JP2017534008A - 組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材 - Google Patents

Abstract

本発明は、杭基礎キャップ内に埋め込まれている補強管を備え、補強管と中空鋼管橋脚の下セグメントの底部とが接続されコンクリートが打設されており、上下のセグメント橋脚柱がセグメント接続の方法で、且つ部分鉄筋メッシュが埋設されることで補強されるセグメント組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材が開示されている。鋼桁が組立式の方法により中空鋼管の橋脚柱の上セグメントと接続される。鋼桁と上セグメント橋脚柱にはプレストレス用の引張孔を形成しておく。本発明は、組立式の施工方法により、施工の工期と難しさを低減し、施工の進捗を早くし、接続方法が安全で信頼でき、制御しやすい。同時にコンクリートの受圧性能と鋼材の引張性能がよいというメリットを活用し、部材全体が経済的で取り扱いやすく、施工が簡単かつ迅速で、良い応用の将来性を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、工程構造の橋脚柱部材に関し、特に組立可能な施工方法による組合せ構造の橋脚柱部材に関し、当該部材は事前に製作しておき、便利に加工し取り付けられ、施工の進捗を効率的に早くし、良い工程応用の将来性を有し、構造工程の技術分野に属する。

橋脚は主として、トップハットと橋台本体から構成される。トップハットの役割はスパン支持体から伝えてきた、大きくて集中する力を分散させ、均一に橋台本体とアバットメント体に伝達することである。従って、トップハットは強度の高い材料で造るべきである。なお、架設及びメンテナンスに必要な作業領域を提供するために、トップハットは大きな平面サイズを有しなければならない。橋台本体とアバットメント体はスパンを支持する主体構造であり、スパン構造から伝えてきたすべての荷重を受けるだけではなく、さらに土の圧力、水流衝撃力、氷の圧力、船舶衝突力等の種々の荷重を直接受ける。そのため、すべての橋台本体とアバットメント体は、十分な強度、剛度、及び安定性を有する必要があり、橋梁構造の重要な構成部分を構成している。

現在公知の橋脚は、重力式橋脚と軽量橋脚の２種類に分けられる。重力式橋脚は、通常、コンクリート又は石から作製される構造体である。橋台本体の上には橋脚桁受が設けられ、下にはベースが接続される。その特徴は、材料の耐圧縮性を活用し、自身のサイズを大きくでき、垂直方向と水平方向の外力に対して強い。また、重力式橋脚は、長持ちであり、施工作業が容易であり、材料を調達しやすく、鋼材が節約される等のメリットを有する。重力式橋脚のデメリットは、材料重量が重く、外形が大きく重く、橋下における空間が低減され、地盤負荷が大きくなり、橋脚が高く、地盤支持力が低い場合、特に不利である。軽量橋脚は、外形がしなやかで美観であり、材料重量が軽く、地盤負荷を軽減し、基礎工事を節減することができ、組み立て構造又は滑動型枠で施工しやすく、施工の進捗促進、労働生産性向上に役立つ等のメリットを有する。デメリットは、場合により橋脚構造が複雑で、ある程度施工しにくく、施工時間進捗と制御にもある程度の難しさがある。

上記のことから分かるように、新型の組立式橋脚柱構造を設計することはすでに解决が望まれている技術問題となっている。

（発明の目的）
従来技術にあるデメリットを克服するために、本発明は、組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材を提供し、橋脚構造の力受けが合理的かつ安全であることを確保し、設計の要求を満足させる範囲において、同時に施工のコストと進捗を考慮し、部材の体積を低減し、施工の進捗を早くし安全性を向上する。

（技術方案）
上記の技術問題を解決するために、本発明が提供する組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材は、杭基礎キャップと、橋脚柱と、ビームとを備え、前記杭基礎キャップに補強管が埋設されており、前記橋脚柱は中空管状の構造であり、橋脚の上セグメントと橋脚の下セグメントとが組み立て接続されてなり、前記橋脚の下セグメントの下端が前記補強管とコンクリートとの間に取り付けられ、前記橋脚の上セグメントが山形鋼ブラケットにより前記ビームと組み立て接続され、前記ビームはプレストレス構造である。

好ましくは、前記補強管の底部にボトムプレートが溶接されており、前記ボトムプレートと前記補強管との間に補剛リブが溶接されており、前記ボトムプレートと前記補剛リブが前記杭基礎キャップのコンクリートに嵌められる。

