(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼部材とコンクリート部材との接合構造であって、
前記鋼部材は複数の貫通孔が厚さ方向に形成された板状の部材を備え、
前記コンクリート部材より圧縮強度及び引張強度が大きいコンクリート又はモルタルで形成されたずれ止め部材が、前記板状の部材の面と平行な方向の力が前記鋼部材から伝達されてさらに前記コンクリート部材に伝達するように前記貫通孔のそれぞれに嵌め入れられ、前記鋼部材から両側へ突き出しており、
前記ずれ止め部材及び前記鋼部材の該ずれ止め部材が嵌め入れられた部分を埋め込むようにコンクリートが打設されていることを特徴とする鋼部材とコンクリート部材との接合構造。
【請求項２】
前記ずれ止め部材は、前記貫通孔の内周面と接触又はわずかの隙間を有するように嵌め入れられ、
前記貫通孔の内周面と該貫通孔に挿通された前記ずれ止め部材との隙間には、硬化したときの弾性係数が前記ずれ止め部材よりも小さい充填材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造。
【請求項３】
前記ずれ止め部材を形成するコンクリート又はモルタルは、繊維状材料を混入した繊維補強コンクリート又は繊維補強モルタルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造。
【請求項４】
前記ずれ止め部材のコンクリート又はモルタルには、軸線方向のプレストレスが導入されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造。
【請求項５】
前記ずれ止め部材は、該ずれ止め部材を形成するコンクリート又はモルタルの外周面に鋼による被覆層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造。
【請求項６】
コンクリート部材を構成するコンクリートが硬化するまで前記ずれ止め部材を前記貫通孔に挿通した状態に維持する固定具が、前記ずれ止め部材の前記貫通孔から突き出した部分に固定され、前記鋼部材の前記貫通孔の周辺部に当接するように装着されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造。
【請求項７】
前記固定具は、螺旋状に加工された鋼線であることを特徴とする請求項６に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造。
【請求項８】
前記固定具は、前記ずれ止め部材の前記鋼部材から突き出した部分に装着されたリング状部材であることを特徴とする請求項６に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造。
【請求項９】
鋼部材とコンクリート部材との接合方法であって、
前記鋼部材は厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成された鋼板を備え、
該鋼部材を所定の位置に配置し、
あらかじめコンクリート又はモルタルで製作されたずれ止め部材を、前記貫通孔の内周面と接触又はわずかの隙間を有するように該貫通孔に挿通し、該貫通孔の内周面と該ずれ止め部材の外周面との隙間には硬化する充填材を充填した状態で該ずれ止め部材を支持し、
前記ずれ止め部材及び前記鋼部材の該ずれ止め部材が挿通された部分を埋め込むようにコンクリートを打設することを特徴とする鋼部材とコンクリート部材との接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、土木構造物又は建築構造物等として構築される鋼とコンクリートの複合構造物における鋼部材とコンクリート部材との接合構造及び接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土木構造物又は建築構造物等の構造材料として、コンクリート又は鋼材が広く用いられている。コンクリートは施工現場で任意の形状の部材を形成することができ、維持管理が容易という利点を有しており、鋼材は軽量で強固な構造を構築することができるという利点を備えている。これらそれぞれの利点を生かした構造物としてコンクリート・鋼複合構造が採用されることがあり、例えばコンクリートの床版と鋼ウェブとを接合した複合桁が知られている。
このような複合桁では、桁重量を低減して橋の基礎・下部構造への負担を軽減することができるとともに、コンクリートの一般的な橋桁と比べて、ウェブの鉄筋組立、コンクリート打設等の作業を省略することができ、施工の省力化と工期の短縮を図ることも可能となる。
【０００３】
従来、このような鋼板からなるウェブを有する橋桁では、図１２に示すように、波形に形成された波形鋼板ウェブ１００の上端にフランジプレート１０１を溶接し、このフランジプレート１０１の上に複数のスタッドジベル１０２を溶接によって取り付ける。そして、フランジプレート１０１の上にスタッドジベル１０２を埋め込むように床版のコンクリートを打設する。このような接合構造ではスタッドジベル１０２のせん断抵抗力によりコンクリート床版とウェブとが一体化されている。
【０００４】
