化が図られた鋼・コンクリート合成床版を提供すること。【解決手段】底鋼板１と、底鋼板１上に固定された複数の中空のブロックジベル２と、からなる骨格体１０と、底鋼板１上でブロックジベル２を埋設するようにして形成されたコンクリート体２０と、から形成されている鋼・コンクリート合成床版１００である。【選択図】図２

Description

本発明は、鋼・コンクリート合成床版に関するものである。

橋梁の床板やシールドトンネル等のトンネル内に施工される床板などの構造型式として、引張耐力のある鋼材と、圧縮耐力のあるコンクリート体の合成構造である、鋼・コンクリート合成床版が適用される場合がある。

ここで、特許文献１には、底鋼板の上に複数のハット型リブ材を橋軸直角方向に平行で橋軸方向に所定間隔を置いて敷設し、ハット型リブ間の底鋼板上に複数の頭付きスタッドジベルを橋軸方向および橋軸直角方向に所定間隔置きに取り付け、底鋼板上にコンクリートを打設して構成された鋼・コンクリート合成床版が開示されている。

また、特許文献２には、発泡ポリスチレンもしくは発泡ウレタン等の軽量で切断加工容易な樹脂素材のコンクリート空隙形成用型枠を底鋼板上に設置し、コンクリート空隙形成用型枠間の底鋼板上に複数の頭付きスタッドジベルを取り付け、底鋼板上にコンクリートを打設して構成された鋼・コンクリート合成床版が開示されている。

特許文献１，２で開示されるように、従来の鋼・コンクリート合成床版は多数の頭付きスタッドジベル等で底鋼板とコンクリート体の一体化やずれ止め措置を図るものであることから、頭付きスタッドジベル等を底鋼板に溶接等で接続する際の手間と費用がかかり、これが工費に影響を与える一要因となっている。

重量に関しては、特許文献１で開示する鋼・コンクリート合成床版がその重量低減を図る目的で中空のハット型リブを構成要素としており、特許文献２で開示する鋼・コンクリート合成床版がやはりその重量低減を図る目的でコンクリート空隙形成用型枠を構成要素としているものの、いずれも多数の頭付きスタッドジベルを適用していることから、ハット型リブやコンクリート空隙形成用型枠を採用した経済的な効果が減退するものとなっている。

特開２０１０−２５５１９６号公報 特開２０１２−１５４１２４号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、頭付きスタッドジベル等を廃しながら底鋼板とコンクリート材の高い一体性を有し、かつ従来構造のものに比して格段に軽量化が図られた鋼・コンクリート合成床版を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による鋼・コンクリート合成床版は、底鋼板と、該底鋼板上に固定された複数の中空のブロックジベルと、からなる骨格体と、底鋼板上でブロックジベルを埋設するようにして形成されたコンクリート体と、から形成されているものである。

本発明の鋼・コンクリート合成床版は、底鋼板上に複数の中空のブロックジベルを取り付け、底鋼板上でブロックジベルを埋設するようにしてコンクリート体を形成してそれらの一体化が図られたものである。ブロックジベルは中空構造ゆえに床板全体の軽量化も図ることができる。

なお、特許文献１で開示されるハット型リブ材や特許文献２で開示されるコンクリート空隙形成用型枠にはずれ止め防止機能が期待されておらず、したがって、このずれ止め効果を多数のスタッドジベルに期待するものである。すなわち、特許文献１，２で開示の技術が、ハット型リブ材やコンクリート空隙形成用型枠の他に多数のスタッドジベルを必須の構成とするのに対して、本発明の床板は中空のブロックジベルのみで床板全体の一体化と軽量化の双方を実現するものである。

ブロックジベルは鋼製であり、底鋼板との接合は、溶接のほか、接着強度の高い接着剤によっておこなわれる。

ここで、中空のブロックジベルの形状としては、角柱型や円柱型、楕円柱型のほか、円錐型や角錐型、切頭円錐型や切頭角錐型などが挙げられる。

中でも、切頭角錐型は、設計上、コンクリート体との接着面積を容易に試算でき、コンクリート体とブロックジベルのせん断強度を算定し易いことから望ましい形状と言える。

さらに、切頭角錐型は、上方から作業員が溶接にてブロックジベルの足元と底鋼板を接合するに当たり、横断面積が上方に行くにつれて小さくなることから、良好な溶接作業性を確保できる点においても好適な形状と言える。

また、切頭角錐型の中でも切頭四角錐が望ましい。ここで、「四角錐」の「四角」には、正方形、矩形、ひし形、平行四辺形などが包含される。

橋軸方向に延設する主桁上に鋼・コンクリート合成床版が配設された際に、切頭四角錐のブロックジベルが底鋼板と接する４つの端辺のうち、隣接する２つの端辺の一方が橋軸方向に向き、他方が橋軸直角方向に向くようにして切頭四角錐のブロックジベルを配置する。

