JP7132180B2

JP7132180B2 - 接合構造及び接合方法

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Publication number: JP7132180B2
Application number: JP2019114659A
Authority: JP
Inventors: 公生齋藤; 利通一宮; 勝藤代
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: JP2021001457A

Description

本発明は、鋼桁とこの鋼桁の上フランジ上に設置されるプレキャスト床版とを接合する接合構造及び接合方法に関する。

従来、この分野の技術として、下記特許文献１に記載の接合構造が知られている。この接合構造では、プレキャスト床版に厚さ方向に貫通するスタッド孔が形成されている。一方、鋼桁の上フランジには、上方に突出するスタッドが溶植されている。プレキャスト床版が鋼桁上に設置されると、プレキャスト床版のスタッド孔内に鋼桁のスタッドが挿入された状態となる。このスタッド孔にコンクリートなどの充填材が充填されることで、プレキャスト床版と鋼桁とが接合され、プレキャスト床版と鋼桁との水平方向のずれ止めが図られる。

特開平10-159227号公報

この種の橋桁においては、大きなせん断力が作用する支点付近においてずれ止めに必要なスタッドの数が多くなる傾向にある。これに対応して、プレキャスト床版においても支点付近においてスタッド孔の必要数が多くなる。特に、支間長が長い場合には、スタッド孔の必要数の増加が顕著である。プレキャスト床版に多数のスタッド孔が形成されると、施工の手間が増大し、また、プレキャスト床版自体の強度確保も困難になる。また、プレキャスト床版を上下に貫通するスタッド孔は、プレキャスト床版の上面からの雨水の浸入路になるリスクもある。その一方で、上記のようなスタッド孔を不要とするための接合機構を安易に採用すれば、プレキャスト床版の製作が煩雑になる可能性がある。

本発明は、プレキャスト床版に必要なスタッド孔を低減しながら、プレキャスト床版の製作を比較的容易にする接合構造及び接合方法を提供することを目的とする。

本発明の接合構造は、鋼桁と鋼桁の上フランジ上に設置されるプレキャスト床版とを接合する接合構造であって、上フランジの上面に設けられ上方に突出する突起を有するずれ止め部と、プレキャスト床版の下面に埋設されたインサートナットと、インサートナットに取付けられプレキャスト床版の下面から下方に突出したボルトと、突起とボルトとを埋込むように上フランジの上面とプレキャスト床版の下面との間に充填された充填材と、を備える。

また、ずれ止め部の突起は上フランジの上面に固定されていることとしてもよい。また、ずれ止め部は上フランジの上面に固定される台板を有し、突起は台板の上面に固定されていることとしてもよい。また、充填材は、高強度の繊維補強モルタルであってもよく、超高強度繊維補強コンクリートであってもよい。

本発明の接合方法は、鋼桁と鋼桁の上フランジ上に設置されるプレキャスト床版とを接合する接合方法であって、下面に埋設されたインサートナットを有しインサートナットにボルトが取付けられボルトが下面から下方に突出している状態のプレキャスト床版を、上方に突出する突起を有するずれ止め部が設けられた上フランジの上面に設置し、突起とボルトとを埋込むように上フランジの上面とプレキャスト床版の下面との間に充填材を充填する。

本発明によれば、プレキャスト床版に必要なスタッド孔を低減しながら、プレキャスト床版の製作を比較的容易にする接合構造及び接合方法を提供することができる。

本実施形態の接合構造及び接合方法が適用される道路橋の分解斜視図である。プレキャスト床版の断面図である。プレキャスト床版と鋼桁とを示す断面図である。プレキャスト床版を鋼桁上に設置した状態を示す断面図である。プレキャスト床版と鋼桁との間に充填材を充填した状態を示す断面図である。第２実施形態に係る接合構造を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る接合構造及び接合方法の実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る接合構造及び接合方法が適用される道路橋１０１の分解斜視図である。プレキャスト床版３は、コンクリート系の材料からなり、道路橋の建造時に用いられてもよく、既存の道路橋の床版の取替え用として用いられてもよい。プレキャスト床版３は、例えば、橋軸方向に約２ｍ、橋軸直角方向に約１１ｍの平面視矩形をなしている。

