JP3786341B2

JP3786341B2 - 合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造

Info

Publication number: JP3786341B2
Application number: JP2000265424A
Authority: JP
Inventors: 節雄岩田; 松野　　進; 洋田中; 芳樹祐保; 弘横田
Original assignee: INDEPENDENT ADMINISTRATIVE INSTITUTION PORT AND AIRPORT RESEARCH INSTITUTE; Hitachi Zosen Corp
Current assignee: INDEPENDENT ADMINISTRATIVE INSTITUTION PORT AND AIRPORT RESEARCH INSTITUTE; Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: JP2002069968A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防波堤や護岸等に適用可能な合成版式（ハイブリッド）ケーソンにおいて、外壁を構成する鋼板とコンクリートを結合する構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、鋼板製の箱の外面にスタッド２を介してコンクリート４を張り付けた従来から製作されている合成版式ケーソンの概略図であるが、外壁は、スタッド２を約１５ｃｍ間隔に溶接した鋼板１の上に、格子型に組んだ鉄筋３を鋼板１からある距離に保たれるように設置して、コンクリート４を打設した構造である。なお、図７中の６は隔壁を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来の合成版式ケーソンにおける外壁の鋼とコンクリートの結合構造では次のような問題がある。
▲１▼ スタッドをかなり密に配置する必要がある。
合成版の設計は、圧縮側鋼板では、曲げモーメントに対してスタッド間隔の間で局部座屈が生じないように検討される。また、剪断力に関してはスタッドの剪断伝達耐力の検討が行われる。この結果によると、スタッド２の配置が、例えば図８（ａ）に示すような千鳥配列や、図８（ｂ）に示すような格子配列の場合には、鋼板１に溶接するスタッド２の間隔ａは、共に１５ｃｍ程度のかなり密に配置する必要が生じている。
【０００４】
また、従来からスタッドの溶接にはばらつきがあり、品質上問題があった。
更に、スタッドの上側溶接止端部は溶け込みが悪く、疲労破壊の起点になるという問題もあった。
このようにスタッドには、採用したくない状況が最近現れている。
【０００５】
▲２▼ 外壁にはコンクリート打設時の補強リブが必要である。
外壁の設計強度は、鋼板１と鉄筋コンクリート３，４の複合構造として十分強度的に満足されている。しかし、これはコンクリート４が硬化して鋼板１と一体となった場合の話であり、コンクリー卜４の打設前は、鉄筋３と鋼板１は一体ではなく別々であるため、打設された流動状態のコンクリート４の圧力に抵抗するためには、鋼板１を補強リブでかなり補強する必要がある。
【０００６】
現状では、図７に示すように、アングル材５をケーソンの内側に約５００ｍｍピッチで取り付けることにより補強している。この補強は、コンクリート４の硬化後は、合成版の補強材として効力を有するが、水圧などによる軸方向力に対しては、図９に示すように、鋼板１の表裏面にアングル材５を取付けた試験材に軸方向力を作用させて局部座屈などを試験する強度検討が必要となる。
【０００７】
▲３▼ 筋の位置保持に多くの間隔保持材（スペーサ）が必要である。
現状では、格子状の鉄筋３は、鋼板１及びスタッド２と離して設置されるが、その場合にスペーサを多数配置して鋼板１との距離を保つとともに、垂直方向の自重を支えるために支持金具を設置する必要がある。
【０００８】
