JP4549244B2 - 合成床版用デッキプレート及びこれを用いた合成床版 - Google Patents

Description

コンクリート打設時に型枠として用いられたデッキプレートがコンクリートと一体となって荷重を負担する合成床版に用いる合成床版用デッキプレート、及びこれを用いた合成床版に関する。

デッキプレートは鋼板の冷間ロール成形による成形品であり、水平な上フランジと水平な下フランジと両者をつなぐ斜めの傾斜ウェブとで台形の山部と谷部とが交互に形成された断面形状をなしている。
このデッキプレートをコンクリート床版を構築する際の型枠として用いる場合に、その断面形状を、床版が荷重で撓んだ時にコンクリートから剥離しない形状にすることで、デッキプレートがコンクリートと一体となって荷重を負担する合成効果を持つ合成床版を構築できる。

この種の合成床版に用いる従来の合成床版用デッキプレートとして、デッキプレートの傾斜ウェブの表面に多数のエンボスを設けたものがある(実公昭42-7178号（特許文献１）)。
また、デッキプレートの傾斜ウェブや下フランジの表面に多数のエンボスを設けるとともに、さらに、図７に示すように、傾斜ウェブ４の下端部にデッキプレート長手方向に伸びる凸条（リブ）５を形成して剥離防止の向上を図ったものがある（特公昭52-1566号（特許文献２）)。同図において、１Ａは合成床版用デッキプレート、２は上フランジ、３は下フランジを示す。
また、図８に示した合成床版用デッキプレート１Ｂのように、傾斜ウェブ４のデッキプレートせい中央位置より上方位置に、上下の折曲点６ａ、６ｂ間の段差面６ｃの向きが水平より下向きとなる段差部６を設けて剥離防止効果を一層向上させたものがある(特公平3-11341号（特許文献３）)。この段差部６は、デッキプレートとコンクリートとを一体化させて剥離防止を図ることができるとともに、その位置が上方位置にあることで剥離防止効果が一層向上するものである。また、図９に示した合成床版用デッキプレート１Ｃは、基本構造としては特許文献３のデッキプレートと同様である（特許第2759580号（特許文献４））。
また、図１０に示した合成床版用デッキプレート１Ｄのように、傾斜ウェブ４の下端部にＶ字状溝７を形成したものもある（特公平7-107298号（特許文献５））。
これらはいずれも、デッキプレートとコンクリートとの合成効果の発揮を最大化し、耐力と剛性の向上、あるいは軽量化の実現を狙ったものである。

特許文献３、特許文献４のデッキプレートはいずれも傾斜ウェブ４に段差部６を設けているが、段差面６ｃのフランジ面３（水平面）に対する角度θ₁（この角度を段差面角度と呼ぶ）は特に問題とされていない。なお、特許文献３に描かれたデツキプレート１Ｂの段差面角度θ₁は実測するとおよそ３５度程度であり、特許文献４に描かれたデッキプレート１Ｃの段差面角度θ_１は実測すると３０°以上である。
また、特許文献２のデッキプレート１Ａにおいて傾斜ウェブ４の下端部に設けた凸条５の下面部も、前記段差部６と同様に働くと言えるが、凸条５の下面部のフランジ面３（水平面）に対する角度θ₁（段差面相当角度と呼ぶ）については同様に特に問題とされていない。しかし、描かれた段差面相当角度θ₁は実測すると約４０°である。
また、特許文献５においては、傾斜ウェブ４の下端部に形成したＶ字状溝７の上側面のフランジ面３（水平面）に対してなす角度θ₁（同じく段差面相当角度と呼ぶ）は、約４０〜７０°が望ましいと記されている。
上記の通り、従来のデッキプレートは、コンクリートと一体化するための段差面角度（あるいは段差面相当角度）θ₁は、特に問題とされていないか、少なくとも３０°より大である。なお、公報の記載のみでなく、従来から実際に使用されている合成床版用デッキプレートにおいても、それらの段差面角度（あるいは段差面相当角度）θ₁は少なくとも３０°以上である。
実公昭42-7178号 特公昭52-1566号 特公平3-11341号 特許第2759580号 特公平7-107298号