道路橋１０１は、橋軸方向に延びる複数の（ここでは、図の例のように３つとする）の鋼桁１０３を備えている。プレキャスト床版３は、３つの鋼桁１０３上に亘って架け渡され、各鋼桁１０３の各上フランジ１０５の接合部１０７において、３箇所で接合される。そして、複数のプレキャスト床版３が橋軸方向に配列され設置されることで道路構造が構築される。なお、プレキャスト床版３同士は所定の継手構造によって橋軸方向に連結される。道路橋１０１は合成桁であり、鋼桁１０３とプレキャスト床版３とが一体化されて荷重に抵抗するように、プレキャスト床版３と鋼桁１０３との間のずれ止めが重要である。

この道路橋１０１において、鋼桁１０３とプレキャスト床版３とを接合する接合構造及び接合方法について説明する。図２～図５は、１つのプレキャスト床版３の接合方法の各段階を順次示す断面図であり、接合部１０７に対応する位置の断面図を示す。図２は、橋軸方向に延びる鉛直断面を取ったプレキャスト床版３の断面図である。図３～図５の各図の（ａ）は、橋軸方向に延びる鉛直断面を取ったプレキャスト床版３及び鋼桁１０３の断面図であり、（ｂ）は、橋軸直角方向に延びる鉛直断面を取ったプレキャスト床版３及び鋼桁１０３の断面図である。

（プレキャスト床版準備工程）
図２に示されるように、プレキャスト床版３が準備される。プレキャスト床版３は、コンクリート系の材料からなる版状の構造体部５と、構造体部５に埋設された複数のインサートナット７と、を有している。インサートナット７は、プレキャスト床版３の下面３ａに埋設されており、構造体部５の下面に露出している。なお、「下面」とは、プレキャスト床版３が最終的に道路橋１０１に設置されたときに下面をなす面を言う。インサートナット７の下端面は、プレキャスト床版３の下面３ａとほぼ面一の位置にある。

平面視において、インサートナット７は、上フランジ１０５との接合部１０７に対応する領域に二次元的に配列されている。ここでは図３（ａ），（ｂ）に示されるように、１つの接合部１０７に対して、２１個のインサートナット７が、橋軸方向に７行、橋軸直角方向に３列で配列されている。上記のようなインサートナット７の個数や配列は一例であって、実際の個数や配列は、プレキャスト床版３と鋼桁１０３との間に要求されるずれ止めの性能に応じて適宜設定される。このようなプレキャスト床版３は、工場等で予め製作され道路橋１０１の施工現場に搬入される。

（ボルト取付け工程）
次に、図３に示されるように、プレキャスト床版３の各インサートナット７に対してボルト９が螺着される。取付けられた各ボルト９の頭部側は、プレキャスト床版３の下面３ａから下方に同じ長さで突出する。なお、このボルト取付け工程は、プレキャスト床版３が施工現場に搬入される前に予め工場等で行われてもよい。

（スタッドジベル設置工程）
その一方で、図３に示されるように、鋼桁１０３の上フランジ１０５の上面１０５ａには、上方に突出する複数のスタッドジベル１１（突起，ずれ止め部）が設置される。各スタッドジベル１１は、上面１０５ａから鉛直上方に同じ長さで突出するように、公知の方法によって上面１０５ａに溶植される。平面視において、スタッドジベル１１は、接合部１０７に対応する領域に二次元的に配列されている。また、スタッドジベル１１と前述のボルト９とは、平面視で互いに重複しない位置に配置されることが好ましい。ここでは、１つの接合部１０７に対して、１４個のスタッドジベル１１が、橋軸方向に７行、橋軸直角方向に２列で配列されている。上記のようなスタッドジベル１１の個数や配列は一例であって、実際の個数や配列は、プレキャスト床版３と鋼桁１０３との間に要求されるずれ止めの性能に応じて適宜設定される。