本発明は、従来の合成版式ケーソンにおける外壁の鋼板とコンクリートの結合構造にあった上記問題点を解決することができる合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造は、鋼板製の箱の外周側面に、所定の間隔を存して鉄筋より大径の貫通孔を設けた孔開き補強リブを取付け、この孔開き補強リブの各貫通孔に鉄筋を通すのと共に、更に孔開き補強リブの上に格子状の鉄筋を配置し、これら両鉄筋を螺旋状の帯筋によって連結することで鉄筋の位置保持を行った状態でコンクリートを打設することとしている。そして、このようにすることで、スタッドを設けた場合と比較してずれ剛性が非常に高くなり、また、破壊耐力も高くなる。さらにコンクリートの補強効果も増加する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造は、鋼板製の箱の外周側面に、所定の間隔を存して鉄筋より大径の貫通孔を設けた孔開き補強リブを取付け、この孔開き補強リブの各貫通孔に鉄筋を通すことで鉄筋の位置保持を行った状態でコンクリートを打設したものである。
【００１１】
本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造では、ずれ止めと補強リブの作用を孔開き補強リブに兼ねさせたことを特徴としている。
孔開き補強リブは、レオンハルトによって示され、新しいものではないが、その機能を示すと、図６（ａ）に示すように、鉄筋１１に設けた貫通孔１２ａにコンクリート１３が回り込むことによって、孔開き補強リブ１２の長さ方向（図６（ａ）の紙面左右方向）のコンクリート１３と鋼板１４との剪断力に対して抵抗できるようになる。また、貫通孔１２ａに通された鉄筋１１はダウエル効果を示し、剪断力を分担することにもなる。
【００１２】
また、図６（ｂ）のように、孔開き補強リブ１２の長さ直角方向（図６（ｂ）の紙面上下方向）には、孔開き補強リブ１２はスタッドと同様に剪断力に対して抵抗する。また、貫通孔１２ａに通された鉄筋１１はコンクリート１３のひび割れ１３ａに対して抵抗する。
【００１３】
このように、鋼板製の箱の補強として孔開き補強リブを採用した場合には、スタッドを設けた場合と比較してずれ剛性が非常に高くなり、また、破壊耐力も高いため、ずれ止めとしてはスタッドを設けた場合よりも良い結果が得られることになる。
【００１４】
また、本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造は、孔開き補強リブの貫通孔を通す鉄筋に加えて更に孔開き補強リブの上に格子状の鉄筋を配置し、これら両鉄筋を螺旋状の帯筋によって連結しているので、貫通孔を通す鉄筋と、格子状鉄筋のうちの上下方向鉄筋とのトラス構造が形成され、コンクリートの補強効果が増加することになる。
【００１５】
そして、この場合、帯筋は孔開き補強リブと接触して下方にずれないため、一緒に固縛された格子状鉄筋及び貫通孔を通す鉄筋を下方にずれないようにすることができる。また、一般に、帯筋は小さなフープ状であるが、全体を螺旋状にすることで小部品化にならず、扱いやすくなる。
【００１６】
また、上記した本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造において、孔開き補強リブに設けた鉄筋の貫通孔を鉄筋より若干大きいだけの径となすと共に、更にこの貫通孔より大径の貫通孔を設けた場合には、以下のような作用効果が得られることになる。
【００１７】
例えば孔開き補強リブの貫通孔に鉄筋が挿入される場合と挿入されない場合を考えると、鉄筋が貫通孔に挿入されない場合には、次のようになる。
１）貫通孔に入ったコンクリートによって貫通孔の面積分の剪断面積が得られる。
２）鉄筋によって剪断面積が破壊されない。
【００１８】
これに対して、鉄筋が貫通孔に挿入された場合には、挿入されない場合に比べて次のようになる。
（１）貫通孔には鉄筋が無いため、孔開き補強リブの両面でのコンクリートの肌別れを防止することができる。
（２）鉄筋のダボ効果によって貫通孔のコンクリートが剪断破壊しても、鉄筋が剪断力を分担する。
【００１９】
