JP7158231B2 - 合成柱及びそれを用いた橋脚、施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造の構築物において複数のプレキャスト柱を一体化するための合成柱及びそれを用いた橋脚、施工方法に関する。

従来、道路や鉄道等のラーメン高架橋を構築する方法としては、予め敷設した基礎の上に鉄筋・型枠を組立て、現場打ちコンクリートを打設することにより、鉄筋コンクリート柱・梁・スラブを順に構築する施工方法が行われてきた。
しかしながら、近年、多くの時間的・空間的制約が課せられ、振動・騒音といった周辺環境にも配慮しつつ、合わせて労働時間短縮や建設コスト削減等、様々な課題への対応が求められている背景から、合理化と省力化を図るための新しい構造や施工方法の開発が進められてきている。
例えば、特許文献１には、通路盤の両側に内部充実のプレキャスト柱を建て込み、該プレキャスト柱に薄肉Ｕ字型中空プレキャスト梁を架設して中空内部に主筋とフープ筋を配筋した後、薄肉梁を型枠として中空内部にコンクリートを打設する方法が開示されている。
また、特許文献２には、柱を建て込んだ時、中央に空隙ができるように柱を縦方向に分割し、梁が取り合う部分は梁の形状に沿って切欠き、柱及び梁建て込み後、柱の空隙及び梁・床に現場打ちコンクリートを施工する方法が開示されている。

特開２００８－７５４４９号公報 特開平７－２０７８３６号公報

特許文献１のラーメン高架橋の構築方法に記載されているプレキャスト柱は、内部が充実されたプレキャスト部材を使用するため、一般に部材重量が大きくなり、トレーラー等の搬入車両やクレーン等の揚重機械の制約により、その部材長が長い場合は、複数に分割して搬入・設置が必要になる。
また、特許文献２の柱のハーフプレキャスト構造及び施工方法は、プレキャスト部材に予め埋設されたフープ筋同士の干渉を避けるため、予めプレキャスト部材同士を地組みし、一体として架台等に設置しなければならない。プレキャスト部材を型枠として、プレキャスト部材に囲まれた中空部にフープ筋や主筋が露出するため、この中空部に現場打ちコンクリートを打設して、プレキャスト部材と一体化を図る必要がある。

このような観点から、本発明は「柱部材」に着目し、現場打ちコンクリートを打設せずとも複数のプレキャスト柱が建て込まれた状態における一体化を可能とし、また、建て込まれた状態でプレキャスト柱同士が平面的に干渉しないため、各プレキャスト柱を独立して建て込むことを可能とする複数のプレキャスト柱の合成及びそれを用いた橋脚、施工方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明のプレキャスト柱による合成柱は、４隅の一つに隅切部を有する矩形断面からなる４本のプレキャスト柱を束ねた合成柱であって、前記４本のプレキャスト柱は各々４つの前記隅切部を前記合成柱の中央に向けて格子状に配置され、前記４本のプレキャスト柱の接合面に、係合可能な係合部が具備されており、前記接合面に隙間が形成され、前記４つの隅切部で形成された空間に充填材充填用の配管を挿通して、前記隙間および該空間に充填材が充填されており、前記４本のプレキャスト柱を拘束する拘束部材が装着されていることを特徴とする。
係る合成柱によれば、各プレキャスト柱の接合面に沿って生じるせん断力を、係合部を介してプレキャスト柱相互に伝達できるため、建て込まれた複数のプレキャスト柱を合成構造として一体化を図ることができる。
なお、より確実に一体化を図るために、接合面は、凸形状、又は凹形状に形成されていても良い。さらに、接合面に凹部が形成されたプレキャスト柱同士を当接し、凹部によって形成された空間に充填材が充填された空間に充填材が充填されても良い。

また、拘束部材は、前記複数のプレキャスト柱の外周面を鋼板で拘束されていても良く、拘束部材は対向する前記プレキャスト柱を貫通する貫通孔に挿通された緊結材と、該貫通孔と該緊結材との間に形成された空隙に充填材が充填されていても良く、緊結材が鉄筋又はＰＣ鋼棒又はＰＣ鋼より線であっても良い。
係合部を乗り越えようとする外力が作用しても、拘束部材によって確実に包囲拘束されているため、プレキャスト柱が離間することを抑制できる。

