JP2019152015A - 鋼角ストッパー埋込み部補強構造及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼角ストッパーが埋込まれたコンクリート構造物にプレストレスを付与することによって、コンクリート構造物内に生じる水平方向の応力を低減し、コンクリート構造物の耐久性を向上させることができるようにする。【解決手段】コンクリート構造物と、少なくとも下端が前記コンクリート構造物に埋込まれ、少なくとも上端が前記コンクリート構造物の上面から突出する鋼角ストッパー３１と、前記コンクリート構造物に配設されたプレストレス付与部材３５とを備え、前記コンクリート構造物の側面から内部に向かう水平方向のプレストレスが前記コンクリート構造物に付与される。【選択図】図６

Description

本開示は、鋼角ストッパー埋込み部補強構造及び方法に関するものである。

従来、高架橋等の鉄道構造物として、鉄筋コンクリート製の鉄筋コンクリート構造物が広く使用されている。このような鉄道構造物においては、下部工であるラーメン高架橋又は橋脚と、下部工の上に載置される上部工である橋桁とを連結するためにストッパーが使用されている。該ストッパーに要求される機能は、地震時の振動や列車の横圧によって生じる橋桁の移動を制限すること、橋桁の落橋を防止すること等である。そして、ストッパーとしては、橋桁の移動を制限するだけの高い剛性が必要であり、地震後においても、余震を考慮して、変位を制限することができるだけの剛性を保持することが望ましいので、従来から、角型鋼管にコンクリートを充填した鋼角ストッパーが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１は従来の鋼角ストッパーを下部工と上部工との連結部に適用した例を示す斜視図である。

図において、２１は高架橋の橋桁であって、鉄筋コンクリート製であり、その上面に鉄道の線路、すなわち、軌道２５が敷設されている。また、１１は高架橋の橋脚であって、鉄筋コンクリート製であり、前記橋桁２１を支承している。具体的には、橋脚１１の上端部に形成された桁座１２の桁座上面１２ａ上に前記橋桁２１の桁端２２が載置されている。また、図に示されるように、前記桁座上面１２ａと桁端下面２２ａとの間には、桁座上面１２ａに形成された沓座１３及び該沓座１３上に載置されたゴムシュー２６を介在させることが望ましい。なお、図においては、説明の都合上、橋桁２１の桁端２２の一部の図示が省略されている。

また、地震時の振動や列車の横圧によって生じる橋桁２１の水平方向の移動を制限するために角型鋼管にコンクリートを充填した鋼角ストッパー３１の下部が桁座１２に埋込まれ、前記鋼角ストッパー３１の上部が桁端２２に隙間ばめで挿入されている。なお、前記鋼角ストッパー３１は、図に示されるように、橋桁２１の幅方向に並ぶように、複数本（図に示される例では、２本）配設されることが望ましい。また、桁座上面１２ａと桁端下面２２ａとの間には、後述される空隙２４が存在し、鋼角ストッパー３１の中間部分は前記空隙２４に露出している。

このように、高い剛性を有する鋼角ストッパー３１が配設されているので、橋脚１１に対する橋桁２１の水平方向の移動が適切に制限される。

特開２０１７−０４４５８５号公報

しかしながら、前記従来の技術では、地震時のように大きな衝撃を受けた場合、鋼角ストッパー３１の下端及びその近傍が埋込まれている下部工としての桁座１２が損傷を受けてしまうことがある。

図２は従来の鋼角ストッパーが埋込まれた下部工が地震によって受けた損傷を示す写真、図３は従来の鋼角ストッパーが埋込まれた下部工と上部工との連結部を示す模式側面透視図、図４は従来の鋼角ストッパーが埋込まれた下部工の損傷を説明する二面図、図５は従来の鋼角ストッパーが埋込まれた下部工に作用する応力を説明する模式側面透視図である。なお、図２において、（ａ）は桁座の全体を示す写真、（ｂ）は（ａ）の矢示部を拡大した写真であり、図４において、（ａ）は模式上面透視図、（ｂ）は模式正面透視図である。