このように貫通孔に鉄筋を通した場合には、（１）及び（２）のような２つのメリットを有するものの、貫通孔のコンクリートの剪断面積が乱されることは避けることができない。
【００２０】
そこで、孔開き補強リブに設ける貫通孔を、鉄筋を通すものと通さないものの２種類設け、鉄筋を通す貫通孔は、鉄筋の径より若干大きいだけの径となす一方、コンクリートの剪断力を期待する貫通孔は、直径を６０〜７０ｍｍと鉄筋を通す貫通孔よりも大径となすことで、鉄筋はその保持位置が定まってダボ効果も確実に得られることになり、また、大径の貫通孔のコンクリート部では、剪断耐力が明確に得られることになる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造の第１実施例の概略構造を示す全体構造図、図２は図１の要部拡大図、図３は図２を側面方向から見た図、図４は本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造の第２実施例を示す図２と同様の図、図５は本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造の第２実施例を示す図３と同様の図である。
【００２２】
図１〜図３において、２１は本発明に係る鋼板とコンクリートの結合構造を採用した合成版式ケーソンの外壁であり、鋼板２２、鉄筋２３、格子状鉄筋２４、コンクリート２５の他に、ずれ止め（スタッド）と補強リブを兼用する孔開き補強リブ２６と、帯筋２７とから構成されている。
【００２３】
このうち孔開き補強リブ２６は、図２に示すように、例えば高さが１２０ｍｍ程度の帯鋼に直径が７０〜８０ｍｍの貫通孔２６ａを約２００ｍｍピッチに設けたもので、その中に鉄筋２２を通させる。この孔開き補強リブ２６の板厚は高さ方向に圧力が異なるので、圧力に対応して変化させる。
【００２４】
また、この孔開き補強リブ２６の配置方向は、外壁２１が隔壁２８間で変形するので、隔壁２８に掛かるように水平に配置することが望ましい。従って、貫通孔２６ａを通す鉄筋２３は上下方向となる。
【００２５】
次に、帯筋２７は、孔開き補強リブ２６の貫通孔２６ａを通す鉄筋２３と、孔開き補強リブ２６の上に配置した格子状鉄筋２４を連結するためのもので、螺旋状に加工したものである。なお、帯筋２７と格子状鉄筋２４とは、なまし鉄線２９で結束されて固縛される。
【００２６】
この螺旋状の帯筋２７は、図３に示したように、先ず孔開き補強リブ２６の貫通孔２６ａを通った鉄筋２３を囲むように周って上方向に延ばされ、格子状鉄筋２４の水平方向鉄筋２４ａと上下方向鉄筋２４ｂを被うように回り込んで鋼板２２側に曲げられ、再度、鉄筋２３を囲むように周ることを繰り返すように成形される。そして、鉄筋２３まで降りる間に孔開き補強リブ２６に接触するように曲げ加工している。
【００２７】
この螺旋状の帯筋２７の施工は、例えば工場内で格子状鉄筋２４と帯筋２７とを固縛した状態で製作し、この鉄筋ユニットを現場に搬入し、外壁２１を構成する鋼板２２にあてがって、鉄筋２３を孔開き補強リブ２６の貫通孔２６ａに通すときに同時に引っ掛けるようにすることによって行う。
このように鉄筋２３と格子状鉄筋２４を帯筋２７を用いてくみ上げた後、コンクリー卜２５を打設して合成版として加工する。
【００２８】
以上説明した図１〜図３に示した第１実施例では、鋼板製の箱の補強として孔開き補強リブ２６を採用することで、スタッドを設けた場合と比較してずれ剛性が非常に高くなり、また、破壊耐力も高くなるのに加えて、貫通孔２６ａを通す鉄筋２３と格子状鉄筋２４を螺旋状の帯筋２７によって連結することで、鉄筋２３と格子状鉄筋２４のうちの上下方向鉄筋２４ｂとのトラス構造によりコンクリート２５の補強効果が増加することになる。また、帯筋２７は孔開き補強リブ２６と接触して下方にずれないため、一緒に固縛された鉄筋２３と格子状鉄筋２４を下方にずれないようにすることもできる。
【００２９】
本発明は図１〜図３に示した実施例に限らず、図４に示したように、孔開き補強リブ２６に設ける貫通孔を、鉄筋２３を通す貫通孔２６ａと通さない貫通孔２６ｂの２種類設け、鉄筋２３を通す貫通孔２６ａは、鉄筋２３の径より若干大きいだけの径となし、一方、コンクリート２５の剪断力を期待する貫通孔２６ｂは、直径を６０〜７０ｍｍと鉄筋２３を通す貫通孔２６ａよりも大径となしたものでも良い。
