JP2023141428A - 外ケーブル補強工法のための鋼製ブラケット固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼製ブラケットの施工性の向上とともに、鋼製ブラケットを安定して既設橋桁に固定することを可能にする。【解決手段】この外ケーブル補強工法のための鋼製ブラケット固定構造は、コンクリート桁に外ケーブル補強工法のための鋼製ブラケットを固定する構造において、締結材を挿通するために鋼製ブラケットの側面に設けられた締結孔と、鋼製ブラケットの締結孔に締結材の一端部を締結するための締結具とを有し、締結具の、鋼製ブラケットの締結孔の内周面と接する面が凸球面状をなし、鋼製ブラケットの締結孔の内周面が締結具の凸球面と密着してこれを受ける凹球面状をなす。【選択図】図５

Description

本発明は、コンクリート桁の外ケーブル補強工法のための鋼製ブラケット固定構造に関する。

近年、道路構造物の高齢化が進んでいることに加え、自動車の大型化や交通量の増加により、道路橋においては極めて過酷な使用状況にある。このような中、構造物の老朽化の状況把握と予防保全等の維持管理に伴う大規模な修繕工事が盛んに行われている。

例えば、コンクリートの既設橋桁に外ケーブルを用いてプレストレスを追加導入し、既設橋桁の耐荷力の向上を図る外ケーブル補強工法がある。

外ケーブル補強工法では、外ケーブルを既設橋桁に定着する必要がある。その定着方法は、既設橋桁に設けた後付けの定着体を利用して、外ケーブルを既設橋桁に定着する方法である。

定着体とは、外ケーブル定着具を固定するために既設橋桁に取り付ける鋼製又はコンクリート製の構造部材をいう。

コンクリート製の定着体には、既設橋桁両側面にコンクリートブロックを増設してブラケット定着体とする方法がある（特許文献1）。このブラケット定着体には既設橋桁の両側面にコンクリートブラケットを構築し、既設橋桁と既設橋桁の両側面に構築したコンクリートブラケットを貫通した締結材を緊張することによってプレストレスを導入して固定することも行われている。

また、鋼製ブラケットを既設橋桁両側面に設置する方法がある（特許文献２）。鋼製ブラケットは後施工アンカー、既設橋桁を貫通させたボルトや緊張した締結材によって既設橋桁両側面に固定される。

さらに、コンクリートの既設橋桁のブラケット取付面とブラケットとの間に接着部材を介在させて、既設橋桁とブラケットを接着し、取り付ける方法もある（特許文献３）。

特開平８－１５８３１５号公報 特開２００３－１７６５０６号公報 特開２０１３－００７２５０号公報

従来、鋼製ブラケットおよびコンクリートブラケットは、既設橋桁と一体化させるために、既設橋桁に削孔した貫通孔と鋼製ブラケットまたはコンクリートブラケットに設けた締結孔に挿通させた締結材に緊張力を導入して、既設橋桁に固定される。締結材を緊張することにより導入されるプレストレス力による鋼製ブラケットまたはコンクリートブラケット取付面の面内方向の摩擦力により外ケーブルの緊張力に対して抵抗するものである。ただし、締結材の緊張は、重量のあるジャッキなどの緊張機材を持ち運ぶ作業が頻繁に生じ、既設橋桁下の狭い足場空間内においての作業は困難であるため、締結材を緊張しない方法の固定方法が求められている。この場合、外ケーブルの緊張力に対しては、締結材のせん断耐力に期待した構造となる。

特に鋼製ブラケットでは、締結材を緊張しない場合、外ケーブルの緊張により鋼製ブラケットの締結孔と締結材との隙間が原因で鋼製ブラケットにズレが生じるため、既設橋桁への外ケーブルによるプレストレス量の減少が生じることに加え、緊張作業中に鋼製ブラケットの滑動が現場作業員の安全を損なう可能性があった。

従来技術における鋼製ブラケットの締結孔と締結材との隙間は、図７に示す様な締結孔１３′と締結材１２′との隙間である。この隙間は、鋼製ブラケット１０の設置誤差を吸収する目的で、締結孔１３′の内径を締結材１２′の外径より大きくしているために生じている。この隙間が存在すると、締結孔１３′と締結材１２′の隙間に無収縮モルタル１８が充填される。締結孔１３′と締結材１２′の隙間に無収縮モルタル１８が存在する場合、外ケーブル２１の緊張力は以下の順番で各部材に伝わる。
鋼製ブラケット１０（側壁１１）→締結孔１３′と締結材１２′の隙間の無収縮モルタル１８→締結材１２′→締結孔１３′と締結材１２′の隙間以外の無収縮モルタル１８→既設橋桁１。

