JP2015200158A

JP2015200158A - サンドイッチ型複合頂版を用いた鋼コンクリート複合構造物

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Publication number: JP2015200158A
Application number: JP2014080924A
Authority: JP
Inventors: 中川　敏之; Toshiyuki Nakagawa; 敏之中川; 竹内　大輔; Daisuke Takeuchi; 大輔竹内; 上條　崇; Takashi Kamijo; 崇上條; 雅之湯川; Masayuki Yugawa
Original assignee: Yokogawa Sumikin Bridge Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Sumikin Bridge Co Ltd
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-04-10
Also published as: JP6371571B2

Abstract

【課題】施工性および耐久性に優れ、設計の自由度が高く、経済性にも優れた鋼コンクリート複合構造物を提供する。【解決手段】コンクリート構造の側壁２間の上部にサンドイッチ型複合頂版３を設け、サンドイッチ型複合頂版３と側壁２の上部とを剛結する。サンドイッチ型複合頂版３は、下鋼板３ｂの上に並列する複数の形鋼４を溶接し、形鋼４のフランジ４ｂ上に上鋼板３ａを溶接して一体化した鋼殻内にコンクリートを充填する。サンドイッチ型複合頂版３の接合部には、サンドイッチ型複合頂版３の鋼殻と一体の接合部鋼殻１１を設け、側壁２の上部から突出する側壁主鉄筋１２および側壁配力鉄筋１３を接合部鋼殻１１内に納め、コンクリート１７を打設することで、剛結合の接合部を構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、サンドイッチ型複合床版を頂版とし、側壁部や底版部等をコンクリート構造とした鋼コンクリート複合構造物に関するものである。

近年、高強度コンクリートの利用やプレストレストコンクリート部材の採用などにより、大断面のボックスカルバートの建設が可能になっており、このような大断面のボックスカルバートは支間長１０ｍ前後の小規模橋梁の代替として比較的多く用いられている。

しかし、ボックスカルバートを橋梁の代替として用いる場合、頂版上を走行する車両の輪荷重が作用するため、５０ｃｍ程度の土かぶりを設けて頂版に作用する荷重を分散させたり、土かぶりを設けない場合には頂版を厚くして強度や疲労耐久性を高めたりするなどして対処している。
このような、大型のボックスカルバートに関しては、以下のような先行技術がある。

(1) 特許文献１には、側壁はプレキャストコンクリート部材とし、底版は場所打ちコンクリート部材とし、頂版はプレキャストコンクリート製の型枠部材に場所打ちコンクリートを打設する構成のボックスカルバートが開示されている。

(2) 特許文献２には、頂版および側壁はプレキャストコンクリート部材とし、底版はコンクリート部材とした上で、頂版内に配置した緊張材によって頂版にプレストレスを導入するボックスカルバートが開示されている。

(3) 非特許文献１には、鋼・コンクリート合成構造のサンドイッチ型複合頂版を用い、側壁と底版は鉄筋コンクリート構造とした複合構造のボックスカルバートが開示されている。

サンドイッチ型複合頂版は同版厚の鉄筋コンクリート製頂版よりも強度や疲労耐久性が高いので、頂版の厚さを半分程度に低減することができる。また、ボックスカルバート上を路面として利用する場合であっても、サンドイッチ型複合頂版の耐久性が高いことから、ボックスカルバート上の土被りは不要であるとされている。

(4) 特許文献３には、底鋼板と、その底鋼板の上面に所要間隔で並列配置した複数本の形鋼と、隣接する前記形鋼間に架け渡した連結鋼板とで、底鋼板と連結鋼板との間に中空部を形成し、その中空部内にコンクリートを充填したサンドイッチ型複合床版が開示されている。

特開２００３−１９３５４４号公報特許２００２−１９４８０３号公報特開平０７−０９０９７０号公報

小野辺良一、今野久志、三田村浩、吉村和真、「鋼・コンクリート合成サンドイッチ型複合頂版を使用した複合構造函渠の研究開発」、第６回複合構造の活用に関するシンポジウム、土木学会複合構造委員会、pp.43-1〜43-8、2005年11月