また、特許文献１には、図１３に示すように、フランジプレート１１１の上部に複数の孔が開けられた鋼板（以下、「孔開きプレート」という）を溶接し、フランジプレート１１１の上に上記孔開きプレート１１２を埋め込むように床版のコンクリートを打設する技術が開示されている。この技術によれば、孔開きプレート１１２に開削された孔１１３に床版のコンクリートが充填され、コンクリート床版と鋼板からなる波形鋼板ウェブ１１０とが一体に接合される。
【０００５】
特許文献２には、図１４に示すように、フランジプレート１２１に溶接された孔開きプレート１２２の孔１２３にせん断補強筋１２４を挿通して床版のコンクリート内に埋設する技術が記載されている。このような構造では、孔開きプレート１２２に設けられた孔１２３の内周面とせん断補強筋１２４との間にコンクリートが入り込んで、コンクリート床版と波形鋼ウェブ１２０とが一体に形成されるとともに、せん断補強筋１２４が孔１２３付近のコンクリートを補強するものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３５５９０６号公報
【特許文献２】特開２００２−６９９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のようなコンクリート・鋼複合構造における接合では次のような問題がある。
スタッドジベルを用いる場合は、スタッドジベルの溶接量が多くなりコストが増大する。また、特許文献１に記載されているように、孔開きプレートに設けられた孔を床版のコンクリートで充填する接合構造では、孔の内部にコンクリートが隙間無く確実に充填されたか否かを視認することが困難であり、孔の中に空洞が生じた状態となることがある。このように孔の中に空洞が生じた場合、コンクリート部材と鋼部材との間のせん断耐力が大きく低減してしまう。また、孔内のコンクリートには大きな支圧力が集中して作用し、強度をあげるために高強度コンクリート等を使用した場合、コンクリート床版の全体に高強度コンクリートを使用せざるを得ず、製作費が多大となる。
特許文献２に記載の技術では、特許文献１に記載の技術と同様の問題点があるともに、孔開きプレートに複数段にわたって孔を配置する必要があると、せん断補強筋も複数段にわたって配置されることとなり、せん断補強筋の配置が難しくなる。
【０００８】
本願発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋼部材とコンクリート部材とを強固に接合して一体化し、相互間で大きな力の伝達が可能となる鋼部材とコンクリート部材との接合構造及びその接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、  鋼部材とコンクリート部材との接合構造であって、  前記鋼部材は複数の貫通孔が厚さ方向に形成された板状の部材を備え、  前記コンクリート部材より圧縮強度及び引張強度が大きいコンクリート又はモルタルで形成されたずれ止め部材が、前記板状の部材の面と平行な方向の力が前記鋼部材から伝達されてさらに前記コンクリート部材に伝達するように前記貫通孔のそれぞれに嵌め入れられ、前記鋼部材から両側へ突き出しており、  前記ずれ止め部材及び前記鋼部材の該ずれ止め部材が嵌め入れられた部分を埋め込むようにコンクリートが打設されていることを特徴とする鋼部材とコンクリート部材との接合構造を提供する。
【００１０】
この鋼部材とコンクリート部材との接合構造では、コンクリート部材を形成するコンクリートが打設される前にずれ止め部材が鋼部材の貫通孔に嵌め入れられるので、貫通孔内部とずれ止め部材との間に隙間が生じていない状態とし、これを確認してずれ止め部材及び鋼部材を埋め込むようにコンクリートを打設することができる。
また、ずれ止め部材は、工場等であらかじめ作成することができ、現場での作業工程を簡略化することができるとともに、コンクリート部材に使用されるコンクリートよりも高強度とすることが容易となる。したがって、貫通孔の内周面との間に大きな支圧力が作用しても大きな耐力を有し、コンクリート部材と鋼部材との相対的な変位を抑制して力の伝達が可能となる。さらに、ずれ止め部材からコンクリート部材へは、鋼部材の両側に突き出した周面から力が伝達され、コンクリート部材を構成するコンクリートの強度がずれ止め部材より小さくても、大きな力の伝達が可能となる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造において、  前記ずれ止め部材は、前記貫通孔の内周面と接触又はわずかの隙間を有するように嵌め入れられ、  前記貫通孔の内周面と該貫通孔に挿通された前記ずれ止め部材との隙間には、硬化したときの弾性係数が前記ずれ止め部材よりも小さい充填材が充填されているものとする。
【００１２】
この鋼部材とコンクリート部材との接合構造では、充填材が孔の内周面とずれ止め部材との間に充填されるので、ずれ止め部材と鋼部材との間で相対的な変位を生じることなく相互間で力が伝達される。したがって、鋼部材とコンクリート部材との間の相対的な変位を抑制して一体化することができる。