橋軸方向、橋軸直角方向に必要となるブロックジベルとコンクリート体の間の水平せん断耐力を満たすように、各切頭四角錐のブロックジベルの有する各面の面積と、橋軸方向、橋軸直角方法へのブロックジベルの基数が設定される。なお、切頭四角錐を構成する各側面は傾斜面であることから、せん断耐力の算定に際しては、各側面を垂直面へ投影させた際の投影面の面積に基づいてせん断耐力が算定される。切頭四角錐を上記配置で底鋼板上に設置した場合、橋軸方向の２方向のそれぞれのせん断耐力を２つの側面のそれぞれが負担し、橋軸直角方向の２方向のそれぞれのせん断耐力を残りの２つの側面がそれぞれ負担することになる。

さらに、ブロックジベルの高さが鋼・コンクリート合成床版の中立軸以下の高さに設定されているのが好ましい。

床版の自重や輪荷重による曲げ抵抗について、コンクリートは引張抵抗に乏しいことから、設計上は、引張抵抗力を鋼材のみに期待している。また、輪荷重による押抜きせん断力については、圧縮領域のコンクリートの厚さによってその耐力が期待される。そのため、引張領域のコンクリートをブロックジベルに置き換えたとしても、床版の曲げ耐力や押抜きせん断耐力に影響を与えることはない。

なお、ブロックジベルの高さを含め、その大きさはその中空の大きさにも影響を与えることになり、中空の大きさが大きい程、鋼・コンクリート合成床版全体の軽量化に寄与する。一方で、ブロックジベルの幅や長さが大型化してしまうと、コンクリート体との接触面積が低下し、必要な水平せん断耐力を確保できない可能性が生じてくる。また、ブロックジベルの高さを中立軸より高いものにすると、コンクリート体の有効断面を低減することから、コンクリート体に期待される圧縮抵抗力が不十分となる可能性も生じてくる。

このように、ブロックジベルの大きさは、必要とされる水平せん断耐力と圧縮耐力の双方に影響を与えることから、これらの要素を総合勘案して決定されることになる。

また、本発明による鋼・コンクリート合成床版の好ましい実施の形態は、前記コンクリート体が工場製作されたプレキャスト製となっている形態である。

プレキャスト製の鋼・コンクリート合成床版を適用することで橋梁の施工やトンネルの施工の際の施工効率を高め、工期短縮を図ることが可能になる。

また、本発明による鋼・コンクリート合成床版の他の実施の形態は、前記底鋼板上に間隔を置いて鋼製の縦リブが併設され、併設する縦リブ間に複数の中空のブロックジベルが配設されているものである。

このように縦リブが必要になるのは、特にコンクリート体を現場打設にて施工する場合である。この場合、コンクリート体の自重が部材断面を決定する支配要因となる。そのため、コンクリート打設に際しては型枠支保工で対処することが一般的であるが、工期短縮の観点からこの型枠支保工を使用しないことを前提とした場合には底鋼板上に縦リブを取り付けておくことで、コンクリート体自重によって生じる曲げモーメント等をこの縦リブにて対処することができる。なお、縦リブとしては、H型鋼やI型鋼、C型鋼、平鋼のほか、これらの２種以上を組み合わせた形態が適用できる。

また、鋼製のブロックジベルと縦リブを底鋼板に溶接接合するに当たり、底鋼板に対する双方の部材の溶接を同時におこなうことで作業効率を向上させることができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の鋼・コンクリート合成床版によれば、底鋼板上に中空のブロックジベルを取り付け、このブロックジベルを巻き込むようにしてコンクリート体を形成したことにより、多数のスタッドジベルの取付けを廃すことができ、ブロックジベルのみでコンクリート体と底鋼板との一体化とずれ防止効果を図ることができ、さらには、コンクリート体のボリュームを可能な範囲で低減できることから床板全体の軽量化を図ることができる。

本発明の鋼・コンクリート合成床版を構成する骨格体の実施の形態１の斜視図である。 本発明の鋼・コンクリート合成床版の実施の形態１の斜視図である。 （ａ）はブロックジベルの実施の形態１の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ、ブロックジベルの実施の形態２〜５の斜視図である。 本発明の鋼・コンクリート合成床版を構成する骨格体の実施の形態２の斜視図である。 本発明の鋼・コンクリート合成床版の実施の形態２の斜視図である。 図６のVII−VII矢視図である。 実施例および比較例にかかる鋼・コンクリート合成床版に関し、重量の比較を床板支間長ごとに実施した結果を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の鋼・コンクリート合成床版の実施の形態を説明する。

