JP6419564B2

JP6419564B2 - 接合構造

Info

Publication number: JP6419564B2
Application number: JP2014252247A
Authority: JP
Inventors: 山野辺　慎一; 慎一山野辺; 平　陽兵; 陽兵平; 大寿浅沼
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: JP2016113787A

Description

本発明は、コンクリート部材と鋼部材との接合構造に関する。

鋼・コンクリート複合構造では、施工性や強度を高めるための様々な工夫が行われている。例えば特許文献１では、一方のPCa（プレキャストコンクリート）部材に鉄筋を埋設するとともに孔を設けておき、この孔に他方のPCa部材から突出した鉄筋を挿入した後、孔にグラウトを充填する。これにより、一方のPCa部材に埋設した鉄筋と、他方のPC部材から突出した鉄筋とで、両PCa部材間の重ね継手が形成される。

一方、鋼・コンクリート複合構造では、強度等の点から、鋼部材とコンクリート部材のずれを防いで一体化を図ることも重要であり、そのための手段としては、スタッドや孔開き鋼板ジベル(Perfobond Strip、以下PBLという)がある。

PBLは、孔の開いた鋼板をコンクリート内に埋設させ、以て鋼・コンクリート複合構造を形成するものである。PBLでは、鋼板の孔に回り込んだコンクリートがせん断力を負担することで、鋼部材とコンクリート部材のずれを防いで一体化を図ることができ、耐力・剛性、疲労特性の点で優れ、作業性も高いため広く用いられている。

特開2012-57314号公報

PBLの耐力は、鋼板の孔のコンクリートがせん断破壊する場合と鋼板が降伏する場合の低い方で決定される。前者については、鋼板の周囲のコンクリート強度、鋼板の孔の径、板厚、孔内のコンクリートに孔外から作用する拘束圧などに依存することが、最近の研究によって明らかになってきた（浅沼,平ほか「孔開き鋼板ジベル(PBL)の耐力算定法」, 鹿島技術研究所年報, Vol.60(2012), pp.51-56）。特にコンクリート強度による影響は大きく、高強度のコンクリートと一体化すれば、PBLは、高耐力・高剛性となる。

一方、コンクリートは、打設後硬化する過程でブリージングが生じて弱部が形成されることが避けられない。PBLにおいても、鋼板が鉛直に配置される場合には、コンクリートに埋設した鋼板の孔の上部にブリージング水が溜まると、剛性や耐力が低下する恐れがある。

以上のようなコンクリート強度とブリージングの影響を考慮すれば、高強度でブリージングの少ないコンクリートを使用すれば、PBLの耐力・剛性が向上することは明白である。しかしながら、こうした高性能のコンクリートを用いることはコストの増加となり、一般にPBLの耐力等の向上のためだけに高性能のコンクリートが用いられることはなかった。特許文献１の方法は、鋼・コンクリート複合構造の施工性を向上できるが、このような問題を考慮したものではなかった。

本発明は、低コスト且つ高耐力・高剛性な、コンクリート部材と鋼部材との接合構造を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、コンクリート部材と鋼部材との接合構造であって、前記コンクリート部材に形成された被挿入空間に前記鋼部材が挿入され、前記鋼部材の前記被挿入空間への挿入部分に孔が設けられ、前記被挿入空間に、硬化後の強度が前記コンクリート部材のコンクリートよりも高い充填材が充填されており、前記コンクリート部材は柱、壁、梁のいずれかであり、前記鋼部材は、前記挿入部分から前記コンクリート部材の外側に突出するように設けられることを特徴とする接合構造である。

本発明では、コンクリート部材において、鋼部材の周囲の一部に高強度の充填材を使用し、この充填材が鋼部材の孔に回り込むことでコンクリート部材と鋼部材のずれを防いで一体化することができ、接合構造の耐力・剛性が向上する。且つ鋼部材の周囲以外の部分では、コンクリート部材として通常のコンクリートを用いることができるので、コストを低減できる。

前記被挿入空間の形状が、前記挿入部分の形状に対応することが望ましい。
この場合、コンクリート部材の被挿入空間を、鋼部材の挿入部分から一定幅だけ離隔した形状とでき、この幅を適切に設計することで好適な接合構造を形成できる。

