JP2019124061A - プレハブ構造およびコンクリート構造物の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で且つ剛性が高いプレハブ構造を提供する。【解決手段】プレハブ構造１は、略平行に配置された上下の主鋼材１１、１２と、主鋼材１１、１２の間に設けられたパネル材１８と、上下の主鋼材１１、１２の間に設けられ、パネル材１８に上部が取付けられ、パネル材１８から離れるにつれ下に向かうように傾斜し、下部が下側の主鋼材１２に取付けられた斜材１６と、を有し、下側の主鋼材１２に埋設型枠１４が接続される。【選択図】図３

Description

本発明は、鋼材を予め組み立てたプレハブ構造およびこれを用いたコンクリート構造物の構築方法に関する。

トンネル等に用いるボックスカルバートの頂版は、支保工を立てて型枠を設置し、その上に配筋を行いコンクリートを打設することで構築できる。

支保工の設置には多大な作業が必要であり、これを省略する技術として、プレキャストコンクリートによる埋設型枠に鋼製リブ材を配置したものがある（例えば特許文献１、２等）。このような型枠構造を現場に架設してコンクリート打設時に用いることで支保工を省略することが可能である。

特開2016-3531号公報 特開2017-166229号公報

支保工を低減しつつ大規模なコンクリート構造物を構築する場合、コンクリート打込み時の重量に対して十分な強度、剛性を確保するためには型枠構造の剛性を高める必要がある。

そのため、型枠構造に多くの鋼材を使用する必要があり不経済である。また多くの鋼材が設置された状態で配筋作業を行う必要があり、施工が煩雑となる。特にボックスカルバートの隅角部にある頂版と側壁の接合部分は、外力を受けた際に損傷せず、頂版や側壁の損傷が先行するように設計されるため、大量の補強鉄筋が配置され、施工時の配筋作業が煩雑となる。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で且つ剛性が高いプレハブ構造等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための本発明は、略水平方向の主鋼材と、前記主鋼材に取付けられた略鉛直方向の圧縮材と、前記圧縮材に上部が取付けられ、前記圧縮材から離れるにつれ下に向かうように傾斜し、下部が前記主鋼材に取付けられた斜材と、を有することを特徴とするプレハブ構造である。

本発明のプレハブ構造は型枠の支持材などとして機能させることができ、主鋼材、斜材と圧縮材が一体化され、これによりプレハブ構造に剛性が付与される。特に本発明では斜材と圧縮材によりトラス構造が形成され、斜材がプレハブ構造に生じる荷重を引張力のみで負担し、圧縮材は斜材の引張力により生じる圧縮力に抵抗し、荷重を斜材の引張力と圧縮材の圧縮力を介してプレハブ構造の支点に伝達できる。結果、簡単な構成でプレハブ構造に高い剛性が得られてそれ自体で平面保持が成立し、支保工を省略することが可能である。また圧縮材を始めとする各部材は構造物の補強材としても機能することから、前記したボックスカルバートの隅角部などの配筋作業を省略することもできる。

前記斜材の下部を取付けた前記主鋼材に、型枠が接続されることが望ましい。前記型枠は例えばコンクリート製のプレキャスト部材である。
プレハブ構造は、その主鋼材に型枠を接続することで型枠の支持に用いることができ、型枠の支保工を省略できる。型枠にはコンクリート製のプレキャスト部材を用い、コンクリート構造物の埋設型枠とできる。この場合、型枠を組立てた後コンクリートを打設し、コンクリート強度の発現を待って型枠を脱型し解体するといった作業が不要となる。

前記主鋼材は上下に略平行に配置され、前記圧縮材は上下の前記主鋼材に取付けられ、前記斜材の下部は、下側の前記主鋼材に取付けられることが望ましい。
本発明のプレハブ構造は、上下の主鋼材と主鋼材に取付けた斜材および圧縮材が一体化されることによってより高い剛性を確保することができる。

前記斜材は、前記斜材の張力を調整するための張力調整機構を有することが望ましい。
これにより、プレハブ構造に高い初期剛性が得られ、また部材に負曲げを発生させることでコンクリート構造物のひびわれ発生リスクを低減することもできる。

前記圧縮材は例えばパネル材である。
圧縮材としてパネル材を用いることで、圧縮力に好適に抵抗することができる。

第２の発明は、第１の発明のプレハブ構造を、前記圧縮材の位置を支点に載置して架設し、下側の前記主鋼材に接続された型枠上にコンクリートを打設することを特徴とするコンクリート構造物の構築方法である。

