JP4452518B2 - 複合部材の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼部材と鉄筋コンクリート構造物とを剛結し接合した複合部材の接合構造に関する。

従来の複合部材の接合構造を、横梁を鋼製とし、橋脚を鉄筋コンクリート製とした道路橋などの複合橋の場合で説明する。図８に示すように、複合橋は、その上部側の横梁（鋼桁）１と下部側の橋脚（鉄筋コンクリート構造物）２とを剛結し接合した一体構造になっている。なお、鉄筋コンクリート構造物２内には、主筋２１と帯筋２２が配筋されている。

ところで、橋の鋼桁１の上部に負荷Ｐがかかると、曲げモーメントＭが発生し、鋼桁１と鉄筋コンクリート橋脚２との接合部に２つの部材が相接して圧縮力を受け支圧応力Ｂが発生する。更に、その過大な支圧応力Ｂにより大きな水平押し抜きせん断力が発生する。

また、別の複合部材の接合構造において、天井部分にスチールセグメントを使用し、側壁を鉄筋コンクリート構造物とするトンネルを建設する場合、スチールセグメントのピースと鉄筋コンクリート構造物とを接合する必要があり、この場合も接合部に支圧応力Ｂが発生する。

すなわち、図６に示すように、スチールセグメントのピース（以下、セグメントという）１Ａとコンクリート構造物２Ａとの接合構造をモデル化すると、セグメント１Ａに軸力Ｎの負荷がかかると、従来の接合構造の場合、曲げモーメントＭが発生する。すると、支圧応力分布は、図７に示すように、鉄筋コンクリート構造物２Ａの接合面では支圧応力が最大となり、接合面と離れるに従って支圧応力が小さくなるようななだらかな曲線を形成する。この場合も、その過大な支圧応力Ｂにより大きな水平押し抜きせん断力が発生する。

そこで、これらの接合面に発生する支圧応力自体を緩和させる工夫や、過度の支圧応力Ｂが生じても剛結状態の強度を保持できる工夫が提案されている。

例えば、前記接合面にかかる支圧応力Ｂを緩和させる方法として、従来より、（１）前記接合面にゴム板の設置する対策が提案されている。また、剛結状態の強度を保持する方法として、（２）前記接合面に補強材としてスカートプレートを取り付ける対策、（３）前記接合面の幅を大きくする対策、が提案されている。

しかし、（１）ゴム板の設置する対策では、前記接合面にかかる断面力、特に曲げモーメントが大きい場合には、効果が小さいため十分な対策とはなり得ないといった問題がある。また、（２）スカートプレートを取り付ける対策や（３）前記接合面の幅を大きくする対策は、剛結状態の強度を保持しようとすると、構造が複雑になると共にコストがかかるといった問題がある。

本発明は、上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構造で接合面にかかる支圧応力を緩和できる複合部材の接合構造を提供することにある。

本発明は鋼部材と鉄筋コンクリート構造物とを接合した複合部材の接合構造であり、前述の技術的課題を解決すべく以下のような構成とされている。
すなわち、本発明の複合部材の接合構造は、鋼部材と鉄筋コンクリート構造物とを剛結し接合した複合部材の接合構造において、
前記鋼部材に一体化して形成されると共に、前記複合部材を接合した接合部における前記鉄筋コンクリート構造物の周壁に密着して配置された支圧部材、
を備えたことを特徴とする複合部材の接合構造とした。

また、本発明の複合部材の接合構造において、前記支圧部材は、前記接合部にかかる曲げモーメントの大きさに応じて、前記鋼部材より前記鉄筋コンクリート構造の周壁に沿って張り出す張り出し幅を決定する構成とした。

更に、本発明の複合部材の接合構造において、前記鋼部材は、スチールセグメントである構成とした。

更にまた、本発明の複合部材の接合構造において、前記鉄筋コンクリート構造物は、鉄筋コンクリート構造の橋脚であり、
前記支圧部材にその一端が係合し、前記橋脚内部の主鉄筋にその他端が係合するスタッド部材を備えた構成とした。

更にまた、本発明の複合部材の接合構造において、前記鋼部材と前記橋脚との接合面にはゴム部材が配置されている構成とした。

以上説明した発明によれば、鋼部材と鉄筋コンクリート構造物の剛結の接合面に、鋼部材に一体化させ、かつ鉄筋コンクリート構造物の周壁に密着した支圧部材を取り付けたことにより、鋼部材に作用する曲げモーメントから接合部に生じる過大な支圧応力を、鋼部材の軸方向成分の軸力に変換でき、接合部にかかる過大な支圧応力をなくすことができる。

また、本発明によれば、接合部にかかる過大な支圧応力をなくすことにより、水平押し抜きせん断力も小さくすることができる。

従って、本発明は、簡単な構造で接合面にかかる支圧応力を緩和できる複合部材の接合構造を提供できる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態に係る複合部材の接合構造は、天井部分にスチールセグメントを使用し、側壁を鉄筋コンクリート構造物とするトンネルを建設する場合で説明する。

