JP5282972B2

JP5282972B2 - 柱梁接合部補強構造

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Publication number: JP5282972B2
Application number: JP2009167443A
Authority: JP
Inventors: 謙二吉武; 和彦磯田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: JP2011001808A

Description

本発明は柱梁接合部補強構造に係り、鉄筋コンクリート構造のラーメン高架橋等における柱と梁との接合部における施工上、構造上の問題を改善した柱梁接合部補強構造に関する。

図６は、橋軸方向に連続する、高架鉄道の鉄筋コンクリートラーメン高架橋５０の従来例の一部分を模式的に示した斜視図である。例示したラーメン高架橋５０は、地中部の基礎梁５１（下部工）上に、所定間隔に立設された柱５２と横梁５３とからなる門型ラーメンと、各門型ラーメンを延長方向に地上部と地中部でそれぞれ接合する縦梁５４とが、柱梁接合部５５で剛接合された連続ラーメン構造と、横梁５３と縦梁５４とで囲まれた床部分５６と張出しスラブ５７とが一体敷設されたコンクリート床版５８（上部工）とで構成されている。

この種の鉄筋コンクリート構造のラーメン高架橋５０の設計においては、特に上部工の柱梁接合部５５（図６丸印で囲まれた部分）における合理的な設計、施工を行うために、たとえば、「鉄道構造物等設計標準・同解説（コンクリート構造物)の配筋の手引き」（非特許文献１）などが刊行されている。図７は、同手引き（非特許文献１）に例示された、張出しスラブが一体構築されたラーメン高架橋の柱梁接合部５５の柱５２の頂部と、横梁５３の端部における配筋状態を示した概略配筋図である。

この配筋では、図７に示したように、横梁５３の最上段の軸方向負鉄筋６１を、曲げ内半径１０φ(φ：鉄筋呼び径)で正鉄筋位置６０まで曲げ下げるとともに、柱５２の主筋６３と配筋位置を外面で合わせることが推奨されており、この配筋方法が標準的なものとなっている。

また、土木学会編の「コンクリート標準示方書(構造性能照査編)」には、打設コンクリートを、鉄筋の周囲に確実に行きわたらせ、鉄筋に十分な付着力を発揮させるため、鉄筋のあきは（隣接する鉄筋間の離れ）以下の通り、規定されている。
梁部材の軸方向鉄筋の水平あき:２０mm以上、かつ粗骨材の最大寸法の４/３倍以上、かつ鉄筋直径以上
柱部材の軸方向鉄筋のあき:４０mm以上、かつ粗骨材の最大寸法の４/３倍以上、かつ鉄筋直径の１.５倍以上

また、上述のようなラーメン高架橋の柱梁接合部における鉄筋の定着力の不足を補うために、梁主筋の定着部を柱の外面位置まで延長し、曲げ下げて柱梁接合部における鉄筋の定着部の強度を高める提案もされている（特許文献１参照）。

特開２００８−８８６３６号公報

財団法人鉄道総合技術研究所発行，「鉄道構造物等設計標準・同解説コンクリート構造物配筋の手引き」，平成１６年１１月，P.５６社団法人土木学会発行，「コンクリート標準示方書(構造性能照査編)」，２００２年４月，P.１２２

ところで、上述した構造物の柱梁接合部では、柱および梁部で規定されているような鉄筋のあきについての規定がなく、柱主筋と梁主筋とが縦横に横切るように配筋されるため、現実的に鉄筋のあきが非常に小さくなっている。あきが小さくなれば付着力が小さくなるため、鉄筋間での付着破壊の可能性が高くなる。また、近年は設計標準等において配筋仕様が規定された頃と比べて使用される鉄筋が高強度化しているため、コンクリートに作用する付着応力も大きくなり、鉄筋のあきが狭まって施工された場合、鉄筋間における付着割裂の危険性が高くなっている。

施工面においては、非特許文献１に規定されたように、横梁の正鉄筋、負鉄筋の定着端を、図７に示したように、それぞれ曲げ内半径１０φで曲げ上げあるいは曲げ下げるように配筋すると、縦梁の軸方向主筋や柱の軸方向鉄筋と干渉し、鉄筋が錯綜し、配筋作業効率が悪く、設計通りの配筋を行うのが困難であり、配筋が行えても生産性が著しく低下する。また、コンクリート打設作業において、外面側にあきの非常に少ない面ができるため、そのあきは最大粗骨材寸法以下となる場合が多く、コンクリートの充填性が悪化し、コンクリートが充填できない部分が生じるおそれがある。たとえば既存のラーメン高架橋では、柱主筋と縦横の梁の軸方向筋にＤ３２の異形鉄筋を用いた場合の間隔は９２mmとなり、そのときの鉄筋のあきは１４mmしか確保できないのが実情である。