合成床版についての過去の複数の実験を通じて、デッキプレートの下フランジ面３に設けたエンボスは必ずしも十分な合成効果をもたらさないこと、傾斜ウェブ面４に設けたエンボスは相対的に高い効果をもたらすものの、デッキプレートせい（デッキプレート高さ）の増大と共に、その効果が低下することが確認されている。
しかし、傾斜ウェブ面４に設けた前記段差部６や凸条５やＶ字状溝７等のデッキプレート長手方向に連続する変形部の形状、寸法などと合成性能との関係に関しては、未だ研究されておらず、これらを解明することができれば、これまで以上に経済的な合成床版用デッキプレートの断面形状を提案できると考えられる。

また、従来の合成床版の単純支持でのスパンは、耐力面から２．０〜３．５ｍ程度であり、４ｍ以上のロングスパンは未だ実用化されていない。スパンを４ｍ程度以上に延長させるためには、曲げ剛性の面からデッキプレートのせいを１００ｍｍ程度以上に高くする必要がある。そのようなせいの高いデッキプレートを用いた合成床版において、デッキプレートとコンクリートとの合成効果をさらに高め合成床版の耐力を向上させることが強く求められており、技術的な課題となっている。

本願発明者は上記背景のもとで、傾斜ウェブに段差部を設けた合成床版用デッキプレートについて、段差面角度θ_１に注目して、種々実験を重ねた結果、従来のデッキプレートに採用されている段差面角度よりさらに小さいある角度の近傍を境にして、それより大きい場合と小さい場合とで、合成床版の耐力に顕著な差異があるという知見を得た。
上記の通り、従来のデッキプレートではいずれも段差面角度が３０°より大とされていたのであるが、このことは、段差面角度が３０°以上あればコンクリートと当然一体化するであろうと考えられることに加えて、冷間ロール成形において、水平より下向きの段差面を持つ断面形状の成形は必ずしも簡単ではないが、段差面の下向き度合いが小さい（すなわち段差面角度が大きい）ほど成形が容易であることから、段差面角度を敢えて小さくすることに思い至らなかったと考えられる。

本発明は上述の知見に基づいてなされたもので、効率的に合成効果を向上させ高い耐力を得ることができるデッキプレートの断面形状を提供することを目的とし、また、このデッキプレートにより単純支持スパンが４ｍ以上の合成床版を実現することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、水平な上フランジと水平な下フランジと両者をつなぐ斜めの傾斜ウェブとで台形の山部と谷部とが交互に形成された断面形状をなす、冷間ロール成形による鋼板製の合成床版用デッキプレートであって、
前記傾斜ウェブは、その途中に段差面の向き（法線方向）が水平より下向きとなる段差部を有するとともに、前記段差部の上側折曲点位置がデッキプレートせいの中央位置より上方に位置し、かつ、前記段差面の水平面に対する段差面角度θ_１がマイナス１０°〜プラス２３°であり、かつ、デッキプレートのせいが１００ｍｍ以上であることを特徴とする。

請求項２は、請求項１の合成床版用デッキプレートにおいて、段差部の上側折曲点位置がデッキプレートせいの中央位置と上フランジ面との中央位置に位置することを特徴とする。
請求項３は、請求項１又は２の合成床版用デッキプレートスパンが４ｍ以上の単純支持用として用いられたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の合成床版用デッキプレートを型枠として用いてコンクリートを打設し、コンクリート打設後には傾斜ウエブに設けた段差部により当該合成床版用デッキプレートがコンクリートと一体となって荷重を負担する合成床版であって、
上フランジ面からのコンクリート厚みを９０〜１００ｍｍとしたことを特徴とする。

合成床版用デッキプレートの傾斜ウェブに設ける段差部の段差面角度θ_１をマイナス１０°〜プラス２３°としたことにより、このデッキプレートを用いて構築した合成床版において、デッキプレートとコンクリートとの合成効果が向上し、その試験最大耐力として、最大耐力理論値の７０％とされる要求荷重より高い耐力を実現することができた。そして、段差部の上側折曲点位置がデッキプレートせいの中央位置より上方に位置し、かつ、デッキプレートのせいが１００ｍｍ以上であることにより、前記合成効果の向上と相俟って、スパンが４ｍ以上の単純支持用として用いることが実現される。