（床版設置工程）
次に、図４に示されるように、プレキャスト床版３が鋼桁１０３上に設置される。設置状態においては、プレキャスト床版３の下面３ａと上フランジ１０５の上面１０５ａとが所定の隙間を空けて対面する。上記のように下面３ａと上面１０５ａとの隙間を形成するために、両者の間にスペーサ（図示せず）などが挟み込まれる。また、設置状態においては、ボルト９の頭は上面１０５ａには接触せず、スタッドジベル１１の頭は下面３ａには接触しない。また、設置状態においては、ボルト９の下端がスタッドジベル１１の上端よりも下方に位置することが好ましい。

（充填工程）
続いて、図５に示されるように、下面３ａと上面１０５ａとの間に型枠材１３が挿入され、下面３ａと上面１０５ａとの間の空間に硬化性の充填材１５が導入される。充填材１５を上記空間に適切に充填するために、プレキャスト床版３を上下方向に貫通する充填材導入孔（図示せず）が設けられてもよい。充填された充填材１５は、ボルト９の頭部側とスタッドジベル１１とを埋込んだ状態で硬化する。上記のような充填材１５としては、例えば水硬性材料が採用され、例えば無収縮モルタルが採用される。

また、充填材１５は、高強度の繊維補強モルタルであってもよい。高強度の繊維補強モルタルとは、圧縮強度が120N/mm²以上で，短繊維が負担する引張強度が1N/mm²以上の短繊維補強モルタルである。

また、充填材１５は、超高強度繊維補強コンクリート（ＵＦＣ；Ultra highstrength Fiber reinforced Concrete）であってもよい。ＵＦＣは、例えば、セメントと、無機系粉体と、骨材と、練混ぜ水と、コンクリート用化学混和剤と、補強用繊維とを含む混合物である。上記のセメントは、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントである。無機系粉体は、シリカフューム、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、珪石微粉末、ワラストナイト、膨張材などがある。

一例として、前述の骨材は、粒径５．０ｍｍ以下、絶乾密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上、吸水率３．０％以下、粘度塊量１．０％以下、微粉分量２．０％以下、ＮａＣｌ含有量０．０２％以下、の骨材である。この骨材は、ＪＩＳ（日本工業規格：Japanese Industrial Standards）Ａ１１０５に規定された細骨材の有機不純物の試験結果が「淡い」とされたものである。また、この骨材は、ＪＩＳＡ１１２２に規定された硫酸ナトリウムで骨材の安定性試験方法による安定性が１０％以下であって、更にＪＩＳＡ５３０８付属書１に規定されたアルカリシリカ反応性による区分が区分Ａとされた骨材である。

前述の練混ぜ水は、例えば、ＪＳＣＥ－Ｂ１０１－２０１３に規定された回収水以外の練混ぜ水である。前述のコンクリート用化学混和剤は、ＪＩＳＡ６２０４に規定された高性能減水剤である。また、前述の補強用繊維は、直径０．１～０．２５ｍｍ、長さ１０～２４ｍｍ、及び引張強度２×１０Ｎ^３／ｍｍ^２以上の繊維である。前述の補強用繊維は、例えば、鋼繊維、高強度アラミド繊維、又は炭素繊維であってもよい。