また、充填材として、硬化した時の弾性係数がずれ止め部材よりも小さいものを採用すると、ずれ止め部材の外周面又は鋼部材に設けられた孔の内周面に凹凸があっても相互間で作用する支圧力が小さな範囲に集中するのが緩和される。これにより、ずれ止め部材が局部的に大きな支圧力によって破壊されるのを抑制することが可能となる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造において、  前記ずれ止め部材を形成するコンクリート又はモルタルは、繊維状材料を混入した繊維補強コンクリート又は繊維補強モルタルとする。
【００１４】
この鋼部材とコンクリート部材との接合構造では、ずれ止め部材が繊維補強コンクリート又は繊維補強モルタルで形成されるので、ずれ止め部材の引張強度を大きなものとすることができ、ずれ止め部材の曲げモーメントやせん断力への耐力を増大することが可能となる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造において、  前記ずれ止め部材のコンクリート又はモルタルには、軸線方向のプレストレスが導入されているものとする。
【００１６】
この鋼部材とコンクリート部材との接合構造では、ずれ止め部材に軸線方向のプレストレスが導入されており、ずれ止め部材が曲げモーメント及びせん断力に対して補強される。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造において、  前記ずれ止め部材は、該ずれ止め部材を形成するコンクリート又はモルタルの外周面に鋼による被覆層を有するものとする。
【００１８】
この鋼部材とコンクリート部材との接合構造では、ずれ止め部材は曲げに対して補強されるともに、ずれ止め部材のコンクリート又はモルタルが鋼による被覆層によって拘束され、割れるのを防止することができるともに、せん断力に対してもねばり強い部材となる。これによりコンクリート部材と鋼部材とを強固に一体化することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造において、  コンクリート部材を構成するコンクリートが硬化するまで前記ずれ止め部材を前記貫通孔に挿通した状態に維持する固定具が、前記ずれ止め部材の前記貫通孔から突き出した部分に固定され、前記鋼部材の前記貫通孔の周辺部に当接するように装着されているものとする。
【００２０】
この鋼部材とコンクリート部材との接合構造では、ずれ止め部材に固定具が装着されており、コンクリートが打設されるときの衝撃等によってずれ止め部材が孔から抜け出したり、脱落したりするのを防止することができる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造において、  前記固定具は、螺旋状に加工された鋼線とする。
【００２２】
この鋼部材とコンクリート部材との接合構造で用いられる固定具は、貫通孔に挿通されたずれ止め部材を支持するとともに、ずれ止め部材の周囲に打設されて硬化したコンクリートが補強される。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項６に記載の鋼部材とコンクリート部材との接合構造において、  前記固定具は、前記ずれ止め部材の前記鋼部材から突き出した部分に装着されたリング状部材とする。
【００２４】
この鋼部材とコンクリート部材との接合構造で用いられる固定具は、ずれ止め部材の鋼部材から突き出した部分で、周囲に打設されたコンクリートに対する支圧面を拡大することができる。これにより、ずれ止め部材の周囲に打設されたコンクリートに作用する支圧力が緩和される。
【００２５】
請求項９に係る発明は、  鋼部材とコンクリート部材との接合方法であって、  前記鋼部材は厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成された鋼板を備え、  該鋼部材を所定の位置に配置し、  あらかじめコンクリート又はモルタルで製作されたずれ止め部材を、前記貫通孔の内周面と接触又はわずかの隙間を有するように該貫通孔に挿通し、該貫通孔の内周面と該ずれ止め部材の外周面との隙間には硬化する充填材を充填した状態で該ずれ止め部材を支持し、  前記ずれ止め部材及び前記鋼部材の該ずれ止め部材が挿通された部分を埋め込むようにコンクリートを打設することを特徴とする鋼部材とコンクリート部材との接合方法を提供する。
【００２６】
この鋼部材とコンクリート部材との接合方法では、ずれ止め部材を工場等で製作することができるので、コンクリート部材よりも高強度の材料で容易に形成することができる。そして、このずれ止め部材が鋼板に設けた貫通孔内に嵌め入れられるので、鋼板から支圧力が作用する部分の強度を大きなものにすることができる。また、充填材によって貫通孔内部とずれ止め部材との間に隙間が生じるのを防止することができる。これにより、ずれ止め部材と鋼部材とを強固に接合することができるとともに、鋼部材とコンクリート部材間で相対的なずれが生じるのを防止し一体化することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
このように、本願に係る発明の鋼部材とコンクリート部材との接合構造及び接合方法では、鋼部材とコンクリート部材とを相対的なずれの発生を抑制して強固に一体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願発明の一実施形態である接合構造が適用された橋桁の側面図及び断面図である。
【図２】図１に示す橋桁の下方からの概略斜視図である。