図２に示されるように、桁座１２が損傷を受けた場合、高所作業車を使用した点検が必要であり、時間と労力が必要となる。また、復旧作業を行うための作業空間が狭隘なので、復旧に長い時間がかかるだけでなく、復旧作業自体が困難となる場合もある。

一般に、鋼角ストッパー３１は、図３及び４に示されるように、取付けられている。図３に示されるように、前記鋼角ストッパー３１の下端及びその近傍が桁座１２に埋込まれ、桁座上面１２ａから上方に突出する鋼角ストッパー３１の上端及びその近傍は桁端下面２２ａに開口するように桁端２２に形成された上下方向に延在する空洞である上部収容空洞２３内に隙間ばめで挿入されて収容されている。すなわち、前記鋼角ストッパー３１の上端及びその近傍は、上部収容空洞２３に対して水平方向の公差をもって嵌合している。また、鉄筋コンクリート製の桁座１２の内部には、鋼角ストッパー３１における桁座前面１２ｂに対向する側を覆うように、複数の補強鉄筋３３が埋込まれている。該補強鉄筋３３は、図４に示されるように、桁座上面１２ａから観た形状が概略コ字状の第１補強鉄筋３３ａと、桁座上面１２ａから観た形状が概略へ字状の第２補強鉄筋３３ｂとを含んでいる。そして、前記補強鉄筋３３は、複数の層（図に示される例において、７層）を形成するように、上下方向に並んで配設されている。

しかし、地震時のように大きな力Ｇが橋桁２１に作用した際には、桁端２２に形成された上部収容空洞２３内に収容された鋼角ストッパー３１の部分は、橋桁２１の慣性力Ｆを受けることとなる。そして、該慣性力Ｆが大きいと、鋼角ストッパー３１の下端及びその近傍が埋込まれた桁座１２にせん断破壊が発生し、図３及び４において点線で示されるようなせん断破壊面１４が生じてしまうことがある。

桁座１２に埋込まれた鋼角ストッパー３１に慣性力Ｆが作用すると、桁座１２の内部には、慣性力Ｆに釣合う反力として、図５において、点線の矢印で示されるような水平方向の応力分布σが生じる（例えば、非特許文献１参照。）。そして、鋼角ストッパー３１における桁座前面１２ｂ側には水平方向の合力ｆ１が作用し、桁座後面１２ｃ側には水平方向の合力ｆ２が作用し、前記合力ｆ１は、せん断破壊面１４と交差する補強鉄筋３３及びせん断破壊面１４のコンクリートが負担する。
岡本大、佐藤勉、田所敏弥、松枝修平、「鋼角ストッパーの耐力に埋込み長さが及ぼす影響について」、土木学会第６４回年次学術講演会概要集、ＣＳ２−０２１、２００９．９

ここでは、前記従来の技術の問題点を解決して、鋼角ストッパーが埋込まれたコンクリート構造物にプレストレスを付与することによって、コンクリート構造物内に生じる水平方向の応力を低減し、コンクリート構造物の耐久性を向上させることができる鋼角ストッパー埋込み部補強構造及び方法を提供することを目的とする。

そのために、鋼角ストッパー埋込み部補強構造においては、コンクリート構造物と、少なくとも下端が前記コンクリート構造物に埋込まれ、少なくとも上端が前記コンクリート構造物の上面から突出する鋼角ストッパーと、前記コンクリート構造物に配設されたプレストレス付与部材とを備え、前記コンクリート構造物の前側面から内部に向かう水平方向のプレストレスが前記コンクリート構造物に付与される。