このように、鋼製ブラケット１０（側壁１１）から締結孔１３′と締結材１２′の隙間の無収縮モルタル１８を介して締結材１２′にせん断力が伝達されるため、締結孔１３′と締結材１２′の隙間の無収縮モルタル１８に局所的に過大な応力が作用し、鋼製ブラケット１０（側壁１１）の締結孔１３′および締結材１２′による支圧力により、締結孔１３′と締結材１２′の隙間の無収縮モルタル１８が粉砕され、この結果、鋼製ブラケット１０の回動などのズレが生じ得る。

上記各部材が所定の強度を満足していれば、外ケーブル２１の緊張力に抗して鋼製ブラケット１０は既設橋桁１に安定して固定される。しかし、上記部材の強度不足や支圧力により締結孔１３′と締結材１２′の隙間の無収縮モルタル１８が粉砕される場合や締結孔１３′と締結材１２′の隙間の無収縮モルタル１８の充填不良による空隙が生じた場合、締結材１２′に曲げが生じるなどして、鋼製ブラケット１０がずれを起こし、外ケーブル２１の緊張力の低下が生じる恐れがある。

特許文献３に記載されているコンクリートの既設橋桁取付面と鋼製ブラケットとの間に接着部材を介在させる方法は、接着剤の強度の具体的数値は開示されておらず、外ケーブルの緊張力によってブラケットと既設橋桁が十分に一体化されているかどうかを確認できない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、重量のある緊張機材を用いることなく、鋼製ブラケットを安定して既設橋桁に固定することができ、鋼製ブラケットのズレに起因した既設橋桁の外ケーブルによるプレストレス量減少を阻止し、さらには外ケーブル緊張作業中の安全保持を可能とする外ケーブル補強工法のための鋼製ブラケット固定構造を提供することにある。

本発明に係る外ケーブル補強工法のための鋼製ブラケット固定構造は、上記目的を達成するために、コンクリート桁に外ケーブル補強工法のための鋼製ブラケットを固定する構造において、コンクリート桁と鋼製ブラケットを締結する締結材と、該締結材を挿通するために前記鋼製ブラケットの側面に設けられた締結孔と、前記鋼製ブラケットの前記締結孔に前記締結材の一端部を締結するための締結具とを有し、前記締結具の、前記鋼製ブラケットの締結孔の内周面と接する面が凸球面状をなし、前記鋼製ブラケットの前記締結孔の内周面が前記締結具の凸球面と密着してこれを受ける凹球面状をなす、ものである。

本発明に係る一実施形態のコンクリート桁の外ケーブル補強工法を示す側面図である。 図１の外ケーブル補強工法の平面図である。 本実施形態のコンクリート桁の外ケーブル補強工法のためにコンクリート桁に外ケーブル定着体として固定される鋼製ブラケットの詳細を示す側面図である。 図３の鋼製ブラケットの詳細を示す断面図である。 図３の鋼製ブラケットにおける締結孔１３、締結材１２及び締結具１７の関係を示す図である。 締結具１７と鋼製ブラケット１０の締結孔１３との締結の手順を示す図である。 従来技術における締結孔１３′と締結材１２′との隙間を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る一実施形態のコンクリート桁の外ケーブル補強工法を示す側面図、図２は図１の平面図、図３は本実施形態のコンクリート桁の外ケーブル補強工法のためにコンクリート桁に外ケーブル定着体として固定される鋼製ブラケットの詳細を示す側面図、図４は図３の鋼製ブラケットの構造を桁行方向から示す断面図である。