特許文献１記載の発明では、プレキャストコンクリート製の型枠部材の上に場所打ちコンクリートを打設して頂版部を構成しているが、ボックスカルバートの頂版の側壁付近には、外荷重の作用によって負の曲げモーメントが作用し、頂版上面のコンクリートにひび割れを生じる恐れがある。このため、大型のボックスカルバートでは、頂版の厚さを大きくする対処が必要となるが、これにより使用材料が増加するという問題がある。

特許文献２記載の発明では、頂版にプレストレスを導入することによって頂版の厚さを低減しているが、ボックスカルバート上を路面として利用する場合には、活荷重の作用によって頂版の側壁付近の曲げモーメントが増大するため、必要なプレストレス量が多くなったり、頂版の厚さを大きくしたりする対処が必要となるが、これにより使用材料が増加するという問題がある。

非特許文献１のサンドイッチ型複合頂版は、厚さ８ｍｍの上下鋼板（SM400）にパイプジベル（STK400）を溶接し、このパイプジベルを介して上鋼板、下鋼板およびコンクリートの３者を一体化させる構造となっている。上鋼板に溶接されたパイプジベルは下鋼板には溶接されず、また、下鋼板に溶接されたパイプジベルは上鋼板には溶接されていない。

しかし、非特許文献１のサンドイッチ型複合頂版は、鋼殻単体での剛性が小さいため、コンクリート打設時の荷重を支持できず、サンドイッチ型複合頂版の鋼殻を架設するのに先立ってボックスカルバート内に支保工を設置する必要があること、鋼殻単体での形状保持ができず、キャンバー調整が必要な構造になっていることなどの問題点がある。

さらに、非特許文献１には、側壁内に埋め込んだアンカーボルトでサンドイッチ型複合頂版を結合する構造が示されており、接合部に作用する曲げモーメントに抵抗するために壁厚内に複数列のアンカーボルトを配置しているが、このような接合構造の場合、側壁内に配置された鉄筋とアンカーボルトとの干渉を避けたり、アンカーボルト同士が近接したりしないようにするために、側壁の厚さを大きくする必要があるという問題もある。

本発明は、上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、施工性および耐久性に優れ、設計の自由度が高く、経済性にも優れた鋼コンクリート複合構造物を提供することを目的としている。

本発明のサンドイッチ型複合頂版を用いた鋼コンクリート複合構造物は、コンクリート構造の側壁間の上部にサンドイッチ型複合頂版を設け、前記サンドイッチ型複合頂版と前記側壁の上部とを剛結してなる鋼コンクリート複合構造物であって、前記サンドイッチ型複合頂版は、下鋼板の上に並列する複数の形鋼を溶接し、前記形鋼のフランジ上に上鋼板を溶接して一体化した鋼殻内にコンクリートを充填したものであり、前記側壁の上部と前記サンドイッチ型複合頂版の接合部にはサンドイッチ型複合頂版の鋼殻と一体の鋼殻を形成し、前記側壁の上部から突出する鉄筋を前記接合部の鋼殻内にかけて配筋し、コンクリートを打設することにより、前記サンドイッチ型複合頂版と前記側壁の上部とを剛結してなることを特徴とするものである。

本発明の鋼コンクリート複合構造物は、側壁間の上部にサンドイッチ型複合頂版を設けた形態を基本とし、構造物の種類は特に限定されないが、非特許文献１と同様、ボックスカルバートへの適用に適している。

上下の鋼板および形鋼を溶接した鋼殻を備えたサンドイッチ型複合頂版を用いることで、頂版厚の低減が可能となり、特に、スパンの大きな大型ボックスカルバート等に適し、頂版の上面を路面として利用する場合の耐久性も確保できる。

すなわち、鋼殻単体でも曲げ剛性が高く、コンクリートを打設してもほとんどたわまないため、非特許文献１の場合に必要となる支保工ならびにキャンバー調整が不要である。
鋼殻内にコンクリートを充填するコンクリートとしては、施工性や品質、強度の面から高流動コンクリートを用いることが好ましい。