本発明の合成柱の施工方法は、建て込まれた状態で縦方向に分割され、対向する接合面に該接合面が互いに係合可能な係合部が具備された、４隅の一つに隅切部を有する矩形断面からなる４本のプレキャスト柱を各々４つの該隅切部を前記合成柱の中央に向けて格子状に設置し、前記接合面に第一の隙間が形成され、前記４つの隅切部で形成された空間に充填材充填用の配管を挿通して、前記第一の隙間、該空間、および、前記４本のプレキャスト柱の下端部を他の構造物と接続された第二の隙間に充填材を充填し、前記充填材の充填後に、前記４本のプレキャスト柱を拘束する拘束部材を装着して、該４本のプレキャスト柱を拘束することを特徴とする。
係る合成柱の施工方法によれば、各プレキャスト柱建て込まれた状態で平面的に干渉しないため、各プレキャスト柱は予め地組み等で一体化して建て込む必要はなく、各プレキャスト柱を独立して建て込むことができる。

本発明の合成柱によれば、各プレキャスト柱の接合面に沿って生じるせん断力を、係合部を介してプレキャスト柱相互に伝達できるため、建て込まれた複数のプレキャスト柱をいわゆる合成構造として一体化を図ることができ、係合部の形状に特徴を持たせたり、係合部や係合部を含む接合面に形成された隙間に充填材を充填することで、係合部のより確実な係合を確保することができる。
また、拘束部材を付与することでプレキャスト柱が離間する挙動とずれる挙動を抑制することも可能になる。
さらに、本発明の合成柱の施工方法によれば、各プレキャスト柱は予め地組み等で一体化して建て込む必要はなく、個々のプレキャスト柱を独立して建て込むことができる。

複数のプレキャスト柱からなる合成柱を配置したラーメン高架橋の正面図である。 （ａ）図１矢視Ａ－Ａであり、一般部の断面図である。（ｂ）矢視Ｂ－Ｂの断面図である。 （ａ）図１矢視Ａ－Ａであり、凹凸形状の係合部が具備された断面図である。（ｂ）矢視Ｃ－Ｃの断面図である。 （ａ）図１矢視Ａ－Ａであり、凹形状の係合部が具備された断面図である。（ｂ）矢視ｄ－ｄの断面図である。 複数のプレキャスト柱からなり、鋼板からなる拘束部材が具備された合成柱構造を配置したラーメン高架橋の正面図である。 矢視Ｅ－Ｅであり、鋼板からなる拘束部材が具備された断面図である。 複数のプレキャスト柱からなり、緊結材からなる拘束部材が具備された合成柱構造を配置したラーメン高架橋の正面図である。 矢視Ｆ－Ｆであり、緊結材からなる拘束部材が具備された断面図である。 ラーメン高架橋の地中梁にプレキャスト柱を吊下ろす工程である。 ラーメン高架橋の地中梁にプレキャスト柱を接合する工程である。 ラーメン高架橋の地中梁に複数のプレキャスト柱を接合する工程である。

＜一般部＞
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係る複数のプレキャスト柱からなる合成柱を配置したラーメン高架橋の正面図を示す。また、図２（ａ）に、図１の矢視Ａ－Ａで柱一般部の断面図を、同図（ｂ）に、同図（ａ）の矢視Ｂ－Ｂの断面図をそれぞれ示す。
ラーメン高架橋は、下から杭Ｐ，Ｐ、地中梁Ｂ、合成柱１、上部接合部ＪＵ及び上部構造Ｕとからなり、上部接合部ＪＵは上部構造Ｕと合成柱１との接合部である。
図２（ａ）に示す通り、合成柱１は、格子状に配置された４本の矩形形状からなるプレキャスト柱２，２，２，２と、隣り合うプレキャスト柱２，２の対向する接合面２３，２３との間の離隔が等間隔になるように形成された隙間３と、隙間３の端部に配設されたシール材４，４，４，４と、隙間３内に充填された充填材５と、によって構成されている。
合成柱１を構成するプレキャスト柱２，２，２，２は、予め工場で製作され、トレーラーによって施工現場に搬入、クレーンによって設置される。プレキャスト柱２は、柱主筋２１，２１・・・とそれらを取り囲むように配設された柱帯筋２２，２２・・・とが型枠内に設置された状態でコンクリートを打設して製作される。
プレキャスト柱２の４隅の一つに隅切部２５を設け、隅切部２５を合成柱１の中央に向けてプレキャスト柱２，２，２，２を配置することで、各隅切部２５，２５，２５，２５で構成される空間に充填材を充填するための配管を配設することができる。

