(57)【要約】      （修正有）【課題】施工の短期間化・低コスト化・省力化を図れる水平構造部材を提供する。【解決手段】水平構造部材の施工方法は、上面が開口した溝状又は中空を有した管状に形成されているとともに、炭素繊維強化樹脂からなるシース部１０を垂直構造部材２間に架設する架設工程と、架設工程後に、シース部１０内にフレッシュコンクリート２１を打設する打設工程と、打設工程後に、フレッシュコンクリート２１を養生する養生工程と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立設される垂直構造部材間に架設される水平構造部材を施工する方法において、
上面が開口した溝状又は中空を有した管状に形成されているとともに、炭素繊維強化樹脂からなるシース部を前記垂直構造部材間に架設する架設工程と、
前記架設工程後に、前記シース部内にフレッシュコンクリートを打設する打設工程と、
前記打設工程後に、前記フレッシュコンクリートを養生する養生工程と、
を備える水平構造部材の施工方法。
【請求項２】
前記シース部が上側に凸状となるような曲げ応力を前記シース部に作用させることによって、前記フレッシュコンクリートの重量による前記シース部の撓みを相殺させる相殺工程
を更に備える請求項１に記載の水平構造部材の施工方法。
【請求項３】
前記相殺工程では、中立軸よりも下側において前記シース部の両端間に架設された緊張材を緊張させることによって前記シース部に前記曲げ応力を作用させる
請求項２に記載の水平構造部材の施工方法。
【請求項４】
前記養生工程後に、前記緊張材を更に緊張させることによって、硬化したコンクリートにプレストレスを作用させる工程
を更に備える請求項３に記載の水平構造部材の施工方法。
【請求項５】
立設された垂直構造部材間に架設され、上面が開口した溝状又は中空を有した管状に形成され、炭素繊維強化樹脂からなるシース部と、
前記シース部内に充填され、コンクリートからなるコア部と、
を備える水平構造部材。
【請求項６】
前記コア部がプレストレスト・コンクリートからなる請求項５に記載の水平構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直構造部材間に架設される水平構造部材を施工する方法及びその水平構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、橋脚間に架設されたコンクリート充填鋼管複合桁が開示されている。このコンクリート充填鋼管複合桁は、市場において流通性の高い丸形鋼管にコンクリート系材料を充填した橋桁である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】保坂 鐵矢、「鋼・複合鉄道橋の現状と課題 −主として鉄道・運輸機構（鉄道公団）の例−」、第６回 複合構造の活用に関するシンポジウム講演論文集、公益社団法人土木学会、2005年、第6巻、p. T-1−T-9
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コンクリート充填鋼管複合桁を施工する場合には、鋼管を揚重機で橋脚上に揚重する。鋼管は高重量であるので、揚重能力の高い揚重機を必要とする上、揚重作業が難しいものとなる。また、鋼管を橋脚に本組みするまでの間、鋼管をその下から支持したり、鋼管を橋脚に仮組みしたりするが、その支持や仮組みのための機器が大規模なものとなってしまう。そのため、コンクリート充填鋼管複合桁の施工に要する時間・コスト・手間が増えてしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、橋桁等の水平構造部材の施工の短期間化・低コスト化・省力化を図れるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、地盤上に設けられた垂直構造部材間に架設される水平構造部材を施工する方法は、上面が開口した溝状又は中空を有した管状に形成されているとともに、炭素繊維強化樹脂からなるシース部を前記垂直構造部材間に架設する架設工程と、前記架設工程後に、前記シース部内にフレッシュコンクリートを打設する打設工程と、前記打設工程後に、前記フレッシュコンクリートを養生する養生工程と、を備える。
【０００７】
以上の課題を解決するために、水平構造部材は、地盤上に施工された垂直構造部材間に架設され、上面が開口した溝状又は中空を有した管状に形成され、炭素繊維強化樹脂からなるシース部と、前記シース部内に充填され、コンクリートからなるコア部と、を備える。
【０００８】