サンドイッチ型複合頂版と前記側壁の上部とを剛結に関しては、例えば、サンドイッチ型複合頂版側の接合部の鋼殻をサンドイッチ型複合頂版の両側に設け、側壁の上部から突出する側壁の鉄筋上部を接合部の鋼殻内に納めた状態で、配筋およびコンクリートを介して構造的にラップさせる構造とすることができる。
コンクリート側壁とサンドイッチ型複合頂版の接合部において、両者をラップさせることで、側壁の厚さが小さい場合でも剛な接合部が構成可能になる。

本発明では、サンドイッチ型複合頂版を用いることで、鉄筋コンクリート製の頂版やプレストレストコンクリート製の頂版で問題となる側壁付近の負曲げモーメントによるコンクリートのひび割れの問題が解決され、上部を路面として利用する場合でも耐久性の低下の問題がない。

本発明では、サンドイッチ型複合頂版の鋼殻自体がコンクリートの打設に耐える剛性を備えているため、頂版コンクリート打設時の支保工や、頂版のキャンバー調整が不要である。

サンドイッチ型複合頂版の剛性と施工性に関連して、側壁の設計の自由度が増し、またサンドイッチ型複合頂版と側壁の上部とを剛結した構造であるため、側壁を薄くする設計が可能となる。

本発明の一実施形態を示す鉛直断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１の実施形態におけるサンドイッチ型複合頂版と鉄筋コンクリート側壁との接合部の一形態（スタッドジベル使用）を示したもので、(a)は接合部の鉛直断面図、(b)は鉄筋の取り合いを分離して示した図である。図３(a)のＢ−Ｂ断面図である。図１の実施形態におけるサンドイッチ型複合頂版と鉄筋コンクリート側壁との接合部の他の形態（孔あきジベル使用）を示した鉛直断面図である。図５のＣ−Ｃ断面図である。本発明を橋梁代用で利用される大型ボックスカルバートとして用いた場合の実施形態を示す鉛直断面図である。本発明を２階建て道路として用いた場合の実施形態を示す鉛直断面図である。図８の実施形態におけるサンドイッチ型複合頂版と鉄筋コンクリート側壁との接合部の一形態を示す鉛直断面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態（基本構造）における鉛直断面を示したもので、図２はそのＡ−Ａ断面図である。

この例は、底版１とその両側の側壁２がコンクリート構造であり、両側の側壁２の上部間にサンドイッチ型複合頂版３が設けられたボックスカルバートの場合であり、側壁２の上部とこれらをつなぐサンドイッチ型複合頂版３との接合部は剛結としている。
コンクリート構造の底版１および側壁２は、通常、鉄筋コンクリート構造であるが、プレストレストコンクリートやプレキャスト部材でもよい。

サンドイッチ型複合頂版部分３は、下鋼板３ｂの上にリブ材の機能を有する複数の形鋼４を溶接し、形鋼４のフランジ４ｂ上に上鋼板３ａを溶接して一体化した鋼殻内にコンクリート６を充填したものであり、鋼殻を架設した状態で、鋼殻自体が大きな曲げ剛性を有するため、支保工なしでも大スパンの架設が可能であり、コンクリート６（高流動コンクリート等）の充填打設に耐える構造となっている。図中、符号５は下鋼板３ｂどうしの継手を示し、屈曲させた下鋼板３ｂの端部をボルト接合する構造となっている。

図３は図１の実施形態におけるサンドイッチ型複合頂版３と鉄筋コンクリート側壁２との接合部を示したもので、図４はそのＢ−Ｂ断面図である。

この例では、サンドイッチ型複合頂版３の接合部に、サンドイッチ型複合頂版３の鋼殻と一体の接合部鋼殻１１を形成し、側壁２の上部から突出する側壁主鉄筋１２および側壁配力鉄筋１３を接合部鋼殻１１内に納め、コンクリート１７を打設することにより、サンドイッチ型複合頂版３と側壁２の上部とを剛結する構造としている。