好ましくは、前記橋脚の上セグメントの先端にＴ型開口クランプを有し、下端にフランジを有する。

好ましくは、前記橋脚の下セグメントの先端にフランジを有し、下端に放射状分布の補剛リブを有し、前記補剛リブがコンクリートに嵌められる。

好ましくは、前記橋脚の上セグメントと前記橋脚の下セグメントとの間に鉄筋メッシュが接続されており、前記橋脚の下セグメントの上端の内側に部分鉄筋メッシュが設けられている。

好ましくは、前記ビームはＨ形の断面の鋼桁である。

好ましくは、前記橋脚柱と前記ビームにコンクリートが注入されており、前記ビーム内にポストテンション工法によるプレストレス鋼撚線がさらに穿設されている。

本発明は、杭基礎キャップと、橋脚柱と、鋼桁とを事前に製作しておき、橋脚の下セグメントの下端に補剛リブを配置し、上端管壁内側に鉄筋メッシュを設け、外側に橋脚接続リングを設け、橋脚の上セグメントの下端外側に橋脚接続リングを設け、上端に前記鋼桁の張出Ｈ形鋼をラップするためのＴ型開口クランプを設けるステップ１と、
前記橋脚の下セグメントの取付、及び位置決めのためと、セグメントの力受けの補強を確保するために、前記杭基礎キャップ内に前記杭基礎キャップの断面補強管を埋め込み、そして前記杭基礎キャップを打設するステップ２と、
前記橋脚の下セグメントを前記杭基礎キャップの前記断面補強管に嵌設し、コンクリートを打設し前記橋脚の下セグメントと前記杭基礎キャップとを固定し接続させるステップ３と、
フランジにより上下のセグメントを接続させて橋脚柱を組み立て、断面の内部に鉄筋メッシュを設け接続を強化するステップ４と、
中空鋼管の前記橋脚柱と前記鋼桁とを接続させ、前記鋼桁両端の張出Ｈ形鋼を、前記橋脚柱の上端に設けられたＴ型開口クランプにラップさせるとともに、山形鋼ブラケットをボルトで取り付けて前記橋脚柱と前記鋼桁とを接続するステップ５と、
前記鋼桁両端の横方向にポストテンション工法でプレストレス鋼撚線を引っ張るステップ６と、
前記鋼桁から前記中空鋼管と前記鋼桁内にコンクリートを打設するステップ７とを備える上記の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材の施工方法を同時に提供している。

使用する場合、本発明のセグメント組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材は、杭基礎キャップ内に埋め込まれる中空鋼管を備え、杭基礎キャップは特殊な処理がされ補強管が埋設されて打設される。処理された杭基礎キャップと中空鋼管橋脚の下セグメントの底部はコンクリート打設により接続される。上下のセグメント橋脚柱はセグメント接続の方式により、かつ部分鉄筋メッシュが埋設されることで接続を強化する。鋼桁が組立式の方法により中空鋼管の橋脚柱の上セグメントと接続され、接続の方法は主として鋼桁両端の張出Ｈ形鋼と山形鋼ブラケットにより鋼管コンクリート橋脚柱と鋼桁とをボルトで組立て接続させる。鋼桁と上セグメント橋脚柱に孔を事前にあけておき、鋼桁と鋼管内にコンクリートを注入し、コンクリートが一定の材齢に達した後、鋼桁両端のプレストレス鋼撚線を引張り、セグメント組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材が形成される。

杭基礎キャップの処理は、キャップが打設される前に、杭基礎キャップ内に杭基礎キャップの断面補強管を埋め込み、橋脚の下セグメントの取付、位置決めとセグメントの力受けの補強を確保するようにする。

中空の橋脚の下セグメントは、事前に製作されておく場合、その下端に補剛リブを配置し、その管の上端の内側に鉄筋メッシュを設け、外側に橋脚接続リングを設ける。

橋脚の上セグメントは、事前に製作されておく方法で、下端外側に橋脚接続リングを設け、上端にＴ型開口の外管を設け、鋼桁の張出Ｈ形鋼とラップしやすいようにする。上下のセグメント橋脚柱の接続は上下の橋脚接続リングボルトにより行われ、断面の内部に鉄筋メッシュを設け、接続を強化する。

