JP2022150533A - プレキャスト鉄筋コンクリート部材の接合構造及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレキャスト部材の接合構造物におけるかぶりコンクリートの押し出しを抑制する。
【解決手段】プレキャスト鉄筋コンクリート部材の接合構造は、軸方向に延伸する鉄筋３０、４０と鉄骨５０が埋設された複数のプレキャスト部材１０と、隣り合うプレキャスト部材１０ａ、１０ｂの軸方向端部同士を接合する充填材が充填された接合部２０と、を有し、鉄骨５０は、一部がプレキャスト部材１０の軸方向端面から突出し、残部が当該プレキャスト部材１０の内部に埋設され、かつ、プレキャスト部材１０の内部において鉄筋３０、４０よりも内側に位置し、鉄骨５０は、ウェブ部と、鉄筋に対向するフランジ面を有したフランジ部と、を有し、隣り合うプレキャスト部材１０ａ、１０ｂの各鉄骨は、接合部２０において互いに接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンクリート構造物におけるプレキャスト鉄筋コンクリート部材の接合構造及び接合方法に関する。

現場施工の省力化、工期短縮、品質の安定化などの観点から、コンクリート構造物の建設においては、プレキャスト工法の採用が望まれている。例えばラーメン高架橋のような鉄道構造物は、線状の構造物であるため、周辺の環境条件等が同一であれば、同様の諸元の構造物が線状に連続することが多く、プレキャスト工法の活用による効果が大きい。

プレキャスト工法では、工場で製作された鉄筋コンクリート部材（以下「プレキャスト部材」）をトレーラーで現場まで運搬し、現場にてプレキャスト部材をクレーンで吊り上げて所定の箇所に設置する。例えば図１に示すように、橋脚のような柱８０の間にプレキャスト部材８２を用いて梁８１を架設する際には、隣り合うプレキャスト部材８２の軸方向端部の間にコンクリートを打設する。これにより、隣り合うプレキャスト部材８２が接合されて柱８０間に梁８１が架設される。

プレキャスト部材の接合構造として、特許文献１には、プレキャスト部材の軸方向端部に突起板状部を設け、隣り合うプレキャスト部材の突起板状部同士を重ね合わせて固定する接合構造が開示されている。

また、特許文献２には、両端部が鉄筋コンクリートで覆われた鉄骨が、鉄筋コンクリート造の柱の間に架け渡されたハイブリッド梁が開示されている。

特開２０２０－１４３４２２号公報 特開２０１４－１９０１０２号公報

図１に示すようなプレキャスト部材８２で構成された梁８１は、現場打ちコンクリートで製作された梁には存在し得ない、プレキャスト部材８２と、現場打ちコンクリート部（以下「接合部８３」）との境界面（以下「接合面８４」）が存在する。

接合面８４を有する梁８１においては、梁８１の上面や下面に過大な荷重が入力された際に、鉛直方向（Ｚ方向）への接合面８４のずれが生じることが懸念される。そして、鉛直方向への接合面８４のずれが生じた際には、プレキャスト部材８２の軸方向（Ｘ方向）に延伸する鉄筋（軸方向鉄筋）が鉛直方向にかぶりコンクリートを押し出すことによって、接合面８４を起点とした、軸方向鉄筋に沿って進展するひび割れが生じることが知られている。

軸方向鉄筋に沿って進展するひび割れは、梁の剛性やせん断耐力の低下の原因となる。すなわち、梁の剛性やせん断耐力向上の観点からは、軸方向鉄筋に沿って進展するひび割れを抑制するために、軸方向鉄筋によるかぶりコンクリートの押し出しを抑制できる構造が求められる。

