(57)【要約】【課題】底鋼板とコンクリートを一体化した合成床版において、底鋼板の加工が容易でかつ強度を向上した床版を提供する。【解決手段】矩形の底鋼板２９の上面にジベル筋３１等の結合手段を介して、床版コンクリート３２を打設する合成床版２８であって、この合成床版２８は、底鋼板２９の４辺に沿って、外周辺方向が下り傾斜した傾斜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを冷間プレスで一体形成してある。海底地盤３に打設された基礎杭４の杭頭部５にたて材２５とよこ材２６を組んで鋼製梁２４が構築される。合成床版２８は鋼製梁２４に支持固定される。底鋼板２９のパネルを設置した後、コンクリートを打設し底鋼板２９とコンクリート３２を一体化し、合成床版２８が構築される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の底鋼板とコンクリートが一体化した合成床版であって、該底鋼板の４辺には、外周側へ下り傾斜した傾斜部を有することを特徴とする合成床版。
【請求項２】
前記底鋼板の４辺に有する傾斜部は、冷間プレス成形により該底鋼板と一体成形され、又は、溶接若しくはボルトによって該底鋼板に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の合成床版。
【請求項３】
前記底鋼板上に設置されたジベル筋又はジベル孔付き補強鋼材を介して該底鋼板とコンクリートが一体化していることを特徴とする請求項１又は２記載の合成床版。
【請求項４】
地盤に打設された基礎杭の杭頭部に設けられた連結部材を介して鋼製梁が連結され、その上面に請求項１〜３のいずれかに記載の底鋼板が固定され、該底鋼板とコンクリートが一体化していることを特徴とする人工地盤。
【請求項５】
地盤に多数本の基礎杭を打設し、その杭頭部に設けた連結部材を介して鋼製のたて材とよこ材を組んで鋼製梁を構築し、請求項１〜３のいずれかに記載の底鋼板又は合成床版を前記たて材とよこ材の上面に支持固定し、しかる後にコンクリートを打設し、該底鋼板とコンクリートを一体化した合成床版を構築することを特徴とする人工地盤の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成床版とそれを用いた人工地盤及びその構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成床版は、一般に上面にジベル筋やジベル孔付き補強リブを溶接した底鋼板の上面にコンクリートを打設して構築され、橋や人工地盤などの床構造として用いられる。本発明に係る合成床版は、簡潔な構造で強度が向上されていて、特に人工地盤などの大規模な合成床版を構築する場合に好適するものである。
【０００３】
さらに説明すると、近年海上空間の有効利用のニーズに対して、各種の大規模人工地盤の構想が提案されている。この大規模人工地盤は、一般に桟橋あるいはジャケット方式と浮体方式に大別されるが、本発明は例えば、図１０に示すような桟橋方式の人工地盤などに適用される（特許文献１）。図１０を説明すると、人工地盤１の平坦ブロック２は、地盤３に打設した多数の鋼管製の基礎杭４と、杭頭部５に設けられたＨ形鋼製のたて材１０とよこ材１１からなる鋼製梁６、及び床版７から構成される。
【０００４】
人工地盤１の平坦ブロック２の構築は、基礎杭４の打設後、杭頭部５が所定の高さになるように切断した後、杭頭部５に間隙を有してソケット鋼管８を嵌合し、杭頭部５の外周のソケット鋼管８との重なり部に鉄筋を溶接するなどしてずれ止めを設置し、前記間隙にコンクリートを充填する。また、杭頭部５に設けたソケット鋼管８には連結用ダイアフラム１２が取付けてあり、この連結用ダイアフラム１２に鋼製梁６におけるたて材１０とよこ材１１の端部が連結されている。ソケット鋼管８と連結用ダイアフラム１２は工場で製作し、基礎杭４を地盤３に打設の後取付けられ、その後、杭頭部５に鋼製梁６が構築される。
【０００５】
鋼製梁６の上に設置される床版７は、場所打ちコンクリート、プレキャストコンクリートや合成床版、鋼床版等により構成され、床版７の上に表層コンクリート、アスファルトや土砂等の表面仕上材１３を設置し人工地盤を完成させる。
【０００６】
合成床版の他の従来例として、図１１に示す例がある（特許文献２）。同図において、Ｈ形鋼製の主桁１４が所定のスパンで構築されていて、隣り合う主桁１４間に平面矩形の底鋼板１５が配置され、底鋼板１５の両端縁に先端側が下り傾斜したハンチプレート１６が設けられ、このハンチプレート１６の先端が隣り合う主桁１４に支持固定されている。ハンチプレート１６は合成床版２０の断面剛性を増大するために設けるものである。底鋼板１５の上面にはＨ形鋼製の補強部材１７と鉄筋１８が配置され、コンクリート１９が打設され一体化されて合成床版２０が構築される。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２５７００６号公報
