JP2021075943A - ボックスカルバート - Google Patents

Abstract

【課題】配筋作業の手間を軽減し、鉄筋量、鉄筋配置の合理化をすることができるプレキャストコンクリート製のボックスカルバートを提供する。【解決手段】プレキャストコンクリート製のボックスカルバート１０であって、コーナー部１２がアーチ形状に形成された略矩形断面のコンクリートからなる躯体１４と、躯体１４の内部の外側と内側においてそれぞれ断面視で周方向に配置される主筋１６と、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されるとともに複数の主筋１６を取り囲んで配置される帯筋１８とを備えるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、プレキャストコンクリート製のボックスカルバートに関するものである。

従来、地下を通る水路や道路等を構築する際に、断面が中空の筒状体からなるボックスカルバートが広く使用されている（例えば、特許文献１、２を参照）。ボックスカルバートの構築は現場打ちで行われることが多いが、工程短縮等が必要な場合、プレキャスト製品を長手方向に連結させながら地中に埋設することで水路や道路等の地下構造物が構築されることがある。図８は、従来のボックスカルバートの断面形状と配筋の一例である。この図に示すように、現場打ち、プレキャストにかかわらず大半の従来のボックスカルバートは、エッジ形状の隅角部１にハンチ２を有する矩形の断面で構成されている。

特開平５−１６３７６０号公報 特開２００１−１７３３６８号公報

ところで、上記の通り、従来のプレキャスト製品のボックスカルバートは、現場打ちに比べ、工場製作であるため型枠形状の自由度が高いにもかかわらず、現場打ちの形状に倣っているため、ハンチ２に沿う鉄筋３や隅角部補強筋４等の交差配筋を有している。このため、製作時における隅角部の配筋作業に多大な手間を要している上、鉄筋量、鉄筋配置の合理化をすることが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配筋作業の手間を軽減し、鉄筋量、鉄筋配置の合理化をすることができるプレキャストコンクリート製のボックスカルバートを提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るボックスカルバートは、プレキャストコンクリート製のボックスカルバートであって、コーナー部がアーチ形状に形成された略矩形断面のコンクリートからなる躯体と、躯体の内部の外側と内側においてそれぞれ断面視で周方向に配置される主筋と、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されるとともに複数の主筋を取り囲んで配置される帯筋とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他のボックスカルバートは、上述した発明において、略矩形断面の躯体は、左右に対向配置される側部材と、上下に対向配置されるとともに厚さが異なる上部材と下部材とからなり、コーナー部の内側の曲率半径よりも外側の曲率半径が大きく、それぞれの曲率円の中心は異なる位置であることを特徴とする。

また、本発明に係る他のボックスカルバートは、上述した発明において、コーナー部の内側に配置される主筋の引張り応力が降伏応力に達したときの主筋を拘束する帯筋の引張り応力は降伏応力以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る他のボックスカルバートは、上述した発明において、帯筋は、一部の主筋を重複して取り囲む環状の第１帯筋と第２帯筋とからなることを特徴とする。

また、本発明に係る他のボックスカルバートは、上述した発明において、内側に配置される主筋が横断方向に連続した第一の配筋セットと頂版および底版にのみ配筋された第二の配筋セットを交互に配置することにより構成されたことを特徴とする。

また、本発明に係る他のボックスカルバートは、上述した発明において、略矩形断面の躯体は、左右に対向配置される側部材と、上下に対向配置される上部材と下部材とからなり、下側のアーチ形状のコーナー部とこれに連なる下部材との間の外面に、埋戻し材をアーチ形状のコーナー部の下に充填することを容易にするための突起が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るボックスカルバートによれば、プレキャストコンクリート製のボックスカルバートであって、コーナー部がアーチ形状に形成された略矩形断面のコンクリートからなる躯体と、躯体の内部の外側と内側においてそれぞれ断面視で周方向に配置される主筋と、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されるとともに複数の主筋を取り囲んで配置される帯筋とを備えるので、従来の矩形断面のボックスカルバートに存在していた隅角部補強筋等の交差配筋を不要とすることができる。このため、製作時における配筋作業の手間を軽減することができるという効果を奏する。