以下、本発明の合成床版用デッキプレート、及びこれを用いた合成床版の実施例を、図１〜図５参照して説明する。

図１（イ）は本発明の一実施例の合成床版用デッキプレート１１の断面図、（ロ）は（イ）の要部拡大図、図２は図１（イ）の合成床版用デッキプレート１１の斜視図である。この合成床版用デッキプレート（以下、場合により単にデッキプレートという）１１は、帯鋼板を冷間ロール成形機の複数段の成形ロールに通板して折り曲げ成形したもので、図示のように、水平な上フランジ１２と水平な下フランジ１３と両者をつなぐ斜めの傾斜ウェブ１４とで台形の山部２０と谷部２１とが交互に形成された断面形状をなし、前記傾斜ウェブ１４は、その途中に折り曲げによる段差部１６を有するとともに、その段差部１６は上側の折曲点１６ａと下側の折曲点１６ｂの間の段差面１６ｃの向き（法線方向）が水平より下向きとなる段差部、すなわち、上から見て段差面１６ｃが隠れる形状の段差部である。この範囲では例えば図８に示した従来の合成床版用デッキプレートと同様であるが、本発明では段差面１６ｃの水平面（フランジ面１２、１３）に対してなす角度すなわち段差面角度θ_１がマイナス１０°〜プラス２３°である。
また、段差部１６の上側折曲点１６ａの位置はデッキプレートせい（デッキプレート高さ）Ｈの中央位置より上側に位置している。上フランジ面１２ａと段差部１６の上側折曲点１６ａとの間の距離ｈ（図１参照）を段差部高さｈと呼ぶ。なお、図１及び段落番号[００１５]で説明する試験体のように、段差部１６の上側折曲点１６ａの位置は、デッキプレートせい（デッキプレート高さ）Ｈの中央位置と上フランジ面との概ね中央位置（せいが１２０ｍｍの場合、段差部高さｈが約３０ｍｍ）に位置させるのが好適である。
また、図示例のデッキプレート１１は、上フランジ１２の中央に当該上フランジ１２の剛性を高めるための溝１２ａを持ち、下フランジ１３の中央に当該下フランジ１３の剛性を高めるための凸条１３ａを持ち、さらに幅方向の両端部に、隣接して敷き並べたデッキプレート１１どうしを互いに係合させるための係合部１７、１８を備えた断面形状である。

図３（イ）は上記デッキプレート１１を用いて作製した実物大実験用の合成床版２２について行った載荷試験の要領を説明する図、（ロ）はその合成床版２２の断面図である。
図３（ロ）のように、デッキプレート１１とこれを型枠として打設されたコンクリート２３とが一体化して合成床版２２が得られるが、この場合、前記段差面角度θ_１がマイナス１０°〜２３°であることで、以下の実験結果に示す通り、従来より高い合成効果を持つ合成床版が得られた。

試験体のデッキプレート１１は、せい（デッキプレート高さ）が１２０ｍｍ、板厚が１．０ｍｍ、段差面１６ｃの幅ｂが約８ｍｍである。傾斜ウェブ角度θ_２は約７３°、段差部高さｈは約３０ｍｍである。なお、傾斜ウェブ角度θ_２及び段差部高さｈについては、各試験体について僅かなバラツキはあるが、その影響は無視できる。また、実施例の傾斜ウェブ１４における段差部１６より上側の部分と下側の部分とは基本的には平行であるが、両者間に若干の角度があっても、その影響は無視できる。また、合成床版２２のコンクリート厚（山上）は９０ｍｍである。

