JP5440945B2

JP5440945B2 - 軸部材とｒｃ部材との接合構造及び方法

Info

Publication number: JP5440945B2
Application number: JP2010071139A
Authority: JP
Inventors: 篤史武田; 浩一田中
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-03-25
Also published as: JP2011202419A

Description

本発明は、ブレースや梁といった軸部材の端部をＲＣ部材に接合する際に適用される軸部材とＲＣ部材との接合構造及び方法に関する。

鉄筋コンクリート（以下、ＲＣ）構造物の耐震補強対策として、ＲＣ柱とＲＣ梁とからなるＲＣラーメン架構の構面内に鋼製ブレースを配置する方法が広く行われている。かかる耐震補強方法によれば、水平地震力の一部を鋼製ブレースに負担させることで構造物全体の強度を高めるとともに、地震応答を低減することができるため、ビルや高架橋など、耐震性向上が望まれるさまざまな種類の構造物に数多く採用されている。

鋼製ブレースは、その端部においてＲＣラーメン架構を構成する柱や梁に接合されるが、地震時においては、かかる接合箇所を介してＲＣ構造物から鋼製ブレースに水平地震力が伝達されることになる。

そのため、接合箇所で十分な強度を確保することが必要不可欠となるが、ブレースの端部がＲＣラーメン架構の隅部ではなく、ＲＣ柱やＲＣ梁の中間部に接合される場合には、該ＲＣ柱やＲＣ梁の材軸に平行な力成分によってブレース端部がずれることがないよう特に留意する必要があり、従来においては、ＲＣ部材にアンカーを打ち込むとともに該アンカーの基部を溶接やボルト接合によって鋼製ブレースの端部に連結することで接合強度を確保していた。

特許第３５４９１８３号公報特開平１０−１８４０３１号公報

ここで、既存のＲＣ部材にはせん断補強筋や主筋等の鉄筋が埋設されているため、上述のアンカーは、これらの鉄筋を避けて打ち込まなければならない。

しかしながら、埋設箇所が比較的把握しやすい主筋であればともかく、細かいピッチで配筋されているせん断補強筋との干渉を避けながらアンカーを打ち込みあるいはそのための穿孔を行うことはきわめて効率が悪く、耐震補強工事のコストアップを招くという問題を生じていた。かかる問題は、現場決めされたアンカー位置に合わせてブレース端部にボルト孔を現場加工する場合、さらに深刻となる。

その一方、工場製作されたアンカー位置を優先して強引にアンカーを打ち込みあるいは穿孔を行えば、ＲＣ部材に埋設されたせん断補強筋を傷つけ、ひいてはＲＣ構造物のせん断耐力や靭性を低下させることにもなり、いずれにしろＲＣ構造物の耐震性向上を図ることが困難になるという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、既存のＲＣ部材に埋設されている鉄筋との干渉を懸念することなく鋼製ブレースの端部をＲＣ部材に接合することが可能な軸部材とＲＣ部材との接合構造及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造は請求項１に記載したように、軸部材の端部が接合された第１の取付け板を該第１の取付け板の背面に突設された係合突起がＲＣ部材の一方の側面に形成された係合凹部に挿入されるように前記一方の側面に配置するとともに該一方の側面と背中合わせに位置する他方の側面に第２の取付け板を配置し、前記第１の取付け板と前記ＲＣ部材の一方の側面との間にグラウト材をそれぞれ充填するとともに、前記ＲＣ部材の側方に配置された引寄せ部材で前記第１の取付け板及び前記第２の取付け板を互いに引き寄せたものである。

また、本発明に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造は、前記軸部材をブレースとしたものである。

また、本発明に係る軸部材とＲＣ部材との接合方法は請求項３に記載したように、ＲＣ部材の一方の側面に係合凹部を形成し、軸部材の端部が接合される第１の取付け板をその背面に突設された係合突起が前記係合凹部に挿入されるように前記ＲＣ部材の一方の側面に配置するとともに該一方の側面と背中合わせに位置する他方の側面に第２の取付け板を配置し、前記第１の取付け板と前記ＲＣ部材の一方の側面との間にグラウト材をそれぞれ充填し、該グラウト材が硬化した後、前記ＲＣ部材の側方に配置された引寄せ部材で前記第１の取付け板及び前記第２の取付け板を互いに引き寄せるものである。