これらの図において、１０は外ケーブル定着体としての鋼製ブラケットである。鋼製ブラケット１０は、下フランジ形状を有するＴ桁の既設橋桁１の側面に固定される。

鋼製ブラケット１０は、既設橋桁１の下フランジ１ａを下面側から挟み込めるようにコ字状の断面形状を有する。図４に示すように、鋼製ブラケット１０の、既設橋桁１のウェブ部１ｂ（部材の一番薄い箇所）に対応する側壁１１に締結材１２を挿通する締結孔１３（図５）が削孔されている。締結孔１３は、既設橋桁１の両側面にそれぞれ固定される鋼製ブラケット１０の両側の側壁１１に設けられる。締結材１２は既設橋桁１のウェブ部１ｂに削孔された挿通孔１ｄと鋼製ブラケット１０の両方の側壁１１に設けられた締結孔１３に挿通され、両方の側壁１１の外側から各々嵌め込まれた締結具１７によって鋼製ブラケット１０に両側より緊結されることによって、鋼製ブラケット１０が既設橋桁１に固定される。

鋼製ブラケット１０の下部には、外ケーブル２１の一端部を支持するケーブル支持部１５が設けられる。

なお、鋼製ブラケット１０は既設橋桁１の下フランジ１ａを下面側から挟み込める様にコ字状断面としたことに限定されず、既設橋桁１の下フランジ１ａの下面側のみに設置する構造としたものや、既設橋桁１の両側にそれぞれ独立したものであってもよい。また、鋼製ブラケット１０を固定するコンクリート桁は、下フランジ形状を有するＴ桁の橋桁に限定されず、箱桁、中空床版橋および版桁等、あらゆるコンクリート桁に適用可能である。

次に、既設橋桁１に鋼製ブラケット１０を取り付ける手順を説明する。
まず、既設橋桁１への鋼製ブラケット１０の取り付けに先立ち、既設橋桁１のウェブ部１ｂに締結材１２を挿通する挿通孔１ｄが削孔される。次に、既設橋桁１のウェブ部１ｂと鋼製ブラケット１０の側壁１１との隙間に配置する補強鉄筋１６の組み立てを行う。補強鉄筋１６の組み立ては、既設橋桁の両側面にアンカー鉄筋（図面に図示していない）を設置し、前記アンカー鉄筋を利用して補強鉄筋１６を組み立てることにより、所定の位置に補強鉄筋１６を保持することができる。

次いで、既設橋桁１のウェブ部１ｂの挿通孔１ｄと鋼製ブラケット１０の締結孔１３に締結材１２を挿通できるように、鋼製ブラケット１０を位置決めして既設橋桁１に設置し、鋼製ブラケット１０の締結孔１３および既設橋桁１のウェブ部１ｂの挿通孔１ｄに締結材１２を挿通し、締結具１７で既設橋桁１の両側から仮締めする。この後、補強鉄筋１６のかぶりを調整する。なお、鋼製ブラケット１０を既設橋桁１に設置する際、既設橋桁１の下フランジ下面１ｅと鋼製ブラケット１０とを密着させるために、樹脂製のパテ等を用いて既設橋桁１の下フランジ下面１ｅの不陸の整正を行う。

次に、鋼製ブラケット１０の既設橋桁１の断面方向の両端面に型枠を設置後、既設橋桁１と鋼製ブラケット１０の隙間に無収縮モルタル１８を充填し、無収縮モルタル１８の所定強度発現を確認したのち、締結具１７を所定のトルクにて締め付ける。既設橋桁１と鋼製ブラケット１０の隙間に無収縮モルタル１８を充填することで、既設橋桁１のウェブ部１ｂの挿通孔１ｄと締結材１２との隙間にも無収縮モルタル１８が流入する。

なお、既設橋桁１への鋼製ブラケット１０の固定は、締結材１２の締結による摩擦力によるものではなく、締結材１２のせん断耐力によるものである。つまり、外ケーブル補強工法は、図１、図２に示したように、２か所の外ケーブル定着体（鋼製ブラケット１０）間に外ケーブル２１を配設し、外ケーブル２１に緊張力を与える工法であるため、所定の２か所への鋼製ブラケット１０の構築が完了したのち、外ケーブル２１を２か所の鋼製ブラケット１０間にかけ渡し、外ケーブル２１の緊張を行う。外ケーブル２１の緊張により締結材１２にはせん断力が作用する。締結材１２にせん断力が作用すると、締結材１２周りの無収縮モルタル１８から既設橋桁１に力が伝達され、外ケーブル補強が成立する。このせん断力は、鋼製ブラケット１０から締結材１２に伝達されるが、締結材１２周りの無収縮モルタル１８から既設橋桁１に力が伝達されることによる外ケーブル補強が成立するためには、鋼製ブラケット１０を構成する各部材の強度が確保されていなければならない。