以上によれば、シース部が比強度の高い炭素繊維強化樹脂からなるので、シース部が高強度であっても軽量である。それゆえ、揚重能力の低い揚重機であってもシース部を垂直構造部材上に揚重することができる。また、垂直構造部材間に架設したシース部の下側に支保工等を設置せずとも、又は小規模な支保工によってシース部を支持するだけで、シース部を垂直構造部材間に架設した状態を保つことができる。また、シース部内にフレッシュコンクリートを打設するため、型枠の設置やそれを支える支保工の設置が不要となる。
よって、水平構造部材の施工の短期間化・低コスト化・省力化を図ることができる。
【０００９】
好ましくは、前記方法は、前記シース部が上側に凸状となるような曲げ応力を前記シース部に作用させることによって、前記フレッシュコンクリートの重量による前記シース部の撓みを相殺させる相殺工程を更に備える。
【００１０】
以上によれば、撓みのない水平な水平構造部材を施工することができる。
【００１１】
好ましくは、前記相殺工程では、中立軸よりも下側において前記シース部の両端間に架設された緊張材を緊張させることによって前記シース部に前記曲げ応力を作用させる。
【００１２】
以上によれば、シース部の撓みを容易に解消することができる。
【００１３】
好ましくは、前記方法は、前記養生工程後に、前記緊張材を更に緊張させることによって、硬化したコンクリートにプレストレスを作用させる工程を更に備える。
好ましくは、前記コア部がプレストレスト・コンクリートからなる。
【００１４】
以上によれば、引張に対する耐力が高い水平構造部材を施工することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水平構造部材の施工の短期間化・低コスト化・省力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、水平構造部材の中立軸を通った鉛直断面図である。
【図２】図２は、中立軸に直交した断面の例を示した図面である。
【図３】図３は、水平構造部材の施工工程を示した工程図である。
【図４】図４は、水平構造部材の施工工程を示した工程図である。
【図５】図５は、水平構造部材の施工工程を示した工程図である。
【図６】図６は、変形例の水平構造部材の中立軸を通った鉛直断面図である。
【図７】図７は、中立軸に直交した断面の変形例を示した図面である。
【図８】図８は、高架橋を軸方向に見て示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１８】
＜１．用語の定義＞
以下の説明において、建造物とは、建設された物体であって、地盤に定着されるものをいう。例えば建築物、構造物及び構築物等は建造物の一種であり、より具体的に高架橋、橋梁及び建物（例えばビルディング）などは建造物の一種である。
【００１９】
構造部材とは、建造物の自重及び建造物にかかる荷重を負担する部材をいい、特に建造物を構成する部材のうち骨組みとなる部材をいう。
垂直構造部材とは、地盤上に施工された構造部材をいい、特に地盤上に立てられた構造物をいう。例えば柱、橋脚又は橋台等は垂直構造部材の一種である。なお、垂直構造部材は、水平面に対して垂直に立てられていてもよいし、水平面に対して斜めに立てられてもよい。
水平構造部材は、垂直構造部材間に架設された構造部材をいい、例えば梁、大梁、小梁、縦梁、横梁、桁、橋桁、主桁又は横桁等のことをいう。
【００２０】
＜２．水平構造部材＞
図１は、建造物の水平構造部材１を示した断面図である。図１に示す断面は、水平構造部材１の中立軸を通って鉛直な面である。
【００２１】
この水平構造部材１は、地盤上に立設された垂直構造部材２間に架設されたものである。
水平構造部材１は、管状のシース部１０と、シース部１０に充填されたコア部２０と、シース部１０の両端部に設けられたエンドプレート３０，３０とを備える。
【００２２】
コア部２０はコンクリートからなる。コア部２０のコンクリートの種類は特に限定するものではないが、コア部２０は例えば高強度コンクリート、繊維補強コンクリート（例えばスチール繊維補強コンクリート、ガラス繊維補強コンクリート、炭素繊維補強コンクリート）又は一般コンクリート（普通コンクリート）からなる。
【００２３】
シース部１０はＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）からなる。つまり、シース部１０の母材（マトリックス）が樹脂（例えば、エポキシ系熱可塑性樹脂）であり、シース部１０の強化材が炭素繊維である。シース部１０はコア部２０の表面に付着している。
このシース部１０は、コア部２０の打設時に型枠として利用されたものである。
【００２４】