＜凹凸形状の係合部＞
図３（ａ）に、図１の矢視Ａ－Ａで凹凸形状の係合部が具備された断面図を示す。
同図より、隣り合うプレキャスト柱２，２の対向する接合面２３，２３に設けられた一方が凸形状２４１、他方が凹形状２４２に形成された係合部２４が具備されている。
凸形状２４１及び凹形状２４２同士を直接係合させることで、水平方向のせん断力を隣り合うプレキャスト柱２に伝達することができるが、凸形状２４１及び凹形状２４２との間に隙間３を設け、隙間３に充填された充填材５を介して伝達されても良い。
図３（ｂ）に、図３（ａ）の矢視Ｃ－Ｃの断面図を示す。同図より、対向する接合面２３，２３の鉛直方向にもそれぞれ凸形状２４１及び凹形状２４２を設けることで、鉛直方向のせん断力を隣り合うプレキャスト柱に伝達することができる。
なお、ここで言う「水平方向」と「鉛直方向」とは、プレキャスト柱２，２，２，２が鉛直に建て込まれた状態における水平方向及び鉛直方向を指し、以下の記載も同様の定義とする。

＜凹凹形状の係合部＞
図４（ａ）に、図１の矢視Ａ－Ａで凹形状の係合部が具備された断面図を示す。
同図より、隣り合うプレキャスト柱２，２の対向する接合面２３，２３に設けられた双方が凹形状２４２，２４２に形成された係合部２４が具備されている。
凹形状２４２，２４２によって形成された隙間３に充填された充填材５を介して水平方向のせん断力を隣り合うプレキャスト柱２に伝達することができる。
図４（ｂ）に、図４（ａ）の矢視Ｄ－Ｄの断面図を示す。同図より、対向する接合面２３，２３の鉛直方向にもそれぞれ凹形状２４２，２４２を設けることで、鉛直方向のせん断力を隣り合うプレキャスト柱に伝達することができる。

＜鋼板による拘束部材＞
図５に、複数のプレキャスト柱からなり、鋼板からなる拘束部材が具備された合成柱構造を配置したラーメン高架橋の正面図を示す。
同図より、各プレキャスト柱２，２・・・が鋼板６１からなる拘束部材６，６・・・によって離間しないように拘束されている。
図６に、図５の矢視Ｅ－Ｅで鋼板からなる拘束部材が具備された断面図を示す。
同図より、拘束部材６は、図２（ａ）の一般部外周を包囲するように隙間を空けて配設された鋼板６１と、各プレキャスト柱２，２，２，２に埋設されたインサート６２，６２・・・と、鋼板６１を鋼板６１に設けた貫通孔に挿通してインサート６２，６２・・・に固定されたボルト６３，６３・・・と、該隙間を充填した充填材６４と、によって構成されている。
拘束部材としての鋼板には引張り力が作用するため、本実施形態では四隅の隅角部には応力緩和のために曲率を設けられており、それに伴い、各プレキャスト柱２，２，２，２で構成される合成柱１の四隅にも隅切部２５，２５，２５，２５が設けられている。
同図は、係合部２４の無い一般部を拘束部材６で拘束した形態を示したが、係合部２４，２４・・・を包囲するように拘束部材６が配設された方が係合効果をより高められるので望ましい。