載荷試験は、スパン３．４ｍの単純支持条件で、せん断スパン８００ｍｍの２点集中載荷試験を行って、最大耐力を測定した。また、要求荷重に達した時のデッキプレートとコンクリートとの間に剥離の有無を目視で調べた。
なお、最大耐力とは載荷試験において終局(破壊)までの間に示した最も高い耐力である。
また、要求荷重とは、「デッキプレート版技術基準解説及び設計・計算例」に合成スラブの耐力の目安として示されている耐力であり、その付録Ａ．『合成スラブ認定における標準検討項目』に「試験最大耐力と理論値による最大耐力との比は、おおむね７０％以上としており・・・」と記載されているように、最大耐力理論値の７０％の値である。また、最大耐力理論値とは、合成スラブとしてのずれ止めが有効で合成効果が保たれたまま試験体断面が曲げ降伏することを仮定して求めた断面終局曲げモーメントから得られる耐力である。なお、上記の試験体の場合の要求荷重は約５８．２ｋＮとなる。

デッキプレートの段差面角度θ_１を種々変化させたNo.1〜No.8の８つの試験体（合成床版）について、上記の２点集中載荷試験を行った結果を表１に示し、図４にこの試験結果に基づく最大耐力と段差面角度θ₁の関係を示す。表１の通り、段差面角度θ_１が２７．０°、３７．０°の試験体（No.1、No.2）では、最大耐力が要求荷重（５８．２ｋＮ）以下であるとともに、その最大耐力においてデッキプレートとコンクリート間の剥離が生じた（図６の（イ）、（ロ）参照）。また、段差面角度θ_１が２２°以下の試験体（No.3〜No.8）では、最大耐力が要求荷重（５８．２ｋＮ）以上であるとともに、その最大耐力においてデッキプレートとコンクリート間の剥離は生じなかった（図６の（ハ）、（ニ）参照）。
また、図４に示すように、段差面角度θ_１が２７°以上では最大耐力が５４．０ｋＮ程度、１５°以下では最大耐力が６５ｋＮ程度であり、段差面角度２７°と１５°との間の領域において、最大耐力に顕著な変化が生じていることがわかる。本発明では、最大耐力実験値曲線と要求荷重ラインとの交点の段差面角度である２３°を、段差面角度の上限に設定した。

試験体No.8の段差面角度は−９．０°とマイナスであるが、これは、図５（イ）に示すように、段差面１６ｃが水平面よりさらに深く曲げられて、段差部１６の上側折曲点１６ａが下側折曲点１６ｂより下位になるような場合である。
このようなマイナスの段差面角度の段差部を成形する際、段差面角度を精度良く出すためには、図５（ロ）に示すように水平キャリアロール２４ａ、２４ｂで成形する必要があるが、そこでの成形可能な角度はマイナス１０°程度が限界である。そのため本発明において、デッキプレートの段差面角度θ₁はマイナス１０°が限界となる。

単純支持でのスパンを４ｍ程度以上に延長させるためには、デッキプレートのせいを１００ｍｍ程度以上に高くする必要があるが、そのようなせいの高いデッキプレートの傾斜ウェブに本発明を適用（本発明のような小さな段差面角度の段差部を設ける）すれば、これを用いて合成床版を構築した時に十分に大きな最大耐力を実現することができ、したがって、例えば４ｍ以上のロングスパンの合成床版の実現が可能となり、経済的な合成床版を提供することができる。
現行の合成床版においては、コンクリート厚さはデッキプレートの上フランジより５０〜１００ｍｍとしている。合成床版の厚さはデッキプレートのせいにコンクリート厚さを加えたものであり、最近のマンション等のスラブ厚（床版厚）は遮音性、経済性を考慮し１５０〜２００ｍｍが主流となっている。より遮音性を要求する用途では厚さ３００ｍｍ程度のものも存在し、この場合は生活騒音はほぼ完全に遮断される。それ以上厚くすることは特殊な用途以外ではほとんど要求されず、一般的な使用範囲においては不経済な設計となる。したがって、合成床版として機能する最大コンクリート厚さを１００ｍｍ、デッキプレートせいを２００ｍｍ以下として用いることで、現状において要求される性能を十分満足させることができる。