他の鋼角ストッパー埋込み部補強構造においては、さらに、前記プレストレス付与部材は、少なくとも前記コンクリート構造物の上面の近傍に配設される。

更に他の鋼角ストッパー埋込み部補強構造においては、さらに、前記プレストレス付与部材は、少なくとも前記鋼角ストッパーの左右両側に配設される。

更に他の鋼角ストッパー埋込み部補強構造においては、さらに、前記鋼角ストッパーから前記コンクリート構造物の前側面までの距離をｄとすると、前記プレストレス付与部材は、前記鋼角ストッパーの左右方向に関して、少なくとも前記鋼角ストッパーの左右両側面から距離ｄまでの範囲内に配設される。

更に他の鋼角ストッパー埋込み部補強構造においては、さらに、前記プレストレス付与部材は、前記鋼角ストッパーの左右方向に関して、少なくとも前記鋼角ストッパーの左右両側面から距離ｄ／２までの範囲内に配設される。

更に他の鋼角ストッパー埋込み部補強構造においては、さらに、前記コンクリート構造物はラーメン高架橋又は橋脚である。

鋼角ストッパー埋込み部補強方法においては、さらに、鋼角ストッパーの少なくとも下端をコンクリート構造物に埋込み、前記鋼角ストッパーの少なくとも上端を前記コンクリート構造物の上面から突出させることと、前記コンクリート構造物にプレストレス付与部材を配設し、前記コンクリート構造物の前側面から内部に向かう水平方向のプレストレスを前記コンクリート構造物に付与することと、を含む。

本開示によれば、鋼角ストッパーが埋込まれたコンクリート構造物にプレストレスを付与する。これにより、コンクリート構造物内に生じる水平方向の応力を低減し、コンクリート構造物の耐久性を向上させることができる。

従来の鋼角ストッパーを下部工と上部工との連結部に適用した例を示す斜視図である。 従来の鋼角ストッパーが埋込まれた下部工が地震によって受けた損傷を示す写真である。 従来の鋼角ストッパーが埋込まれた下部工と上部工との連結部を示す模式側面透視図である。 従来の鋼角ストッパーが埋込まれた下部工の損傷を説明する二面図である。 従来の鋼角ストッパーが埋込まれた下部工に作用する応力を説明する模式側面透視図である。 本実施の形態における鋼角ストッパー及びプレストレス付与部材が埋込まれた下部工と上部工との連結部を示す模式側面透視図である。 本実施の形態における鋼角ストッパー及びプレストレス付与部材が埋込まれた下部工と上部工との連結部を示す模式正面透視図である。 本実施の形態におけるプレストレスの付与位置を示す模式平面図である。

以下、本実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図６は本実施の形態における鋼角ストッパー及びプレストレス付与部材が埋込まれた下部工と上部工との連結部を示す模式側面透視図、図７は本実施の形態における鋼角ストッパー及びプレストレス付与部材が埋込まれた下部工と上部工との連結部を示す模式正面透視図、図８は本実施の形態におけるプレストレスの付与位置を示す模式平面図である。

図において、２２は、本実施の形態における上部工としての高架橋の橋桁の桁端であって、鉄筋コンクリート製である。なお、前記高架橋の橋桁は、鉄道用のものであってもよいし、道路用のものであってもよいし、いかなる用途のものであってもよいが、ここでは、説明の都合上、鉄道用のものであって、その上面に軌道２５が敷設されるものとして説明する。また、１２は、本実施の形態におけるコンクリート構造物である下部工としての橋脚の桁座であって、コンクリート構造物の上面としての桁座上面１２ａ上に前記桁端２２が載置されている。

なお、本実施の形態においては、「背景技術」及び「発明が解決しようとする課題」の項における説明を援用し、下部工と上部工との連結部における各部の構造、動作及び効果であって、「背景技術」及び「発明が解決しようとする課題」の項において説明したものと同じものについては、図１〜５に示される符号と同じ符号を付与することによって、適宜、説明を省略する。

また、本実施の形態において、下部工と上部工との連結部の各部及びその他の部材の構成及び動作を説明するために使用される上、下、左、右、前、後等の方向を示す表現は、絶対的なものでなく相対的なものであり、下部工と上部工との連結部の各部及びその他の部材が図に示される姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