前記被挿入空間の内面に凹凸が形成されていることが望ましい。
これにより、コンクリート部材と充填材との付着性を高めることができる。

前記充填材は無収縮性のモルタルまたはグラウト材であることが望ましい。
これにより、ブリージングによる耐力・剛性の低下を防ぐことができ、耐久性も向上する。

前記鋼部材の孔に鉄筋が挿通されていることが望ましい。
これにより、鋼部材とコンクリート部材の一体性を高めることができる。

前記被挿入空間において、複数の前記鋼部材が前記孔の位置を合わせて重ねられていることが望ましい。
この場合、前記と同じく各鋼部材がコンクリート部材と一体化されるとともに、コンクリート部材の内部で重ねられた鋼部材同士も、重なった孔に充填材が回り込むことにより一体化される。これにより、複数の鋼部材による重ね継手をコンクリート部材の内部で形成した、低コスト且つ高耐力・高剛性な接合構造が得られる。

第２の発明は、コンクリート部材と鋼部材との接合構造であって、前記コンクリート部材に形成された被挿入空間に前記鋼部材が挿入され、前記鋼部材の前記被挿入空間への挿入部分に孔が設けられ、前記被挿入空間に、硬化後の強度が前記コンクリート部材のコンクリートよりも高い充填材が充填され、前記被挿入空間において、複数の前記鋼部材が前記孔の位置を合わせて重ねられ、前記鋼部材はＨ形鋼であり、前記Ｈ形鋼には、別の前記鋼部材であるＨ形鋼を挿入するためのスリットが設けられていることを特徴とする接合構造である。
この場合、複数のＨ形鋼を孔の位置を合わせて重ねることができ、Ｈ形鋼を用いる場合にも、上記と同様の効果が得られる。

前記コンクリート部材は、例えばコンクリートの現場打設により構築される。あるいは、前記コンクリート部材はプレキャスト部材でもよい。
前者の場合、コンクリートの現場打設によるコンクリート部材を用いた、低コスト且つ高耐力・高剛性な接合構造が得られる。後者の場合、プレキャストのコンクリート部材を用いた、低コスト且つ高耐力・高剛性な接合構造が得られる。どちらを適用するかは施工条件その他に応じて定めればよい。

前記鋼部材と前記被挿入空間の内面との間の距離が、前記鋼部材の前記孔の径の１／２程度以上であることが望ましい。また、前記鋼部材と前記被挿入空間の内面との間の距離が、前記充填材の前記強度及び／又は拘束力に応じて定められることが望ましい。また、前記鋼部材と前記被挿入空間の内面との間の距離は、前記充填材の前記強度及び／又は拘束力に応じて、前記被挿入空間の周囲のコンクリート部材が破壊しないように設定されることが望ましい。
このように、前記鋼部材と前記被挿入空間の内面との距離は孔径や充填材の強度等に応じて定めることが可能である。

本発明により、低コスト且つ高耐力・高剛性な、コンクリート部材と鋼部材との接合構造を提供することができる。

コンクリート部材２０と鋼部材１０の接合構造について説明する図穴２１１の形成について示す図圧縮応力の分布について説明する図圧縮応力の分布について説明する図コンクリート部材２０ａと鋼部材１０ａの接合構造について説明する図コンクリート部材２０ｂと鋼部材１０ｂの接合構造について説明する図コンクリート部材２０ｃと鋼部材１０ｃの接合構造について説明する図コンクリート部材２０ｄと鋼部材１０ｄの接合構造について説明する図コンクリート部材２０ｄの鋼部材１０ｄの接合構造を示す図コンクリート部材２０ｅと鋼部材１０ｅの接合構造について説明する図コンクリート部材２０ｅと鋼部材１０ｅの接合構造を示す図コンクリート部材２０ｆと２つの鋼部材１０の接合構造について説明する図コンクリート部材２０ｆと２つの鋼部材１０の接合構造を示す図３枚の鋼板１１を重ねた例を示す図コンクリート部材２０ｇと２つの鋼部材１０ｇの接合構造について説明する図コンクリート部材２０ｇと２つの鋼部材１０ｇの接合構造を示す図コンクリート部材２０ｇと２つの鋼部材１０ｈの接合構造について説明する図コンクリート部材２０ｇと２つの鋼部材１０ｈの接合構造を示す図一方のＨ形鋼１７’を予めコンクリート部材２０ｈに埋設した例を示す図

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るコンクリート部材２０と鋼部材１０の接合構造について説明する図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態では、鋼部材１０が略矩形状の鋼板１１であり、コンクリート部材２０がコンクリート製の柱２１である。鋼板１１の長手方向の端部には孔１１１が設けられ、柱２１の側面には、鋼板１１の端面形状に対応するスリット形の開口形状の穴２１１が設けられている。