【図３】図１に示す橋桁の橋脚で支持される部分を示す概略側面図である。
【図４】図１に示す橋桁でウェブとして機能する鋼部材の概略斜視図である。
【図５】図４に示す鋼部材に設けられた貫通孔に挿入されたずれ止め部材の概略斜視図である。
【図６】図１に示す橋桁でウェブとして機能する鋼部材と上床版及び下床版のコンクリートとの接合部を示す拡大断面図である。
【図７】図１に示す橋桁の一構築方法で採用されるプレキャストセグメントの概略斜視図である。
【図８】図５に示すずれ止め部材を鋼部材の貫通孔に挿通し、固定具を装着した状態を示す概略側面図である。
【図９】本願発明の他の実施形態である接合構造で用いられる鋼部材の概略斜視部図及びこの鋼部材を用いた橋桁の断面図である。
【図１０】本願発明の効果を確認するために行った実験に用いた供試体を示す概略斜視図である。
【図１１】本願発明の効果を確認するために行った実験の結果を説明する図である。
【図１２】従来の橋桁における鋼ウェブの上床版との接合部を示す概略斜視図である。
【図１３】従来の橋桁における鋼ウェブの上床版との接合部を示す概略斜視図である。
【図１４】従来の橋桁における鋼ウェブの上床版との接合部を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願発明の一実施形態である接合構造が適用された橋桁の側面図及び断面図であり、図２は、同じ橋桁の下方からの斜視図である。また、図３は、同じ橋桁の橋脚で支持される部分を示す側面図である。
この橋桁２は、複数の橋脚１ａ、１ｂ及び橋台（図示しない）上に支持された連続桁となっており、コンクリートからなる上床版１１と、この下方に支持されるコンクリートの下床版１２と、上床版１１と下床版１２とを連結しウェブとして機能する鋼部材１３と、で主要部が構成されている。
【００３０】
上記上床版１１は、橋桁２の軸線方向に連続しており、この上に路面が形成されるもので、軸線方向及びこれと直角方向にＰＣ鋼材（図示しない）が配置されている。そして、これらのＰＣ鋼材を緊張し、コンクリートに定着することによってプレストレスが導入されている。これにより、橋桁に負の曲げモーメントが作用したとき、及び上床版１１上に車両等の荷重が作用したときに、有害なひび割れ等が生じないようになっている。一方、下床版１２にも橋桁の軸線方向にプレストレスが導入され、正の曲げモーメントに基づく引張応力に対抗し得るものとなっている。
【００３１】
また、コンクリート部材外であって箱型となった桁断面の内側に、橋桁２の軸線方向の緊張材を配置し、この緊張材の張力によって上床版１１及び下床版１２のコンクリートにプレストレスを導入することもできる。
【００３２】
上記鋼部材１３は、図４に示すように鋼平板からなり、該鋼平板の面が橋桁の軸線と平行に配置されて上床版１１と下床版１２とを接合し、ウェブとして機能するものである。
この鋼平板は、橋桁２の軸線方向に所定の長さに分割されており、複数が橋桁２の軸線方向に配列されている。分割されたそれぞれの鋼部材１３は、上縁と下縁との中間位置で幅が最も小さく、上縁又は下縁に近づくに従って幅が直線的に拡大された形状となっている。そして、上縁付近と下縁付近とは幅が矩形状に拡大され、複数の貫通孔２１が設けられており、この部分が上床版及び下床版のコンクリートに埋め込んで接合する埋め込み部１３ａ，１３ｂとなっている。また、鋼部材１３の箱桁断面の内側となる面の一方の対角線上には、コンクリートリブ２２が設けられており、この方向に作用する圧縮力の一部を負担するようになっている。
【００３３】
上記鋼部材１３の貫通孔２１には、図５に示すように、円柱状に形成されたずれ止め部材２３が挿通され、両端が鋼部材１３の両側に突き出している。そして、図６に示すように上床版１１及び下床版１２のコンクリートは、鋼部材１３の上側の埋め込み部１３ａ及び下側の埋め込み部１３ｂを、貫通孔２１に挿通されたずれ止め部材２３とともに埋め込むように打設されている。これにより、上床版１１、鋼部材１３及び下床版１２が一体となっている。
【００３４】
上記ずれ止め部材２３は、円柱状となっており工場等で予め形成されるものである。そして、上床版１１及び下床版１２を形成するために使用されるコンクリートよりも高強度のコンクリート又はモルタル等で形成される。本実施の形態では、床版のコンクリートの設計基準強度が４０N/mm2であるので、ずれ止め部材２３は、４０N/mm2  以上の強度を有するように設計される。
例えば、高強度コンクリート又は高強度モルタルで形成されたもの、高強度コンクリート又は高強度モルタルに繊維状材料を混入した繊維補強コンクリート又は繊維補強モルタルにより形成されたものを使用することができる。また、繊維補強ずれ止め部材、高強度コンクリート又は高強度モルタル等により形成された円柱体の外周面に鋼による被覆層が形成されたものでもよい。さらに、これらのずれ止め部材に軸線方向のプレストレスが導入されたものであってもよい。
なお、これらのずれ止め部材２３は、独立して１本ずつ製作することも可能であるが、軸線方向に長く形成されたものを所定の長さに切断して製作することができる。本実施の形態では、長さを約２００ｍｍとし、径を約５０ｍｍとしたが、これらの寸法は、ずれ止め部材を形成する材料、その強度、又は鋼部材１３の厚さ等を考慮して定めるのが望ましい。