中空鋼管の橋脚柱と鋼桁とが縦方向に接続され、鋼桁両端の張出Ｈ形鋼を上端に設けられるＴ型開口の外管にラップさせるとともに、山形鋼ブラケットにより、ボルト組立により接続される。中空鋼管の橋脚柱と鋼桁両端とが横方向に接続され、ポストテンション工法によりプレストレス鋼撚線を引っ張る方法を用いる。上記の工程が完成した後、鋼桁から鋼管とビームにコンクリートを打設する。

以上のようにして、部材全体の作製が完成され、その独特なメリットを十分に発揮し、その作動の役割を果たす。

（有益な効果）
本発明の橋脚柱部材は組立式施工方法により、特別に設計された接続構造に基づき、以下の顕著な進歩を有する。
１．組立式橋脚構造により、施工の進捗を早くし、施工しやすく合理的且つ便利に取り付けること。
２．鋼管コンクリート橋脚柱は耐圧性が大きく、橋脚柱の体積が小さくなり、横方向プレストレスによる鉄筋引張で、ビームのスパンを大きくし、構造の安全性を確保することができ、転倒しないこと。
３．鋼桁にコンクリートを注入することにより、鋼材の耐引張強度力とコンクリート耐圧縮強度を十分に発揮し、設計の要求を満足させる範囲において、部材の建築高さと体積を小さくすること。
４．各セグメントは接続信頼性が強く、組立性能がよいこと。

上述した本発明の解决する技術問題、技術方案を構成する技術特徴及びこれらの技術方案の技術特徴によるメリットに加えて、本発明の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材が解决できる他の技術問題、技術方案に含まれる他の技術特徴及びこれらの技術特徴によるメリットは、添付図面に合わせてさらに詳説する。

図１は本発明の実施例におけるにコンクリート注入前のセグメント組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱の構造模式図である。 図２は図１におけるコンクリート注入後の構造模式図である。 図３は図１における杭基礎キャップの断面設計図である。 図４は図１における橋脚の上セグメントの構造模式図である。 図５は図４の左側面図である。 図６は図４の底面図である。 図７は図１における山形鋼ブラケットの構造模式図である。 図８は図７の右側面図である。 図９は図１における部分鉄筋メッシュの模式図である。 図１０は図９の平面図である。 図１１は図１における杭基礎キャップ断面補強管の模式図である。 図１２は図１１の平面図である。 図１３は図１における橋脚の下セグメントの模式図である。 図１４は図１３の底面図である。

（実施例）
添付図面には制限なく本発明に係る優先的実施例の構造模式図が開示されており、以下に添付図面と実施例に基づき本発明をさらに説明する。

図１〜図１４に示すコンクリート注入前のセグメント組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱体図のように、キャップが打設される前に、杭基礎キャップ１を処理し、杭基礎キャップ断面補強管２を埋設して打設し、杭基礎キャップ断面補強管２の頂部と杭基礎キャップ１の上面との間に橋脚の下セグメント３を入れるための凹溝を残しておくことで、事前に製作しておく下セグメント中空鋼管端部がそれと接続される場合の信頼性及び取り付けと位置決めの機能を達成しやすいようにする。補剛リブが下セグメント鋼管の橋脚柱端部に溶接されることで、橋脚の下セグメント３が形成される。橋脚の下セグメント３を事前に製作しておく場合、その下端に補剛リブを配置し、その管の上端の内側に鉄筋メッシュ４を設け、外側に橋脚接続リングを設ける。そして、橋脚の下セグメント３を杭基礎キャップ１に埋め込み、凹溝にそれと接続されるコンクリートを打設する。そして、打設したコンクリートが一定の材齢に達した後に、上部の取り付けを開始する。部分鉄筋メッシュ５を下セグメント上部の内側に入れ、橋脚の上セグメント８を取り付ける。なかでも、橋脚の上セグメント８は事前に製作しておく方法で、下端外側にフランジ式の上下橋脚接続リング７を設けておく。そして、接続ボルト６により、橋脚の上セグメント８は、橋脚の下セグメント３と接続される。上端にＴ型開口の外管を設け、鋼桁１２の張出Ｈ形鋼をラップしやすいようにする。橋脚の上セグメント８と鋼桁１２とは、山形鋼ブラケット１４により、横接続ボルト１３と縦接続ボルト１５とが用いられて組立式の方法により縦方向に接続される。鋼桁１２は、Ｈ形断面ビームと横方向補剛リブとを有し、両端と中間がＨ形であるほかに、接続されやすい。橋脚の上セグメント８と鋼桁１２の両端とが横方向に接続され、内部に横方向のプレストレス鉄筋９が穿設されており、端部にアンカー１０が取り付けられている。そして、ポストテンション工法により、プレストレス鋼撚線に引張力を作用させる方法を用いる。鋼桁１２と鋼管内にコンクリートを注入し、コンクリートが一定の材齢に達した後、橋脚の上セグメント８と鋼桁両端とが横方向に接続される。そして、プレストレス鋼撚線を引っ張るポストテンション工法を用いる。これにより、セグメント組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材が形成される。