【特許文献２】特開２００１−８１７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
地盤に打設した基礎杭と、杭頭部に配設の鋼製梁の上に合成床版を構築してなる大規模な桟橋、あるいはジャケット方式の人工地盤等において、前記合成床版における支持桁付近の断面剛性を向上する手段として、従来は平面矩形鋼板の対称部位の２辺にのみハンチプレート等の断面傾斜部を設ける構造であるので、傾斜部を有する方向に作用するせん断力には強度が増大するが、傾斜部を有する方向に直交する方向のせん断力には強度増大は期待できず、合成床版の強度増大には自ずから限界があった。
【０００９】
本発明は、桟橋、あるいはジャケット方式の人工地盤等における大規模な合成床版において、構造を複雑化することなく、かつ加工が容易な構造で、しかもせん断強度を１方向に限定せずに増大できる合成床版を構築できないか種々研究した結果、創案されたものである。すなわち、構造が簡易で、かつ加工が容易であり、しかも方向によらずに強度を向上できる合成床版を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、矩形の底鋼板とコンクリートが一体化した合成床版であって、前記底鋼板の４辺には、外周側が下り傾斜した傾斜部を有することを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明における底鋼板の４辺に有する傾斜部は、冷間プレス成形より該底鋼板と一体形成され、又は、溶接若しくはボルトによって該底鋼板に取り付けられている合成床版であることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第１又は第２の発明における底鋼板上に設置されたジベル筋又はジベル孔付き補強鋼材を介して該底鋼板とコンクリートが一体化している合成床版であることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、地盤に打設された基礎杭の杭頭部に設けられた連結部材を介して鋼製梁が連結され、その上面に第１〜第３のいずれかの発明に記載の底鋼板が固定され、該底鋼板とコンクリートが一体化している人工地盤であることを特徴とする。
【００１４】
第５の発明は、地盤に多数本の基礎杭を打設し、その杭頭部に設けた連結部材を介して鋼製のたて材とよこ材を組んで鋼製梁を構築し、第１の発明又は第２の発明に記載の底鋼板又は合成床版を前記たて材とよこ材の上面に支持固定し、しかる後にコンクリートを打設し、該底鋼板とコンクリートを一体化した合成床版を構築し、その上面に表面仕上材を構築する人工地盤の構築方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、人工地盤等の合成床版における矩形の底鋼板の４辺各辺に冷間プレス一体成形により、又はボルト若しくは溶接による組み立てによって、傾斜部が形成されていて、この底鋼板にコンクリートを打設して合成床版を構成しているので、該合成床版は方向に限定されずにせん断強度が増大し、合成床版全体の強度が簡潔な構成で著しく向上する。また、底鋼板がコンクリート打設時の型枠としての機能を有することから、コンクリート打設のための足場、型枠工等が不要となり、工期の短縮、作業安全性の向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００１７】
図１（ａ）は、合成床版を省略した人工地盤の鋼製架構の平面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ矢視図、図２（ａ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視図、（ｂ）は、基礎杭の側面図、（ｃ）は、（ａ）のＣ部の拡大断面図である。図３は、図１（ａ）における人工地盤の鋼製梁に合成床版を設置した態様を示す拡大平面図、図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るプレス成形により形成した底鋼板の斜視図と断面図、図５（ａ）、（ｂ）は鋼板とコンクリートとのズレ止めの例、図７（ａ）は本発明に係るボルトにより傾斜部を取り付けた底鋼板の斜視図、（ｂ）および（ｃ）は図７（ａ）のＡ部の構成図、図６（ａ）〜（ｄ）は、従来例に係る底鋼板の斜視図と断面図、図８（ａ）〜（ｃ）、図９は、人工地盤における基礎杭の杭頭部に合成床版を構築する工程を示す断面説明図である。