【００３５】
上記高強度コンクリート又は高強度モルタルで形成されたずれ止め部材２３は、床版に使用されるコンクリートよりも高強度のコンクリート又はモルタルで形成され、床版コンクリートよりも圧縮強度と引張強度が高くなっている。例えば、床版コンクリートの設計基準強度が４０N/mm2  であるときに、ずれ止め部材２３は圧縮強度が１２０N/mm2  となるように形成することができる。
【００３６】
上記繊維補強された高強度コンクリート又は高強度モルタルのずれ止め部材２３は、炭素繊維、鋼繊維、アラミド繊維、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン繊維、又はビニロン繊維などの繊維状材料を高強度コンクリート又は高強度モルタルに混入して形成されたものである。
繊維状材料の繊維はランダムに混入されてもよいが、繊維の向き（繊維の配向）をずれ止め部材の軸線方向に沿わせるように混入するのが望ましい。これにより、鋼部材１３の面に対して繊維の配向を直角にすることができ、繊維がランダムに混入されたコンクリート又はモルタルからなるずれ止め部材よりもせん断耐力を増強することができる。繊維の向きをずれ止め部材の軸線方向に沿わせる方法としては、ずれ止め部材の軸線方向に圧力を負荷しながら筒状の型枠に繊維を混入したコンクリート又はモルタルを流し込む方法を採用することができる。
繊維補強されたずれ止め部材２３の圧縮強度は、例えば２００N/mm2  とすることができる。
【００３７】
上記鋼被覆を有するずれ止め部材２３は、円柱状となった高強度モルタルや繊維補強コンクリート等の外周面に鋼の被覆層を有するものであり、円筒状に形成された鋼管の内部に高強度モルタル等を隙間なく充填して形成することができる。
例えば、鋼管内に設計強度１２０N/mm2  の高強度モルタルを充填したものを採用することができる。
このようなずれ止め部材２３は、鋼被覆層によって高強度モルタル等の変形が拘束され、さらに高強度で破壊までの塑性変形が大きな部材となる。
【００３８】
上記プレストレストが導入されたずれ止め部材２３は、上記高強度コンクリート等で形成された円筒状部材の軸線方向に、異形ＰＣ鋼材または異形繊維強化プラスティック（異形ＦＲＰ）などの緊張材でプレストレスが導入されたものである。このずれ止め部材２３では、軸線方向のプレストレスによりせん断強度が増大する。
なお、このずれ止め部材２３は、いわゆるプレテンション方式でプレストレスを導入することができる。つまり、円筒状の型枠内に挿通した緊張材を予め緊張した後、鋼強度コンクリート等を型枠内に隙間なく充填して硬化させる。また、鋼被覆を有するものでは、鋼管内に緊張材を挿通し、緊張力を導入した後に高強度コンクリート等を鋼管内に充填して製作することができる。プレテンション方式を採用したときのコンクリートやモルタル等には割裂等が生じやすくなるが、外周面を鋼管で被覆することによりコンクリート又はモルタルの割裂を防止してプレストレスを導入することが可能となる。
【００３９】
緊張材として使用する上記アラミドロッドは、例えば直径３ｍｍのアラミド繊維製棒材の表面に棒材とは別のアラミド繊維を巻き付けて表面に凹凸を設けたものを、１本又は複数本使用することができる。ずれ止め部材２３は、本実施の形態では長さ約２００ｍｍに形成されるので、緊張材のモルタル等への付着長が十分ではなく緊張力が導入されにくい場合も想定されるが、アラミドロッドの径を細くすることにより付着長を短くしてずれ止め部材２３にプレストレスを導入することができる。
【００４０】
上記鋼部材１３の内側面に形成されたコンクリートリブ２２は、図４に示すように、鋼平板の内側の一方の対角線に沿って植設された複数のスタッドジベル２４を埋め込むように打設したコンクリートで形成されたものである。コンクリートは、鋼平板に密接して打設されており、斜め方向の柱状となっている。
【００４１】
このように形成された上記鋼部材１３の埋め込み部１３ａ，１３ｂは、図６に示すように、貫通孔２１に挿通されたずれ止め部材２３とともに上床版１１及び下床版１２を形成するコンクリート中に埋め込まれ、一体となる。これにより、橋桁２の軸線とほぼ平行に配列された複数の鋼部材１３と上床版１１と下床版１２とが箱状の断面を有する橋桁となる。
このような橋桁２に曲げモーメント及びせん断力が作用したときには、鋼部材１３と床版１１，１２との接合部でずれようとする力が発生するが、鋼部材１３に設けられた貫通孔２１の内周面からずれ止め部材２３に支圧力として力が伝達され、さらにずれ止め部材２３から上床版１１又は下床版１２のコンクリートに伝達される。そして、大きな支圧力が作用するずれ止め部材２３が高い強度を有することによって、床版１１，１２と鋼部材とのずれが抑制され一体となって抵抗するものとなる。
【００４２】
また、このような橋桁２では、上記鋼部材１３を構成する鋼平板は上下方向の中位部分で幅が狭く、蝶型となっているので、配列された鋼部材１３間でほぼ菱形の開口１６ができる。しかし、せん断力に対しては、図３に示すように、それぞれの鋼部材１３内に作用する斜め方向の引張力Ａと、これに交差する方向の圧縮力Ｂによって抵抗し得るものとなる。そして、斜め方向の圧縮力Ｂは、コンクリートリブ２２によって一部が分担されるとともに、この圧縮力Ｂによる鋼平板の座屈は、コンクリートリブ２２によって防止される。