本実施形態において、柱２１はコンクリートの現場打設によって形成される。図２（ａ）に示すようにコンクリートの打設時に箱抜きとして鋼板による内型枠４１を配置しておき、コンクリートの硬化後に内型枠４１を取り外すことで、図２（ｂ）に示すように穴２１１が形成される。

ここでは、図２（ａ）に示すように、内型枠４１のコンクリート側の面に、磁石シートや低強度の接着剤などにより凹凸シート４２を予め取付けておくことで、図２（ｂ）に示すように、凹凸シート４２の形状に対応した凹凸２１１ａを穴２１１の内面に形成する。

ただし、凹凸２１１ａの形成方法はこれに限らない。例えば、発泡スチロール等の内型枠４１によって箱抜きを行い、平滑な内面を有する穴２１１を形成した後、チッピングなどにより内面を目荒しして凹凸２１１ａを形成してもよい。チッピングによってコンクリートにマイクロクラックが生じるなどの懸念がある場合は、ウォータージェットを用いてもよい。ただし、穴２１１が狭い場合は、これらの作業を行うよりも、凹凸シート４２付きの内型枠４１を用いて凹凸２１１ａを形成するほうが容易である。

図１の説明に戻る。本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、鋼板１１の端部（挿入部分）を柱２１の穴２１１（被挿入空間）に挿入して穴２１１に充填材３０を充填する。充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。

図１（ｃ）は接合構造の水平方向の断面を示したものであり、図１（ｄ）は接合構造の鉛直方向の断面を示したものである。図１（ｃ）は図１（ｄ）の線ｂ−ｂによる断面、図１（ｄ）は図１（ｃ）の線ａ−ａによる断面である。

図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、充填材３０は鋼板１１の孔１１１にも回り込んで充填されており、これによりせん断力が負担され、柱２１に対する鋼板１１のずれを防いで柱２１と鋼板１１が一体化される。

充填材３０は、高強度のものとする。すなわち、硬化後の強度が柱２１のコンクリートより大きいモルタルやグラウト材等を用いる。このような充填材３０の例としては、例えば、硬化後の（一軸）圧縮強度が40〜120N/mm²に達するモルタルが普及しており、容易に入手できる。

一例として、太平洋セメント社製の「太平洋プレユーロックスM-S」の場合、圧縮強度は材齢28日で100N/mm²程度になる。また、日本スプライススリーブ社製の「SSモルタル」の場合、圧縮強度は材齢28日で100N/mm²程度であり、同じく日本スプライススリーブ社製の「SSモルタル120N」の場合、圧縮強度は材齢28日で120N/mm²程度に達する。なお、圧縮強度が120N/mm²を超えるような製品もあるが、このようなモルタルは概して粘性が高く充填作業には適していない。さらに硬化過程で生じる収縮も大きい。係る点並びに強度面等も勘案すると、100〜120N/mm²の圧縮強度が特に好適である。

また、充填材３０は、ブリージングのほとんど生じない無収縮性のモルタルあるいはグラウト材であることが望ましい。これにより、ブリージングが無くなるので、より高耐力・高剛性となることが期待できる。さらに、充填材３０に既知の膨張材を添加するなどして硬化時の膨張性を付与することもできる。充填材３０が膨張性を有していると、膨張分の拘束圧が、鋼板１１の孔１１１内の充填材３０に孔外から加わり、耐力・剛性の更なる向上が期待できる。

また、柱２１の穴２１１の内面には凹凸２１１ａが形成されており、これにより柱２１のコンクリートと充填材３０との付着性を高めることができる。ただし、充填材３０の強度を大幅に上げると、せん断力によって鋼板１１の孔１１１の充填材３０がせん断破壊するより先に、柱２１のコンクリートと充填材３０との境界部が破壊し付着が剥がれる可能性がある。このような破壊モードを適切に制御するため、鋼板１１と穴２１１の内面との離隔幅、すなわち鋼板１１周囲の充填材３０の厚さは、せん断力が加わった際の応力の広がりを勘案して設計しておくことが望ましい。

ここで、鋼板１１の周囲領域について図３（ａ）に示すモデルを用い、一つの孔１１１を有する鋼板１１に引抜力が作用した場合の周囲領域の圧縮応力状態を有限要素解析により求めたものが図３（ｂ）である。図３（ｂ）は、圧縮応力度の大きい箇所を白、小さい箇所を黒として、圧縮応力度をグレースケールで示したものである。この例では、孔１１１の径を50mm、充填材３０を圧縮強度100N/mm²の無収縮モルタルとして解析を行った。なお、せん断応力度や引張応力度についても同様の分布となる。