＜緊結材による拘束部材＞
図７に、複数のプレキャスト柱からなり、緊結材からなる拘束部材が具備された合成柱を配置したラーメン高架橋の正面図を示す。
同図より、各プレキャスト柱２，２・・・が緊結材６６，６６・・・からなる拘束部材６，６・・・によって離間しないように拘束されている。
図８に、図７の矢視Ｆ－ｆで緊結材からなる拘束部材が具備された断面図を示す。
同図より、拘束部材６は、図２（ａ）の一般部を構成する隣り合うプレキャスト柱２，２の外面から貫通させた貫通孔６５，６５・・・と、貫通孔６５，６５・・・に挿入された緊結材６６，６６・・・と、貫通孔６５，６５・・・と緊結材６６，６６・・・とによって生じる隙間に充填された充填材６７，６７・・・と、緊結材６６，６６・・・の端部に螺着され、貫通孔６５，６５・・・の外側端部に設けられた拡大部６５１，６５１・・・に係止されることでプレキャスト柱２に定着される定着材６８，６８・・・と、拡大部６５１，６５１・・・と定着材６８，６８・・・とによって生じる隙間に充填された仕上材６９，６９・・・と、によって構成される。
同図は、係合部２４の無い一般部を拘束部材６で拘束した形態を示したが、係合部２４，２４・・・を緊結するように拘束部材６が配設された方が係合効果をより高められるので望ましい。

本発明の合成柱の実施形態によれば、各プレキャスト柱の接合面に沿って生じるせん断力を、係合部を介してプレキャスト柱相互に伝達できるため、建て込まれた複数のプレキャスト柱をいわゆる合成構造として一体化を図ることができ、係合部の形状に特徴を持たせたり、係合部や係合部を含む接合面に形成された隙間に充填材を充填することで、係合部のより確実な係合を確保することができる。
また、拘束部材を付与することでプレキャスト柱が離間する挙動を抑制することも可能になる。
さらに、本発明の合成柱の施工方法によれば、各プレキャスト柱は予め地組み等で一体化して建て込む必要はなく、個々のプレキャスト柱を独立して建て込むことができる。

＜合成柱の施工方法＞
図９に、ラーメン高架橋の地中梁上にプレキャスト柱を吊り下ろす工程を示す。同図の通り、地中梁Ｂには接続部主筋７，７・・・が予め定着されており、プレキャスト柱２には接続カップラー２７，２７・・・が柱主筋２１，２１・・・の端部に接続一体として埋設されている。プレキャスト柱２の上方に固定された吊治具１０にワイヤーＷを取り付け、不図示のクレーンにより、プレキャスト柱２を１本ずつ地中梁Ｂの所定箇所に吊り下ろす。また、不図示のプレキャスト柱２下端と地中梁Ｂとの間に隙間を設け、充填材による充填接合を行っても良い。

図１０に、ラーメン高架橋の地中梁にプレキャスト柱を接合する工程を示す。同図より、各接続カップラー２７，２７・・・が各接続部主筋７，７・・・を覆うようにプレキャスト柱２を地中梁Ｂ上に載置した後、接続カップラー２７，２７・・・と接続部主筋７，７・・・との隙間に充填材８を充填する。充填材８が所定の強度に達するまで、プレキャスト柱２を不図示の固定手段により仮固定する。
なお、本実施形態の主筋の接合方式は、機械式継手の一種でモルタル充填継手を採用しているが、主筋の接合方式は、当該モルタル充填継手に限定されない。

図１１に、ラーメン高架橋の地中梁に複数のプレキャスト柱を接合する工程を示す。同図の通り、残り３本のプレキャスト柱２，２，２を１本目と同様に地中梁Ｂの接続部主筋７，７・・・に接続する。
次に、図２に示す通り、隣り合うプレキャスト柱２，２の隙間３の外面側端部にシール材４，４，４，４を設置し、充填材５を隅切部２５，２５，２５，２５で形成された空間に不図示の充填管を上方より挿入して、隙間３の下方から上方に向けて順次充填し、合成柱１の施工が完了する。
なお、充填材５の充填作業は、上部接合部ＪＵによる上部構造Ｕとの接合作業が完了した後に行っても良い。

充填材５の充填完了後、外力により合成柱１を構成する各プレキャスト柱２，２，２，２が離間しないように、必要に応じて、図６に示す鋼板６１からなる拘束部材６を合成柱１の外周から敷設しても良い。同図より、鋼板６１は各プレキャスト柱２に予め埋設したインサート６２に、鋼板６１に設けた貫通孔を介して鋼板６１の外側からボルト６３を挿入、螺着固定する。鋼板６１とプレキャスト柱２，２，２，２との隙間は、充填材６４にて充填する。
なお、鋼板６１が分割されている場合は、分割された鋼板６１同士を突き合わせ溶接やプレート接合等の接合手段を用いて一体に接合すれば良い。