図６に示されるように、本実施の形態においては、鋼角ストッパー３１の下端及びその近傍が埋込まれた桁座１２のコンクリートにプレストレス付与部材３５を配設することによって、前記コンクリートに矢印で示されるような水平方向のプレストレスＰＳを付与する。前記プレストレス付与部材３５は、例えば、アンカーボルト等の細長い線状部材３５ａと、ボルトヘッドのような前記線状部材３５ａの頭部に係合するワッシャのような板部材３５ｂとを含んでいる。なお、前記線状部材３５ａの少なくとも先端近傍には、ねじ山のように周囲のコンクリートと係合する定着手段が形成されている。そして、前記線状部材３５ａを、コンクリート構造物の側面の１つであって鋼角ストッパー３１の前側に位置する桁座前面１２ｂからその内部に向けて、すなわち、桁座後面１２ｃに向けて水平に桁座１２のコンクリート内に押込むと、板部材３５ｂを介して、前側面としての桁座前面１２ｂから内部に向かう水平方向のプレストレスＰＳが桁座１２のコンクリートに付与される。

図６に示されるような鋼角ストッパー３１の下端回りのモーメントＭの釣合いを考慮すると、プレストレスＰＳを付与する位置が桁座上面１２ａに近いほど、回転中心である鋼角ストッパー３１の下端からの回転アーム長である距離ｈが長くなるので、プレストレスＰＳが有効に橋桁２１の慣性力Ｆに抵抗することとなる。したがって、上下方向に関しての、プレストレス付与部材３５を配設する位置、すなわち、プレストレスＰＳを付与する位置は、桁座上面１２ａの近傍であることが望ましい。

また、図７に示されるように、左右方向、すなわち、横方向に関して、プレストレス付与部材３５は、鋼角ストッパー３１の左右両側に配設される。すなわち、鋼角ストッパー３１の左右両側の位置にプレストレスＰＳが付与される。

より具体的には、図８に示されるように、平面視において、プレストレスＰＳは、鋼角ストッパー３１の左右両側面から距離ｄまでの範囲内に付与されることが望ましい。なお、距離ｄは、鋼角ストッパー３１から桁座前面１２ｂまでの距離である。

過去の経験より、鋼角ストッパー３１の前側のコンクリートに生じるひび割れ、すなわち、せん断破壊面１４は、図８に示されるように、鋼角ストッパー３１の前面の隅角部から４５度の角度範囲内に集中することが分かっている。つまり、鋼角ストッパー３１の前面に生じるせん断破壊面１４は、水平方向に関して、鋼角ストッパー３１の前面から、桁座前面１２ｂにおける鋼角ストッパー３１の左右両側面から距離ｄまでの範囲内に発生する可能性が高い、と言える。そして、せん断破壊面１４の発生を確実に防止するためには、発生するであろうせん断破壊面１４内にプレストレスＰＳを付与することが求められる。したがって、せん断破壊面１４の発生を確実に防止するためには、せん断破壊面１４が発生する確率の高い鋼角ストッパー３１の左右両側面から距離ｄまでの範囲内にプレストレスＰＳを付与することが望ましく、さらに、鋼角ストッパー３１の左右両側面から距離ｄ／２までの範囲内にプレストレスＰＳを付与することが、より望ましい。

なお、ここでは、鋼角ストッパー３１の左右両側に、プレストレス付与部材３５を１つずつ配設した例についてのみ説明したが、必要に応じて、２つずつ以上配設することもできる。また、上下方向に関して、桁座上面１２ａの近傍の１箇所のみにプレストレス付与部材３５を配設した例についてのみ説明したが、必要に応じて、２箇所以上に配設することもできる。