【００１８】
＜第一実施形態＞
図１、図２において、地盤３に多数の鋼管製の基礎杭４が打設されており、鋼部材からなるジャケット構造物４０が支持されており、ジャケット構造物４０の上部には鋼製梁２４が設けられている。鋼製梁２４は、図１に示すように鋼製の箱形断面等からなるたて材２５とよこ材２６を格子状に組み、杭頭部５において４方部から伸びて交差するたて材２５とよこ材２６が連結部材２７を介して連結して構成されている。
【００１９】
鋼製梁２４の上面に、本発明に係る合成床版２８が配置固定される。図３、図４によって説明すると、この合成床版２８は、平面矩形の底鋼板２９上面に多数のジベル筋３１が溶接されており、さらに、床版コンクリート３２が所定の厚みに打設され、ジベル筋３１を介して底鋼板２９と床版コンクリート３２が一体化されている。ジベル筋３１は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、棒状の材料を鋼板上に溶接してズレ止めとしたものである。ジベル筋３１に代えてジベル孔５１を有する補強鋼材５２を底鋼板２９の上面に溶接してもよい。ジベル孔５１を有する補強鋼材５２は、図５（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように，帯状の平鋼４７、あるいはＩ形鋼４８，Ｈ形鋼４９などの形鋼を底鋼板に取り付け、これに開口部ジベル孔５１を設けたものである。
【００２０】
本発明に係る合成床版２８にあっては、図３、４に示すように矩形の底鋼板２９の４辺に沿って外周側が下り傾斜した傾斜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが構成されている。この４辺の傾斜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように１枚の矩形の平鋼板を冷間プレスすることにより形成することができる。このように矩形の底鋼板２９の４辺に沿って外周側が下り傾斜した傾斜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄがあるため、合成床版２８にたて方向とよこ方向（つまり２方向）の何れの方向にせん断力が作用しても、そのせん断力に対して各辺の傾斜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを含む合成床版２８が抵抗し、この合成床版２８はあらゆる方向のせん断力に対して強度が向上する。
【００２１】
比較例を図６に示す。同図に示す従来の合成床版２０における底鋼板１５では、１方向、つまり対向する２辺にのみハンチプレート（傾斜部）１６が溶接３４によって設けられている。したがって、ハンチプレート（傾斜部）１６の傾斜方向に作用するせん断力に対してはこのハンチプレート１６を含む合成床版が抵抗するが、ハンチプレート１６の傾斜方向と直交する方向に作用するせん断力に対しては、合成床版断面が増加しないため、この方向の合成床版２０のせん断力は弱く、ハンチ部を含む断面に比べて弱くなる欠点がある。
【００２２】
本発明では、図４に示すように、底鋼板２９の傾斜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを、平鋼板３３を冷間プレスして形成することができることから、加工が著しく簡単で、四隅部に切り込みを入れ、さらに曲げ加工したうえ、溶接するなどの加工が一切不要である。
【００２３】
図８、図９によって、本発明に係る合成床版を構築する工程を説明する。図８（ａ）のように、ジャケット構造物４０の頭部に構築した鋼製梁２４における、鋼製箱形断面のたて材２５やよこ材２６の上面に、底鋼板２９の傾斜部３０ａ〜３０ｄの先端の平行フランジ部３５を載置し、溶接またはボルト接合３６等でたて材２５やよこ材２６の上面に固定する（図３参照）。次に、図９のように、底鋼板２９の上面に床版コンクリート３２を所定の高さまで打設し、鋼板とコンクリートを接合一体化する。床版コンクリート３２は、図８（ｂ）のように現場での打設で構築する場合と、図８（ｃ）のように工場にてプレキャスト合成床版５０として製作する場合がある。工場にてプレキャスト合成床版５０として製作する場合は、図８（ｃ）に示すようにたて材２５とよこ材２６の上面のコンクリート３７は現場打設する。この場合、現場で施工するコンクリート３７は、工場打設の床版コンクリート３２の高さに合わせて打設する。その後、床版コンクリート３２の上面にコンクリート舗装等の表面仕上材１３が施工されて工事が完了する。