また、本発明に係る軸部材とＲＣ部材との接合方法は、前記軸部材をブレースとしたものである。

ブレース等の軸部材をＲＣ部材を含んだ構造物の構面に配置する場合、地震による繰り返し荷重の下、一般的には軸部材の端部とＲＣ部材との接合箇所に、ＲＣ部材の材軸に直交する力（圧縮引張力）と材軸に平行な力（せん断力）とが相互に作用する。

そのため、従来のアンカーは、軸部材の端部がＲＣ部材から引き抜かれることがないようにかつ軸部材の端部がＲＣ部材の側面に沿ってずれることがないように、いわば引抜きとせん断の両方で強度が確保されるように構成する必要があり、それゆえ、アンカーの長さや径が必然的に大きくなって既存鉄筋との干渉を招く本質的な原因となっていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、係合突起と係合凹部との係合作用によるシアキーによってせん断力の伝達を確保しつつ、ＲＣ部材の側方に配置された引寄せ部材による圧縮力載荷によって係合突起と係合凹部との係合を維持するとともに、軸部材の端部とＲＣ部材との接合箇所に作用する引抜き力を引寄せ部材に負担させるという新規な構成をなしたものであり、かかる構成によれば、ＲＣ部材に埋設される係合突起の長さ（係合凹部の深さ）を大幅に短くすることが可能となり、既存鉄筋との干渉の問題を本質的に改善することができる。

すなわち、本発明に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造及び方法においては、まず、互いに背中合わせとなるＲＣ部材の２つの側面のうち、軸部材が配置される側の側面（以下、一方の側面）に係合凹部を形成する。

ここで、第１の取付け板には軸部材の端部が接合されるとともに、該第１の取付け板の背面には係合突起が突設してあり、係合凹部は、かかる係合突起が挿入できるよう、形状や寸法を適宜決定する。

次に、かかる係合突起が係合凹部に挿入されるよう、第１の取付け板をＲＣ部材の一方の側面に配置するとともに、第２の取付け板を他方の側面に配置する。

次に、第１の取付け板とＲＣ部材の一方の側面、及び第２の取付け板とＲＣ部材の他方の側面との間にグラウト材をそれぞれ充填する。

次に、充填されたグラウト材が硬化した後、ＲＣ部材の側方に配置された引寄せ部材で第１の取付け板及び第２の取付け板を引寄せ部材で互いに引き寄せる。

かかる本願発明の構成においては、引寄せ部材により、第１の取付け板とＲＣ部材の一方の側面との間に圧縮力が載荷され、その圧縮力で係合突起が係合凹部に確実に係合されるため、ＲＣ部材の材軸に沿った第１の取付け板の相対移動、いわば第１の取付け板とＲＣ部材とのずれが拘束される。また、地震時においてブレース端部から引張力が作用したときには、引寄せ部材がその引張力を負担する。

そのため、地震時における繰り返し荷重の下であっても、係合突起は、係合凹部から外れることなく、該係合凹部に挿入されたままの状態が維持されることとなり、かくして係合突起は、ＲＣ部材の材軸に平行な方向の力成分（せん断力）を伝達するシアキーとして機能する。

すなわち、本願発明によれば、引張力（引抜き力）とせん断力の両方をアンカーに負担させていた従来の技術とは異なり、せん断力を係合突起に負担させる一方、引張力（引抜き力）については、ＲＣ部材の側方に配置された引寄せ部材に負担させるとともに、引寄せ部材による拘束作用によって係合突起と係合凹部との係合を確実に維持するようにしたので、係合突起に必要な長さ（係合凹部に必要な深さ）が大幅に短くなり、かくして係合凹部の穿孔や係合突起の挿入による既存鉄筋の損傷を確実に防止することが可能となる。

なお、地震時繰り返し荷重の下、軸部材とＲＣ部材との間に圧縮力が作用するときには、その圧縮力は、ある程度、係合突起と係合凹部との係合に寄与するものと思われるが、該圧縮力の大きさは、軸部材の配置角度等に依存するため、上述した係合の維持に常に寄与するとは限らない。しかし、本願発明によれば、引寄せ部材に導入される引張力によって第１の取付け板とＲＣ部材との間に初期的に圧縮力が載荷されるため、確実な係合の維持が実現される。

軸部材とは、材端で圧縮引張力及びせん断力を被接合側に伝達するようになっている部材を指すものとし、具体的には、ラーメン架構を構成するブレースや梁、あるいはトラス架構を構成するトラス材がこれに該当する。なお、軸部材の材質は任意であり、鋼材をはじめ、木質系材料、特に大断面集成材が包摂される。