エンドプレート３０，３０は、シース部１０の両端の開口を閉塞するとともに、コア部２０に付着している。エンドプレート３０，３０は例えば鋼材又はＣＦＲＰからなる。エンドプレート３０，３０がＣＦＲＰからなる場合、エンドプレート３０，３０とシース部１０が一体に成形されたものでもよいし、組み付けられたものでもよい。なお、エンドプレート３０，３０が設けられず、シース部１０の両端の開口においてコア部２０が露出してもよい。
【００２５】
コア部２０はコンクリートからなるので、引張力に対して弱いものの、シース部１０が引張力に抵抗してコア部２０を補強する。つまり、コア部２０が水平構造部材１の圧縮応力を主に負担し、シース部１０が水平構造部材１の引張応力を主に負担することによって、水平構造部材１が高強度・高耐力を有する。
【００２６】
シース部１０は鋼材よりも比強度の高いＣＦＲＰからなるので、水平構造部材１はそれと同一な形状・大きさの鉄筋コンクリート製水平構造部材と同程度又はそれ以上の強度を有する。
【００２７】
なお、コア部２０がプレストレスト・コンクリートからなるものとしてもよい。つまり、緊張材（例えばＰＣ鋼材、ＰＣ鋼棒）がコア部２０内に埋設されており、プレテンション法又はポストテンション法により緊張された緊張材によってコア部２０に予め圧縮力が掛けられ、水平構造部材１にキャンバー（上方へ凸状の曲げ）が予め発生していてもよい。コア部２０に予め圧縮力が掛けられると、水平構造部材１が引っ張りに対して高い耐力を有するようになる。
【００２８】
＜３．水平構造部材の断面形状の具体例＞
図２は、水平構造部材１の軸方向に直交する断面における水平構造部材１の形状の幾つかの例を示したものである。
図２（ａ）に示す例では、シース部１０が円管状であり、その中に充填されたコア部２０が円柱状である。
図２（ｂ）に示す例では、シース部１０が長円管状であり、その中に充填されたコア部２０が長円柱状である。
図２（ｃ）に示す例では、シース部１０が矩形管（正方形管又は長方形管）であり、その中に充填されたコア部２０が矩形柱状である。
図２（ｄ）に示す例では、シース部１０が台形管状であり、その中に充填されたコア部２０が台形柱状である。
図２（ｅ）に示す例では、シース部１０がＩ形の中空を有したＩ形管であり、その中に充填されたコア部２０がＩ形柱状である。
図２（ｆ）に示す例では、シース部１０がＴ形の中空を有したＴ形管であり、その中に充填されたコア部２０がＴ形柱状である。
なお、水平構造部材１の断面形状は他の形の管状（例えば多角形管状のシース部１０、多角形柱状のコア部２０）であってもよい。
【００２９】
＜４．水平構造部材の施工方法＞
水平構造部材１の施工方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、クレーン等の揚重機によってシース部１０を揚重して、立設された垂直構造部材２間にシース部１０を架設する。シース部１０の比強度が高く、シース部１０が軽量であるので、シース部１０を揚重する揚重機に高い揚重能力が要求されない。また、シース部１０の下に支保工を設置せずとも（或いは、小規模な支保工をシース部１０の下に設置するだけで）、シース部１０を支持することができる。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、シース部１０の両端部にエンドプレート３０，３０を設けて、シース部１０の両端の開口をエンドプレート３０，３０によって閉塞する。シース部１０とエンドプレート３０，３０を固定具等によって固定又は固着してもよい。なお、シース部１０とエンドプレート３０，３０が予め一体に成形されている場合には、エンドプレート３０，３０の設置工程を省略することができる。
【００３１】
次に、図３（ｃ）に示すように、シース部１０の内側にフレッシュコンクリート２１を打設して、シース部１０の内部空間をコンクリート２１によって充填する。ここで、シース部１０若しくはエンドプレート３０，３０又はこれら両方に一又は複数の注入孔が形成されており、注入孔を通じてコンクリート２１をシース部１０内に打設することができる。
【００３２】
コンクリート２１の打設後、コンクリート２１を養生して硬化させる。コンクリート２１が硬化して、コア部２０になる。
【００３３】
以上の施工方法によれば、シース部１０を容易に揚重できる上、型枠及びその下側の支保工を設置せずともフレッシュコンクリート２１を打設できるので、水平構造部材１の施工の短期間化・低コスト化・省力化を図ることができる。
【００３４】
＜５．シース部の撓みの相殺−その１−＞