図３（ｂ）に示すように、この場合では孔１１１の内周面近傍で局部的な圧縮応力が発生しているが、こうした応力は図３（ｃ）に示すように広がり、鋼板厚さ方向に沿って鋼板１１から離れるにつれ急速に低減する。鋼板１１からの距離によって圧縮応力度がどの程度低減するかを解析により求めたものが図４である。図４は、横軸を鋼板１１の孔１１１の中心からの鋼板厚さ方向の距離、縦軸を応力度としてこれらの関係を示したものである。縦軸は、負の値が圧縮応力に対応する。

図４に示すように、孔１１１の中心では圧縮応力度が50N/mm²程度に達しており、充填材３０として例えば圧縮強度が60〜120N/mm²程度の高強度のモルタルを用いれば破壊することはないが、通常の強度のコンクリートでは破壊する恐れがある。また、鋼板１１からおよそ25mm離れた位置の圧縮応力度は、最大値の約1/5未満まで低下して10N/mm²を下回り、通常のコンクリートの圧縮強度（例えば、24〜60N/mm²程度）の1/2を下回るので、この位置を通常のコンクリート（例えば柱２１のコンクリート）としても圧縮破壊せず、ずれ止めとして成立することが分かる。即ち、充填材が充填されるスリット形の開口形状の穴２１１と充填材３０との境界位置における柱２１のコンクリートが圧縮破壊しなければ、ずれ止めとして成立することになる。

通常のPBLでは、鋼部材の製作性やコンクリートの粗骨材の回り込みから孔径が50〜60mmになるのが一般的であり、孔１１１についても同様とすると、上記した25mmの距離は孔径の1/2程度に相当する。すなわち、充填材３０を高強度とすることで理想的な値まで耐力を向上させ、鋼板１１と柱２１の穴２１１の内面との距離を孔径の1/2程度である25〜30mm以上とすることが好ましい。

ただし、上記の距離が長くなると施工性の低下やコスト増の問題もあり、そのような観点からは25〜30mm程度を最小限として短くするのがよい。また、今回の解析では充填材３０の圧縮強度を100N/mm²としたが、一般的には充填材３０の圧縮強度の違いによって応力分布自体が大きく変わることはなく、略同様の結果が得られる。

鋼板１１の孔１１１の充填材３０のせん断破壊に関しては、充填材３０の圧縮強度に応じて鋼板１１から柱２１の穴２１１の内面までの距離を定めることができる。すなわち、圧縮強度の高い充填材３０を用いるほど、より高いせん断応力に耐えることができ、鋼板１１と穴２１１の内面との距離が大きく無くても、その幅の充填材３０に生じるせん断力に耐え得るだけの十分なせん断耐力が得られるので、その距離をより短くし最小限にすることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、柱２１において、鋼板１１の周囲の一部に高強度の充填材３０を使用し、この充填材３０が鋼板１１の孔１１１に回り込むことで、柱２１と鋼板１１のずれを防いで一体化することができ、接合構造の耐力・剛性が向上する。且つ鋼板１１の周囲以外の部分では、柱２１として通常のコンクリートを用いることができるので、コストを低減できる。その他、本実施形態の接合構造では、鋼板１１の部分を後施工できるようになり施工性が向上する、PBL機構を有する鋼・コンクリート複合構造のプレキャスト化が可能になるといった効果も奏する。

本実施形態のような充填材３０を用いる効果について、例えばPBLでは、鋼板の１孔当たりのせん断耐力が、孔内のコンクリートの圧縮強度f(N/mm²)の1/3乗値や、孔内のコンクリートに作用する拘束圧（＝拘束力／孔面積）σ(N/mm²)の2/3乗値におよそ比例することが実験等により知られている（浅沼,平ほか「孔開き鋼板ジベル(PBL)の耐力算定法」, 鹿島技術研究所年報, Vol.60(2012), pp.51-56）。

従って、圧縮強度が24(N/mm²)程度の通常のコンクリートに代えて圧縮強度が120(N/mm²)程度の充填材３０を用いるだけでも耐力が1.7倍程度となることが予測される。このことは、鋼板１１の孔数を減らすことができ、施工性向上、コスト縮小にも寄与する。さらに、充填材３０に前記したような膨張性を付与し、上記の拘束圧を2倍にできると仮定すると、耐力は1.6倍になることが予測され、同様の効果が生じる。前記した鋼板１１と柱２１の穴２１１の内面との距離に関しても、圧縮強度を高めるのと同様の効果がある。