しかしながら、特許文献１に記載の接合構造においては、接合面の近傍に直線状に延びる軸方向鉄筋が配置されているだけであり、かぶりコンクリートの押し出しを抑制する観点では改善の余地がある。また、特許文献２には、梁と柱の接合部の構造については開示されているが、プレキャスト部材の軸方向端部同士の接合構造については考慮されていない。すなわち、プレキャスト部材同士の接合面において、かぶりコンクリートの押し出しを抑制できる接合構造は開示されていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プレキャスト部材の接合構造物におけるかぶりコンクリートの押し出しを抑制することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材の接合構造であって、軸方向に延伸する鉄筋と鉄骨が埋設された複数のプレキャスト部材と、隣り合う前記プレキャスト部材の軸方向端部同士を接合する充填材が充填された接合部と、を有し、前記鉄骨は、一部が前記プレキャスト部材の軸方向端面から突出し、残部が当該プレキャスト部材の内部に埋設され、かつ、前記プレキャスト部材の内部において前記鉄筋よりも内側に位置し、前記鉄骨は、ウェブ部と、前記鉄筋に対向するフランジ面を有したフランジ部と、を有し、隣り合う前記プレキャスト部材の各鉄骨は、前記接合部において互いに接続されていることを特徴としている。

本発明によれば、接合面近傍に埋設されている鉄骨によって、せん断伝達耐力が向上することから接合面のずれを抑制することができる。これにより、かぶりコンクリートの押し出しを抑制することができる。

前記フランジ部の幅と前記ウェブ部の厚さとの比（フランジ部の幅／ウェブ部の厚さ）は、１０以上であってもよい。

前記プレキャスト部材は、梁の構成部材であってもよい。

別な観点による本発明は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材の接合方法であって、軸方向に延伸する鉄筋と鉄骨が埋設された複数のプレキャスト部材において、前記鉄骨は、一部が前記プレキャスト部材の軸方向端面から突出し、残部が当該プレキャスト部材の内部に埋設され、かつ、前記プレキャスト部材の内部において前記鉄筋よりも内側に位置し、前記鉄骨は、ウェブ部と、前記鉄筋に対向するフランジ面を有したフランジ部と、を有し、隣り合う前記プレキャスト部材を接合する際に、当該プレキャスト部材の軸方向端面から突出する鉄骨同士を接続し、隣り合う前記プレキャスト部材の軸方向端面の間に充填材を充填することで両プレキャスト部材を接合することを特徴としている。

前記フランジ部の幅と前記ウェブ部の厚さとの比（フランジ部の幅／ウェブ部の厚さ）は、１０以上であってもよい。

前記プレキャスト部材は、梁の構成部材であってもよい。

本発明によれば、プレキャスト部材の接合構造物におけるかぶりコンクリートの押し出しを抑制することができる。

一般的なプレキャスト部材の接合構造の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態にかかるプレキャスト部材の接合構造の概略構成を示す説明図である。 プレキャスト部材の縦断面図である。 プレキャスト部材の概略構成を示す説明図である。 第１のプレキャスト部材の軸方向端部を示す説明図である。 第２のプレキャスト部材の軸方向端部を示す説明図である。 鉄骨の形状例を示す縦断面図である。 鉄骨の形状例を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本実施形態においては、例えば橋脚のような柱の間に架設される梁を例に挙げてプレキャスト部材（プレキャスト鉄筋コンクリート部材）の接合構造について説明する。

図２は、本実施形態にかかるプレキャスト部材の接合構造の概略構成を示す説明図である。図３は、プレキャスト部材の縦断面図である。図４は、プレキャスト部材の概略構成を示す説明図であり、図２から接合部２０のコンクリートが除かれた図である。図５は、第１のプレキャスト部材の軸方向端部を示す説明図である。図６は、第２のプレキャスト部材の軸方向端部を示す説明図である。なお、図中に示されるＸ方向はプレキャスト部材の軸方向であり、Ｙ方向はプレキャスト部材の幅方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

梁１は、隣り合うプレキャスト部材１０として、第１のプレキャスト部材１０ａと、第２のプレキャスト部材１０ｂを有しており、第１のプレキャスト部材１０ａと第２のプレキャスト部材１０ｂの間には接合部２０が設けられている。

接合部２０は、第１のプレキャスト部材１０ａと第２のプレキャスト部材１０ｂを接合する部分であり、接合部２０には、充填材としてのコンクリートが充填されている。なお、充填材は、プレキャスト部材１０ａ、１０ｂ間に充填されて固化する材料であれば特に限定されず、例えばモルタルであってもよい。