なお、この例では、接合部鋼殻１１の上面が開口しており、側壁主鉄筋１２に添わせる形で上からＵ字鉄筋１６を配筋するとともに（図３(b）参照)、接合部鋼殻１１内を仕切る定着板１４に多数のスタッドジネル１５を設け、後打ちコンクリ−ト１７との一体性を高めている。

図５はサンドイッチ型複合頂版と鉄筋コンクリート側壁との接合部の他の形態を示したもので、図６はそのＣ−Ｃ断面図である。
この例では、接合部鋼殻１１内を仕切る定着板１８として、横方向鉄筋２０を貫通させる貫通孔１９を形成した孔あき鋼板ジベルを用いている。

図７は本発明の具体的な適用例として、本発明を橋梁代用で利用される大型ボックスカルバートとして用いた場合の実施形態を示したもので、下を掘割道路とする場合や、部分的な立体交差とする場合などに適用できる。

図８は他の適用例として、本発明を２階建て道路として用いた場合の実施形態を示したものである。下段は堀割道路でもよい。また、下段または上段を歩行者、自転車道路としてもよい。

図９は図８の実施形態におけるサンドイッチ型複合頂版３と側壁２との接合部の断面の一例を示したもので、側壁２の外側の主鉄筋１２を接合部鋼殻１１を貫通する形で上方へ延ばし、壁高欄２３に定着させる構造としている。
図５の実施形態と同様に、接合部鋼殻１１内を仕切る定着板１８には孔あき鋼板ジベルを用い、貫通孔１９に横方向鉄筋２０を通している。

１…底版、２…側壁、３…サンドイッチ型複合頂版、３ａ…上鋼板、３ｂ…下鋼板、４…形鋼（リブ材）、４ａ…ウェブ、４ｂ…フランジ、５…継手、６…コンクリート、１１…接合部鋼殻、１２…側壁主鉄筋、１３…側壁配力鉄筋、１４…定着板、１５…スタットジベル、１６…Ｕ字鉄筋、１７…接合部後打ちコンクリート、１８…定着板、１９…貫通孔、２０…横方向鉄筋、２１…盛土、２２…舗装、２３…壁高欄

Claims

コンクリート構造の側壁間の上部にサンドイッチ型複合頂版を設け、前記サンドイッチ型複合頂版と前記側壁の上部とを剛結してなる鋼コンクリート複合構造物であって、前記サンドイッチ型複合頂版は、下鋼板の上に並列する複数の形鋼を溶接し、前記形鋼のフランジ上に上鋼板を溶接して一体化した鋼殻内にコンクリートを充填したものであり、前記側壁の上部と前記サンドイッチ型複合頂版の接合部にはサンドイッチ型複合頂版の鋼殻と一体の鋼殻を形成し、前記側壁の上部から突出する鉄筋を前記接合部の鋼殻内にかけて配筋し、コンクリートを打設することにより、前記サンドイッチ型複合頂版と前記側壁の上部とを剛結してなることを特徴とするサンドイッチ型複合頂版を用いた鋼コンクリート複合構造物。
前記接合部の鋼殻は前記サンドイッチ型複合頂版の両側に設けられており、前記側壁の上部から突出する側壁の鉄筋上部を該接合部の鋼殻内に納めた状態で、配筋およびコンクリートを介して、前記サンドイッチ型複合頂版と前記側壁の上部を構造的にラップさせてあることを特徴とする請求項１記載のサンドイッチ型複合頂版を用いた鋼コンクリート複合構造物。
前記鋼コンクリート複合構造物がコンクリート構造の底版と該底版の両側のコンクリート構造の側壁と、該側壁間の上部に設けたサンドイッチ型複合頂版からなるボックスカルバートであることを特徴とする請求項１または２記載のサンドイッチ型複合頂版を用いた鋼コンクリート複合構造物。
前記サンドイッチ型複合頂版は前記ボックスカルバートの軸方向に複数接続されており、前記接合部の鋼殻には前記ボックスカルバートの軸方向に連続する複数のサンドイッチ型複合頂版に跨る鉄筋が貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項３記載のサンドイッチ型複合頂版を用いた鋼コンクリート複合構造物。