（鋼・コンクリート合成床版の実施の形態１）
図１は本発明の鋼・コンクリート合成床版を構成する骨格体の実施の形態１の斜視図であり、図２は本発明の鋼・コンクリート合成床版の実施の形態１の斜視図である。また、図３ａはブロックジベルの実施の形態１の斜視図であり、図３ｂは図３ａのｂ−ｂ矢視図である。

図１で示す骨格体１０は、底鋼管１と、底鋼管１上に溶接にて固定された複数のブロックジベル２とから構成されている。

なお、Ｘ１方向はたとえば車両の走行方向であり、骨格体１０を具備する鋼・コンクリート合成床版が橋梁に適用される場合は、Ｘ１方向に延設する主桁に直交方向に架け渡されることで設置がおこなわれる。また、シールドトンネル内の床板に適用される場合は、トンネル内の左右の支持部に架け渡される。

図２で示すように、この骨格体１０の上方にコンクリート体２０を施工することによって鋼・コンクリート合成床版１００が製作される。

ここで、ブロックジベル２は、図３で示すように、中空２ａを具備し、切頭四角錐（四角は矩形）の形状を呈している。

図１，２からも明らかなように、必要せん断耐力によっては、底鋼板１上でブロックジベル２が密に配置される場合があり得る。このような構成において、ブロックジベル２が切頭角錐型を呈していることにより、上方から作業員が溶接にてブロックジベル２の足元と底鋼板１を接合するに当たり、ブロックジベル２の横断面積が上方に行くにつれて小さくなることから、良好な溶接作業性を確保することができる。

また、図１のＸ１方向を橋軸方向、直交方向を橋軸直角方向とした際に、切頭四角錐のブロックジベル２が底鋼板１と接する４つの端辺のうち、隣接する２つの端辺の一方が橋軸方向に向き、他方が橋軸直角方向に向くようにして切頭四角錐のブロックジベル２が配置される。橋軸方向、橋軸直角方向に必要となるブロックジベル２とコンクリート体２０の間の水平せん断耐力を満たすように、各切頭四角錐のブロックジベル２の有する各面の面積と、橋軸方向、橋軸直角方法へのブロックジベル２の基数が設計されるが、切頭四角錐のブロックジベル２を適用した場合は、この設計容易性も享受することができる。たとえば、切頭円錐形のブロックジベルを比較対象として想定した際に、これとの比較をおこなうことで切頭四角錐のブロックジベルの設計が容易であることが理解できる。

また、鋼・コンクリート合成床版１００は、従来構造のもののようにスタッドジベルを一切使用せず、中空２ａを具備するブロックジベル２のみによって骨格体１０とコンクリート体２０の一体化が図られていることから、製作が容易となる。

なお、ブロックジベルは、図１〜３で示す形態以外にも、図４ａで示すように切頭円錐型の形態や図４ｂで示すように切頭楕円錐型の形態、図４ｃで示すように切頭四角錐（四角は正方形）の形態、図４ｄで示すように四角柱型の形態などであってもよい。

また、鋼・コンクリート合成床版１００は、たとえば骨格体１０を工場におけるプレキャスト製とし、コンクリート体２０を現場施工してもよいが、鋼・コンクリート合成床版１００の全体をプレキャスト製とすることにより、鋼・コンクリート合成床版１００が橋梁の施工やトンネルの施工に適用された際の施工効率が高められ、工期短縮を図ることも可能である。

（鋼・コンクリート合成床版の実施の形態２）
図５は本発明の鋼・コンクリート合成床版を構成する骨格体の実施の形態２の斜視図であり、図６は本発明の鋼・コンクリート合成床版の実施の形態２の斜視図であり、図７は図６のVII−VII矢視図である。

図示する骨格体１０Ａは、底鋼板１上に間隔を置いて鋼製の縦リブ３が併設され、併設する縦リブ３間に複数の中空のブロックジベル２が配設されているものである。より詳細には、底鋼板１の端部に平鋼４が固定され、その内部に複数の縦リブ３が配設されている。

ここで、縦リブ３は、H型鋼やI型鋼、C型鋼などが適用できる。

また、底鋼板１に対して縦リブ３とブロックジベル２を同時に溶接することが可能である。

このように縦リブ３を備えた鋼・コンクリート合成床版１００Ａは、特にコンクリート体２０を現場打設にて施工する場合に好適である。この場合、コンクリート体２０の自重が部材断面を決定する支配要因となるため、コンクリート打設に際しては型枠支保工で対処することが一般的であるが、工期短縮の観点からこの型枠支保工を使用しないことを前提とした場合には底鋼板上に縦リブ３を取り付けておくことで、コンクリート体２０の自重によって生じる曲げモーメント等をこの縦リブ３にて対処することができる。