このように、本実施の形態における鋼角ストッパー埋込み部補強構造は、橋脚１１の桁座１２と、少なくとも下端が桁座１２に埋込まれ、少なくとも上端が桁座上面１２ａから突出する鋼角ストッパー３１と、桁座１２に配設されたプレストレス付与部材３５とを備え、桁座前面１２ｂから内部に向かう水平方向のプレストレスＰＳが桁座１２に付与される。これにより、プレストレスＰＳが、鋼角ストッパー３１の桁座上面１２ａから突出する部分が受ける外力である慣性力Ｆに抵抗する。したがって、慣性力Ｆによって桁座１２のコンクリート内に生じる応力が低減され、コンクリートの耐久性が向上する。

また、プレストレス付与部材３５は、少なくとも桁座上面１２ａの近傍に配設される。これにより、回転中心である鋼角ストッパー３１の下端からの回転アーム長が長い位置にプレストレスＰＳが付与されるので、慣性力Ｆに有効に抵抗することができる。

さらに、プレストレス付与部材３５は、少なくとも鋼角ストッパー３１の左右両側に配設される。これにより、鋼角ストッパー３１の左右両側におけるせん断破壊面１４の発生を防止することができる。

さらに、鋼角ストッパー３１から桁座前面１２ｂまでの距離をｄとすると、プレストレス付与部材３５は、鋼角ストッパー３１の左右方向に関して、少なくとも鋼角ストッパー３１の左右両側面から距離ｄまでの範囲内に配設される。これにより、鋼角ストッパー３１の前面にせん断破壊面１４が発生することを確実に防止することができる。

さらに、プレストレス付与部材３５は、鋼角ストッパー３１の左右方向に関して、少なくとも鋼角ストッパー３１の左右両側面から距離ｄ／２までの範囲内に配設される。これにより、鋼角ストッパー３１の前面にせん断破壊面１４が発生することを更に確実に防止することができる。

なお、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。

本開示は、鋼角ストッパー埋込み部補強構造及び方法に適用することができる。

１１ 橋脚
１２ 桁座
１２ａ 桁座上面
１２ｂ 桁座前面
３１ 鋼角ストッパー
３５ プレストレス付与部材

Claims (7)

1. コンクリート構造物と、
   少なくとも下端が前記コンクリート構造物に埋込まれ、少なくとも上端が前記コンクリート構造物の上面から突出する鋼角ストッパーと、
   前記コンクリート構造物に配設されたプレストレス付与部材とを備え、
   前記コンクリート構造物の前側面から内部に向かう水平方向のプレストレスが前記コンクリート構造物に付与されることを特徴とする鋼角ストッパー埋込み部補強構造。
2. 前記プレストレス付与部材は、少なくとも前記コンクリート構造物の上面の近傍に配設される請求項１に記載の鋼角ストッパー埋込み部補強構造。
3. 前記プレストレス付与部材は、少なくとも前記鋼角ストッパーの左右両側に配設される請求項１又は２に記載の鋼角ストッパー埋込み部補強構造。
4. 前記鋼角ストッパーから前記コンクリート構造物の前側面までの距離をｄとすると、前記プレストレス付与部材は、前記鋼角ストッパーの左右方向に関して、少なくとも前記鋼角ストッパーの左右両側面から距離ｄまでの範囲内に配設される請求項３に記載の鋼角ストッパー埋込み部補強構造。
5. 前記プレストレス付与部材は、前記鋼角ストッパーの左右方向に関して、少なくとも前記鋼角ストッパーの左右両側面から距離ｄ／２までの範囲内に配設される請求項４に記載の鋼角ストッパー埋込み部補強構造。
6. 前記コンクリート構造物はラーメン高架橋又は橋脚である請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋼角ストッパー埋込み部補強構造。
7. 鋼角ストッパーの少なくとも下端をコンクリート構造物に埋込み、前記鋼角ストッパーの少なくとも上端を前記コンクリート構造物の上面から突出させることと、
   前記コンクリート構造物にプレストレス付与部材を配設し、前記コンクリート構造物の前側面から内部に向かう水平方向のプレストレスを前記コンクリート構造物に付与することと、
   を含むことを特徴とする鋼角ストッパー埋込み部補強方法。