また、本実施形態では、柱２１の穴２１１の形状が、鋼板１１の端部の形状に対応しており、当該端部から一定幅だけ離隔した形状となる。前記したように、この幅すなわち充填材３０の厚さを適切に設計することで、予期しない破壊モードが生じるのを防ぎ、好適な接合構造を形成できる。

また、穴２１１の内面には凹凸２１１ａが形成されるので、柱２１のコンクリートと充填材３０との付着性を高めることができる。また、充填材３０として無収縮性のモルタルまたはグラウト材を用いることで、ブリージングによる耐力・剛性の低下を防ぐことができ、耐久性も向上する。

なお、本実施形態ではコンクリート部材２０をコンクリートの現場打設により構築した柱２１としたが、コンクリート部材２０はプレキャスト部材でもよい。前者の場合、コンクリートの現場打設によるコンクリート部材を用いた、低コスト且つ高耐力・高剛性な接合構造が得られる。後者の場合、プレキャストのコンクリート部材を用いた、低コスト且つ高耐力・高剛性な接合構造が得られる。どちらを適用するかは施工条件その他に応じて定めればよい。

以下、本発明のその他の例について、第２〜第９の実施形態として説明する。各実施形態は、それまでに説明した構成と異なる構成について主に説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また、各実施形態の構成は、互いに組み合わせて用いたり、第１の実施形態の構成と組み合わせて用いたりすることが可能である。

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係るコンクリート部材２０ａと鋼部材１０ａの接合構造について説明する図である。

図５（ａ）に示すように、本実施形態では、鋼部材１０ａがＨ形鋼１２であり、コンクリート部材２０ａがコンクリート製の柱２１の側面に穴２１２を設けたものである。Ｈ形鋼１２の長手方向の端部では、ウェブに孔１２１が設けられる。柱２１の穴２１２は、Ｈ形鋼１２の端面形状に対応するＨ形の開口形状を有する。

本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼１２の端部（挿入部分）を柱２１の穴２１２（被挿入空間）に挿入して穴２１２に充填材３０を充填する。充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。Ｈ形鋼１２の孔１２１には、前記と同様充填材３０が回り込んでおり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態に係るコンクリート部材２０ｂと鋼部材１０ｂの接合構造について説明する図である。

図６（ａ）に示すように、本実施形態では、鋼部材１０ｂがＨ形鋼１２’であり、コンクリート部材２０ｂがコンクリート製の柱２１の側面に穴２１３を設けたものである。Ｈ形鋼１２’の長手方向の端部では、前記と同様ウェブに孔１２１が設けられるが、フランジが省略されている。柱２１の穴２１３は、このＨ形鋼１２’のウェブの端面形状に対応するスリット形の開口形状を有する。

本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼１２’の上記端部（挿入部分）を柱２１の穴２１３（被挿入空間）に挿入して穴２１３に充填材３０を充填する。充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。Ｈ形鋼１２’の孔１２１には、前記と同様充填材３０が回り込んでおり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

［第４の実施形態］
図７は、第４の実施形態に係るコンクリート部材２０ｃと鋼部材１０ｃの接合構造について説明する図である。

図７（ａ）に示すように、本実施形態では、鋼部材１０ｃがＨ形鋼１２”であり、コンクリート部材２０ｃがコンクリート製の柱２１の側面に穴２１４を設けたものである。Ｈ形鋼１２”の長手方向の端部では、ウェブが省略されており、両フランジに孔１２２が設けられている。柱２１の穴２１４は、このＨ形鋼１２”の両フランジの端面形状に対応した、平行する２本のスリットによる「二」形の開口形状を有する。

本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼１２”の上記端部（挿入部分）を柱２１の穴２１４（被挿入空間）に挿入して穴２１４に充填材３０を充填する。充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。Ｈ形鋼１２”の孔１２２には、前記と同様充填材３０が回り込んでおり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

［第５の実施形態］
図８は、第５の実施形態に係るコンクリート部材２０ｄと鋼部材１０ｄの接合構造について説明する図である。

図８（ａ）に示すように、本実施形態において、鋼部材１０ｄは、前記した鋼板１１の端面に鋼板１１と直交する方向の定着プレート１３を設けたものであり、鋼部材１０ｄの端部の平面がＴ字形となる。