次に、第１のプレキャスト部材１０ａと第２のプレキャスト部材１０ｂの概略構成について説明するが、両プレキャスト部材１０ａ、１０ｂで共通する構成については単にプレキャスト部材１０と称して説明する場合がある。

プレキャスト部材１０は、角柱状に形成され、当該プレキャスト部材１０には、上面１１近傍に配置された鉄筋３０と、下面１２近傍に配置された鉄筋４０が埋設されている。

鉄筋３０は、プレキャスト部材１０の軸方向（Ｘ方向）に延伸しており、一部がプレキャスト部材１０の軸方向端面から突出し、残部がプレキャスト部材１０の内部に埋設されている。同様に、鉄筋４０は、プレキャスト部材１０の軸方向（Ｘ方向）に延伸しており、一部がプレキャスト部材１０の軸方向端面から突出し、残部がプレキャスト部材１０の内部に埋設されている。鉄筋３０及び鉄筋４０は、それぞれ幅方向（Ｙ方向）に間隔をおいて４本ずつ配置されているが、幅方向における鉄筋の本数は特に限定されない。なお、鉄筋３０と鉄筋４０の間に他の軸方向鉄筋が配置されてもよい。

隣り合うプレキャスト部材１０ａ、１０ｂの鉄筋３０ａ、３０ｂ同士は、例えば重ね継手や機械式継手で接続されるが、接続方法は特に限定されない。同様に、隣り合うプレキャスト部材１０ａ、１０ｂの鉄筋４０ａ、４０ｂ同士は、例えば重ね継手や機械式継手で接続されるが、接続方法は特に限定されない。

プレキャスト部材１０には、上記の鉄筋３０、４０に加え、軸方向（Ｘ方向）に延伸する鉄骨５０が埋設されている。鉄骨５０は、鉄筋３０と鉄筋４０の間に位置している。すなわち、鉄骨５０は、プレキャスト部材１０の内部において鉄筋３０、４０よりもさらに内側に位置している。鉄骨５０は、一部がプレキャスト部材１０の軸方向端面から突出しており、残部がプレキャスト部材１０に埋設されている。各プレキャスト部材１０ａ、１０ｂの軸方向端面から突出する鉄骨５０ａ、５０ｂ同士は、添接板（図示せず）を用いたボルト接続などの公知の方法で接続されている。なお、鉄骨５０は、プレキャスト部材１０の軸方向の全長にわたって埋設されてなくてもよい。例えばプレキャスト部材１０において、計算上、各断面に発生する断面力に対して鉄骨５０が不要と推定される部分については、鉄骨５０は埋設されてなくてもよい。ただし、この場合においては、プレキャスト部材１０に対して鉄骨５０が定着することが可能な程度に鉄骨５０の長さを確保することが求められる。

鉄骨５０は、ウェブ部５１と、ウェブ部５１の上端及び下端にそれぞれ設けられたフランジ部５２を有している。鉄骨５０は、ウェブ部５１のウェブ面５１ａが鉛直方向（Ｚ方向）に平行であって、フランジ部５２のフランジ面５２ａ、５２ｂが鉄筋３０、４０に対向するようにしてプレキャスト部材１０に埋設されている。

ウェブ部５１は、せん断耐力（せん断力に対する抵抗力）の向上に寄与する部位である。本実施形態においては、ウェブ面５１ａが鉛直方向（Ｚ方向）に向いているため、鉛直方向のせん断耐力が向上する。このようなせん断耐力は、図３に示すような鉛直方向に沿った縦断面におけるウェブ部５１の面積の大きさに比例して大きくなる。このウェブ部５１の面積の大きさは、プレキャスト部材１０の接合構造物の用途や要求されるせん断耐力に応じて適宜変更される。