本実施形態の鋼製ブラケット固定構造は、鋼製ブラケット１０の締結孔１３と締結材１２との隙間の無収縮モルタル１８を介すことなく、鋼製ブラケット１０から締結材１２にせん断力を伝達させることのできる構造である。

鋼製ブラケット１０の締結孔１３と締結材１２との隙間の無収縮モルタル１８を介すことなく鋼製ブラケット１０から締結材１２にせん断力を伝達させるために、本実施形態では、図５に示すように、締結具１７の先端部分を凸球面状とし、鋼製ブラケット１０において締結材１２が挿通する締結孔１３の内周面を、締結具１７の凸球面と密着してこれを受ける凹球面状とした。

図６は、締結具１７と鋼製ブラケット１０の締結孔１３との締結の手順を示す図である。
まず、鋼製ブラケット１０の締結孔１３に締結材１２を挿入し（Ａ）、鋼製ブラケット１０の締結孔１３から突出した締結材１２の一端から、締結具１７の凸球面状を鋼製ブラケット１０の締結孔１３に向けて締結具１７を嵌め込む（Ｂ）。なお、締結材１２の端部の領域の周面にはネジ山が設けられており、締結具１７の孔の内周面には締結材１２の周面のネジ山に対応するネジ溝が設けられている。締結具１７を奥に嵌め込んで行くと、締結具１７の先端部分の凸球面が締結孔１３の内周の凹球面に収容され、締結具を所定のトルクにより締め込むことにより互いに密着した状態となり、鋼製ブラケット１０の固定が完了する（Ｃ）。

このような構造を採用したことによって、鋼製ブラケット１０の締結孔１３と締結材１２の表面との隙間が無くなり、外ケーブル２１の緊張により鋼製ブラケット１０に伝達されるせん断力が、鋼製ブラケット１０から締結材１２に無収縮モルタル１８を介すことなく伝わるようになる。これにより、締結孔１３と締結材１２との隙間への無収縮モルタル１８の充填不足や支圧力による無収縮モルタル１８の粉砕に起因する鋼製ブラケット１０のズレが生じなくなり、外ケーブルによる既設橋桁へのプレストレス導入が安定し、外ケーブル補強効果が最大限発揮される。

また、締結具１７の先端部を凸球面状とし、鋼製ブラケット１０の締結孔１３の内周面を締結具１７の凸球面と密着してこれを受けることができるように凹球面状としたことで、鋼製ブラケット１０の締結孔１３の位置がずれていたとしても、締結具１７の凸球面は締結孔１３の内周面の凹球面上に沿って自在に回転することができるため、鋼製ブラケット１０を既設橋桁に固定することができる。

締結材１２は、外ケーブル緊張によるせん断力に抵抗できる強度を有する材質であればよく、例えば、ＰＣ鋼棒やＳＳ材等が考えられる。

なお、本実施例では１本の既設橋桁１に１本の外ケーブルで補強を実施しているが、既設橋桁１のウェブ部の両側に外ケーブルを配設した構成においても場合にも本発明は同様に応用できる。

１…既設橋桁
１ａ…下フランジ
１ｂ…ウェブ部
１ｄ…挿通孔
１ｅ…下フランジ下面
１０…鋼製ブラケット
１１…側壁
１２…締結材
１３…締結孔
１５…ケーブル支持部
１６…補強鉄筋
１７…締結具
１８…無収縮モルタル
２１…外ケーブル

Claims (1)

1. コンクリート桁に外ケーブル補強工法のための鋼製ブラケットを固定する構造において、
   前記コンクリート桁と前記鋼製ブラケットを締結する締結材と、
   該締結材を挿通するために前記鋼製ブラケットの側面に設けられた締結孔と、
   前記鋼製ブラケットの前記締結孔に前記締結材の一端部を締結するための締結具とを有し、
   前記締結具の、前記鋼製ブラケットの締結孔の内周面と接する面が凸球面状をなし、
   前記鋼製ブラケットの前記締結孔の内周面が前記締結具の凸球面と密着してこれを受ける凹球面状をなす
   外ケーブル補強工法のための鋼製ブラケット固定構造。

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