JP6373591B2 - 鋼橋における上下部工の接合構造 - Google Patents

Description

この発明は、鋼橋における上下部工の接合構造に関する。

従来、例えば、鋼橋における上下部工の接合構造として、鋼製主桁（以下、単に鋼桁ともいう）を鉄筋コンクリート製下部工に埋め込み、鋼桁にはずれ止めを設ける構造が知られている。このずれ止め構造には、スタッドジベルによるものや、特許文献１に記載のように有孔鋼板をずれ止めとして鋼桁に配置したり、特許文献２に記載のように鋼桁のフランジに開孔を設ける例などがある。

しかしながら、このような鋼桁を下部工に埋め込む接合構造の場合、次のような問題がある。
（１）床版上面の拘束力を高め、また鋼製主桁の上下フランジ面に作用する支圧力に対して、補強や拘束の必要性があることから、多くの鉄筋を配置しなければならない。
（２）下部工に埋め込んだ鋼製主桁や、特許文献１に記載の有孔鋼板の開孔部を貫通する抵抗鋼材が、下部工躯体内での配筋作業やコンクリート打設および締め固め作業を阻害し、コンクリート工の施工性を悪くする要因になっている。

（３）それぞれ鋼製主桁を構成する水平配置されたフランジと鉛直配置されたウェブの交差部や、幅広な水平面を構成するフランジ部材が、コンクリートの充填性を阻害し、確実な施工が難しい。
（４）下部工頂部に埋め込まれた鋼製主桁の上部に下部工鉄筋、床版鉄筋、床版上面の拘束力を高めるための拘束鉄筋などを密に配置する必要があり、配筋の作業性やコンクリートの密実な充填性が悪く、コンクリート品質を確保するのが難しい。

（５）下部工頂部に埋め込まれた鋼製主桁のフランジとコンクリート境界面には、高い支圧力が作用することから、フランジ縁端を起点としたクラックが発生し易く、最悪の場合は、コンクリートの欠け落ちなどの問題が発生する可能性がある。
（６）下部工頂部に埋め込まれた鋼製主桁の上フランジ上面では、コンクリート厚が薄くほぼ自由面となるため、上面側からの拘束力が弱く、上フランジ上面に配置されたジベルによるずれ止め効果が小さくなる。
（７）下部工頂部に埋め込んだ鋼製主桁の下フランジ背面側は、コンクリート厚が薄く、下フランジ側の圧縮押し抜き力も非常に高いことから応力集中を生じやすく、下フランジ縁端を起点としたクラックが発生しやすい。特に橋台と鋼製主桁を接合する鋼ポータルラーメン橋では、橋台背面を盛土で覆うため、この部位が土中に埋まり、点検が困難であるとともに、発生したクラックから土中の水分が侵入し、橋台主鉄筋を腐食させる恐れがあり、構造物の耐久性に影響を与える可能性がある。

特開２０００−３１９８１６号公報 特開２００７−２３１５８３号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、施工品質を大幅に改善し、施工コストが安価で維持管理性に優れた耐久性のある、鋼橋における上下部工の接合構造を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、鉄筋コンクリート製の下部工と、床版及び鋼製主桁で構成される上部工との接合構造であって、
前記鋼製主桁の軸方向端面に垂直に下部の幅を上部の幅よりも大きくした支圧板を設けるとともに、この支圧板に垂直に１枚又は互いに間隔を置いた複数枚の孔あき鋼板ジベルを設け、
前記孔あき鋼板ジベルを前記下部工に埋め込み、
前記下部工頂部には前記孔あき鋼板ジベルの上方において、橋軸方向に配置した床版配力鉄筋が設けられていることを特徴とする鋼橋における上下部工の接合構造にある。

上記接合構造において、前記孔あき鋼板ジベルは、具体的には、前記支圧板に鉛直方向に設けられている。また、前記孔あき鋼板ジベルは、前記支圧板に鉛直方向及び水平方向に設けられている態様を採ることもできる。

上記各接合構造において、前記孔あき鋼板ジベルの各孔には該孔を貫通する補強鉄筋が配置されている構成を採ることができる。

この発明によれば、下部工内には孔あき鋼板ジベルのみが埋め込まれるので、コンクリート躯体領域内での作業空間を確保することができ、配筋作業やコンクリート打設及び締固め作業を十分に行うことができる。したがって、施工品質が大幅に改善され、施工コストが安価で維持管理性に優れた耐久性のある接合構造を得ることができる。