【００４３】
また、ウェブとなる鋼部材１３は、橋桁２の軸線方向に分割され、上床版１１又は下床版１２の軸線方向の変形を拘束することが少なくなっている。したがって、上床版１１又は下床版１２には、少ない緊張材で有効にプレストレスを導入することができる。
【００４４】
次に、上記橋桁２の構築方法の一例について説明する。
まず、図３に示すように、橋脚１上にコンクリートの横桁２ａを含む柱頭部２ｂを形成し、橋脚１に仮固定する。そして、両側へ片持ち状態で張り出すように所定長の桁を順次増設してゆく。
一回に増設する長さは、橋桁の軸線方向に上記鋼部材１３を配置する間隔と同じに設定し、この長さのプレキャストセグメント２ｃをあらかじめ形成しておき、これを順次接合する。
【００４５】
上記プレキャストセグメント２ｃは、図７に示すように、橋桁の軸線方向に所定長さの上床版１１と下床版１２と一対の鋼部材１３とで構成されている。
鋼部材１３は工場等で製作するものであり、一方の対角線に沿って溶接された複数のスタッドジベル２４を埋め込むようにコンクリートを打設し、鋼平板と密接した斜め方向の柱状のコンクリートリブ２２を形成しておく。
一方、予め製作されたずれ止め部材２３を上縁付近の埋め込み部１３ａ及び下縁付近の埋め込み部１３ｂに開削された貫通孔２１に挿通する。このとき、ずれ止め部材２３の径は、上記埋め込み部１３ａ，１３ｂに開削された貫通孔２１の内径とほぼ同じ又はわずかに小さく形成されており、嵌め入れるように挿通する。このときエポキシ樹脂等の流動性を備えて後に硬化する充填材をずれ止め部材２３の外周面に塗布した状態で貫通孔２１に挿通するのが望ましい。これにより、ずれ止め部材２３と貫通孔２１の内周面との間に充填材が充填される。充填材は、ずれ止め部材２３を貫通孔２１に挿通した後、ずれ止め部材２３と貫通孔２１の内周面との隙間に充填してもよい。
なお、充填材は、硬化したときにずれ止め部材２３よりも弾性係数の低い材料を用いるのが望ましい。
【００４６】
このように、床版を形成するコンクリート１１，１２が埋め込み部１３ａ，１３ｂを埋め込むように打設される前にずれ止め部材２３を貫通孔２１に挿通し、ずれ止め部材２３と貫通孔２１との間の隙間が生じないように装着することができる。したがって、貫通孔２１の内周面からずれ止め部材２３に支圧力が確実に作用する状態としてコンクリート中に埋め込むことができる。
【００４７】
ずれ止め部材２３を装着した後、ずれ止め部材２３の鋼部材１３から突き出した両端部２３ａに固定具を取り付け、ずれ止め部材２３が貫通孔２１に対して直角に挿通された状態を維持する。
上記固定具は、図８に示すように、棒鋼を螺旋状に曲げ加工した螺旋状部材２５や、ずれ止め部材２３の外側に嵌め合わされるリング状部材２６等を使用することができる。
上記螺旋状部材２５は、螺旋状となった棒鋼の一方の端部を埋め込み部１３ａ，１３ｂの貫通孔２１の周囲に当接するとともに、螺旋状となった部分がずれ止め部材２３の外側に巻き回し、他方の端部をずれ止め部材２３に巻き付けて固定する。これにより、貫通孔２１に挿通された状態でずれ止め部材２３を支持することができ、ずれ止め部材２３を貫通孔２１に挿通した後、床版のコンクリートを打設して硬化するまでの間、ずれ止め部材２３が貫通孔２１から抜け出したり、脱落したりするのを防止するものとなっている。
また、螺旋状部材２５がずれ止め部材２３の外周面に巻き回されることにより、ずれ止め部材２３の周囲に打設されたコンクリートを補強することができ、ずれ止め部材２３の周囲のコンクリートにひび割れが生じるのを抑制することが可能となる。
【００４８】
一方、上記リング状部材２６は、鋼、モルタル、コンクリート又は繊維補強コンクリート等で形成し、図８（ｂ）に示すように、ずれ止め部材２３の埋め込み部１３ａから突出した部分２３ａの外周面に密着するように嵌め合わす。そして、一方の端面は埋め込み部１３ａに設けられた貫通孔の周囲に当接するように装着する。また、ずれ止め部材２３とリング状部材２６の内面との間に隙間が生じるのを防止するために、ずれ止め部材２３の外周面に充填材を塗布し、リング状部材２６がずれ止め部材２３の外周面に密接するように装着する。
このように、リング状部材２６は、ずれ止め部材２３の鋼部材１３からの脱落等を防止するとともに、ずれ止め部材２３のコンクリートに対する支圧面が拡張され、コンクリートに作用する応力を緩和することができる。
【００４９】
上記ずれ止め部材２３が埋め込み部１３ａ，１３ｂの貫通孔２１に挿通された２枚の鋼部材１３は、橋桁２の幅方向に所定の間隔をあけて配置し、下縁付近の埋め込み部１３ｂをずれ止め部材２３とともに埋め込むように下床版１２を形成するコンクリートを打設する。また、ずれ止め部材２３が装着された上縁付近の埋め込み部１３ａを埋め込むように上床版１１を形成するコンクリートを打設する。これにより、鋼部材１３は上床版１１と下床版１２とに接合されて一体となったプレキャストセグメント２ｃが形成される。
なお、上床版１１又は下床版１２には、緊張材を挿通するダクト（図示しない）を設けておく。
【００５０】
このように一体となったプレキャストセグメント２ｃをクレーン等で吊り上げて、片持ち状となった架設中の橋桁先端に支持し、上記ダクトに挿通される緊張材によって、既に片持ち状に連結されたセグメントと緊結する。このようなセグメントの接合を順次に繰り返し、両側へバランスを維持しながら橋桁２を張り出すように形成する。