本発明により、簡単な構成で且つ剛性が高いプレハブ構造等を提供することができる。

プレハブ構造１を示す図。 プレハブ構造１を示す図。 プレハブ構造１による頂版の構築方法を示す図。 主鋼材１１ａ、１２ａの例を示す図。 プレハブ構造１ａを示す図。 プレハブ構造１ａを示す図。 プレハブ構造１ｂを示す図。 プレハブ構造１ｃを示す図。 プレハブ構造１ｃによる頂版の構築方法を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

[第１の実施形態]
（１．プレハブ構造１）
図１は本発明の第１の実施形態に係るプレハブ構造１を示す図であり、図２は図１の線Ａ−Ａによる鉛直方向の断面を示す図である。このプレハブ構造１は、ボックスカルバートの側壁上に頂版（コンクリート構造物）を構築する際に、頂版のコンクリートを打設するための型枠構造として用いられる。

プレハブ構造１は、鋼材と、コンクリート製のプレキャスト部材による埋設型枠１４とを有する複合ハーフプレキャスト部材として構成され、その架設時およびコンクリート打設時の支保工を代替できる高い剛性を有し、支保工を省略可能なものである。またプレハブ構造１（埋設型枠１４を除く）は頂版の補強材として機能し、頂版の配筋作業を省略できる。

プレハブ構造１は、鋼材として上下の主鋼材１１、１２、接続鋼材１３、斜材１６、およびパネル材１８（圧縮材）等を有し、これらの部材を一体化することで高い剛性が得られる。図２に示すように、上下の主鋼材１１、１２および接続鋼材１３は平面において主鋼材１１、１２と直交する方向に複数配置される。

埋設型枠１４は下側の主鋼材１２に接続されており、埋設型枠１４上にコンクリートを打設することで頂版が構築され、そのコンクリート内に主鋼材１１、１２、接続鋼材１３、斜材１６、およびパネル材１８等が埋設される。

主鋼材１１、１２は略水平方向の部材であり、上下に略平行に配置される。主鋼材１１、１２にはCT形鋼等の形鋼が用いられる。

上下の主鋼材１１、１２は接続鋼材１３により接続される。接続鋼材１３にはL形鋼等の形鋼が用いられる。接続鋼材１３は、格点部１３１において主鋼材１１、１２と回転可能に接続される。

埋設型枠１４は、チャンネル材１５を介して下側の主鋼材１２に接続される。埋設型枠１４にはコンクリート製のプレキャスト部材が用いられ、チャンネル材１５の上部を主鋼材１２にボルト等を用いて接続し、チャンネル材１５の下部を埋設型枠１４に埋設することで、埋設型枠１４が主鋼材１２に接続される。これにより埋設型枠１４と主鋼材１２を強固に接続でき、埋設型枠１４がプレハブ構造１の構造部材として機能し剛性を高めることができる。ただし、チャンネル材１５の下部を埋設型枠１４に埋設させず、ボルト等によってチャンネル材１５と埋設型枠１４を連結してもよい。

チャンネル材１５の上に下側の主鋼材１２を設置することで、下側の主鋼材１２の周囲に埋設型枠１４上に打設するコンクリートが充填されることになり、両者の一体性の確保において有利である。しかしながら、主鋼材１２と埋設型枠１４をボルト等によって直接接続したり、主鋼材１２を埋設型枠１４に埋設することも可能である。

斜材１６とパネル材１８は上下の主鋼材１１、１２の間に設けられる。パネル材１８は上下の主鋼材１１、１２の両端部に配置され、斜材１６は両パネル材１８の上部と下側の主鋼材１２の中間部の間に配置される。

斜材１６は、その上部をパネル材１８の上部に取付け、パネル材１８から離れるにつれて下側に向かうように傾斜して配置され、下部が主鋼材１２の中間部に取付けられる。斜材１６には例えば平鋼等の鋼材が用いられる。

パネル材１８には鋼板が用いられ、図２に示すように上下の主鋼材１１、１２を両側から挟むように略鉛直方向に配置される。パネル材１８は溶接あるいはボルト等によって上下の主鋼材１１、１２に取付けられる。なお、パネル材１８として高い引張強度を有する繊維補強コンクリート板を用いることも可能である。また、パネル材１８は、主鋼材１１、１２の片側のみで、上下の主鋼材１１、１２を連結するように略鉛直方向に配置されてもよい。