この発明の第１実施形態を示し、接合構造部の平面図である。 同接合構造部の橋軸直角方向正面図である。 同接合構造部の橋軸方向側面図である。 この発明の第２実施形態を示し、接合構造部の平面図である。 同接合構造部の橋軸直角方向正面図である。 同接合構造部の橋軸方向側面図である。 第１、第２実施形態における下部工頂部の配筋を示す平面図である。 この発明の第３実施形態を示し、接合構造部の平面図である。 同接合構造部の橋軸直角方向正面図である。 同接合構造部の橋軸方向側面図である。 この発明の第４実施形態を示し、接合構造部の平面図である。 同接合構造部の橋軸直角方向正面図である。 同接合構造部の橋軸方向側面図である。 この発明の第５実施形態を示し、接合構造部の平面図である。 同接合構造部の橋軸直角方向正面図である。 同接合構造部の橋軸方向側面図である。 接合構造部に作用する力と応力分布を示す図である。 下部工頂部にクラックが生じた場合の修復方法を示す手順図である。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。以下の各実施形態は、この発明を橋梁構造において、上部工と下部工との接合構造に適用した例である。図１〜図３は、この発明の第１実施形態を示し、図１は接合構造部の平面図、図２は同接合構造部の橋軸直角方向正面図、図３は同接合構造部の橋軸方向側面図である。

この実施形態では、上部工１が床版２と鋼製主桁３で構成される合成桁からなり、また下部工４は橋台からなっている。鋼製主桁３は上フランジ３ａ及び下フランジ３ｂと、これらのフランジ３ａ，３ｂ間を連結するウェブ３ｃとからなり、後述する支圧板５の形状に対応させて下フランジ３ｂは上フランジ３ａよりも幅が大きくなっている。

支圧板５は鋼製主桁３の軸方向端面に垂直に設けられている。この支圧板５は、鋼製のもので溶接等により鋼製主桁３の端面に固着される。支圧板５は上端の幅が上フランジ３ａの幅とほぼ等しいかそれよりも幾分か大きく、下部にゆくにしたがって徐々に幅が拡がり、中間部から下端にかけて等幅となっている。この支圧板５の等幅部分の幅は、下フランジ３ｂの幅と等しいかそれよりも幾分か大きくなっている。このように、支圧板５の幅を上部よりも下部を大きくしたのは、上部工１に鉛直荷重が作用すると、支圧板５を介して下部工４に作用する圧縮力が支圧板５の上部よりも下部のほうが大きくなるからである。

支圧板５の鋼製主桁３と反対側の面には、孔あき鋼板ジベル６が支圧板５に対して垂直かつ鉛直方向に設けられている。孔あき鋼板ジベル６は、それ自体は周知のものであり、板厚方向に貫通する多数の孔６ａが鋼板の長さ方向及び幅方向に整列して設けられている。孔あき鋼板ジベル６は、１枚あるいは複数枚設けることができ、この実施形態では橋軸直角方向に間隔をおいて２枚設けられている。この孔あき鋼板ジベル６は支圧板５に溶接等により固着される。なお、支圧板５と上フランジ３ａの下面との間には補強リブ１３が設けられている。

孔あき鋼板ジベル６は、支圧板５の長さとほぼ等しい長さを有し、また下部工４の橋軸方向のほぼ中央に達する幅を有している。孔あき鋼板ジベル６は、下部工４の構築時に下部工４のコンクリートに埋め込まれる。したがって、支圧板５は下部工４の前面に露出する。孔あき鋼板ジベル６の自由端部（橋台である下部工４の背面側の端部）には、上部工１に曲げモーメントが作用した場合の作用力状態を考慮して、長さ方向に沿って切欠き部７が設けられている。

孔あき鋼板ジベル６の多数の孔６ａは、コンクリートとの付着力を高めるものであるが、この実施形態では２枚の孔あき鋼板ジベル６，６の対向する孔どうしを貫通する多数の水平補強鉄筋１２が配置されている。なお、図面の複雑化を回避するために、図示では水平補強鉄筋１２は単線で示されている。

下部工４に鉛直方向に配置される下部工主鉄筋８，９は、下部工４の背面側に橋軸直角方向に沿って２列配置される背面側主鉄筋８と、前面側に橋軸直角方向に沿って１列配置される前面側主鉄筋９とからなる。背面側主鉄筋８は下部工４の頂部で前面側にほぼ９０度屈曲され、橋軸方向に延びる屈曲部８ａとなっている。

一方、前面側主鉄筋９も、下部工４の頂部で背面側に短尺長さで屈曲され（図示省略）、下部工主鉄筋８の屈曲部８ａと重ね継手を形成している。また、床版配力鉄筋１０は、下部工４の頂部まで延び、下部工主鉄筋８の屈曲部８ａと重ね継手を形成している。さらに、下部工４の頂部には橋軸直角方向に下部工配力鉄筋１１が配置されている。この配筋状態の平面図は、図１に示すと図面が複雑化するので、図７に示してある（以下の第２実施形態と共通の平面図）。