前記傾斜ウェブの段差部の段差面１６ｃの幅ｂは、実施例に示したデッキプレートの形状とした場合、合成効果の面から６〜１０ｍｍ程度が望ましい。前記試験で用いたデッキプレートの段差部の段差面幅は８ｍｍ程度であり、十分な合成性能を発揮している。１０ｍｍ以上に大きくしても、その幅に比例して耐力は向上せず、不経済である。

本発明の合成床版用デッキプレートは、実施例の断面形状に限らず、種々設計変形可能である。例えば上フランジ１２の溝１２ａや下フランジ１３の凸条１３ａは省略してもよく、またフランジ幅によっては複数設けてもよい。また、上フランジの溝１２ａの形状をあり溝状にしてもよい。また、下フランジの凸条１３ａを下面側から見てあり溝状になる凸条（図８のデッキプレートにおける下フランジ中央の凸条のような凸条）にしてもよい。また、図示例のデッキプレートは２山（山部が２つで谷部が１つ）の断面形状であるが、山数は種々変更可能である。また、さらにエンボスを設けることも除外せず、また、両端部の係合部の形状も任意である。

（イ）は本発明の一実施例の合成床版用デッキプレートの断面図、（ロ）は（イ）の要部拡大図である。 図１の合成床版用デッキプレートの斜視図である。 （イ）は上記デッキプレートを用いた合成床版についての載荷試験の要領を説明する図、（ロ）は（イ）における合成床版の断面図である。 図３の載荷試験によって得られた「荷重−段差面角度」の関係を示すグラフである。 上記デッキプレートにおける段差面角度θ_１の実際的な下限値を説明するもので、（イ）はデッキプレートの段差部近傍の断面図、（ロ）は（イ）の段差部をロール成形する場合の状況を説明する図である。 （イ）〜（ニ）はそれぞれ図３に示した載荷試験をした際の、各試験体についてのデッキプレートとコンクリートとの間の剥離状況を示すもので、上側は写真、下側はそれを分かり易くした図である。 （イ）は従来の合成床版用デッキプレートを示す断面図、（ロ）は（イ）の要部拡大図である。 （イ）は他の従来の合成床版用デッキプレートを示す断面図、（ロ）は（イ）の要部拡大図である。 （イ）はさらに他の従来の合成床版用デッキプレートを示す断面図、（ロ）は（イ）の要部拡大図である。 （イ）はさらに他の従来の合成床版用デッキプレートを示す断面図、（ロ）は（イ）の要部拡大図である。

符号の説明

１１ 合成床版用デッキプレート
１２ 上フランジ
１３ 下フランジ
１４ 傾斜ウェブ
１６ 段差部
１６ａ 上側の折曲点
１６ｂ 下側の折曲点
１６ｃ 段差面
２０ 山部
２１ 谷部
２２ 合成床版
θ_１ 段差面角度

Claims (4)

1. 水平な上フランジと水平な下フランジと両者をつなぐ斜めの傾斜ウェブとで台形の山部と谷部とが交互に形成された断面形状をなす、冷間ロール成形による鋼板製の合成床版用デッキプレートであって、
   前記傾斜ウェブは、その途中に段差面の向き（法線方向）が水平より下向きとなる段差部を有するとともに、前記段差部の上側折曲点位置がデッキプレートせいの中央位置より上方に位置し、かつ、前記段差面の水平面に対する段差面角度θ_１がマイナス１０°〜プラス２３°であり、かつ、デッキプレートのせいが１００ｍｍ以上であることを特徴とする合成床版用デッキプレート。
2. 前記段差部の上側折曲点位置がデッキプレートせいの中央位置と上フランジ面との中央位置に位置することを特徴とする請求項１記載の合成床版用デッキプレート。
3. スパンが４ｍ以上の単純支持用として用いられたことを特徴とする請求項１又は２記載の合成床版用デッキプレート。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の合成床版用デッキプレートを型枠として用いてコンクリートを打設し、コンクリート打設後には傾斜ウエブに設けた段差部により当該合成床版用デッキプレートがコンクリートと一体となって荷重を負担する合成床版であって、
   上フランジ面からのコンクリート厚みを９０〜１００ｍｍとしたことを特徴とする合成床版。