フランジ部５２は、梁１に鉛直方向（Ｚ方向）の荷重が入力された際に、ウェブ部５１の上端又は下端がコンクリートを押し出すことによるプレキャスト部材１０の割裂の発生を抑制するために必須の部位である。例えばフランジ部５２の幅Ｗがウェブ部５１の厚さｔと同一である場合、すなわちフランジ部５２が設けられていない場合は、梁１に鉛直方向の荷重が入力された際に、ウェブ部５１の上端又は下端を起点として鉛直方向に進展するひび割れが生じ得る。このため、フランジ部５２の幅Ｗはウェブ部５１の厚さｔより大きい必要がある。ただし、フランジ部５２は、上述の通りウェブ部５１による鉛直方向に進展するひび割れを抑制する目的で設けられるため、フランジ部５２の幅Ｗは、一般に使用される鉄骨のフランジ部の幅より短くてもよい。

フランジ部５２の幅Ｗは、例えばシミュレーションにおいてプレキャスト部材１０の割裂が生じない程度の幅に設定されるが、フランジ部５２の幅Ｗとウェブ部５１の厚さｔとの比（Ｗ／ｔ）が１０以上となるように設定されることが好ましい。Ｗ／ｔがこの範囲を満たすことで、ウェブ部５１の上端又は下端を起点とした鉛直方向に進展するひび割れをより確実に抑えつつ、後述するような接合面２１のずれを抑制することができる。Ｗ／ｔは、より好ましくは１３以上である。

鉄骨５０は、ウェブ部５１とフランジ部５２を有する鋼材であれば、鋼材の種類は特に限定されず、例えばＩ形鋼やＨ形鋼、平鋼を組合わせ、溶接などで一体化されたものが用いられる。また例えば、図７に示すように２つの溝形鋼（チャンネル）を用い、２つの溝形鋼のウェブ同士を突き合わせることで鉄骨５０としてのウェブ部５１を構成してもよい。この場合のウェブ部５１の厚さとは、各溝形鋼のウェブの厚さの合計値である。また、図７に示す例では、２つの溝形鋼のフランジによって鉄骨５０としてのフランジ部５２が構成される。この場合のフランジ部５２の幅Ｗは、各溝形鋼のフランジの幅の合計値である。

本実施形態におけるプレキャスト部材１０の接合構造は以上のように構成されている。次に、プレキャスト部材１０の接合方法の一例について説明する。

まず、第１のプレキャスト部材１０ａと第２のプレキャスト部材１０ｂの軸方向端部同士を対向させて、第１のプレキャスト部材１０ａの鉄骨５０ａと第２のプレキャスト部材１０ｂの鉄骨５０ｂを突き合わせる。そして、添接板（図示せず）を用いて鉄骨５０ａと鉄骨５０ｂの軸方向端部同士をボルト接続する。その後、隣り合うプレキャスト部材１０ａ、１０ｂの鉄筋３０、４０同士を例えば重ね継手で接続する。最後に、鉄骨５０に吊るした型枠（図示せず）を用いて第１のプレキャスト部材１０ａと第２のプレキャスト部材１０ｂの軸方向端面の間に充填材としてのコンクリートを打設する。これにより、第１のプレキャスト部材１０ａと第２のプレキャスト部材１０ｂが接合される。

本実施形態にかかるプレキャスト部材１０の接合構造においては、接合面２１の近傍に埋設されている鉄骨５０によって、せん断耐力が向上することから、例えば梁１の上面に荷重が入力されて鉛直方向（Ｚ方向）のせん断力が生じたとしても、鉛直方向への接合面２１のずれを抑制することができる。これにより、かぶりコンクリートの押し出しを抑制することができる。

また、本実施形態における接合構造によれば、鉄骨５０によって、せん断耐力を確保することができるため、プレキャスト部材１０の断面寸法を小さくしたり、軸方向鉄筋の本数を減少させることも可能となる。これにより、プレキャスト部材１０の軽量化を図ることができ、プレキャスト部材１０の運搬作業や楊重作業が容易になる。さらに、プレキャスト部材１０を軽量化できることにより、従来品と同様の重量でプレキャスト部材１０の全長を長くすることも可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載され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う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。