図４〜図６は、この発明の第２実施形態を示し、図４は接合構造部の平面図、図５は同接合構造部の橋軸直角方向正面図、図６は同接合構造部の橋軸方向側面図である。この実施形態も上部工１が床版２と鋼製主桁３で構成される合成桁からなり、また下部工４は橋台からなるが、この実施形態では、接合構造部に孔あき鋼板ジベルとして、第１実施形態で示した鉛直方向の孔あき鋼板ジベル６に加えて、水平方向の孔あき鋼板ジベル１５が設けられている。水平方向の孔あき鋼板ジベル１５は、鉛直方向に間隔を置いて多数枚設置されている。

孔あき鋼板ジベル１５は、前述した支圧板５の幅寸法の変化に対応して、鉛直方向の孔あき鋼板ジベル６、６間にのみ配置される短尺のものと、孔あき鋼板ジベル６，６から外方に突出する比較的長尺のものとからなる。各孔あき鋼板ジベル１５の対向する孔１５ａどうしを貫通する多数の鉛直補強鉄筋１６が配置されている。なお、図面の複雑化を回避するために、図示では水平補強鉄筋１２の場合と同様に、鉛直補強鉄筋１６は単線で示されている。下部工４の頂部の配筋状態は、前述したように、図７に示されている。その他の構成は、第１実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図８〜図１０は、この発明の第３実施形態を示し、図８は接合構造部の平面図、図９は同接合構造部の橋軸直角方向正面図、図１０は同接合構造部の橋軸方向側面図である。この実施形態では、上部工１が鋼製主桁３のみで構成される非合成桁からなり、また下部工４は橋台からなっている。この実施形態の第１実施形態（図１〜図３）との相違は、第１実施形態では上部工１が床版２と鋼製主桁３で構成されるのに対し、この第３実施形態では上部工１が鋼製主桁３のみで構成される点である。したがって、上部工１の頂部には第１実施形態で示したような床版配力鉄筋１０は存在しない。この相違点以外は、第１実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図１１〜図１３は、この発明の第４実施形態を示し、図１１は接合構造部の平面図、図１２は同接合構造部の橋軸直角方向正面図、図１３は同接合構造部の橋軸方向側面図である。この実施形態も、上部工１が鋼製主桁３のみで構成される非合成桁からなり、また下部工４は橋台からなっている。この実施形態の第２実施形態（図４〜図６）との相違は、第２実施形態では上部工１が床版２と鋼製主桁３で構成されるのに対し、この第４実施形態では上部工１が鋼製主桁３のみで構成される点である。したがって、上部工１の頂部には第２実施形態で示したような床版配力鉄筋１０は存在しない。この相違点以外は、第２実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図１４〜図１６は、この発明の第５実施形態を示し、図１４は接合構造部の平面図、図１５は同接合構造部の橋軸直角方向正面図、図１６は同接合構造部の橋軸方向側面図である。この実施形態は、例えば、第２実施形態（図４〜図６）のものにおいて、鋼製主桁の３の下フランジ３ｂを拡幅し、それとともに支圧板５をその等幅部分において拡幅したものである。これにより、鉛直方向の孔あき鋼板ジベル６の枚数を増やしている（４枚）。また、支圧板５の前面には水平方向の孔あき鋼板ジベル１５と同じ高さレベル位置に補強リブ１７が設けられている。このような構造とすることにより、鋼製主桁３から下部工４への応力伝達を確実なものとすることができる。なお、このような構造は第２実施形態に限らず、前記した他の実施形態にも適用できる。

上記各実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。
（１）下部工４のコンクリートには孔あき鋼板ジベルのみが埋め込まれるので、下部工躯体領域内での作業空間を確保でき、配筋作業やコンクリート打設及び締固め作業を十分に行うことができ、施工性が向上するとともにコンクリート品質の確保が容易となる。
（２）特に、鉛直方向の孔あき鋼板ジベル６のみを下部工４のコンクリートに埋め込む実施形態では、コンクリート充填時に充填を阻害するものがなく、確実なコンクリートの充填が可能となる。

（３）上部工を鋼製主桁３及び床版２で構成する実施形態では、下部工４の頂部に埋め込まれた孔あき鋼板ジベル６の上方において、配筋形態を橋軸方向に配置した下部工主鉄筋８ａ、床版配力鉄筋１０及び橋軸直角方向の下部工配力鉄筋１１のみで構成することができ、従来のような拘束鉄筋や補強鉄筋を配置する必要がないため、配筋作業性が向上するとともにコンクリートの密実な充填性を確保することができ、コンクリートの品質確保が容易となる。
（４）特許文献１記載のように、有孔鋼板をずれ止めとして鋼桁フランジ上面に配置した場合には、有孔鋼板から下部工上面側のコンクリートのかぶりが少なくクラックが生じやすくなるが、上部工を鋼製主桁及び床版で構成する上記実施形態では、孔あき鋼板ジベル６の上面に床版とハンチを合わせたかぶり厚を確保できることから、クラックに対するリスクを小さくすることができる。

