JP5282973B2 - 柱梁接合部補強構造 - Google Patents

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１０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１０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１１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１１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１１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１２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１１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柱梁接合部の外側面から前記張出しスラブ根元部まで延長配筋し、その先端部に機械式定着具を設けるとともに、前記柱梁接合部内の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、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る鉄筋と、前記張り出しスラブ根元部で機械式定着具が設けられた鉄筋とを所定割合で配筋することが好ましい。

前記鉛直補強筋は、下端が前記柱主筋の頂部定着端に所定定着長を確保して連接され、上端が前記横梁の上側軸方向鉄筋位置まで配筋されるようにすることが好ましい。

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することが好ましい。

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。

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。 図１に示した柱梁接合部補強構造をＸ方向の視点で見た部分正面図。 柱梁接合部補強構造の他の実施形態を示した図３と同じ視点で見た部分正面図。 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の定着部を立体視した部分拡大配筋図。 図７に示した柱梁接合部補強構造をＸ方向の視点で見た部分正面図。 定着プレート側面への付加手段例を示した概略斜視図。 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１１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１０に同じ）の上部工における柱梁接合部５（図１０○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（以下、柱頂部２ａと記す。）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３（図１１、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、柱梁接合部５の外側面を超えた張出しスラブ７の根元部分まで延長配筋されて定着されている。これらの軸方向鉄筋１１，１２は、従来、柱梁接合部５の柱頂部２ａ内の外側の柱主筋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柱梁接合部５の外側面まで延長配筋させるとともに、各軸方向鉄筋１１，１２の先端部に機械式定着具１１ａ，１２ａを設けた。これにより、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。

機械式定着具１１ａ，１２ａとしては、軸方向鉄筋１１，１２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ねじ節鉄筋の端部に締付け固定するだけなので、締着作業はきわめて容易に行える。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２は、柱梁接合部５での各鉄筋の配筋状態を立体的に示した立体視図である。同図に示したように、各軸方向鉄筋１１，１２の先端の機械式定着具１１ａ，１２ａは、柱梁接合部５の外側面を超えた張出しスラブ７の根元部において、ほぼ面一となるように配列されることとなる。

さらに、図１，図２に示したように、鉛直補強筋１６が、柱梁接合部５内の柱主筋１３の上端に、柱主筋１３を上方に延長する（図中Ｚ方向）ように、柱主筋１３と所定の継手長を確保した重ね継手を介して配筋されている。図１では、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。

図３は、張出しスラブ７側から矢視Ｘ方向に見た、柱梁接合部５の柱主筋１３と、軸方向鉄筋１１，１２の機械式定着具１１ａ，１２ａと、鉛直補強筋１６の配筋状態を示した柱梁接合部５の部分正面図である。同図に示したように、機械式定着具１１ａ，１２ｂの直径は定着する軸方向鉄筋１１，１２の鉄筋径の２．５倍程度となるため、各機械式定着具の上下方向、横方向のあきを確保した配置を行うことが好ましい。

図４は、図３に示した配筋に対して、軸方向鉄筋のうち、その半数の鉄筋端に機械式定着具を設けた変形例を示している。同図に示したように、横方向に並列して配筋された軸方向１１，１２のうち、横方向に１列おきとなるようにして全数の半分の鉄筋に機械式定着具を取り付けることで、定着具同士が干渉し、定着効果の低下が生じないようにしている。機械式定着具１１ａ，１２ａを有しない鉄筋１１，１２は、張出しスラブ７内まで所定の定着長で延長配筋させることが好ましい。本実施例では、全数の半分の鉄筋定着に機械式定着具を適用したが、その適用本数の割合は対象となる柱梁接合部の配筋状態（配筋ピッチ、あき、本数）に応じて適宜設定することができる。

一方、張出しスラブ７には、図１に示したように、片持ち梁の主筋となる略Ｕ字形配筋１４が橋軸方向（紙面直交方向）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。