施工する場合、まず設計に従い杭基礎キャップ断面の補強管のサイズ、橋脚の下セグメントのサイズ、接続ボルトのサイズ、橋脚の上セグメントのサイズ、プレストレス鉄筋のサイズ、鋼桁のサイズ、横接続ボルトのサイズ、山形鋼ブラケットのサイズと縦接続ボルトのサイズを決める。

以上に添付図面に基づき本発明の実施の態様について詳しく説明したが、本発明は説明された実施の態様に制限されるものではない。当業者には本発明の原理と技術的思想の範囲内において、これらの実施の態様について行われる種々の変化、変更、置換と変形は、依然として本発明の保護範囲に入るものとする。

（付記）
（付記１）
杭基礎キャップと、橋脚柱と、ビームとを備える組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材であって、
前記杭基礎キャップに補強管が埋設されており、
前記橋脚柱は中空管状の構造であり、橋脚の上セグメントと橋脚の下セグメントとが組み立て接続されてなり、
前記橋脚の下セグメントの下端が前記補強管とコンクリートとの間に取り付けられ、前記橋脚の上セグメントが山形鋼ブラケットにより前記ビームと組み立て接続され、
前記ビームはプレストレス構造である、
ことを特徴とする、組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。

（付記２）
前記補強管の底部にボトムプレートが溶接されており、前記ボトムプレートと前記補強管との間に補剛リブが溶接されており、前記ボトムプレートと前記補剛リブが前記杭基礎キャップのコンクリートに嵌められることを特徴とする、付記１に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。

（付記３）
前記橋脚の上セグメントの先端にＴ型開口クランプを有し、下端にフランジを有することを特徴とする、付記１に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。

（付記４）
前記橋脚の下セグメントの先端にフランジを有し、下端に放射状分布の補剛リブを有することを特徴とする、付記３に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。

（付記５）
前記橋脚の上セグメントと前記橋脚の下セグメントとの間に鉄筋メッシュが接続されており、前記橋脚の下セグメントの上端の内側に部分鉄筋メッシュが設けられていることを特徴とする、付記４に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。

（付記６）
前記ビームはＨ形の断面の鋼桁であることを特徴とする、付記５に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。

（付記７）
前記橋脚柱と前記ビームにコンクリートが注入されており、前記ビーム内にポストテンション工法によるプレストレス鋼撚線がさらに穿設されていることを特徴とする、付記６に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。

（付記８）
杭基礎キャップと、橋脚柱と、鋼桁とを事前に製作しておき、橋脚の下セグメントの下端に補剛リブを配置し、上端管壁内側に鉄筋メッシュを設け、外側に橋脚接続リングを設け、橋脚の上セグメントの下端外側に橋脚接続リングを設け、上端に前記鋼桁の張出Ｈ形鋼をラップするためのＴ型開口クランプを設けるステップ１と、
前記橋脚の下セグメントの取付、及び位置決めのためと、セグメントの力受けの補強を確保するために、前記杭基礎キャップ内に前記杭基礎キャップの断面補強管を埋め込み、そして前記杭基礎キャップを打設するステップ２と、
前記橋脚の下セグメントを前記杭基礎キャップの前記断面補強管に嵌設し、コンクリートを打設し前記橋脚の下セグメントと前記杭基礎キャップとを固定し接続させるステップ３と、
フランジにより上下のセグメントを接続させて橋脚柱を組み立て、断面の内部に鉄筋メッシュを設け接続を強化するステップ４と、
中空鋼管の前記橋脚柱と前記鋼桁とを接続させ、前記鋼桁両端の張出Ｈ形鋼を、前記橋脚柱の上端に設けられたＴ型開口クランプにラップさせるとともに、山形鋼ブラケットをボルトで取り付けて前記橋脚柱と前記鋼桁とを接続するステップ５と、
前記鋼桁両端の横方向にポストテンション工法でプレストレス鋼撚線を引っ張るステップ６と、
前記鋼桁から前記中空鋼管と前記鋼桁内にコンクリートを打設するステップ７とを備える、
ことを特徴とする、付記１に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材の施工方法。