また、本発明に係るボックスカルバートによれば、コーナー部をアーチ形状にすることにより、隅角部に発生する最大曲げモーメントを矩形形状よりも小さくできるため、鉄筋量を削減することができ、鉄筋量、鉄筋配置の合理化を行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、略矩形断面の躯体は、左右に対向配置される側部材と、上下に対向配置されるとともに厚さが異なる上部材と下部材とからなり、コーナー部の内側の曲率半径よりも外側の曲率半径が大きく、それぞれの曲率円の中心は異なる位置であるので、上部材、下部材と側部材の部材厚を変更した不等厚形状のボックスカルバートを提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、コーナー部の内側に配置される主筋の引張り応力が降伏応力に達したときの主筋を拘束する帯筋の引張り応力は降伏応力以下であるので、Ｌ２地震時など大変形が生じる場合にコーナー部が開く方向に力が作用したときにコーナー部の内側のコンクリートが押し剥がされるような作用（腹圧力）に対し、内側のかぶりコンクリートの剥落を防止することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、帯筋は、一部の主筋を重複して取り囲む環状の第１帯筋と第２帯筋とからなるので、製作時における配筋作業の効率を向上することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、内側に配置される主筋が横断方向に連続した第一の配筋セットと頂版および底版にのみ配筋された第二の配筋セットを交互に配置することにより構成されるので、側壁の鉄筋が頂版および底版と連続性を保たなければならないボックスカルバートの設計指針を満足しながら、側壁の鉄筋本数を低減し、鉄筋量を削減することができる。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、略矩形断面の躯体は、左右に対向配置される側部材と、上下に対向配置される上部材と下部材とからなり、下側のアーチ形状のコーナー部とこれに連なる下部材との間の外面に、埋戻し材をアーチ形状のコーナー部の下に充填することを容易にするための突起が設けられているので、下側のコーナー部における埋戻し材の充填性を確保することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係るボックスカルバートの実施の形態を示す断面斜視図である。 図２は、本実施の形態の配筋状況を示す断面斜視図である。 図３は、本実施の形態のコーナー部の作用説明図である。 図４は、本実施の形態のコーナー部の部分拡大図である。 図５は、概略モーメント図であり、（１）は本発明の実施例、（２）は比較例である。 図６は、本実施の形態の他の配筋例を示す正面図である。 図７は、本実施の形態の他の配筋例を示す斜視図である。 図８は、従来のボックスカルバートの一例を示す断面斜視図である。

以下に、本発明に係るボックスカルバートの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本実施の形態に係るボックスカルバート１０は、プレキャストコンクリート製であって、コーナー部１２がアーチ形状に形成された略矩形断面のコンクリートからなる躯体１４と、軸方向鉄筋１６（主筋）と、帯鉄筋１８（帯筋）とを備える。コーナー部１２がアーチ形状であるとは、コーナー部１２の躯体１４の輪郭ラインが、ボックスカルバート１０の横断面視で所定の曲率を有する丸みを帯びた形状（Ｒ形状）であるという意味である。

躯体１４は、上下に対向配置されるとともに厚さが異なる頂版２０（上部材）と底版２２（下部材）と、左右に対向配置される側壁２４、２４（側部材）とからなる。本実施の形態では、躯体１４の内空断面の高さ６０００ｍｍ程度、幅５７００ｍｍ程度を想定し、頂版２０の厚さ８５０ｍｍ程度、底版２２の厚さ９００ｍｍ程度、左右側壁２４の厚さ６５０ｍｍ程度の不等厚形状を想定しているが、本発明はこれに限るものではない。すなわち他の寸法の組み合わせの不等厚形状でもよいし、各部材厚が同じ等厚形状でもよい。

コーナー部１２の躯体ラインの曲率半径は、内面側（内空側）の曲率半径よりも外面側の曲率半径が大きく、内面側の曲率円Ｒ１と外面側の曲率円Ｒ２の中心は異なる位置である。こうすることで、頂版２０、底版２２と側壁２４の部材厚が異なる不等厚形状のボックスカルバート１０を実現することができる。なお、本実施の形態では、コーナー部１２の内面側の躯体ラインの曲率半径１０００ｍｍを想定しているが、本発明はこれに限るものではない。