ＲＣ部材とは、コンクリート内に鉄筋が埋設されてなるコンクリート部材という意味で用いるものとし、狭義の鉄筋コンクリート部材をはじめ、鉄骨鉄筋コンクリート部材（ＳＲＣ部材）やプレストレストコンクリート部材（ＰＣ）が包摂される。

ここで、軸部材をブレース、特に鋼製ブレースとした場合は、ＲＣ部材とブレースとの接合構造において、該ＲＣ部材の中間位置にブレースを接合することが可能となるので、耐震補強の適用範囲が従来よりも格段に拡がる。

第１の取付け板や第２の取付け板は、例えば溝形鋼で構成することが可能である。

係合突起は、第１の取付け板を構成する例えば溝形鋼のウェブ背面にスタッドや短鉄筋を溶接する、ウェブに多数のボルト孔を穿設した上、ボルトをその先端が背面側となるようにボルト孔に挿通してナットで固定するといった構成を採用することができる。

係合突起と係合凹部は、嵌合と言えるほど隙間なくぴったりと挿入できるように構成できるのであればもちろんそれでもかまわないが、作業性を考慮して、係合突起の大きさよりも若干大きくなるように係合凹部を形成するのが一般的である。

かかる場合においては、係合凹部にグラウト材を先行充填しておき、しかる後、係合突起によって係合凹部からグラウト材が押し出されるように第１の取付け板を一方の側面に配置する。

引寄せ部材は、例えばＰＣ鋼棒で構成することが可能である。かかる構成においては、第１の取付け板及び第２の取付け板に挿通孔を穿孔しておき、該挿通孔にＰＣ鋼棒を挿通した上、両端にナットをそれぞれ螺合して締め付けることにより、第１の取付け板及び第２の取付け板を互いに引き寄せればよい。

本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造を示した分解斜視図。同じく軸部材とＲＣ部材との接合構造を示した図であり、(a)は水平断面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う鉛直断面図。本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合方法を示した施工手順図。本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造を高架橋に適用した場合を示した図。

以下、本発明に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造及び方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造を示した分解斜視図、図２は同じく水平断面図及び鉛直断面図である。これらの図でわかるように、本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造１は、軸部材としての鋼製のブレース２の端部に取り付けられＲＣ部材としての矩形断面を有するＲＣ柱３の一方の側面４ａに配置される第１の取付け板５と、該一方の側面と背中合わせに位置する他方の側面４ｂに配置される第２の取付け板６と、第１の取付け板５及び第２の取付け板６を互いに引寄せ可能な引寄せ部材としてのＰＣ鋼棒７とからなる接合具を用いて構成してある。

すなわち、本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造１は、第１の取付け板５を、その背面に突設された係合突起８がＲＣ柱３の一方の側面４ａに形成された係合凹部９に挿入されるように該一方の側面に配置するとともに、第２の取付け板６を他方の側面４ｂに配置し、ＲＣ柱３の側方に配置された計４本のＰＣ鋼棒７を、第１の取付け板５に形成された挿通孔１１と第２の取付け板６に形成された挿通孔１２にそれぞれ挿通した上、支圧板１４の上からナット１３を締め付けることにより、第１の取付け板５及び第２の取付け板６を互いに引き寄せて構成してある。

第１の取付け板５及び第２の取付け板６は溝形鋼で構成してあり、ＲＣ柱が６００ｍｍ×６００ｍｍ程度の大きさであれば、例えば３８０×１００×１３×２０程度の断面サイズのものを選択することができる。

第１の取付け板５のウェブには、ブレース２の両側に２列ずつ計１８個のボルト孔１５を形成してあるとともに、該ボルト孔にボルト８ａをその先端が背面側となるように挿通した上、ナット８ｂを背面側からそれぞれ螺合してあり、これらボルト８ａの先端部及びナット８ｂは、第１の取付け板５の背面側から突出する係合突起８を構成する。

ここで、係合突起８を構成するにあたっては、該係合突起が挿入される係合凹部９の深さがＲＣ柱３に埋設されている鉄筋のかぶり厚さ以下となるよう、その個数や大きさを適宜設定する。計１８個のボルト８ａ及びナット８ｂを第１の取付け板５の背面に突設させる上記構成はその一例である。