充填材１５を構成する超高強度繊維補強コンクリートは、例えば、マトリクスが、ポルトランドセメント、ポゾラン材、及びエトリンガイド生成系材料などの無機系粉体を加えた結合材、粒径２．５ｍｍ以下の骨材、水、並びに減水剤によって構成されている。充填材１５の配合は、標準示方配合である。また、補強用繊維は、直径０．２ｍｍ、長さ１５ｍｍ（製造誤差±２ｍｍ未満）、及び引張強度２×１０^３Ｎ／ｍｍ^２以上の鋼繊維とを混合したものを１．７５ｖｏｌ．％混入させたものであってもよい。また、超高強度繊維補強コンクリートの硬化後の各強度の特性値は、圧縮強度１５０Ｎ／ｍｍ^２以上、ひび割れ発生強度４Ｎ／ｍｍ^２、及び引張強度５Ｎ／ｍｍ^２であることが好ましい。

充填材１５を成す超高強度繊維補強コンクリートの標準示方配合は、フロー値２５０±２０ｍｍ、結合材に対する練混ぜ水の比率が１５％、空気量２．０％、練混ぜ水１９５ｋｇ／ｍ^３、高性能減水剤３２．２ｋｇ／ｍ^３、及び補強用繊維１３７．４ｋｇ／ｍ^３（１．７５ｖｏｌ．％）とすることができる。

以上のような接合方法によって、鋼桁１０３とプレキャスト床版３との接合構造１が構築され、鋼桁１０３とプレキャスト床版３との接合が図られる。この接合構造１において、充填材１５を介して連結されたボルト９及びスタッドジベル１１は、プレキャスト床版３と鋼桁１０３との水平方向のずれ止めとして機能する。

上述の接合構造１及び接合方法による作用効果について説明する。上記の接合構造１及び接合方法では、プレキャスト床版３の下面３ａから下方に突出するボルト９と鋼桁１０３のスタッドジベル１１とが充填材１５を介して連結され、プレキャスト床版３と鋼桁１０３との水平方向のずれ止めが図られる。従って、プレキャスト床版３を厚さ方向に貫通するスタッド孔を省略することができる。このように、プレキャスト床版３にスタッド孔が形成されない（或いはスタッド孔の数が減少する）構造により、プレキャスト床版３の断面欠損がなくなる（或いは断面欠損が小さくなる）。そうすると、プレテンション方式でプレキャスト床版３にプレストレスを導入する場合において、構造体部５の発現強度がより低いときにプレストレスの導入が可能になるので、プレキャスト床版３の製造が容易になる。また、プレキャスト床版３を上下に貫通するスタッド孔が減少することで、スタッド孔を通じた雨水の浸入のリスクも低減される。

インサートナット７とボルト９との組み合わせに代えて、プレキャスト床版の下面にスタッドが直接埋込まれ、当該スタッドが下方に突出するような構造も考えられる。しかしながら、この構造のプレキャスト床版の製作においては、コンクリート型枠内の適切な位置に予めスタッドを設置することが必要であり、プレキャスト床版の製作は比較的煩雑である。これに対して、上述の接合構造１及び接合方法におけるプレキャスト床版３は、下面３ａにほぼ面一にインサートナット７が埋設された構造をなす。この構造のプレキャスト床版３の製作においては、コンクリート型枠の底面に予めインサートナット７を設置すればよく、比較的容易にプレキャスト床版３を製作することができる。

また、前述したように充填材１５の材料として高強度の材料（例えば、高強度の繊維補強モルタル、超高強度繊維補強コンクリート）を用いた場合には、充填材１５に起因するずれ止め耐力が向上するので、スタッドジベル１１、インサートナット７及びボルト９の数を削減することができる。また、前述したように、ボルト９の下端がスタッドジベル１１の上端よりも下方に位置する場合には、ずれ止め耐力が更に向上する。