例えば上記実施形態では、隣り合うプレキャスト部材１０の接合構造を説明するために、梁１を構成するプレキャスト部材１０同士の接合構造を例に挙げたが、上記実施形態で説明した接合構造は、梁だけでなく、柱を構成するプレキャスト部材同士の接合構造にも適用することができる。

例えば前述の第１のプレキャスト部材１０ａと第２のプレキャスト部材１０ｂが柱を構成する部材である場合、図中のＸ方向が柱の軸方向（鉛直方向）となり、Ｙ方向及びＺ方向が水平方向となる。この場合であっても、図２のような鉄骨５０が設けられた接合構造であれば、Ｚ方向における接合面２１のずれを抑制することができ、かぶりコンクリートの押し出し抑制効果が得られる。また、柱の場合には、Ｚ方向だけでなく、Ｙ方向からの荷重も考慮する必要がある。このため、例えば図８に示すように、鉄骨５０を十字形に構成し、フランジ面５２ｃ～５２ｆが、プレキャスト部材１０の側面１３～１６の各々の面に対向するように鉄骨５０を配置することが好ましい。これにより、柱の四方、いずれの方向から荷重が入力されても接合面２１のずれを抑制することが可能となる。

本発明は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材同士を接合する際に有用である。

１ 梁
１０ プレキャスト部材
１０ａ 第１のプレキャスト部材
１０ｂ 第２のプレキャスト部材
１１ 上面
１２ 下面
１３～１６ 側面
２０ 接合部
２１ 接合面
３０ 鉄筋
４０ 鉄筋
５０ 鉄骨
５１ ウェブ部
５１ａ ウェブ面
５２ フランジ部
５２ａ～５２ｆ フランジ面
８０ 柱
８１ 梁
８２ プレキャスト部材
８３ 接合部
８４ 接合面
ｔ ウェブ部の厚さ
Ｗ フランジ部の幅

Claims (6)

1. プレキャスト鉄筋コンクリート部材の接合構造であって、
   軸方向に延伸する鉄筋と鉄骨が埋設された複数のプレキャスト部材と、
   隣り合う前記プレキャスト部材の軸方向端部同士を接合する充填材が充填された接合部と、を有し、
   前記鉄骨は、一部が前記プレキャスト部材の軸方向端面から突出し、残部が当該プレキャスト部材の内部に埋設され、かつ、前記プレキャスト部材の内部において前記鉄筋よりも内側に位置し、
   前記鉄骨は、ウェブ部と、前記鉄筋に対向するフランジ面を有したフランジ部と、を有し、
   隣り合う前記プレキャスト部材の各鉄骨は、前記接合部において互いに接続されていることを特徴とする、接合構造。
2. 前記フランジ部の幅と前記ウェブ部の厚さとの比（フランジ部の幅／ウェブ部の厚さ）は、１０以上であることを特徴とする、請求項１に記載の接合構造。
3. 前記プレキャスト部材は、梁の構成部材であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の接合構造。
4. プレキャスト鉄筋コンクリート部材の接合方法であって、
   軸方向に延伸する鉄筋と鉄骨が埋設された複数のプレキャスト部材において、
   前記鉄骨は、一部が前記プレキャスト部材の軸方向端面から突出し、残部が当該プレキャスト部材の内部に埋設され、かつ、前記プレキャスト部材の内部において前記鉄筋よりも内側に位置し、
   前記鉄骨は、ウェブ部と、前記鉄筋に対向するフランジ面を有したフランジ部と、を有し、
   隣り合う前記プレキャスト部材を接合する際に、当該プレキャスト部材の軸方向端面から突出する鉄骨同士を接続し、
   隣り合う前記プレキャスト部材の軸方向端面の間に充填材を充填することで両プレキャスト部材を接合することを特徴とする、接合方法。
5. 前記フランジ部の幅と前記ウェブ部の厚さとの比（フランジ部の幅／ウェブ部の厚さ）は、１０以上であることを特徴とする、請求項４に記載の接合方法。
6. 前記プレキャスト部材は、梁の構成部材であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の接合方法。
   

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