すなわち、本実施の形態に係る複合部材の接合構造は、図１に示すように、鉄筋コンクリート構造物２Ｂにスチールセグメントのピース（以下、セグメントという）１Ｂを剛結し接合したものである。なお、図１では、鉄筋コンクリート構造物２Ｂに接合するセグメント１Ｂを直線にモデル化している。また、３Ｂはセグメント１Ｂに一体化して形成されると共に、接合部における鉄筋コンクリート構造物２Ｂの周壁に密着して配置された支圧部材を示す。

本実施の形態に係る複合部材の接合構造では、図２に示すように、セグメント１Ｂに一体化させ、かつ鉄筋コンクリート構造物２Ｂに密着させた支圧部材３Ｂを取り付けることにより、セグメント１Ｂに軸力Ｎの負荷がかかると、（１）セグメント１Ｂの軸直角方向に作用している曲げモーメントＭを軸方向の軸力Ｎに変換することができる。（２）その変換により、曲げモーメントＭにより鉄筋コンクリート構造物２Ｂに作用していた水平支圧応力及び水平押し抜きせん断力を鉄筋コンクリート構造物２Ｂの垂直方向の軸方向応力に変換できる（図３参照）。

また、発生する曲げモーメントＭの大きさに合わせて、図１に示すように、支圧部材３Ｂの張り出し幅を確保することにより、必要とする鉄筋コンクリート構造物２Ｂの応力まで低減させることが可能である。

特に、軸力Ｎが曲げモーメントＭに対して卓越している場合、図３に示すように、偏芯量ｅ（＝Ｍ／Ｎ）が小さくなるため、セグメント１Ｂに一体化させかつ鉄筋コンクリート構造物２Ｂに密着させた支圧部材３Ｂの張り出し幅を小さくすることが可能となり有利である。

次に、別の実施の形態として、道路橋などの複合橋に本発明の複合部材の接合構造を適用した場合について説明する。
この別の実施の形態に係る道路橋は、図４に示すように、横梁（鋼桁）１を鋼製とし、橋脚２を鉄筋コンクリート製とし、た複合橋である。この複合橋は、上部側の鋼桁１と下部側の橋脚（鉄筋コンクリート構造物）２とを剛結した一体構造になっている。

鋼桁１は、ウェブ１１と、上フランジ１２と、下フランジ１３とによって形成されたＩ形断面の鋼材からなり、鉄筋コンクリート橋脚２の橋軸方向に設置された一対の主桁である。なお、一対の主桁の間にはＩ形断面の鋼材からなる横桁が設けられている。

鉄筋コンクリート橋脚２は、曲げモーメントや軸方向力に対して配置された主筋（主鉄筋）２１と、この主筋２１の外側を取り囲むようにせん断力に対して配置された帯筋２２とを配筋し、橋脚となる分を枠で囲い、枠内にコンクリートを打設して形成される。

鋼桁１の下面には、鋼桁１の下フランジ１３と一体化したスカート部材（支圧部材）３が配置されている。また、支圧部材３は、鉄筋コンクリート橋脚２の周壁に密着して配置されている。なお、支圧部材３は、接合部にかかる曲げモーメントの大きさに応じて、鋼桁１の下フランジ１３より下方へ鉄筋コンクリート橋脚２の周壁に沿って張り出す張り出し幅が決定される。更に、支圧部材３は、スタッド部材４を介して鉄筋コンクリート橋脚２側の主筋２１と連結している。

スタッド部材４は、図４に示すように、接合部にかかる曲げモーメントの大きさに応じて、鋼桁１の下フランジ１３より下方へ複数段（図４では３段）配置される。そして、スタッド部材４は、支圧部材３にその一端が係合し、他端が鉄筋コンクリート橋脚２側の主筋２１に係合している。すなわち、スタッド部材４は、予め鉄筋コンクリート橋脚２の配筋作業時に他端側を主筋２１に連結させ、他の鉄筋と共にコンクリート打設して鉄筋コンクリート橋脚２内に埋め込まれている。そして、鋼桁１の下フランジ１３と一体化した支圧部材３を配置する際に、スタッド部材４の一端を溶接により支圧部材３側に固定する。

また、上部側の鋼桁１と下部側の鉄筋コンクリート橋脚２との接合部には、ゴム部材（コムプレート）５が埋め込まれている。このゴムプレート５としては、鉛プラグ入り積層ゴムプレートや高減衰ゴムプレートが例示できる。

以下、この別の実施の形態に係る複合部材の接合構造の作用について詳細に説明する。
橋の鋼桁１の上部に負荷Ｐ（図４参照）がかかると、曲げモーメントＭが発生し、鋼桁１と鉄筋コンクリート橋脚２との接合部に２つの部材が相接して圧縮力を受けて支圧応力Ｂが発生する。

図５は、従来の接合構造の場合と、本実施の形態の接合構造の場合とにかかる支圧応力分布を１枚の図に並記したものである。
すなわち、図４に示すように、曲げモーメントＭが発生すると、支圧応力分布は、図５に示すように、従来の接合構造の場合、鉄筋コンクリート構造物２の接合面では支圧応力が最大となり、接合面と離れるに従って支圧応力が小さくなるようななだらかな曲線を形成する。この場合、その過大な支圧応力Ｂにより大きな水平押し抜きせん断力が発生する。