（第２実施形態）
続いて、本発明に係る接合構造及び接合方法の第２実施形態について説明する。図６は、本実施形態の接合方法によって構築される接合構造２を示す断面図である。本実施形態の接合方法では、前述した第１実施形態のスタッドジベル設置工程に代えて、次に説明するスタッドジベル設置工程が実行される。それ以外の工程については第１実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。また、本実施形態と第１実施形態との間で同一又は同等の構成要素には図面に同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本実施形態のスタッドジベル設置工程では、上フランジ１０５の上面１０５ａにずれ止め部材１７が取付けられることにより、上方に突出するスタッドジベル１１が上面１０５ａに設けられる。ずれ止め部材１７は、平板状の台板１９と、当該台板１９の上面に溶植された複数のスタッドジベル１１と、を有している。そして、スタッドジベル設置工程では、台板１９と上フランジ１０５とがボルト止めされることで、上面１０５ａにずれ止め部材１７が取付けられる。このような接合構造２及び接合方法によれば、将来のプレキャスト床版３の交換時において、プレキャスト床版３の除去が容易になる。

また、本実施形態の接合構造２及び接合方法によれば、必要本数のスタッドジベル１１の設置幅を確保するためには、鋼桁１０３の上フランジ１０５の幅を調整することなく、台板１９の幅（橋軸直角方向の長さ）を調整すればよい。従って、鋼桁１０３の上フランジ１０５の幅は、スタッドジベル１１の必要本数とは無関係に、鋼桁１０３の構造に関する知見に基づいて決定することができる。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

例えば、実施形態では合成桁である道路橋１０１に接合構造１，２及び上記接合方法を適用しているが、接合構造１，２及び上記接合方法は非合成桁方式の橋に対しても適用することができる。また、実施形態では鋼桁方式の道路橋１０１に接合構造１，２及び上記接合方法を適用しているが、接合構造１，２及び上記接合方法は箱桁方式の橋に対しても適用することができる。

また、実施形態における上フランジ１０５の上面１０５ａのスタッドジベル１１に代えて、例えば上フランジ１０５に孔を設けて取り付けたボルト・ナットを設置してもよい。また、実施形態の接合構造及び接合方法が床版取替えに適用される場合においては、取替え前の床版のずれ止めとして使用されていたスタッドを、上記スタッドジベル１１に代えてそのまま再利用してもよい。またこの場合、スタッドの先端を切断し短くして再利用するなどしてもよい。

１，２…接合構造、３…プレキャスト床版、３ａ…プレキャスト床版の下面、７…インサートナット、９…ボルト、１１…スタッドジベル（突起，ずれ止め部）、１５…充填材、１７…ずれ止め部材、１９…台板、１０３…鋼桁、１０５…上フランジ、１０５ａ…上フランジの上面。

Claims

鋼桁と前記鋼桁の上フランジ上に設置されるプレキャスト床版とを接合する接合構造であって、
前記上フランジの上面に設けられ上方に突出する突起を有するずれ止め部と、
前記プレキャスト床版の下面に埋設されたインサートナットと、
前記インサートナットに取付けられ前記プレキャスト床版の下面から下方に突出したボルトと、
前記突起と前記ボルトとを埋込むように前記上フランジの上面と前記プレキャスト床版の下面との間に充填された充填材と、を備える接合構造。
前記ずれ止め部の前記突起は前記上フランジの上面に固定されている、請求項１に記載の接合構造。
前記ずれ止め部は前記上フランジの上面に固定される台板を有し、前記突起は前記台板の上面に固定されている、請求項１に記載の接合構造。
前記充填材は、高強度の繊維補強モルタルである、請求項１～３の何れか１項に記載の接合構造。
前記充填材は、超高強度繊維補強コンクリートである、請求項１～３の何れか１項に記載の接合構造。
鋼桁と前記鋼桁の上フランジ上に設置されるプレキャスト床版とを接合する接合方法であって、
下面に埋設されたインサートナットを有し前記インサートナットにボルトが取付けられ前記ボルトが前記下面から下方に突出している状態の前記プレキャスト床版を、上方に突出する突起を有するずれ止め部が設けられた前記上フランジの上面に設置し、
前記突起と前記ボルトとを埋込むように前記上フランジの上面と前記プレキャスト床版の下面との間に充填材を充填する、接合方法。