上述の施工方法では、フレッシュコンクリート２１が硬化するまでの間に、フレッシュコンクリート２１の重量によってシース部１０が下方へ凸状に撓んでしまう虞がある。そこで、フレッシュコンクリート２１の硬化前に、シース部１０を上方に凸状に曲げるような曲げ応力をシース部１０に作用させて、フレッシュコンクリート２１の重量による撓みを相殺する。具体的には、以下の通りである。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、シース部１０の内側にシース管４１を挿入して、シース管４１をエンドプレート３０，３０間に設ける。ここで、シース管４１の位置は水平構造部材１の中立軸よりも下側にして、エンドプレート３０，３０にはシース管４１内に通じる連通孔が形成されている。
なお、シース管４１をシース部１０の内面の底部に当接してもよい。また、シース管４１をシース部１０の内面に予め固定しておいてもよい。
【００３６】
次に、図４（ｂ）に示すように、緊張材（例えば、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒、有機繊維ロッド等）４２を一方のエンドプレート３０に貫通させて、その緊張材４２を他方のエンドプレート３０までシース管４１に挿入する。この際、緊張材４２の両端部はエンドプレート３０，３０の外側に突出させる。そして、緊張材４２をジャッキ等に両端部側から引っ張るとともに、緊張材４２の両端部を定着具４３，４３によってエンドプレート３０，３０に定着する。そうすると、緊張材４２の張力がシース部１０の下部に圧縮力として作用し、これによりシース部１０に曲げ応力が生じて、シース部１０が上方に凸状に曲がる。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示すように、シース部１０の内側にフレッシュコンクリート２１を打設する。そうすると、緊張材４２の張力によるシース部１０の曲げがコンクリート２１の重量によって相殺されて、水平構造部材１が直線状になる。
【００３８】
なお、緊張材４２の緊張工程は、コンクリート２１の硬化前であれば、コンクリート２１の打設工程後に行ってもよいし、コンクリート２１の打設工程と並行して行ってもよい。
【００３９】
緊張材４２を緊張させた状態でコンクリート２１を養生・硬化した後、定着具４３，４３を取り外すと共に、緊張材４２を引き抜く。そのため、シース管４１がコア部２０に埋設された状態で残置される。
【００４０】
なお、緊張材４２及び定着具４３，４３を取り外さなくてもよい。この場合、コンクリート２１の養生・硬化後に、緊張材４２をジャッキ等によって更に引っ張って、その緊張材４２を定着具４３，４３によりエンドプレート３０，３０に定着してもよい。そうすると、コア部２０に圧縮力（プレストレス）が作用し、コア部２０がプレストレスト・コンクリートとなる。これにより、水平構造部材１が引っ張りに対して高い耐力を有するようになる。
【００４１】
＜６．シース部の撓みの相殺−その２−＞
上述の相殺方法では、シース部１０の内側に緊張材４２を配置したが、シース部１０の外側に緊張材４２を配置してもよい。具体的には、以下のようにする。
【００４２】
図５（ａ）に示すように、エンドプレート３０，３０から下方に延出したブラケット３１，３１間に緊張材４２を掛け渡す。従って、緊張材４２は、シース部１０の外側且つ中立軸の下側に配置される。なお、ブラケット３１，３１はエンドプレート３０，３０と一体に成形されたものでもよいし、エンドプレート３０，３０に組み付けたものでもよい。
【００４３】
次に、図５（ｂ）に示すように、緊張材４２を緊張させて、緊張材４２の両端部を定着具４３，４３によってブラケット３１，３１に定着する。これによりシース部１０に曲げ応力を付与する。なお、緊張材４２の緊張工程は、コンクリート２１の硬化前であれば、後述のコンクリート２１の打設中に又は打設後に行ってもよい。
次に、図５（ｃ）に示すように、シース部１０の内側にフレッシュコンクリート２１を打設して、緊張材４２の張力によるシース部１０の曲げがコンクリート２１の重量によるシース部１０の撓みにより相殺されて、水平構造部材１が直線状になる。
【００４４】
緊張材４２を緊張させた状態でコンクリート２１を養生・硬化した後、定着具４３，４３及び緊張材４２を撤去する。必要に応じて、ブラケット３１も撤去する。
【００４５】
＜７．シース部の撓み及び圧縮力について＞
シース部１０を図２（ａ）に示すような円管状の単純梁と想定した場合、シース部１０の外径（直径）をＤ[m]、シース部１０の内径（直径）をｄ１[m]、シース部１０の肉厚をｔ[m]、シース部１０の曲げ剛性をＥ[N/m]、シース部１０の断面積をＡ[m2]、シース部１０の断面２次モーメントをＩ[m4]、スパン長をＬ[m]とする。単位体積当たりの重量ｗ[N/m3]のフレッシュコンクリート２１をシース部１０内に打ち込んだ場合、フレッシュコンクリート２１の自重（等分布荷重）ｑ[N/m]は次式（１）の通りであり、それに伴う最大モーメントＭ[N・m]は次式（２）の通りであり、最大撓みδ[m]は次式（３）の通りである。