軸方向鉄筋１６は、躯体１４の内部の外側と内側においてそれぞれ断面視で周方向に配置される。帯鉄筋１８は、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されるとともに複数の軸方向鉄筋１６を取り囲んで配置されるフープ筋である。図２は、配筋状況を示した断面斜視図である。この図に示すように、軸方向鉄筋１６は、縦断方向（ボックスカルバート１０の延在方向）に所定の間隔をあけて複数配置される。帯鉄筋１８は、縦断方向に若干ずれて連なりに配置された環状の第１帯筋１８Ａと第２帯筋１８Ｂを有する。第１帯筋１８Ａと第２帯筋１８Ｂは、その間にある複数の軸方向鉄筋１６を重複して取り囲む。このように中間帯鉄筋を使用せず、２連の帯鉄筋１８を採用することで、製作時における配筋作業の効率が向上する。これにより短期間で製作することが可能となる。

本実施の形態では、コーナー部１２において、内側の軸方向鉄筋１６の引張り応力が降伏応力に達したときそれを拘束する帯鉄筋１８が降伏応力以下となるように設定している。こうすることで、図３に示すように、Ｌ２地震時など大変形が生じる場合にコーナー部１２が開く方向に外力（軸力Ｎ、モーメントＭ）が作用したときに、コーナー部１２の内側のコンクリートが押し剥がされるような作用（腹圧力Ｐ）に対し、内側のかぶりコンクリートＣの剥落を防止することができる。

なお、図１に示すように、下側のアーチ形状のコーナー部１２とこれに連なる底版２２との間の下面（外面）には、若干量（例えば高さ５０ｍｍ程度）の突起２６が設けられている。図４の部分拡大図に示すように、この突起２６は、地面ＧＬ上に設置される底版２２のコーナー部１２下側の埋戻し充填部２８に、埋戻し材を充填することを容易にするためのものである。突起２６を設けることで、下側のコーナー部１２における埋戻し材の充填性を確保することができる。

本実施の形態によれば、従来の矩形断面のボックスカルバートに存在していた隅角部補強筋がないため、鉄筋を交差させることがない。交差鉄筋がなく鉄筋同士が干渉する問題がなくなるので、製作時における配筋作業の手間を軽減することができる。また、隅角部の照査を省略することができる。さらに、コーナー部１２がＲ形状となるため、内空側から見たボックスカルバート１０内の美観が向上する。

また、コーナー部１２の外面側と内面側の曲率円Ｒ１、Ｒ２の中心位置をずらすことで、頂版２０・底版２２と側壁２４の部材厚を変更した不等厚形状のボックスカルバート１０を実現することができる。また、不等厚形状であってもコーナー部１２における軸方向鉄筋１６の曲げ形状を、曲げ加工が容易な単心円の形状に設定することができる。

図５（１）は本発明の実施例のモーメント図、（２）は比較例（図８に示される矩形断面のボックスカルバート）のモーメント図である。この図に示すように、隅角部での最大モーメントを比較すると本実施例の方が小さく、同一照査位置における発生断面力が比較例よりも低減されることが窺える。したがって、本実施の形態によれば、従来の矩形断面のボックスカルバートと比べて隅角部の発生断面力を低減することができる。このため、例えば単位体積当たりの鉄筋量を１０％程度低減することが可能である。

また、本実施の形態によれば、従来の矩形断面のボックスカルバートに比べて変形性能を有する形状を採ることにより、矩形断面に比べて地震時の地盤応答変位に対する耐力が大きい。せん断補強鉄筋が全ての位置で部材軸直交方向に配置されるため、曲線区間となるコーナー部１２においても、従来通りせん断力に対する照査を行う設計ができる。

なお、上記の実施の形態において、軸方向鉄筋１６の配筋方法を縦断方向に変更してもよい。例えば、図６（１）に示すような配筋セットＡと、（２）に示すような配筋セットＢを、図７に示すように縦断方向に交互に配筋してもよい。配筋セットＡは横断方向（周方向）に連続した軸方向鉄筋１６からなる。配筋セットＢは構造計算上必要となる頂版２０および底版２２にのみ軸方向鉄筋１６を配置している。このようにすれば、横断方向に連続した鉄筋配置を可能にしつつ、側壁２４の内側の軸方向鉄筋１６の本数を低減し、鉄筋量を削減することができる。

以上説明したように、本発明に係るボックスカルバートによれば、プレキャストコンクリート製のボックスカルバートであって、コーナー部がアーチ形状に形成された略矩形断面のコンクリートからなる躯体と、躯体の内部の外側と内側においてそれぞれ断面視で周方向に配置される主筋と、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されるとともに複数の主筋を取り囲んで配置される帯筋とを備えるので、従来の矩形断面のボックスカルバートに存在していた隅角部補強筋等の交差配筋を不要とすることができる。このため、製作時における配筋作業の手間を軽減することができる。