（５）下部工４の頂部に最小限に埋め込まれた孔あき鋼板ジベル６とコンクリートの境界面には、孔あき鋼板ジベル６を起点としたクラックが生じにくい。
（６）下部工４の頂部に埋め込まれる孔あき鋼板ジベル６，１５は、下部工４の躯体中央部に達する程度の幅寸法（埋込み長）を有していればよく（理由は下記（８）参照）、躯体幅の広い橋台などでは、半無限的にあるコンクリートで両側から拘束されている状態に近く、ジベルによるずれ止め効果が高くなる。

（７）図１７に示すように、鋼橋における上下部工の接合構造部には、主たる作用力として負曲げモーメントＭが生じる（Ｑはせん断力、Ｎは軸方向力を示す）。その結果、従来の鋼桁５０を下部工５１に埋め込む構造（ａ）では、網線で示すように下部工５１の背面部と頂面部に応力が集中するが、この発明の上記実施形態によれば、（ｂ）に示すように、床版２の鉄筋で引張力を負担し、支圧板５を介して圧縮力が下部工４へ伝達されるため、鋼製主桁３の下フランジ３ｂの背面側は、網線で示すように応力が分散するとともに、支圧板５の背面側の躯体厚が大きいため、下部工４の背面側へのクラックに対するリスクを小さくすることができる。

（８）主たる作用力については、床版鉄筋と支圧板５が抵抗するため、支圧板５の背面の孔あき鋼板ジベル６，１５は、主たる抵抗をせん断力とし、補助的に偶力に抵抗する部材とすることができるため、下部工への埋込み長さを少なくすることができる。これにより、従来の鋼製主桁をコンクリート製下部工に埋め込む方法と比較し、埋込み部の部材量を少なくすることができ、ずれ止めも省略できることから、コストを縮減することができる。

（９）構造実験による終局破壊挙動によれば、終局時は、床版鉄筋の端部を起点とした押し抜きせん断破壊挙動を示すことから、早期に損傷を発見できるとともに、下部工頂部の鉄筋とコンクリート補修のみで応急復旧が可能となり、復旧性の高い構造となる。

図１８は、下部工４の補修手順を示す橋軸直角方向の正面図である。同図（ａ）に鎖線Ａで囲んで示すように、この発明による接合構造の場合、下部工４の頂部にクラックが生じる。このため、損傷時の発見と修復がし易い。すなわち、修復するにあたっては、同図（ｂ）に示すようにクラックを含む下部工４の頂部及び床版２の一部を斫り、次いで、同図（ｃ）に示すように、斫り部分２０に復旧コンクリート２１を打設するという簡単な作業で、下部工４の補修を行うことができる。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態では下部工として橋台を示したが、下部工としての橋脚と鋼製主桁とを接合する場合にもこの発明を適用することができる。また、この発明は、鉄骨構造における鋼製梁と鉄筋コンクリート柱との接合にも適用することができる。

１ 上部工
２ 床版
３ 鋼製主桁
３ａ 上フランジ
３ｂ 下フランジ
３ｃ ウェブ
４ 下部工
６ 孔あき鋼板ジベル（鉛直方向）
８，９ 下部工主鉄筋
８ａ 屈曲部
１０ 床版配力鉄筋
１１ 下部工主鉄筋
１２ 水平補強鉄筋
１５ 孔あき鋼板ジベル（水平方向）
１６ 鉛直補強鉄筋

Claims (4)

1. 鉄筋コンクリート製の下部工と、床版及び鋼製主桁で構成される上部工との接合構造であって、
   前記鋼製主桁の軸方向端面に垂直に下部の幅を上部の幅よりも大きくした支圧板を設けるとともに、この支圧板に垂直に１枚又は互いに間隔を置いた複数枚の孔あき鋼板ジベルを設け、
   前記孔あき鋼板ジベルを前記下部工に埋め込み、
   前記下部工頂部には前記孔あき鋼板ジベルの上方において、橋軸方向に配置した床版配力鉄筋が設けられていることを特徴とする鋼橋における上下部工の接合構造。
2. 前記孔あき鋼板ジベルは、前記支圧板に鉛直方向に設けられていることを特徴とする請求項１記載の鋼橋における上下部工の接合構造。
3. 前記孔あき鋼板ジベルは、前記支圧板に鉛直方向及び水平方向に設けられていることを特徴とする請求項１記載の鋼橋における上下部工の接合構造。
4. 前記孔あき鋼板ジベルの各孔には該孔を貫通する貫通鉄筋が配置されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の鋼橋における上下部工の接合構造。

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