前述の鋼板６１からなる拘束部材６と同様な効果を有する図８に示す緊結材６６からなる拘束部材６を適用しても良い。同図より、隣り合うプレキャスト柱２，２の外面から貫通させた貫通孔６５，６５・・・に緊結材６６，６６・・・を挿入し、緊結材６６，６６・・・の端部に、貫通孔６５，６５・・・の外側端部に設けられた拡大部６５１，６５１・・・に定着するように定着材６８，６８・・・を螺着し、貫通孔６５，６５・・・と緊結材６６，６６・・・とによって生じる隙間に充填材６７，６７・・・を充填し、拡大部６５１，６５１・・・と定着材６８，６８・・・とによって生じる隙間に仕上材６９，６９・・・を充填する。

本発明の合成柱の施工方法の実施形態によれば、各プレキャスト柱は予め地組み等で一体化して建て込む必要はなく、個々のプレキャスト柱を独立して建て込むことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、プレキャスト柱の本数や形状及び用途は限定されるものではない。

ＲＢ ラーメン高架橋
Ｕ 上部構造
Ｂ 地中梁
Ｐ 杭
ＪＵ 上部接合部
１ 合成柱
２ プレキャスト柱
２１ 柱主筋
２２ 柱帯筋
２３ 接合面
２４ 係合部
２４１ 凸形状（係合部）
２４２ 凹形状（係合部）
２５ 隅切部
２６ 定着部
２７ 接続カップラー
３ 隙間
４ シール材
５ 充填材
６ 拘束部材
６１ 鋼板
６２ インサート
６３ ボルト
６４ 充填材
６５ 貫通孔
６５１ 拡大部
６６ 緊結材
６７ 充填材
６８ 定着材
６９ 仕上材
７ 接続部主筋
８ 充填材
１０ 吊治具
Ｗ ワイヤー
１１ 固定型枠
１２ 固定ボルト
１３ 現場打ちコンクリート

Claims (6)

1. ４隅の一つに隅切部を有する矩形断面からなる４本のプレキャスト柱を束ねた合成柱であって、
   前記４本のプレキャスト柱は各々４つの前記隅切部を前記合成柱の中央に向けて格子状に配置され、
   前記４本のプレキャスト柱の接合面に、係合可能な係合部が具備されており、
   前記接合面に隙間が形成され、
   前記４つの隅切部で形成された空間に充填材充填用の配管を挿通して、前記隙間および該空間に充填材が充填されており、
   前記４本のプレキャスト柱を拘束する拘束部材が装着されていることを特徴とする合成柱。
2. 前記接合面は、凸形状、又は凹形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の合成柱。
3. 前記接合面に凹部が形成されたプレキャスト柱同士を当接し、
   前記凹部によって形成された空間に充填材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の合成柱。
4. 前記拘束部材は、前記複数のプレキャスト柱の外周面を鋼板で拘束されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の合成柱。
5. 前記拘束部材は対向する前記プレキャスト柱を貫通する貫通孔に挿通された緊結材と、
   該貫通孔と該緊結材との間に形成された空隙に充填材が充填されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の合成柱。
6. 建て込まれた状態で縦方向に分割され、対向する接合面に該接合面が互いに係合可能な係合部が具備された、４隅の一つに隅切部を有する矩形断面からなる４本のプレキャスト柱を各々４つの該隅切部を前記合成柱の中央に向けて格子状に設置し、
   前記接合面に第一の隙間が形成され、
   前記４つの隅切部で形成された空間に充填材充填用の配管を挿通して、前記第一の隙間、該空間、および、前記４本のプレキャスト柱の下端部を他の構造物と接続された第二の隙間に充填材を充填し、
   前記充填材の充填後に、前記４本のプレキャスト柱を拘束する拘束部材を装着して、該４本のプレキャスト柱を拘束することを特徴とする合成柱の施工方法。

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