また、図７に示すように、ブロックジベル２の高さが鋼・コンクリート合成床版１００Ａの中立軸Ｎ以下の高さに設定されているのが好ましい。具体的には、鋼・コンクリート合成床版１００Ａの高さをt1とし、その中立軸Ｎの高さをt1/2とした際に、ブロックジベル２の高さt2がt1/2以下となるように調整する。

[合成床板の鋼材重量とコンクリート重量を検証した試算とその結果]
本発明者等は、以下２種の実施例1、2と比較例1、2にかかる合成床板を対象として、それぞれの鋼材重量とコンクリート重量を検証する試算をおこなった。以下、実施例1と比較例1、実施例2と比較例2がそれぞれ比較対象である。

（実施例1）
実施例1にかかる合成床板は、ブロックジベルを備え、コンクリート体を現場施工したものである。ここで、底鋼板の幅は2300mm、大型のI型鋼を２つ使用しており、全体重量は3100kgである。

（比較例1）
比較例1にかかる合成床板は、ブロックジベルを具備せず、コンクリート体を現場施工したものである。ここで、底鋼板の幅は2300mm、大型のI型鋼を３つ使用しており、I型鋼のウェブに孔開け加工をおこなっており、全体重量は3220kgである。

（実施例2）
実施例2にかかる合成床板は、ブロックジベルを備え、コンクリート体を含めてプレキャスト製の床板である。ここで、底鋼板の幅は2420mm、全体重量は14506kgである。

（比較例2）
比較例2にかかる合成床板は、ブロックジベルを具備せず、コンクリート体を含めてプレキャスト製の床板である。ここで、底鋼板の幅は2420mm、全体重量は17466kgである。

（比較検討結果）
実施例1と比較例1を比較すると、双方ともに大型のI型鋼を使用していることから、コンクリート打設に際して支保工は不要であった。また、実施例1は、中空のブロックジベルを配したことでコンクリートボリュームを抑えることができ、さらには、I型鋼の数も低減できたことで比較例1に比して全体重量を低減することができた。

一方、実施例2と比較例2を比較すると、双方ともにプレキャスト製であることから現場作業量が大幅に低減した。また、実施例2は、中空のブロックジベルを配したことでコンクリートボリュームを抑えることができ、比較例2に比して全体重量を低減することができた。

本発明者等はさらに、合成床板重量の比較を床板支間長ごとに実施する試算をおこなった。ここで、比較例Aは縦断面において縦リブに5枚の平鋼を適用した床板であり、比較例Bは縦リブに3枚のI型鋼を適用した床板であり、実施例Aは縦リブに2枚のI型鋼を使用し、さらにブロックジベルを配した床板である。なお、各床板ともに、縦断面の両端部には図５で示すように2枚の平鋼を別途有している。また、比較例A、比較例B、実施例Aはともに、死荷重による底鋼板の応力度と活荷重による底鋼板の応力度の合計値が同程度となるようにリブの配置本数などを決定した。試算結果を図８に示す。

同図より、比較例A、Bに比して実施例Aでは、各支間長ともにおよそ20%程度の重量低減が実現できることが分かった。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…底鋼板、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…ブロックジベル、２ａ…中空、３…縦リブ（I型鋼）、４…縦リブ（平鋼）、１０，１０Ａ…骨格体、２０…コンクリート体、１００，１００Ａ…鋼・コンクリート合成床版

Claims (7)

1. 底鋼板と、該底鋼板上に固定された複数の中空のブロックジベルと、からなる骨格体と、底鋼板上でブロックジベルを埋設するようにして形成されたコンクリート体と、から形成されている鋼・コンクリート合成床版。
2. 前記ブロックジベルが切頭角錐型である請求項１に記載の鋼・コンクリート合成床版。
3. 前記切頭角錐型が切頭四角錐である請求項２に記載の鋼・コンクリート合成床版。
4. 橋軸方向に延設する主桁上に前記鋼・コンクリート合成床版が配設された際に、切頭四角錐のブロックジベルが底鋼板と接する４つの端辺のうち、隣接する２つの端辺の一方が橋軸方向に向き、他方が橋軸直角方向に向いている請求項３に記載の鋼・コンクリート合成床版。
5. ブロックジベルの高さが鋼・コンクリート合成床版の中立軸以下の高さに設定されている請求項１〜４のいずれかに記載の鋼・コンクリート合成床版。
6. 前記コンクリート体が工場製作されたプレキャスト製である、請求項１〜５のいずれかに記載の鋼・コンクリート合成床版。
7. 前記底鋼板上に間隔を置いて鋼製の縦リブが併設され、併設する縦リブ間に複数の中空のブロックジベルが配設されている請求項１〜６のいずれかに記載の鋼・コンクリート合成床版。

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