係合凹部９は、係合突起８が挿入できる程度に該係合突起よりも若干大きく形成してあり、該係合凹部の内面と係合突起８の周面との間にはグラウト材としての無収縮モルタル１６を充填してある。

無収縮モルタル１６は、係合凹部９に充填されてから硬化するまでは、該係合凹部から自重で流れ出さない程度の粘性を持つように構成するのがよい。

一方、第１の取付け板５とＲＣ柱３の一方の側面４ａ及び第２の取付け板６とＲＣ柱３の他方の側面４ｂとの間にもグラウト材としての無収縮モルタル１６を充填する。

本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造１は、例えば図４に示す高架橋４１の下部構造であるＲＣラーメン架構４２の構面にＸ字状のブレース２を配置する場合であって、ＲＣラーメン架構４２を構成するＲＣ柱３の脚部が地盤面から深い位置にあるため、ブレース２の下端をＲＣ柱３の脚部に接合すると経済性に欠ける結果となる場合、ＲＣ柱３の脚部ではなく、中間位置にＸ字状のブレース２の下端を接合する場合に適用可能である。

かかる場合、ブレース２の上端についても、本実施形態の接合構造１を用いてＲＣ柱３の柱頭に接合するのが望ましいが、以下の説明では、ブレース２の下端をＲＣ柱３の中間位置に接合する場合について説明する。

本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造１を構築するには、まず、互いに背中合わせとなるＲＣ柱３の２つの側面のうち、ブレース２が配置される側の側面である一方の側面４ａに係合凹部９を形成する。

図３(a)及び(b)は、ＲＣ柱３の一方の側面４ａに係合凹部９を形成する前と形成した後の様子を示したものである。かかる係合凹部９は、例えばドリルを使って形成することが考えられる。

ここで、係合凹部９は、その深さがＲＣ柱３に埋設されている鉄筋３１のかぶり厚さ以下となるように形成する。

係合凹部９が形成されたならば、該係合凹部に無収縮モルタル１６を充填する（図３(c)）。無収縮モルタル１６は、例えばこてで塗り込むように充填すればよい。

無収縮モルタル１６を先行充填したならば、該無収縮モルタルが硬化しないうちに、係合突起８が係合凹部９に挿入されるよう、かつその挿入された係合突起８によって余分な無収縮モルタル１６が係合凹部９から押し出されるよう、第１の取付け板５をＲＣ柱３の一方の側面４ａに配置し、必要に応じて適宜仮止めする（図３(d)）。第２の取付け板６についてもこれを他方の側面４ｂに配置し、必要に応じて適宜仮止めする。

一方、第１の取付け板５と一方の側面４ａとの間、及び第２の取付け板６と他方の側面４ｂとの間にも無収縮モルタル１６を充填する。かかる充填作業は、第１の取付け板５及び第２の取付け板６を配置する作業と並行して、あるいはその前後に適宜行えばよい。

次に、ＰＣ鋼棒７をＲＣ柱３の各側方に２本ずつ計４本配置するとともに、それらを第１の取付け板５に形成された挿通孔１１と第２の取付け板６に形成された挿通孔１２にそれぞれ挿通し、無収縮モルタル１６が硬化した後、支圧板１４の上からナット１３を締め付けることにより、第１の取付け板５及び第２の取付け板６を互いに引き寄せる。

ＰＣ鋼棒７に導入すべき引張力の大きさは、地震時における繰り返し荷重を受けている間、係合突起８が係合凹部９から外れることなく、該係合突起と周囲のコンクリートとの間で生じる支圧によって第１の取付け板５とＲＣ柱３との間でせん断力が確実に伝達されるよう適宜決定すればよい。

ここで、ＰＣ鋼棒７に導入される引張力によって、第１の取付け板５とＲＣ柱３の一方の側面４ａとの間に圧縮力が載荷され、その圧縮力で係合突起８が係合凹部９に確実に係合されるため、地震時繰り返し荷重を受けている間、第１の取付け板５とＲＣ柱３の一方の側面４ａとの間の応力状態は、常に圧縮となることが望ましい。

但し、繰り返し荷重下においてブレースから作用する引張力の大きさによっては、該引張力との相殺によって応力状態が一時的に引張となる場合も考えられ、かかる場合においては、係合突起８のシアキーとしての機能が失われない限り、一時的に引張となってもかまわない。