【００３０】
このようにすることで、鉄筋２３はその保持位置が定まってダボ効果も確実に得られることになり、また、大径の貫通孔２６ｂのコンクリート２５部では、剪断耐力が明確に得られることになる。
【００３１】
なお、コンクリート２５の厚さが薄くても良い場合には、図５に示したように、格子状鉄筋２４を取付けないもの、すなわち、孔開き補強リブ２６に設けた貫通孔２６ａに鉄筋２３を通しただけのものに、コンクリート２５を打設したものでも良い。なお、この場合、図示省略したが、鉄筋２３はなまし鉄線で孔開き補強リブ２６に結束されて固縛されることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造によれば、以下に列挙するような効果を奏する。
１．合成版式ケーソン構造に孔開き補強リブを適用することによって、従来多くのスタッドを溶接する作業が無くなり、工程が大幅に簡略化される。また、スタッドは、従来から溶接のばらつきがあり、品質上問題であったが、孔開き補強リブでは十分な溶接管理ができるので、品質上の問題が無くなる。
【００３３】
２．スタッドの溶接は、スタッド側上部溶接止端部の溶け込みが悪く、この部分が疲労破壊の起点になっていたが、孔開き補強リブではこのような問題は発生しない。
３．孔開き補強リブは、従来のスタッドと補強リブの二役を兼ねているので、部材の低減化が可能になる。また、孔開き補強リブは、コンクリート内に埋め込まれるので、座屈の心配が少ない。
【００３４】
４．鉄筋と格子状鉄筋を斜めに連結しているので、トラス効果によって鉄筋コンクリートの補強効果を高めることができる。そして、鉄筋と格子状鉄筋の連結を螺旋状帯筋によって行っているので、帯筋の数量の低減化が図れる。
５．螺旋状の帯筋は、孔開き補強リブと多くの箇所で接触するので、鉄筋及び格子状鉄筋の重量を支えることができ、鉄筋の鉛直方向の支持が容易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造の第１実施例の概略構造を示す全体構造図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２を側面方向から見た図である。
【図４】本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造の第２実施例を示す図２と同様の図である。
【図５】本発明に係る合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造の第２実施例を示す図３と同様の図である。
【図６】孔開き補強リブの機能を説明する図で、（ａ）は平面方向から見た図、（ｂ）は（ａ）を側面方向から見た図である。
【図７】合成版式ケーソンの概略図である。
【図８】合成版の設計時、圧縮側鋼板での曲げモーメントに対するスタッド間隔を検討する場合の説明図で、（ａ）は千鳥配列、（ｂ）は格子配列の場合である。
【図９】鋼板の表裏面にアングル材を取付けた試験材に軸方向力を作用させて局部座屈などを試験する場合の説明図である。
【符号の説明】
２１外壁
２２鋼板
２３鉄筋
２４格子状鉄筋
２５コンクリート
２６孔開き補強リブ
２６ａ貫通孔
２６ｂ貫通孔
２７帯筋

Claims

鋼板製の箱の外周側面に、所定の間隔を存して鉄筋より大径の貫通孔を設けた孔開き補強リブを取付け、
この孔開き補強リブの各貫通孔に鉄筋を通すのと共に、更に孔開き補強リブの上に格子状の鉄筋を配置し、これら両鉄筋を螺旋状の帯筋によって連結することで鉄筋の位置保持を行った状態でコンクリートを打設したことを特徴とする合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造。
孔開き補強リブに設けた鉄筋の貫通孔を鉄筋より若干大きいだけの径となすと共に、更にこの貫通孔より大径の貫通孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の合成版式ケーソンの鋼・コンクリート結合構造。