【００４６】
【数１】
2018105074.tif 000003
【００４７】
その最大撓みδを相殺すべく、緊張材４２の緊張によってシース部１０に圧縮力を付与するが（図４、図５参照）、圧縮力Ｐ[N]は以下の式（４）の通りとする。式（４）において、ｅは中立軸から緊張材４２までの偏心距離[m]である。また、Ｐは、負の値をとれば圧縮力を表し、正の値をとれば引張力を表す。
【００４８】
【数２】
2018105074.tif 000004
【００４９】
緊張材４２の緊張によってシース部１０に圧縮力を付与すると、シース部１０に曲げが発生する（図４（ｂ）、図５（ｂ）参照）。その際、シース部１０の上端１１に作用する引張応力度σＵ[N/m2]は次式（５）の通りであり、シース部１０の下端１２に作用する圧縮応力度σＬ[N/m2]は次式（６）の通りである。式（５），（６）において、ｙは中立軸からシース部１０の上端１１又は下端１２までの距離[m]である。なお、次式中のσＵ、σＬは、正の値をとれば引張応力度を表し、負の値をとれば圧縮応力度を表す。
【００５０】
【数３】
2018105074.tif 000005
【００５１】
以上のような引張応力度及び圧縮応力度に耐えられるようにシース部１０の材種や厚さを選定して、そのシース部１０の許容応力度を引張応力度及び圧縮応力度よりも高くする。
【００５２】
＜８．変形例＞
図１及び図２に示す例ではシース部１０が管状に形成されていた。それに対して、図６及び図７に示すように、シース部１０が、上面が開口した溝状に形成されていてもよい。
【００５３】
図７（ａ）に示す例では、シース部１０が半円形の溝状に形成されている。図７（ｂ）に示す例では、シース部１０がＵ字形の溝状に形成されている。図７（ｃ）に示す例では、シース部１０が矩形（コ字型）の溝状に形成されている。図７（ｄ）に示す例では、シース部１０が等脚台形の溝状に形成されている。図７（ｅ）に示す例では、シース部１０が、上面が開口したＩ形の中空を有したＩ形溝状に形成されている。図７（ｆ）に示す例では、シース部１０が、上面が開口したＴ形の中空を有したＴ形溝状に形成されている。
【００５４】
図７（ａ）〜図７（ｆ）の何れであっても、フレッシュコンクリートをシース部１０の開口の縁まで打設し、それを硬化・養生することによってコア部２０が施工される。また、上述したように、フレッシュコンクリートの重量によるシース部１０の撓みを緊張材４２の緊張により相殺する。
【００５５】
＜９．道路又は鉄道等の高架橋への適用＞
図８は、水平構造部材１を桁１Ａとして利用した高架橋を示した図面である。
【００５６】
垂直構造部材２としての橋脚２Ａが地盤３Ａ上に立設され、橋脚２Ａの下部が地盤３Ａに埋設され、橋脚２Ａの下端に設けられたフーチング及びその下に設けられた基礎杭も地盤３Ａに埋設されている。水平構造部材１としての複数の桁１Ａが支承４Ａを介して橋脚２Ａの上端に設置されて、桁１Ａが隣り合う橋脚２Ａ間に架設されている。これら桁１Ａ上には床版５Ａが敷設されている。なお、図８に示す例では、軸方向に直交する桁１Ａの断面の形状が円形であるが（図２（ａ）参照）、他の形状（例えば、図２（ｂ）〜図２（ｆ）、図７（ａ）〜図７（ｆ）参照）であってもよい。
【００５７】
＜１０．変形例＞
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
例えば、コア部２０の軽量化を図るべく、コア部２０に中空が形成されていてもよい。中空によりコア部２０が軽量であれば、コア部２０のコンクリート打設時のシース部１０の曲げが小さくなるので、シース部１０を薄型にすることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…水平構造部材，  １Ａ…桁，  ２…垂直構造部材，  ２Ａ…橋脚，  １０…シース部，  ２０…コア部，  ２１…フレッシュコンクリート，  ４２…緊張材
【図１】
2018105074.tif 000006
【図２】
2018105074.tif 000007
【図３】
2018105074.tif 000008
【図４】
2018105074.tif 000009
【図５】
2018105074.tif 000010
【図６】
2018105074.tif 000011
【図７】
2018105074.tif 000012
【図８】
2018105074.tif 000013