１ 杭基礎キャップ
２ 杭基礎キャップ断面補強管
３ 橋脚の下セグメント
４ 鉄筋メッシュ
５ 部分鉄筋メッシュ
６ 接続ボルト
７ 上下橋脚接続リング
８ 橋脚の上セグメント
９ プレストレス鉄筋
１０ アンカー
１１ アンカーパッドプレート
１２ 鋼桁
１３ 横接続ボルト
１４ 山形鋼ブラケット
１５ 縦接続ボルト

Claims (8)

1. 杭基礎キャップと、橋脚柱と、ビームとを備える組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材であって、
   前記杭基礎キャップに補強管が埋設されており、
   前記橋脚柱は中空管状の構造であり、橋脚の上セグメントと橋脚の下セグメントとが組み立て接続されてなり、
   前記橋脚の下セグメントの下端が前記補強管とコンクリートとの間に取り付けられ、前記橋脚の上セグメントが山形鋼ブラケットにより前記ビームと組み立て接続され、
   前記ビームはプレストレス構造である、
   ことを特徴とする、組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。
2. 前記補強管の底部にボトムプレートが溶接されており、前記ボトムプレートと前記補強管との間に補剛リブが溶接されており、前記ボトムプレートと前記補剛リブが前記杭基礎キャップのコンクリートに嵌められることを特徴とする、請求項１に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。
3. 前記橋脚の上セグメントの先端にＴ型開口クランプを有し、下端にフランジを有することを特徴とする、請求項１に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。
4. 前記橋脚の下セグメントの先端にフランジを有し、下端に放射状分布の補剛リブを有することを特徴とする、請求項３に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。
5. 前記橋脚の上セグメントと前記橋脚の下セグメントとの間に鉄筋メッシュが接続されており、前記橋脚の下セグメントの上端の内側に部分鉄筋メッシュが設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。
6. 前記ビームはＨ形の断面の鋼桁であることを特徴とする、請求項５に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。
7. 前記橋脚柱と前記ビームにコンクリートが注入されており、前記ビーム内にポストテンション工法によるプレストレス鋼撚線がさらに穿設されていることを特徴とする、請求項６に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材。
8. 杭基礎キャップと、橋脚柱と、鋼桁とを事前に製作しておき、橋脚の下セグメントの下端に補剛リブを配置し、上端管壁内側に鉄筋メッシュを設け、外側に橋脚接続リングを設け、橋脚の上セグメントの下端外側に橋脚接続リングを設け、上端に前記鋼桁の張出Ｈ形鋼をラップするためのＴ型開口クランプを設けるステップ１と、
   前記橋脚の下セグメントの取付、及び位置決めのためと、セグメントの力受けの補強を確保するために、前記杭基礎キャップ内に前記杭基礎キャップの断面補強管を埋め込み、そして前記杭基礎キャップを打設するステップ２と、
   前記橋脚の下セグメントを前記杭基礎キャップの前記断面補強管に嵌設し、コンクリートを打設し前記橋脚の下セグメントと前記杭基礎キャップとを固定し接続させるステップ３と、
   フランジにより上下のセグメントを接続させて橋脚柱を組み立て、断面の内部に鉄筋メッシュを設け接続を強化するステップ４と、
   中空鋼管の前記橋脚柱と前記鋼桁とを接続させ、前記鋼桁両端の張出Ｈ形鋼を、前記橋脚柱の上端に設けられたＴ型開口クランプにラップさせるとともに、山形鋼ブラケットをボルトで取り付けて前記橋脚柱と前記鋼桁とを接続するステップ５と、
   前記鋼桁両端の横方向にポストテンション工法でプレストレス鋼撚線を引っ張るステップ６と、
   前記鋼桁から前記中空鋼管と前記鋼桁内にコンクリートを打設するステップ７とを備える、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の組立式鉄筋コンクリート組合せ構造の橋脚柱部材の施工方法。

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