以上説明したように、本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造１及び方法によれば、第１の取付け板５をその背面に突設された係合突起８がＲＣ柱３の一方の側面４ａに形成された係合凹部９に挿入されるように第１の取付け板５を一方の側面４ａに配置するとともに、他方の側面４ｂに配置された第２の取付け板６とＰＣ鋼棒７で連結してそれらを互いに引き寄せるようにしたので、地震時繰り返し荷重を受けている間、係合突起８は、係合凹部９に挿入されたままの状態が維持され、該係合凹部から外れることはない。

したがって、係合突起８は、ＲＣ柱３の材軸に平行な方向の力成分（せん断力）を伝達するシアキーとして機能するとともに、せん断力による接合箇所の破壊が未然に防止され、かくして地震時水平力は、ＲＣ柱３とブレース２との間で確実に伝達される。

また、本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造１及び方法によれば、係合凹部９の深さを、ＲＣ柱３に埋設されている鉄筋のかぶり厚さ以下とすることが可能となり、かくして係合凹部９の穿孔や係合突起８の挿入による既存鉄筋３１の損傷を未然に防止することが可能となる。なお、ＰＣ鋼棒７については、ＲＣ柱３に挿通せず、その側方に配置するようにしたので、ＰＣ鋼棒７と既存鉄筋３１との間で干渉の問題は起こらない。

また、本実施形態に係る軸部材とＲＣ部材との接合構造１及び方法によれば、係合突起８の周面と係合凹部９の内面との間に無収縮モルタル１６を充填するようにしたので、係合突起８をシアキーとして確実に機能させることが可能となる。

本実施形態では、係合突起８をボルト８ａの先端部と該先端部に螺合されるナット８ｂとで構成したが、本発明に係る係合突起は、第１の取付け板の背面に突設されシアキーとして機能する限りにおいて、どのように構成するかは任意であり、係合突起８に代えて、例えば短鉄筋やスタッドを用いるようにしてもかまわない。なお、かかる変形例においては、短鉄筋やスタッドを第１の取付け板５の背面に溶接で固定すればよい。

また、本実施形態では、係合凹部９を円筒状に形成したが、係合凹部をどのような形状に形成するかは任意であって、係合突起の形状との兼ね合いで適宜構成すればよく、例えば半球状の凹部としてもかまわない。

また、本実施形態では、第１の取付け板５と一方の側面４ａとの間、及び第２の取付け板６と他方の側面４ｂとの間に無収縮モルタル１６を充填するようにしたが、第２の取付け板６と他方の側面４ｂとの間で応力集中が発生して圧縮力の荷重伝達がスムーズに行われない懸念がないのであれば、これらの間隙への充填を省略し、第２の取付け板６を他方の側面ｂに当接させてもかまわない。

１軸部材とＲＣ部材との接合構造
２ブレース（軸部材）
３ＲＣ柱（ＲＣ部材）
４ａ一方の側面
４ｂ他方の側面
５第１の取付け板
６第２の取付け板
７ＰＣ鋼棒（引寄せ部材）
８係合突起
９係合凹部
１６無収縮モルタル（グラウト材）

Claims

軸部材の端部が接合された第１の取付け板を該第１の取付け板の背面に突設された係合突起がＲＣ部材の一方の側面に形成された係合凹部に挿入されるように前記一方の側面に配置するとともに該一方の側面と背中合わせに位置する他方の側面に第２の取付け板を配置し、前記第１の取付け板と前記ＲＣ部材の一方の側面との間にグラウト材をそれぞれ充填するとともに、前記ＲＣ部材の側方に配置された引寄せ部材で前記第１の取付け板及び前記第２の取付け板を互いに引き寄せたことを特徴とする軸部材とＲＣ部材との接合構造。
前記軸部材をブレースとした請求項１記載の軸部材とＲＣ部材との接合構造。
ＲＣ部材の一方の側面に係合凹部を形成し、軸部材の端部が接合される第１の取付け板をその背面に突設された係合突起が前記係合凹部に挿入されるように前記ＲＣ部材の一方の側面に配置するとともに該一方の側面と背中合わせに位置する他方の側面に第２の取付け板を配置し、前記第１の取付け板と前記ＲＣ部材の一方の側面との間にグラウト材をそれぞれ充填し、該グラウト材が硬化した後、前記ＲＣ部材の側方に配置された引寄せ部材で前記第１の取付け板及び前記第２の取付け板を互いに引き寄せることを特徴とする軸部材とＲＣ部材との接合方法。
前記軸部材をブレースとした請求項３記載の軸部材とＲＣ部材との接合方法。