さらに、完成した柱梁接合部の構造的な問題点として、上述したような付着割裂のおそれがある他、図８に示すように、張出し部側に引張部が生じるように、柱および梁に外力（図中：矢印方向の曲げモーメント）が作用すると、外面に位置する鉄筋に引張力が発生する。現状の設計標準などで規定された配筋では、張出し部（出隅）の根元部付近の隅角部の配筋量が少なく規定されているため、張出しスラブの根元部が引張破壊するおそれがある。

また、図７に示したように、柱主筋６３の上端には折り曲げ定着端としてのＵ字形フックが設けられ、柱主筋６３の上端部での定着が図られている。このため、柱主筋６３の上端定着部には比較的太径の鉄筋のフック端部が集中する。このため、その上部の柱梁接合部に補強鉄筋を配筋するためのスペースの確保が困難になっている。また、補強鉄筋との接続や、この部分へのコンクリートの充填性を確保することも難しい。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、ラーメン高架橋等の柱梁接合部における強度確保を図るとともに、柱梁接合部から延設される張出し部の根元部にも十分な補強を施し、さらに施工時における鉄筋組立作業の簡易化、配筋効率の向上を図った柱梁接合部補強構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は橋軸方向に沿って張出しスラブが一体的に構築された鉄筋コンクリートラーメン高架橋上部工の、柱頂部、横梁端、縦梁端の柱梁接合部の補強構造であって、前記横梁の上側軸方向鉄筋を前記張出しスラブ内まで延長配筋して定着させるとともに、該延長配筋と前記柱頂部との間で、前記柱主筋上端に鉛直補強筋を連接させたことを特徴とする。

前記横梁の上側軸方向鉄筋は、柱梁接合部を通して前記張出しスラブ内に前記柱梁接合部の始点から所定定着長を確保して定着され、その定着長は、鉄筋種類、コンクリート強度、鉄筋かぶりを考慮した長さに設定することが好ましい。

前記鉛直補強筋は、下端が前記柱主筋頂部に連接され、上端が前記横梁の上側軸方向鉄筋位置まで配筋させることが好ましい。

前記柱主筋の頂部定着端に機械式定着具を設けることが好ましい。

前記鉛直補強筋は、先端にＵ字形フックあるいは機械式定着具を有する１本の補強筋をそれぞれ前記柱主筋に連接させることが好ましい。

前記鉛直補強筋は、柱主筋の配筋ピッチに応じた離れを有するコ字形をなす補強筋を、２本の柱主筋頂部に連接させることが好ましい。

以上に述べたように、柱梁接合部の外面で柱主筋と、曲げ加工された梁端部定着部鉄筋とが交差せず、また柱上端で鉄筋が密集するのを防止できるため、鉄筋のあきが十分に確保でき、付着割裂の危険性を防止できる。また、過密な配筋を解消できるため、配筋作業の効率化を図ることができる。さらに、柱梁接合部におけるコンクリートの充填性を確保でき、特に張出しスラブ根元部に適正な補強鉄筋が配筋されることで、スラブ根元部における引張破壊の発生を防止できる。

本発明の柱梁接合部補強構造の一実施形態を示した柱梁接合部の部分拡大配筋図。図１に示した配筋部位を立体視した部分拡大配筋図。柱梁接合部補強構造の他の実施形態を示した柱梁接合部の部分拡大配筋図。柱梁接合部補強構造の他の実施形態を示した柱梁接合部の部分拡大配筋図。柱梁接合部補強構造の他の実施形態を示した柱梁接合部の部分拡大配筋図。鉄筋コンクリート造ラーメン高架橋の構造形式の一例を模式的に示した斜視図。従来のラーメン高架橋の柱梁接合部において、設計規準等で規定された配筋構造例を模式的に示した部分拡大配筋図。図７に示した柱梁接合部の配筋構造における引張破壊性状を模式的に立体視して示した説明図。

以下、本発明の柱梁接合部補強構造の実施するための形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の柱梁接合部補強構造を説明するために、ラーメン高架橋１（構造物外形は図６に同じ）の上部工における柱梁接合部５（図６○部参照）を拡大して示した部分配筋図である。同図には、横梁３の梁端３ａと柱２の頂部２ａとの柱梁接合部５と、柱梁接合部５の外側に一体的に構築された片持ち構造の張出しスラブ７とが示されている。この柱梁接合部５における補強構造としては、張出しスラブ７の根元部の上面に生じる引張破壊の防止、柱梁接合部５における柱頂部２ａと横梁３の応力伝達、横梁端３ａと張出しスラブ７の応力伝達を確実にするための配筋がなされている。