プレハブ構造１では、斜材１６の上部、パネル材１８、および上側の主鋼材１１を貫通する孔（不図示）が形成され、当該孔にボルト１９１の軸部が通され、その先端にナット１９２を締め込むことで斜材１６の上部、パネル材１８、および上側の主鋼材１１が一体化される。

また、斜材１６の下部と下側の主鋼材１２を貫通する孔（不図示）も形成され、上記と同じく当該孔にボルト１９１の軸部が通され、その先端にナット１９２を締め込むことで斜材１６の下端部と下側の主鋼材１２が一体化される。

図２に示すように、斜材１６とパネル材１８は、主鋼材１１、１２と平面において直交する方向の両端部の主鋼材１１、１２に取付けられ、その間の主鋼材１１、１２では省略される。

プレハブ構造１を用いて頂版を構築する際は、まず図３（ａ）に示すように、プレハブ構造１を、パネル材１８の位置をボックスカルバートの側壁２０（支点）の上端部の鋼材に載置して側壁２０の間に架設する。必要に応じて、主鋼材１１、１２と平面において略直交する方向の配力用鋼材として鉄筋等（不図示）を配置することも可能である。

そして、図３（ｂ）に示すように埋設型枠１４の上にコンクリート３０を打設する。特に図示しないが、コンクリート３０の打設時は埋設型枠１４以外の必要な箇所に型枠が配置される。

この際、斜材１６は埋設型枠１４上に打設されるコンクリート３０の荷重ａを引張力ｂにより負担する。斜材１６の引張力ｂによりパネル材１８には鉛直方向の圧縮力ｃが生じ、パネル材１８がこの圧縮力ｃに抵抗することで、荷重ａが斜材１６の引張力とパネル材１８の圧縮力を介して側壁２０に伝達される。これら斜材１６とパネル材１８の組合せによって埋設型枠１４上に打設されるコンクリートの荷重ａに効果的に抵抗することができる。

これはプレハブ構造１の架設時のプレハブ構造１の自重に関しても同様であり、プレハブ構造１は架設時とコンクリート打設時の双方において高い平面保持を成立させ、支保工を省略することが可能である。またプレハブ構造１の埋設型枠１４を除く各部材は頂版の補強材としても機能することから頂版の配筋作業を省略することができる。例えばパネル材１８はボックスカルバートの隅角部の補強筋として機能し、隅角部における配筋作業を省略することができる。

なお、前記した斜材１６やパネル材１８は、プレハブ構造１の斜材１６やパネル材１８を除く部材を側壁２０間に架設した後でプレハブ構造１に取付けることも可能である。この場合は、接続鋼材１３を格点部１３１で回転させて倒し、上下の主鋼材１１、１２を折り畳んだ状態で地上に配置しておき、これを立て起こして側壁２０間に架設した後、斜材１６やパネル材１８の取付作業を行えばよい。

以上説明したように、本実施形態のプレハブ構造１は埋設型枠１４の支持材として機能させることができ、上下の主鋼材１１、１２、接続鋼材１３、斜材１６、パネル材１８等が一体化され、これによりプレハブ構造１に剛性が付与される。

特に本実施形態では斜材１６とパネル材１８によりトラス構造が形成され、斜材１６がプレハブ構造１に生じる荷重を引張力のみで負担し、パネル材１８は斜材１６の引張力により生じる圧縮力に抵抗し、荷重が斜材１６の引張力とパネル材１８の圧縮力を介して側壁に伝達される。結果、簡単な構成でプレハブ構造１に高い剛性が得られてそれ自体で平面保持が成立し、支保工を省略することが可能である。

また斜材１６には引張力のみが作用し、座屈が生じないため、剛性の確保のために必要な斜材１６の諸元を最小化させることが可能である。また、斜材１６には引張力のみが作用するため、部材の変形に伴い斜材１６の上部と下部を取付けるためのボルト１９１とこれを通す孔の間に隙間が無くなり、斜材１６に確実に荷重を負担させることが出来る。

プレハブ構造１の主鋼材１２にはコンクリート製のプレキャスト部材による埋設型枠１４が接続され、プレハブ構造１により埋設型枠１４を支持することで型枠の支保工を省略できる。また、型枠を組立てた後コンクリートを打設し、コンクリート強度の発現を待って型枠を脱型し解体するといった作業が不要となる。