【００２４】
＜第二実施形態＞
図７は、本発明に係る別の実施形態の例を示したもので、傾斜部をボルト接合により底鋼板に取り付けた例である。底鋼板における傾斜部の成形方法以外は第一実施形態と同じである。したがって、第二実施形態については合成床版の構築工程のみを説明する。
図７（ａ）及びＡ部の拡大図（ｂ）のように、本実施形態における底鋼板２９は、平鋼板３３の４辺のうち、相対する２辺にスタッドボルト４１が所定の間隔で溶植され、それに直交する２辺については所定の間隔で開口部ボルト孔４２が設けられている。そして、図７（ｂ）で詳細をに示すように，２辺に折り曲げ部を有する傾斜部部材４３の平鋼板３３と接する部分の端部には、平鋼板側のスタッドボルト４１あるいは開口部ボルト孔４２に嵌め合わせることができるように、開口部ボルト孔４４（ハの場合）が設けられるか、あるいはスタッドボルト４５（イの場合）が溶植されている。また、傾斜部部材４３の端部は，隣接する傾斜部部材を組み合わせた際に干渉することがないよう、適切な傾斜加工部４６が設けられている。さらに、傾斜部部材４３同士を結合するため、開口部ボルト孔及びスタッドボルトを有するアングル材５３を配置する。これらの部材を，図７（ｂ）に示すように順番で組み立てれば，図７（ｃ）のように、底鋼板２９のコーナー部が隙間なく構築される。尚、本実施形態の例では、ハ側に長孔５４を設けてアングル５３のスタッドボルトを通すことができるようにしているが、長孔５４に代えてスタッドボルトを取り付け、スタッドボルトに代えてアングル５３の横方向に開口をもつ横長孔を設ける等も可能である。また、傾斜部部材、平鋼版、及びアングル材の相互の重なり方や、スタッドボルト及び開口部ボルト孔の位置や個数についても適宜変更可能である。
更に、本実施形態については、ボルトで構築する部分を溶接接合としてもよい。
【００２５】
〔実施形態の作用〕
本発明の第１の実施形態によると、人工地盤等の合成床版にける矩形の底鋼板の４辺各辺に冷間プレス成形により傾斜部が一体形成されていて、この底鋼板にコンクリートを打設して合成床版を構成しているので、該底鋼板は１方向のせん断強度向上だけでなく、方向によらずにせん断強度が増大し、合成床版全体の強度が簡潔な構成で著しく向上する。また、鋼製梁の上面に底鋼板が固定され、コンクリート打設時の型枠を兼ねるため、コンクリート打設のための型枠、支保工等が不要となるので工期を短縮でき、かつ作業安全性が向上する。
【００２６】
本発明の第２の実施形態によると、人工地盤等の構築において、まず、第一の実施形態と同様、合成床版全体の強度上昇、工期短縮、作業安全性の向上といった効果が期待できる。その上、底鋼板をパネル組み立て式にすることによって、資材の運搬性が向上し、鋼材の曲げ加工ができない工場においても製作可能な供給性の高い構造となる。さらに、上方からの部材落とし込みのみで施工可能なパネル組立て構造を採用することにより、施工性の高い、すなわち急速施工が可能な合成床版を提供することができる。この場合、パネル組立て式の長所を活かすため、コンクリートは現場打設とすることが好ましい。
【００２７】
本発明は、実施形態の構成を適宜設計変更して実施することは構わない。
【実施例】
【００２８】
表１は、本発明による、４周に傾斜部を有する床版と、従来の傾斜部（ハンチ部）を設けない床版との重量比、せん断強度比を比較したものである。ここでは、ある桟橋構造の試算結果を参考に、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、コンクリート版の厚さを400mm、傾斜部ハンチの高さを100mmとし、これに対する比較として、コンクリート版のみで傾斜部ハンチがない場合を想定し、もとの版厚400mmと、傾斜部ハンチの高さの分を加味した500mmについて、表面積1ｍ2あたりの重量と、幅1ｍあたりのせん断強度を比較した。重量は鋼板，ならびにコンクリートの重量を足し合わせて算出し，せん断強度は断面積に比例することから，せん断強度比は断面積比より算出した。本発明による合成床版のように、４周にハンチ傾斜部を設けることによって、せん断強度を確保する場合を基準に取ると、比較例１のように重量をほぼ同等にしようとした場合、せん断強度は20％低下する。逆に、比較例２のように傾斜部ハンチを設けずに同等のせん断強度を確保しようとする場合、重量が22％増加することがわかる。本発明のように、合成床版の４辺に傾斜部（ハンチ部）を設けることによって、周縁部のせん断強度を確保しつつ、重量低減が可能であることがわかる。