具体的には、従来と同形の横梁５（図７、符号５３参照）の最上段の軸方向鉄筋１１と２段目の軸方向鉄筋１２が、張出しスラブ７内まで延長配筋され、張出しスラブ７内に定着されている。これらの軸方向鉄筋１１，１２は、従来、柱梁接合部５の柱外面２ａの柱主筋１３に沿って折り下げされていた。これに対して、本願発明では、横梁端３ａからさらに直筋としてスラブ７内に延長配筋させることで、柱外面２ａ側の柱主筋１３との重なりが解消され、柱外面２ａにおける鉄筋のあきが確保されている。このように鉄筋間のあきが十分となったことで、柱梁接合部５の柱外面側でのコンクリート打設時の充填性が向上した。また、密集して配筋され、各鉄筋の付着強度が相殺されていた問題も解消され、付着割裂のおそれが軽減された。張出しスラブ７内への定着長は、設計仕様書等に基づく基本定着長をもとに、コンクリート種別、鉄筋径、かぶり、鉄筋配筋状態を考慮して、柱梁接合部の始点４から所定定着長に設定することが好ましい。

このとき張出しスラブ７には、片持ち梁の主筋となる略Ｕ字形配筋１４が橋軸方向に沿って所定ピッチで配筋され、これらの略Ｕ字形配筋１４に直交して所定ピッチで配力筋１５が配筋され、張出しスラブ７の上下面の縦横筋として機能している。

さらに、柱梁接合部５内の柱主筋１３の上端のＵ字形フックより上部位置に、鉛直補強筋１６が、柱主筋１３を柱梁接合部５内を上方に延長する（図中Ｚ方向）ように、柱主筋に重ね継手を介して配筋されている。図１には、図の簡単化のため、４本の鉛直補強筋１６のみが図示されているが、これら鉛直補強筋１６は、図２に示したように、すべての柱主筋１３の頂部と連続して接続（連接）するように配筋されている。鉛直補強筋１６は、図１に示したように、上端がＵ字形に曲げ加工されたフックが形成された直筋である。この鉛直補強筋１６は、柱梁接合部５の上面側の引張破壊防止のために配筋された補強筋であり、上述した横梁３を延長した軸方向配筋１１，１２と協働して柱梁接合部５の補強筋として作用する。

このように従来の横梁の上部鉄筋の定着端を柱梁接合部５内で曲げ下げずに、柱梁接合部始点４側から柱梁接合部を通り、さらに張出しスラブ７の先端部まで延長させるとともに、複数本の鉛直補強筋１６を、柱梁接合部５の柱頂部２ａに連接したことにより、柱梁接合部５の補強鉄筋量を落とすことなく、張出しスラブ７側の外面配筋の鉄筋のあきを大きくとることができ、柱梁接合部５へのコンクリート充填性が高まり、柱梁接合部５の確実な施工を行える。

図３は、図１に示した頂部にＵ字形フックが形成された１本の鉛直補強筋１６に対して、柱主筋ピッチに等しい離れを有するコ字形をなす鉛直補強筋１７を柱主筋１３に連接した例を示した図１と同位置での柱梁接合部５の部分配筋図である。図３には、図１と同様に図の簡単化のために３組のコ字形の鉛直補強筋１７のみが図示されている。実際の配筋では、柱梁接合部５内の柱主筋の配筋本数と配筋ピッチにあわせて所定本数が配筋されている。なお、横梁の軸方向鉄筋１１，１２の直筋は図１の配筋と同一である。

上述した鉛直補強筋１６，１７は、柱梁接合部５の柱主筋１３の上方部分と横梁３、縦梁（図示せず）の上側主筋の延長位置との間を所定鉄筋量で補強できるのであれば、１本のフック付きの補強筋１６、コ字形をなし２本を一組とする補強筋１７の他、所定のかご状の組立鉄筋を柱主筋上に設置し、柱主筋の上端に所定の継手を確保して固定することも好ましい。

次に、鉛直補強筋１６，１７と柱主筋１３の上端との接続の合理化を図るために、柱主筋１３の上端定着部の変形例の構成について、図４、図５各図を参照して説明する。図４各図は、柱主筋１３の折り曲げ定着端のＵ字形フックに代えて、柱主筋１３の頂部を直筋とし、所定の重ね継手長Ｌを確保して、鉛直補強筋１６を接続した複数の変形例を示している。図４（ａ）は、図１に示した鉛直補強筋１６を柱主筋１３の頂部に重ね継手１３ｂによって接続した例を示している。このときの重ね継手長Ｌは、当初の柱主筋１３の定着端から柱梁接合部における鉛直補強筋１６の鉄筋径をもとにした長さとする。その際、鉛直補強筋１６の配筋位置の上端が規定されるため、柱主筋１３の上端の延長長さも重ね継手長を考慮した分に設定すればよい。