コンクリート部材２０ｄは、コンクリート製の壁２２の上端に、上面および側面に開口する穴２２１を設けたものである。穴２２１は、上面から見て、鋼部材１０ｄの端部の平面形状に対応するＴ字形の開口形状を有する。

また、壁２２には別途孔２２２が設けられる。孔２２２は弓形の形状を有し、壁２２の側面に設けた一方の開口から、平面Ｔ字形の穴２２１のＩ部分（Ｔ字の縦棒部分）を貫通し、壁２２の側面に設けた他方の開口に至る。孔２２２は鉄筋５１を通すために用いられる。

本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、鋼部材１０ｄの平面Ｔ字形の端部（挿入部分）を、壁２２の上面から穴２２１（被挿入空間）に挿入する。また、壁２２の側面から孔２２２に鉄筋５１を通し、鋼板１１の孔１１１を貫通させる。そして、穴２２１、孔２２２に充填材３０を充填する。充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。

図９（ａ）は接合構造の水平方向の断面を示したものであり、図９（ｂ）は接合構造の鉛直方向の断面を示したものである。図９（ａ）は図９（ｂ）の線ｄ−ｄによる断面、図９（ｂ）は図９（ａ）の線ｃ−ｃによる断面である。

図９（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼板１１の孔１１１には、鉄筋５１が通される他、充填材３０も回り込んでおり、これにより第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、鉄筋５１によって補強が行われ、壁２２と鋼部材１０ｄの一体性を更に高めることができる。鉄筋５１の充填材３０に対する付着強度は通常のコンクリートに対するものよりも高く、補強効果も大きい。

［第６の実施形態］
図１０は、第６の実施形態に係るコンクリート部材２０ｅと鋼部材１０ｅの接合構造について説明する図である。

図１０（ａ）に示すように、本実施形態において、鋼部材１０ｅは、Ｈ形鋼１６の下端にベースプレート１５を取付け、ベースプレート１５の下面に鋼板１４を立設したものである。鋼板１４は孔１４１を有する。コンクリート部材２０ｅは、コンクリート製の柱２３の上面に穴２３１を設けたものである。穴２３１は、鋼板１４の端面形状に対応するスリット形の開口形状を有する。

柱２３には別途穴２３２が設けられる。穴２３２は柱２３の側面から柱２３の内部に直線状に延び、穴２３１を貫通する。穴２３２は鉄筋５２を通すために用いられる。

本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、鋼部材１０ｅの鋼板１４（挿入部分）を柱２３の穴２３１（被挿入空間）に挿入し、柱２３の側面から鉄筋５２を穴２３２に挿入して鋼板１４の孔１４１を貫通させる。そして、穴２３１、２３２に充填材３０を充填する。充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。

図１１（ａ）は接合構造の水平方向の断面を示したものであり、図１１（ｂ）は接合構造の鉛直方向の断面を示したものである。図１１（ａ）は図１１（ｂ）の線ｆ−ｆによる断面、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の線ｅ−ｅによる断面である。

図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼板１４の孔１４１には、鉄筋５２が通される他、充填材３０が回り込んでいる。これにより、本実施形態でも前記した第５の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、図１１（ｃ）のコンクリート部材２０ｅ’に示すように、鉄筋５２を予め柱２３に埋設し、穴２３１内に露出させておくことも可能である。この場合は、鋼部材１０ｅの鋼板１４を穴２３１に挿入した後、鋼部材１０ｅを移動させて鋼板１４の孔１４１に鉄筋５２を通し、その後穴２３１に充填材３０を充填すればよい。

［第７の実施形態］
図１２は、第７の実施形態に係るコンクリート部材２０ｆと２つの鋼部材１０の接合構造について説明する図である。

図１２（ａ）に示すように、本実施形態では、鋼部材１０として前記した鋼板１１を用いるが、コンクリート部材２０ｆが、コンクリート製の柱２４に水平方向の貫通孔２４１を設けたものである。貫通孔２４１は、鋼板１１の端面形状に対応するスリット形の開口形状を有する。

本実施形態では、図１２（ｂ）に示すように、２枚の鋼板１１の端部（挿入部分）を、それぞれ柱２４の両側から貫通孔２４１（被挿入空間）に挿入し、図１２（ｃ）に示すように孔１１１の位置を合わせて配置する。そして、貫通孔２４１に充填材３０を充填し、充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。