またプレハブ構造１の埋設型枠１４を除く各部材は頂版の補強材としても機能することから頂版の配筋作業を省略することができる。特にパネル材１８はボックスカルバートの隅角部の補強材として機能し、隅角部における配筋作業を大幅に軽減できる。

結果、本実施形態では支保工の設置や撤去作業、型枠の組立・解体作業、頂版の配筋作業の負担が軽減され、頂版の施工が省力化される。

しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば本実施形態ではボックスカルバートの頂版を構築する際にプレハブ構造１を用いているが、その他のコンクリート構造物を構築する際にも適用可能である。また本実施形態ではプレハブ構造１を側壁２０上に載置しているが、柱等の上に載置してもよい。

またプレハブ構造１には埋設型枠１４の代わりにコンクリート打設後に取り外す仮設の型枠を設けてもよく、この場合はコンクリート製のプレキャスト部材でなく鋼板等を型枠に用いてもよい。またプレハブ構造１において型枠を省略し、型枠をコンクリート打設時に別途配置することも可能である。この場合も、プレハブ構造１は頂版の補強材として機能する。

また本実施形態では、前記の圧縮力を負担する圧縮材としてパネル材１８を用いることで圧縮力に好適に抵抗することができるが、パネル材１８に代えて略鉛直方向の柱材等を用いることも可能である。いずれにせよ前記の圧縮力に抵抗できるものであればよい。

また、場合によっては上側の主鋼材１１を省略することも可能である。ただし、本実施形態では上下の主鋼材１１、１２と主鋼材１１、１２に取付けた斜材１６およびパネル材１８が一体化されることによってプレハブ構造１により高い剛性を確保できる利点がある。

さらに、図４に示すように、上下の主鋼材１１ａ、１２ａのそれぞれを、鉛直面同士を背中合わせに配置した２本のＬ字状の鋼材（アングル材）１１１、１２１で構成してもよい。図４の例では、パネル材１８がアングル材１１１、１１１の間、およびアングル材１２１、１２１の間に挟まれて１枚配置される。

以下、本発明の別の例について第２〜第４の実施形態として説明する。各実施形態はそれまでに説明した実施形態と異なる点について主に説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また第１の実施形態も含め、各実施形態で説明する構成は必要に応じて組み合わせて用いることが可能である。

［第２の実施形態］
図５は本発明の第２の実施形態に係るプレハブ構造１ａを示す図であり、図６は図５の線Ｂ−Ｂによる鉛直方向の断面を示す図である。このプレハブ構造１ａは、斜材１６ａの構成において第１の実施形態と異なる。

斜材１６ａは、取付部１６１、ネジ鋼１６２、および張力調整機構１６３等を有し、上下の取付部１６１に設けたネジ鋼１６２の先端を張力調整機構１６３に接続した構成となっている。

取付部１６１は斜材１６ａを上下の主鋼材１１、１２に取付けるものである。

張力調整機構１６３は斜材１６ａの張力の調整を行うためのものである。張力調整機構１６３には例えばネジ鋼１６２の先端と螺合するターンバックルが用いられ、ターンバックルを回転させてネジ鋼１６２をターンバックル側に締め込むことで斜材１６ａの張力を上昇させることができる。

プレハブ構造１ａでは、斜材１６ａの上部の取付部１６１、パネル材１８、および上側の主鋼材１１を貫通する孔（不図示）が形成され、当該孔にボルト１９１の軸部が通され、その先端にナット１９２を締め込むことで、斜材１６の上部の取付部１６１、パネル材１８、および上側の主鋼材１１が一体化される。

また、斜材１６ａの下部の取付部１６１と下側の主鋼材１２を貫通する孔（不図示）も形成され、上記と同じく当該孔にボルト１９１の軸部が通され、その先端にナット１９２を締め込むことで斜材１６ａの下部の取付部１６１と下側の主鋼材１２が一体化される。

図６に示すように、第２の実施形態でも、斜材１６ａとパネル材１８が、主鋼材１１、１２と平面において直交する方向の両端部の主鋼材１１、１２に取付けられ、その間の主鋼材１１、１２ではこれらが省略される。なお、本実施形態では斜材１６ａが上下の主鋼材１１、１２の両側で傾斜方向を変えて設けられ、剛性の確保に有利となるが、いずれかの側のみに配置してもよい。