【００５１】
次に、本発明を適用した橋桁の他の例を、図９に基づいて説明する。
この橋桁３は、図９（ｂ）に示すようにウェブとして波形に曲げ加工された鋼板を用い、この波形鋼ウェブ３０とコンクリートの上床版１４及び下床版１５とを結合して断面を箱形としたものである。
上記波形鋼ウェブ３０は、図９（ａ）に示すように、構造用鋼板を鉛直方向の折り曲げ線によって折り曲げ、平断面の形状が波形となるように加工された本体部３１がウェブとして機能するものである。そして、この本体部３１は橋桁３の軸線方向に連続しており、上辺及び下辺に沿って上フランジ３２及び下フランジ３３がほぼ直角に添設されている。また、上フランジ３２の上面及び下フランジ３３の下面には、上側の孔開きプレート３４及び下側の孔開きプレート３５がほぼ直角に溶接されている。
【００５２】
孔開きプレート３４，３５は、橋桁３の軸線方向に連続するものであり、それぞれには複数の貫通孔３７が軸線方向に所定の間隔で開削されている。これらの貫通孔３７には、図１から図４までに示す橋桁２で用いられたものと同様のずれ止め部材３６が貫通孔３７の内周面と密着又は充填材を介して密着するように挿通されている。そして、上床版１４及び下床版１５を形成するコンクリートが上フランジ３２又は下フランジ３３に密接し、上側の孔開きプレート３４又は下側の孔開きプレート３５をずれ止め部材３６とともに埋め込むように打設される。これにより、上床版１４、鋼部材である波形鋼ウェブ３０及び下床版１５が一体となって橋桁３として機能するものである。
なお、ずれ止め部材３６、上床版１４及び下床版１５は、蝶型の鋼平板をウェブとして用いる上記橋桁２と同様であるので、説明を省略する。
【００５３】
上記波形鋼ウェブ３０を用いた橋桁３は、所定の長さに分割した複数のセグメントを工場等で製作し、現場でこれらを接合して架設するものであっても良いし、波形鋼ウェブ３０を橋桁３の架設位置に設置した後、上床版１４及び下床版１５のコンクリートを現場で打設するものであっても良い。
また、図１等に示す蝶型の鋼部材をウェブとして用いた橋桁２も、予め製作されたセグメント２ｃを接合して架設するものに限定されるものではなく、現場で上床版１１及び下床版１２のコンクリートを打設するものであってもよい。
さらに、本発明に係る接合構造が適用される橋桁は鋼ウェブとコンクリートの上床版及び下床版とで箱形の断面を有するものに限定されず、鋼ウェブと上床版とが接合されたものであってもよいし、鋼ウェブが軸線方向に連続した平板で形成される鋼ガーダーであっても良い。また、架設方法も片持ち施工されるものに限定されず、支保工上で製作される橋桁、押し出し工法で架設される橋桁等、様々の工法で架設される橋桁に適用することができる。
【００５４】
一方、以上に説明した実施の形態は、鋼ウェブとコンクリートの床版とで構成される橋桁に関するものであったが、本発明は、鋼部材とコンクリート部材とを一体となるように接合した構造物に広く採用することができる。例えば、斜張橋における斜張ケーブルを主塔に定着する部分に鋼構造を採用した場合の鋼部分と主塔を構成するコンクリートの接合等に採用することもできる。
【００５５】
次に、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。
図１０は、この実験に用いた供試体４０を示す図である。
供試体４０は、鋼部材４１と、この鋼部材４１を両側から挟み込むように設けられた２つのコンクリートブロック４２と、で主要部が構成されている。
上記鋼部材４１は、所定の長さに切断したＨ形鋼の２つのフランジ４１ａに、Ｈ形鋼の軸線方向に連続したプレート４３をフランジ面とほぼ直角に溶接したものである。この鋼部材４１の軸線方向をほぼ鉛直として両フランジ４１ａに密接するとともにプレート４３を埋め込むようにコンクリートを打設して２つのコンクリートブロック４２を一体に形成する。
【００５６】
コンクリートブロック４２は鋼部材を構成するＨ形鋼の下端より下方に突出するように形成しておき、２つのコンクリートブロック４２で試験台の上に支持して鋼部材４１に鉛直方向の荷重Ｐを作用させる。これにより鋼部材４１とコンクリートブロック４２との間にせん断力を作用させ、鋼部材４１の変位量を測定した。
なお、鋼部材４１に接合されたプレート４３の下側端面には、柔軟に変形する発泡樹脂のブロック４５が接触するように配置されており、プレート４３の下側端面に作用する支圧力で鋼部材４１の変位が拘束されないようにしている。
【００５７】
上記供試体４０のコンクリートブロック４２と鋼部材４１との接合構造は、次に示すように、本発明の実施の形態であるずれ止め部材４４を用いた接合の他、比較例として従来のスタッドジベルを用いた接合及び異形鉄筋を挿通した孔開きプレートをコンクリートに埋め込んだ供試体について実験を行った。なお、コンクリートブロック４２を形成するコンクリートの設計強度は４０N/mm2  とする。
【００５８】
実験に使用した供試体は次の通りである。
供試体１：従来のスタッドジベルを用いて接合したものである。Ｈ形鋼のフランジ４１ａに溶接接合したプレート４３の両面にスタッドジベルを１本ずつ溶接する。そして、Ｈ形鋼のフランジ４１ａに密接させて打設したコンクリートブロック４２にプレート４３をスタッドジベルとともに埋め込んだものである。スタッドジベルは、軸径が１６ｍｍ、高さが１００ｍｍとしている。