図１３（ａ）は接合構造の水平方向の断面を示したものであり、図１３（ｂ）は接合構造の鉛直方向の断面を示したものである。図１３（ａ）は図１３（ｂ）の線ｈ−ｈによる断面、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の線ｇ−ｇによる断面である。

図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、充填材３０は、各鋼板１１の重なった孔１１１に回り込んでいる。これにより第１の実施形態と同様の効果が得られる他、一方の鋼板１１に加わった荷重が、重なった孔１１１内の充填材３０を介して他方の鋼板１１に伝達されるので、鋼板１１間のせん断力に対しても抵抗でき、柱２４の内部で、鋼板１１同士のずれを防いだ重ね継手が形成される。

なお、本実施形態では２枚の鋼板１１を重ねたが、図１４に示すように、一方を２枚の鋼板１１、他方を１枚の鋼板１１として３枚の鋼板１１を孔１１１の位置を合わせて交互に重ねてもよい。同様に、４枚以上の鋼板１１を交互に重ねてもよい。

［第８の実施形態］
図１５は、第８の実施形態に係るコンクリート部材２０ｇと２つの鋼部材１０ｇの接合構造について説明する図である。

図１５（ａ）に示すように、本実施形態の鋼部材１０ｇは、Ｈ形鋼１７の端部において、フランジに孔１７１を設け、ウェブに孔１７２を設けたものである。

ウェブにはさらに、端面から長手方向に切り込んだスリット１７３も設けられる。一方のＨ形鋼１７（図の右側）では、ウェブの下端にスリット１７３が設けられる。他方のＨ形鋼１７（図の左側）では、ウェブの上端に同様のスリット１７３が設けられる（図１５（ａ）では隠れている）。

コンクリート部材２０ｇは、コンクリート製の柱２４に貫通孔２４２を設けたものである。貫通孔２４２は、Ｈ形鋼１７の端面形状に対応するＨ形の開口形状を有する。

本実施形態では、図１５（ｂ）に示すように、２枚のＨ形鋼１７の端部（挿入部分）を、それぞれ柱２４の両側から貫通孔２４２（被挿入空間）に挿入する。そして、図１５（ｃ）、（ｄ）に示すように、一方のＨ形鋼１７のスリット１７３に他方のＨ形鋼１７のフランジを差込み、他方のＨ形鋼１７のスリット１７３に一方のＨ形鋼１７のフランジを差込んで、孔１７１、１７２の位置を合わせて両Ｈ形鋼１７のフランジとウェブを重ねる。その後、貫通孔２４２に充填材３０を充填し、充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。

図１６（ａ）〜（ｃ）は接合構造の鉛直方向の断面を示したものである。図１６（ａ）は、Ｈ形鋼１７の長手方向と直交する鉛直面を示したものであり、図１６（ｂ）の線ｍ−ｍに沿った断面である。図１６（ｂ）は図１６（ａ）の線ｊ−ｊによる断面、図１６（ｃ）は図１６（ａ）の線ｋ−ｋによる断面である。

図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、両Ｈ形鋼１７で重なった孔１７１、１７２には、前記と同様充填材３０が回り込んでおり、これにより、Ｈ形鋼１７を用いる場合でも前記した第７の実施形態と同様の効果が得られる。なお、この例では両Ｈ形鋼１７の軸線が水平方向、鉛直方向においてずれているが、一般には問題とならない程度であり、構造物全体として問題となることはない。

［第９の実施形態］
図１７は、第９の実施形態に係るコンクリート部材２０ｇと２つの鋼部材１０ｈの接合構造について説明する図である。

図１７（ａ）に示すように、本実施形態において、鋼部材１０ｈは、Ｈ形鋼１７’の端部においてフランジに孔１７１を設ける点は前記と同様であるが、ウェブがフランジの端面から後退して設けられる。

このウェブには孔１７２が設けられる。ウェブには、端面から長手方向に切り込んだスリット１７３も設けられる。一方のＨ形鋼１７’（図の右側）では、ウェブの下端にスリット１７３が設けられる。他方のＨ形鋼１７’（図の左側）では、ウェブの上端に同様のスリット１７３が設けられる（図１７（ａ）では隠れている）。

本実施形態では、図１７（ｂ）に示すように、２枚のＨ形鋼１７’の端部（挿入部分）を、それぞれ柱２４の両側から貫通孔２４２（被挿入空間）に挿入する。そして、図１７（ｃ）、（ｄ）に示すように、一方のＨ形鋼１７’のスリット１７３に他方のＨ形鋼１７’のフランジを差込み、他方のＨ形鋼１７’のスリット１７３に一方のＨ形鋼１７’のフランジを差込む。この時、両Ｈ形鋼１７’のウェブの端面同士が当接するとともに、両Ｈ形鋼１７’のフランジが孔１７１の位置を合わせて重ねられる。その後、貫通孔２４２に充填材３０を充填し、充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。