【００２９】
表２は、本発明による、４周に傾斜部を有する床版と、比較例３として相対する２辺にのみ傾斜部を有する床版との断面力の比を比較したものである。計算条件は、図１２（ｄ）、（ｅ）に示すように、５ｍ×５ｍ、版厚400mmの床版の中央に1000kNの集中荷重を加えたものである。４方向支持のものは床版の４周を単純支持し、２方向支持のものは床版の相対する２辺を単純支持し、それに直交する２辺は自由とした。表２より、断面に発生するせん断力の最大値は２方向支持から４方向支持とすることによって約32％減少し，曲げ応力も約30％減少することがわかる。このことから、本発明のように、合成床版の４周にハンチ傾斜部を設けることによって、同一の荷重条件における床版断面に発生するせん断力、曲げモーメントをともに低減することができ、床版厚の低減が可能であることがわかる。
【表１】
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【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は、合成床版を省略した人工地盤の鋼製架構の平面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視図、（ｂ）は、基礎杭の側面図、（ｃ）は、（ａ）のＣ部の拡大断面図である。
【図３】図１（ａ）における人工地盤の鋼製梁に合成床版を設置した態様を示す拡大平面図である。
【図４】本発明の冷間プレスにより形成した底鋼板を示し、（ａ）は、平鋼板の斜視図、（ｂ）は、平鋼板をプレスしてなる底鋼板の斜視図、（ｃ）、（ｄ）は、同図（ｂ）のＣ−ＣとＤ−Ｄの断面図である。
【図５】ズレ止めの例を示し、（ａ）、（ｂ）は、ジベル筋の例、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、ジベル孔つき補強鋼材の例である。
【図６】従来の底鋼板を示し、（ａ）は、平鋼板の斜視図、（ｂ）は、平鋼板にハンチプレートを溶接してなる底鋼板の斜視図、（ｃ）、（ｄ）は、同図（ｂ）のＥ−ＥとＦ−Ｆの断面図である。
【図７】本発明のボルトにより傾斜部を形成した底鋼板を示し、（ａ）は底鋼板の斜視図、（ｂ）、（ｃ）は、同図（ａ）のＡ部の構成を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、人工地盤におけるジャケット構造物頭部に構築した鋼製梁に本発明に係る合成床版を構築する工程を示し、（ｃ）はプレキャスト合成床版の場合の工程を示す断面説明図である。
【図９】人工地盤におけるジャケット構造物頭部に構築した鋼製梁に本発明に係る合成床版を構築する工程を示す断面説明図である。
【図１０】第１従来例として示す人工地盤の破断斜視図である。
【図１１】第２従来例として示す合成床版の配置態様を示す破断斜視図である。
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の効果を検証するために実施した床版の検討条件を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  人工地盤
２  平坦ブロック
３  地盤
４  基礎杭
５  杭頭部
６  鋼製梁
７  床板
８  ソケット鋼管
１０  たて材
１１  よこ材
１２  連結用ダイアフラム
１３  表面仕上材
１４  主桁
１５  底鋼板
１６  ハンチプレート（傾斜部）
１７  補強部材
１８  鉄筋
１９  コンクリート
２０  合成床版
２３  斜材
２４  鋼製梁
２５  たて材
２６  よこ材
２７  連結部材
２８  合成床版
２９  底鋼板
３０ａ  傾斜部
３０ｂ  傾斜部
３０ｃ  傾斜部
３０ｄ  傾斜部
３１  ジベル筋
３２  床版コンクリート
３３  平鋼板
３４  溶接
３５  平行フランジ部
３６  ボルト接合
３７  後打ちコンクリート
４０  鋼製ジャケット構造物 
４１  スタッドボルト
４２  ボルト孔開口部
４３  傾斜部部材
４４  ボルト孔開口部
４５  スタッドボルト
４６  傾斜加工部
４７  平鋼
４８  Ｉ形鋼
４９  Ｈ形鋼
５０  プレキャスト合成床版
５１  ジベル孔開口部
５２  補強鋼材
５３  アングル材
５４  長孔
【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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