また、本発明に係るボックスカルバートによれば、コーナー部をアーチ形状にすることにより、隅角部に発生する最大曲げモーメントを矩形形状よりも小さくできるため、鉄筋量を削減することができ、鉄筋量、鉄筋配置の合理化を行うことができる。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、略矩形断面の躯体は、左右に対向配置される側部材と、上下に対向配置されるとともに厚さが異なる上部材と下部材とからなり、コーナー部の内側の曲率半径よりも外側の曲率半径が大きく、それぞれの曲率円の中心は異なる位置であるので、上部材、下部材と側部材の部材厚を変更した不等厚形状のボックスカルバートを提供することができる。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、コーナー部の内側に配置される主筋の引張り応力が降伏応力に達したときの主筋を拘束する帯筋の引張り応力は降伏応力以下であるので、Ｌ２地震時など大変形が生じる場合にコーナー部が開く方向に力が作用したときにコーナー部の内側のコンクリートが押し剥がされるような作用（腹圧力）に対し、内側のかぶりコンクリートの剥落を防止することができる。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、帯筋は、一部の主筋を重複して取り囲む環状の第１帯筋と第２帯筋とからなるので、製作時における配筋作業の効率を向上することができる。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、内側に配置される主筋が横断方向に連続した第一の配筋セットと頂版および底版にのみ配筋された第二の配筋セットを交互に配置することにより構成されるので、側壁の鉄筋が頂版および底版と連続性を保たなければならないボックスカルバートの設計指針を満足しながら、側壁の鉄筋本数を低減し、鉄筋量を削減することができる。

また、本発明に係る他のボックスカルバートによれば、略矩形断面の躯体は、左右に対向配置される側部材と、上下に対向配置される上部材と下部材とからなり、下側のアーチ形状のコーナー部とこれに連なる下部材との間の外面に、埋戻し材をアーチ形状のコーナー部の下に充填することを容易にするための突起が設けられているので、下側のコーナー部における埋戻し材の充填性を確保することができる。

以上のように、本発明に係るボックスカルバートは、地下を通る水路や道路等の地下構造物に有用であり、特に、ボックスカルバート製作時における配筋作業の手間を軽減するのに適している。

１０ ボックスカルバート
１２ コーナー部
１４ 躯体
１６ 軸方向鉄筋（主筋）
１８ 帯鉄筋（帯筋）
１８Ａ 第１帯筋
１８Ｂ 第２帯筋
２０ 頂版（上部材）
２２ 底版（下部材）
２４ 側壁（側部材）
２６ 突起
２８ 埋戻し充填部
ＧＬ 地面
Ｒ１，Ｒ２ 曲率円

Claims (6)

1. プレキャストコンクリート製のボックスカルバートであって、
   コーナー部がアーチ形状に形成された略矩形断面のコンクリートからなる躯体と、躯体の内部の外側と内側においてそれぞれ断面視で周方向に配置される主筋と、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されるとともに複数の主筋を取り囲んで配置される帯筋とを備えることを特徴とするボックスカルバート。
2. 略矩形断面の躯体は、左右に対向配置される側部材と、上下に対向配置されるとともに厚さが異なる上部材と下部材とからなり、コーナー部の内側の曲率半径よりも外側の曲率半径が大きく、それぞれの曲率円の中心は異なる位置であることを特徴とする請求項１に記載のボックスカルバート。
3. コーナー部の内側に配置される主筋の引張り応力が降伏応力に達したときの主筋を拘束する帯筋の引張り応力は降伏応力以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のボックスカルバート。
4. 帯筋は、一部の主筋を重複して取り囲む環状の第１帯筋と第２帯筋とからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のボックスカルバート。
5. 内側に配置される主筋が横断方向に連続した第一の配筋セットと頂版および底版にのみ配筋された第二の配筋セットを交互に配置することにより構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のボックスカルバート。
6. 略矩形断面の躯体は、左右に対向配置される側部材と、上下に対向配置される上部材と下部材とからなり、下側のアーチ形状のコーナー部とこれに連なる下部材との間の外面に、埋戻し材をアーチ形状のコーナー部の下に充填することを容易にするための突起が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のボックスカルバート。

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