図４（ｂ）は、鉛直補強筋１６の頂部に、Ｕ字形フックに代えて機械式定着具１６ａを設けた変形例を示している。機械式定着具１６ａとしては、鉛直補強筋１６の種類としてねじ節鉄筋を用いた場合には、定着板ナット一体型の定着具を各端部に固定して使用することができる。定着板ナットについても、袋ナット形式（閉鎖型）、貫通ナット形式の各構造タイプを適用可能である。また、異形鉄筋を用いた場合には、定着板取付部を摩擦接合で鉄筋端に設ける形式、先端拡径形式の各構造タイプが適用可能である。先端拡径形式では、圧接こぶ形状、高周波誘導加熱法によるＴ字形状（商品名：Ｔヘッド鉄筋等）鉄筋が好ましい。

図４（ｃ）は、柱主筋１３の頂部に、図３に示したコ字形をなす鉛直補強筋１７を、重ね継手１３ｂを介して接続した変形例を示している。この形状の鉛直補強筋１７の場合には、コ字形形状の横幅を、柱主筋１３のピッチに合わせることで２本の柱主筋１３の頂部に鉛直補強筋１７を確実に接続することができる。

図５各図は、図４各図に示した直筋からなる柱主筋１３の頂部に機械式定着具１３ａを設けた変形例を示している。これら機械式定着具１３ａは、図４（ｂ）に示した鉛直補強筋１６の頂部に設けた形式と同等であり、柱主筋１３の種類、鉄筋径に適した形式の機械式定着具１３ａを採用することができる。

図５（ａ）は、図１，図４（ａ）に示した鉛直補強筋１６を柱主筋１３の頂部に沿わせて配筋した例を示している。このとき柱主筋１３の頂部には機械式定着具１３ａが設けられているため、取り付けられた定着具の支圧抵抗力と、定着部での付着力とが作用する引抜き抵抗ゾーン内に鉛直補強筋１６の一部が位置するように配筋することが好ましい。

図５（ｂ）は、図４（ａ），図５（ａ）に示した鉛直補強筋１６の頂部に、Ｕ字形フックに代えて機械式定着具１６ａを設けた変形例を示している。機械式定着具１６ａには、柱主筋１３機械式定着具１３ａとサイズ違いの同種品を使用してもよいし、別種の公知の各種形式の定着具を使用することができる。

図５（ｃ）は、柱主筋１３の頂部に、図３，図４（ｃ）に示したコ字形をなす鉛直補強筋１７を、機械式定着具１３ａが設けられた柱主筋１３に接続した変形例を示している。この形状の鉛直補強筋１７の場合には、柱主筋１３の頂部の機械式定着具１３ａが確実に機能するような横幅間隔を設定し、鉛直補強筋１７の下端定着部が２本の柱主筋１３の頂部近傍に位置されることが好ましい。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

２柱
２ａ柱外面
３横梁
３ａ横梁端部
４柱梁接合部始点
５柱梁接合部
７張出しスラブ
１３柱主筋
１３ａ，１６ａ機械式定着具
１１，１２横梁軸方向鉄筋
１６，１７鉛直補強筋

Claims

橋軸方向に沿って張出しスラブが一体的に構築された鉄筋コンクリートラーメン高架橋上部工の、柱頂部、横梁端、縦梁端の柱梁接合部の補強構造であって、前記横梁の上側軸方向鉄筋を前記張出しスラブ内まで延長配筋して定着させるとともに、該延長配筋と前記柱頂部との間で、前記柱主筋上端に鉛直補強筋を連接させたことを特徴とする柱梁接合部補強構造。
前記横梁の上側軸方向鉄筋は、前記柱梁接合部を通して前記張出しスラブ内に前記柱梁接合部の始点から、所定定着長を確保して定着されたことを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合部補強構造。
前記定着長は、鉄筋種類、コンクリート強度、鉄筋かぶりを考慮した長さに設定されたことを特徴とする請求項２に記載の柱梁接合部補強構造。
前記鉛直補強筋は、下端が前記柱主筋の頂部に連接され、上端が前記横梁の上側軸方向鉄筋位置まで配筋されたことを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合部補強構造。
前記柱主筋の頂部定着端に機械式定着具が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の柱梁接合部補強構造。
前記鉛直補強筋は、先端にＵ字形フックを有する１本の補強筋をそれぞれ前記柱主筋に連接させたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の柱梁接合部補強構造。
前記鉛直補強筋は、先端に機械式定着具を有する１本の補強筋をそれぞれ前記柱主筋に連接させたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の柱梁接合部補強構造。
前記鉛直補強筋は、柱主筋の配筋ピッチに応じた離れを有するコ字形をなす補強筋を、２本の前記柱主筋頂部に連接させたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の柱梁接合部補強構造。