一方、本実施の形態の接合構造の場合、支圧応力Ｂは支圧部材３を介して密着状態にある鉄筋コンクリート構造物２側へ、更には、スタッド部材４を介してスタッド部材４の軸線方向に変換され、支圧応力Ｂを緩和させる機能を果たす。この緩和機能に加え、ゴム部材（ゴムプレート）５を用いた構成も、支圧応力Ｂを更に緩和させる機能を果たす。

本実施の形態に係る複合部材の接合構造をモデル化した図である。 本実施の形態に係る複合部材の接合構造をモデル化した図である。 本実施の形態に係る複合部材の接合構造をモデル化した場合の支圧応力分布図である。 別の実施の形態に係る複合部材の接合構造を示す断面図である。 別の実施の形態に係る複合部材の接合構造にかかる支圧応力分布を示す図である。 従来の複合部材の接合構造をモデル化した図である。 従来の複合部材の接合構造をモデル化した場合の支圧応力分布図である。 従来の形態の複合部材の接合構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 鋼桁（鋼部材）
１Ａ，１Ｂ セグメント（鋼部材）
２ 橋脚（鉄筋コンクリート構造物）
２Ａ，２Ｂ 鉄筋コンクリート構造物
３，３Ａ，３Ｂ 支圧部材
４ スタッド部材
５ ゴム部材
１１ ウェブ
１２ 上フランジ
１３ 下フランジ
２１ 主筋（主鉄筋）
２２ 帯筋
Ｂ 支圧応力
Ｐ 負荷
Ｍ 曲げモーメント

Claims (5)

1. トンネルの天井部分に用いられるスチールセグメントとしての鋼部材と前記トンネルの側壁に用いられる鉄筋コンクリート構造物とを剛結し接合した複合部材の接合構造において、
   前記鉄筋コンクリート構造物は、前記鋼部材と前記鉄筋コンクリート構造物とが接合される接合部に、前記鋼部材が接続される接合面であって、前記接合部近傍における前記トンネルの天井面に沿うとともに該トンネルの長手方向と直交する方向である前記鋼部材の軸方向と直交する接合面を有し、
   前記複合部材の接合構造は、前記鋼部材と一体化させ、かつ、前記接合部に密着して配置された支圧部材を備え、
   前記支圧部材は、前記鉄筋コンクリート構造物の接合面と接触するコンクリート接触面と、前記鋼部材と接触する鋼接触面とを有し、前記接合部に作用する曲げモーメントにより生じる支圧応力であって、前記鋼部材の軸方向に作用する軸力と直交する方向に作用する支圧応力を、該鋼部材の軸方向の応力に変換し、
   前記支圧部材は、前記鋼接触面と隣接し、かつ前記コンクリート接触面と対向するテーパ面であって、前記コンクリート接触面と該テーパ面との距離が前記鋼接触面側から該鋼接触面の対向面側に向けて徐々に短くなるように形成されるテーパ面を有することを特徴とする
   複合部材の接合構造。
2. 橋の主桁としての鋼部材と前記橋の橋脚に用いられる鉄筋コンクリート構造物とを剛結し接合した複合部材の接合構造において、
   前記鉄筋コンクリート構造物は、前記鋼部材と前記鉄筋コンクリート構造物とが接合される接合部に、前記鋼部材が接続される接合面であって、該鋼部材の軸方向と直交する接合面を有し、
   前記複合部材の接合構造は、前記鋼部材と一体化させ、かつ、前記接合部に密着して配置された支圧部材を備え、
   前記支圧部材は、前記鉄筋コンクリート構造物の接合面と接触するコンクリート接触面と、前記鋼部材と接触する鋼接触面とを有し、前記接合部に作用する曲げモーメントにより生じる支圧応力であって、前記鋼部材の軸方向に作用する軸力と直交する方向に作用する支圧応力を、該鋼部材の軸方向の応力に変換し、
   前記支圧部材は、前記鋼接触面と隣接し、かつ前記コンクリート接触面と対向するテーパ面であって、前記コンクリート接触面と該テーパ面との距離が前記鋼接触面側から該鋼接触面の対向面側に向けて徐々に短くなるように形成されるテーパ面を有することを特徴とする
   複合部材の接合構造。
3. 前記コンクリート接触面における前記鉄筋コンクリート構造物の接合面に沿って張り出す張り出し幅は、前記接合部に作用する曲げモーメントの大きさに応じて決定され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. 前記支圧部材にその一端が係合し、前記橋脚としての鉄筋コンクリート構造物の内部の主鉄筋にその他端が係合するスタッド部材を備えたことを特徴とする請求項３に記載の複合部材の接合構造。
5. 前記鉄筋コンクリート構造物の接合面にはゴム部材が配置されている請求項４に記載の複合部材の接合構造。

Images