【００５９】
供試体２：従来の孔開きプレートを用いて接合したものである。Ｈ形鋼のフランジ４１ａに溶接接合したプレート４３に貫通孔を設け、この貫通孔に異形鉄筋を挿通する。そして、Ｈ形鋼のフランジ４１ａに密接してコンクリートを打設し、異形鉄筋及び孔開きプレート４３を埋め込むようにコンクリートブロック４２を形成したものである。貫通孔の内径は５０ｍｍとし、異形鋼棒は、径が１０ｍｍのものを使用した。
【００６０】
供試体３：本発明の実施の形態であり、ずれ止め部材４４を高強度モルタルで形成したものである。図１０に示すように、Ｈ形鋼のフランジ４１ａに溶接接合したプレート４３に貫通孔を設け、この貫通孔に高強度モルタルで形成されたずれ止め部材４４を挿通し、両端部を突出させる。ずれ止め部材４４の外周面にはエポキシ樹脂を塗布しておき、貫通孔の内周面とずれ止め部材４４の外周面との間隙にエポキシ樹脂が充填されたものとする。このずれ止め部材４４をプレート４３ともにコンクリートブロック４２に埋設する。なお、貫通孔の内径は５０ｍｍとし、ずれ止め部材４４はこの貫通孔にできるだけ小さな間隙で嵌め入れることが可能な寸法とする。また、このずれ止め部材４４は圧縮強度が１２０N/mm2  の高強度モルタルで形成している。
【００６１】
供試体４：本発明の実施の形態であり、ずれ止め部材を高強度繊維補強コンクリートで形成したものである。このずれ止め部材４４は、供試体３と同様にプレート４３に設けられた貫通孔に挿通してコンクリートブロック４２に埋め込むものであり、貫通孔の内径及びずれ止め部材４４の径は供試体３と同じにしている。このずれ止め部材４４の圧縮強度は２００N/mm2  であり、高強度繊維補強コンクリートとしてサクセム（登録商標、商標権者：鹿島建設株式会社、電気化学工業株式会社）を使用した。
【００６２】
供試体５：本発明の実施の形態であり、ずれ止め部材４４として鋼管内に高強度モルタルを充填したものを用いている。ずれ止め部材４４の外径及び貫通孔の内径は供試体３及び供試体４と同じである。鋼管は厚さが２ｍｍのものを用い、充填する高強度モルタルの圧縮強度は１２０N/mm2  である。
【００６３】
上記の供試体を使用して行った実験の結果を、図１１に基づいて説明する。
図１１（ａ）は、各供試体に鉛直荷重を負荷したときに鋼部材４１とコンクリートブロック４２との間に作用するせん断力と、鋼部材４１のコンクリートブロック４２に対するずれ変位量との関係を示す図である。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）から求められた各供試体のせん断耐力を示す図表である。
これらの図が示すように、従来の接合構造とした供試体１（スタッドジベルを使用）及び供試体２（孔あき鋼板に異形鉄筋を挿通）のせん断耐力は、ともに約２００ｋＮであったが、本発明の実施形態である供試体３（高強度モルタルのずれ止め部材を使用）、供試体４（高強度繊維補強コンクリートのずれ止め部材を使用）及び供試体５（鋼管に高強度モルタルを充填したずれ止め部材を使用）のせん断耐力は、それぞれ約２３０ｋＮ、３３０ｋＮ及び３６０ｋＮであり、従来技術である供試体１及び供試体２よりも大きなせん断耐力を有することが分かる。
【００６４】
また、１０００ｋＮのせん断耐力を備えた接合とするためには、従来技術である供試体１ではスタッドジベルの数が５組（１０本）、供試体２では貫通孔４６及び挿通する異型鉄筋が５組必要であるが、本実施の形態に係る供試体３は、貫通孔及びずれ止め部材が４．３組、供試体４は３組、供試体５は２．８組のずれ止め部材と貫通孔とを設ければよいことが分かる。
【符号の説明】
【００６５】
１：橋脚、    ２、３：橋桁、    １１：上床版、    １２：下床版、    １３：鋼部材、    １３ａ：上側の埋め込み部、    １３ｂ：下側の埋め込み部、    １４：上床版、    １５：下床版、    １６：開口、    
２１：埋め込み部に設けられた貫通孔、    ２２：コンクリートリブ、    ２３：ずれ止め部材、    ２４：スタッドジベル、    ２５：螺旋状部材、    ２６：リング状部材、    
３０：波形鋼ウェブ、    ３１：本体部、    ３２：上フランジ、    ３３：下フランジ    ３４：上側の孔開きプレート、    ３５：下側の孔開きプレート、    ３６：ずれ止め部材、    ３７：貫通孔、    
４０：供試体、    ４１：鋼部材、    ４１ａ：Ｈ形鋼のフランジ、    ４２：コンクリートブロック、    ４３：孔開きプレート、    ４４：ずれ止め部材、    ４５：発泡樹脂のブロック、    
１００，１１０、１２０：波形鋼板ウェブ、    １０１、１１１、１２１：フランジプレート、    １０２：スタッドジベル、    １１２，１２２：孔開きプレート、    １１３、１２３：孔開きプレートに開削された孔、    １２４：せん断補強筋、  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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