図１８（ａ）〜（ｃ）は接合構造の鉛直方向の断面を示したものである。図１８（ａ）は、Ｈ形鋼１７’の長手方向と直交する鉛直面を示したものであり、図１８（ｂ）の線ｑ−ｑに沿った断面である。図１８（ｂ）は図１８（ａ）の線ｎ−ｎによる断面、図１８（ｃ）は図１８（ａ）の線ｐ−ｐによる断面である。

図１８（ａ）〜（ｃ）に示すように、両Ｈ形鋼１７’で重なった孔１７１、および両Ｈ形鋼１７’の孔１７２には、充填材３０が回り込んでおり、これにより前記した第８の実施形態と同様の効果が得られる。加えて、本実施形態では両Ｈ形鋼１７’の軸線の水平方向の位置が一致する点も好ましい。

なお、一方のＨ形鋼１７’が予めコンクリート部材に埋設されているようなケースも考えられる。図１９（ａ）はこの例を示す図であり、コンクリート部材２０ｈである梁２５に、一方のＨ形鋼１７’が埋設されている。梁２５の端面には、Ｈ形鋼１７’の端面形状に対応するＨ形の開口形状の穴２５１が設けられている。図１９（ｂ）は梁２５の端面を示す図であり、穴２５１の内部に、上記埋設したＨ形鋼１７’の端部が露出している。

この場合も、他方のＨ形鋼１７’の端部を穴２５１に挿入し、図１７（ｃ）、（ｄ）で説明したように配置する。そして、穴２５１に充填材３０を充填し、充填材３０が硬化すると、接合構造が形成される。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｇ、１０ｈ；鋼部材
１１、１４；鋼板
１２、１２’、１２”、１６、１７、１７’；Ｈ形鋼
１３；定着プレート
１５；ベースプレート
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｅ’、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ；コンクリート部材
２１、２３、２４；柱
２２；壁
２５；梁
３０；充填材
４１；内型枠
４２；凹凸シート
５１、５２；鉄筋
１１１、１２１、１２２、１４１、１７１、１７２、２２２；孔
１７３；スリット
２１１、２１２、２１３、２１４、２２１、２３１、２３２、２５１；穴
２１１ａ；凹凸
２４１、２４２；貫通孔

Claims

コンクリート部材と鋼部材との接合構造であって、
前記コンクリート部材に形成された被挿入空間に前記鋼部材が挿入され、
前記鋼部材の前記被挿入空間への挿入部分に孔が設けられ、
前記被挿入空間に、硬化後の強度が前記コンクリート部材のコンクリートよりも高い充填材が充填されており、
前記コンクリート部材は柱、壁、梁のいずれかであり、
前記鋼部材は、前記挿入部分から前記コンクリート部材の外側に突出するように設けられることを特徴とする接合構造。
前記被挿入空間の形状が、前記挿入部分の形状に対応することを特徴とする請求項１に記載の接合構造。
前記被挿入空間の内面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の接合構造。
前記充填材は無収縮性のモルタルまたはグラウト材であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の接合構造。
前記鋼部材の孔に鉄筋が挿通されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の接合構造。
前記被挿入空間において、複数の前記鋼部材が前記孔の位置を合わせて重ねられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の接合構造。
前記コンクリート部材はコンクリートの現場打設により構築されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の接合構造。
前記コンクリート部材はプレキャスト部材であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の接合構造。
前記鋼部材と前記被挿入空間の内面との間の距離が、前記鋼部材の前記孔の径の１／２程度以上であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の接合構造。
コンクリート部材と鋼部材との接合構造であって、
前記コンクリート部材に形成された被挿入空間に前記鋼部材が挿入され、
前記鋼部材の前記被挿入空間への挿入部分に孔が設けられ、
前記被挿入空間に、硬化後の強度が前記コンクリート部材のコンクリートよりも高い充填材が充填され、
前記被挿入空間において、複数の前記鋼部材が前記孔の位置を合わせて重ねられ、
前記鋼部材はＨ形鋼であり、前記Ｈ形鋼には、別の前記鋼部材であるＨ形鋼を挿入するためのスリットが設けられていることを特徴とする接合構造。