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、その外側面の張出しスラブ７の根元部において、各軸方向鉄筋の先端に機械式定着具を設けるとともに、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での補強鉄筋量を落とすことなく、柱梁接合部５の張出しスラブ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。

以下、図５、図６各図を参照して、柱主筋１３、鉛直補強筋１６の変形例について簡単に説明する。図５（ａ）は、図１に示したように、各軸方向鉄筋１１，１２の先端の機械式定着具１１ａ，１２ａが取り付けられた配筋状態で、鉛直補強筋として、図１に示したようなＵ字形フックが形成された１本の鉛直補強筋１６に代えて、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ている。同図には、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。

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。

図５（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の鉄筋種類、鉄筋径に応じて各軸方向鉄筋１１，１２の先端に取り付けられた機械式定着具１１ａ，１２ａと同等品が用いられている。

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６各図を参照して説明する。図６（ａ）は、図１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。図６（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図５（ａ），（ｂ）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。これらすべての機械式定着具１３ａは、機械式定着具１１ａ，１２ａ，１６ａと同等品が使用可能であり、柱主筋１３の種類、鉄筋径に適した形式、寸法の定着具を採用することができる。

図７は、図２に示した立体視図と同一視点で柱梁接合部５を見た図である。図７に示したように、各軸方向鉄筋１１，１２の先端には、機械式定着具１１ａ，１２ａに代えて、横長方形状の定着プレート２０が、軸方向鉄筋１１，１２の先端に圧接接合されている。この定着構造によれば、定着プレート２０が柱梁接合部５の外側面を超えた張出しスラブ７の根元部に位置することで、軸方向鉄筋１１，１２の端部定着を果たすことができる。なお、この定着プレート２０を軸方向鉄筋に取り付ける方法としては、圧接接合以外に、軸方向鉄筋１１，１２にねじ節鉄筋を用い、定着プレート２０に貫通孔を設け、軸方向鉄筋１１，１２の先端を定着プレート２０の貫通孔から所定量だけ延長配筋し、ねじ節鉄筋に螺合可能なナットを用いて、各軸方向鉄筋１１，１２の先端部を定着プレート２０にナット止めすることも可能である。

図８は、図３に対応して示した部分正面図である。同図に示したように、定着プレート２０の幅は、梁幅より鉄筋かぶり程度短い細長方形状をなす。図８では、軸方向鉄筋１１，１２の端部は柱側面で定着プレート２０に圧接されている。このため、定着プレート２０の柱梁接合部外側面は、平板状となっている。この定着プレート２０の表面と周囲に充填されるコンクリートとの一体化を図り、梁主筋（軸方向鉄筋１１，１２）の端部定着の確実性を高めることが好ましい。そのために、定着プレート２０の外側面に付着力向上、せん断抵抗性向上を図る手段を施すこととした。図９（ａ）は、定着プレート２０の外側面に複数本の細径スタッド２１を植設した構造を示している。スタッド２１の径、本数は定着プレート２０のサイズから適宜設定すればよい。図９（ｂ）は定着プレート２０の表面を目粗し面としてコンクリートとの付着力を高めた例である。この定着プレート２０ではせん断抵抗性の考慮されていないが、定着プレート２０が軸方向鉄筋１１，１２の端部定着部としての機能は十分発揮される。

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
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１６ａ 機械式定着具
１１，１２ 横梁軸方向鉄筋
１６，１７ 鉛直補強筋
２０ 定着プレート

Claims (5)

1. 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柱梁接合部の外側面から前記張出しスラブ根元部まで延長配筋し、その先端部に機械式定着具を設けるとともに、前記柱梁接合部内の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。
2. 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る鉄筋と、前記張り出しスラブ根元部で機械式定着具が設けられた鉄筋とを所定割合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。
3. 前記鉛直補強筋は、下端が前記柱主筋の頂部定着端に所定定着長を確保して連接され、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または請求項２に記載の柱梁接合部補強構造。
4. 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または請求項３に記載の柱梁接合部補強構造。
5. 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３のいずれか１項に記載の柱梁接合部補強構造。