第２の実施形態のプレハブ構造１ａは、斜材１６ａの張力を調整可能することで、取付部１６１のボルト１９１とボルト１９１を通す孔の隙間を初めから解消できるため、部材の変形が微小な段階であっても斜材１６ａに荷重が伝達され、高い初期剛性を確保できる。また、張力の調整によりプレハブ構造１ａの各部材に負曲げを作用させることができ、コンクリート３０及び埋設型枠１４のひび割れ発生リスクの低減効果がある。

［第３の実施形態］
図７は本発明の第３の実施形態に係るプレハブ構造１ｂを示す図である。このプレハブ構造１ｂは、パネル材１８ａの構成において第２の実施形態と異なる。

すなわち、本実施形態ではパネル材１８ａに鋼板が用いられ、パネル材１８ａには複数の孔１８１が設けられる。このように、パネル材１８ａに孔１８１を設けることでコンクリート３０との一体性を向上させることが可能である。

その他、パネル材１８ａに繊維補強コンクリート等を用いる場合などでは、表面に凹凸を設けることでコンクリート３０との一体性を向上させることも可能である。

［第４の実施形態］
図８は本発明の第４の実施形態に係るプレハブ構造１ｃを示す図である。このプレハブ構造１ｃは橋梁などのボックスカルバートにおける大スパンの頂版の構築に用いられ、これに合わせて、主鋼材１１、１２、斜材１６ａ、パネル材１８ａ等による構成を連結して大スパンとしたものである。

すなわち、このプレハブ構造１ｃでは、パネル材１８ａが主鋼材１１、１２に沿った方向に間隔を空けて３か所に配置され、隣り合うパネル材１８ａの間に主鋼材１１、１２、斜材１６ａが配置される。なお、この例では斜材１６ａが主鋼材１１、１２の一方の側にのみ設けられる。

中央のパネル材１８ａはその両側の主鋼材１１、１２同士を連結する添接板としても用いられ、これにより中央のパネル材１８ａの両側の主鋼材１１、１２が連結される。中央のパネル材１８ａはせん断補強鋼材としても機能する。

プレハブ構造１ｃを架設してコンクリート構造物を構築する際は、図９（ａ）に示すように、プレハブ構造１ｃを、各パネル材１８ａの位置で側壁４０（支点）の上端部の鋼材と中間壁５０（支点）の上に載置して側壁４０間に架設し、図９（ｂ）に示すように埋設型枠１４の上にコンクリート３０を打設する。コンクリート３０の打設時は埋設型枠１４以外の必要な箇所に型枠（不図示）が配置される。なお、場合によってはプレハブ構造１ｃの両端部のパネル材１８ａと斜材１６ａを省略することも可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ：プレハブ構造
１１、１１ａ、１２、１２ａ：主鋼材
１３：接続鋼材
１４：埋設型枠
１５：チャンネル材
１６、１６ａ：斜材
１８、１８ａ：パネル材
２０、４０：側壁
３０：コンクリート
５０：中間壁
１１１、１２１：アングル材
１３１：格点部
１６１：取付部
１６２：ネジ鋼
１６３：張力調整機構
１８１：孔
１９１：ボルト
１９２：ナット

Claims (7)

1. 略水平方向の主鋼材と、
   前記主鋼材に取付けられた略鉛直方向の圧縮材と、
   前記圧縮材に上部が取付けられ、前記圧縮材から離れるにつれ下に向かうように傾斜し、下部が前記主鋼材に取付けられた斜材と、
   を有することを特徴とするプレハブ構造。
2. 前記斜材の下部を取付けた前記主鋼材に、型枠が接続されたことを特徴とする請求項１記載のプレハブ構造。
3. 前記主鋼材は上下に略平行に配置され、
   前記圧縮材は上下の前記主鋼材に取付けられ、
   前記斜材の下部は、下側の前記主鋼材に取付けられることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプレハブ構造。
4. 前記型枠はコンクリート製のプレキャスト部材であることを特徴とする請求項２記載のプレハブ構造。
5. 前記斜材は、前記斜材の張力を調整するための張力調整機構を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のプレハブ構造。
6. 前記圧縮材はパネル材であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のプレハブ構造。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のプレハブ構造を、前記圧縮材の位置を支点に載置して架設し、
   前記斜材の下部を取付けた前記主鋼材に接続された型枠上にコンクリートを打設することを特徴とするコンクリート構造物の構築方法。

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