(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート製のスラブ又は梁と鋼材とを接合する接合構造であって、
スラブ又は梁と接合される鋼材と、
前記鋼材の端部が垂直に溶接される金属プレートであって、該鋼材の端部と同一の断面形状を有する突起を一面に設け、ねじ溝を有する複数の開口部を対向面に設け、該突起と複数の開口部を前記一面及び対向面の外縁よりも内側に設けた金属プレートと、
一端にねじが設けられ、前記金属プレートの各開口部内に設けたねじ溝と螺合し、他端がスラブ又は梁の配筋に定着される複数の鉄筋と、
前記鉄筋の一端を前記金属プレートの開口部内にねじ込んだ後、所定位置で該鉄筋を固定するための係止ナットと、
からなる、トラス構造物における鋼材とコンクリートの接合構造。
【請求項２】
前記鋼材が円形又は多角形の断面を有する鋼管であって、前記金属プレートが円形又は正多角形のプレートで、前記一面の中央に突起が設けられ、前記対向面の開口部が貫通孔であり、平面視で前記金属プレートの開口部が、円形又は多角形の断面を有する突起の内側に形成されることを特徴とする請求項１記載の接合構造。
【請求項３】
コンクリート製のスラブ又は梁と鋼材とを接合する接合構造であって、
スラブ又は梁と接合される鋼材と、
前記鋼材の端部が接合される金属プレートであって、該鋼材の端部を垂直に摩擦圧接する接合面を一面に有し、ねじ溝を有する複数の開口部を対向面に設け、該接合面と複数の開口部を前記一面及び対向面の外縁よりも内側に設けた金属プレートと、
一端にねじが設けられ、前記金属プレートの各開口部内に設けたねじ溝と螺合し、他端がスラブ又は梁の配筋に定着される複数の鉄筋と、
前記鉄筋の一端を前記金属プレートの開口部内にねじ込んだ後、所定位置で該鉄筋を固定するための係止ナットと、
からなる、トラス構造物における鋼材とコンクリートの接合構造。
【請求項４】
前記鋼材が円形又は多角形の断面を有する鋼管であって、前記金属プレートが円形又は正多角形のプレートで、前記対向面の開口部が貫通孔であり、平面視で前記金属プレートの開口部が、接合面における鋼管の接合部位の領域内側に形成されることを特徴とする請求項３記載の接合構造。
【請求項５】
前記金属プレートの外周に変形追随止水処理を施したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の接合構造。
【請求項６】
前記鉄筋の他端にフランジ状に突出する支圧プレートを取り付けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の接合構造。
【請求項７】
前記金属プレートと前記鉄筋との螺合部分に流動性の硬化剤を注入することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラス構造物における鋼材とコンクリートの接合構造に関するものであり、詳細には、コンクリート製のスラブ又は梁と鋼材との接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート製のスラブ又は梁と露出させたトラス構造とを組み合わせた構造物においては、鉄筋の腐食を考慮した場合、トラス構造を形成する鋼材とコンクリートとの接合を確実に行うことが必要となる。接合部においては、毛細管現象により水がコンクリートと鋼材との隙間に浸入したり、埋設された鉄筋が引張り力とせん断力の複合作用により変形を起こし、空気に晒されたりするからである。
しかし、従来はこのような問題を確実に防止することはできず、何らかの対応が望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明においては、前述した問題点を解消するトラス構造物における鋼材とコンクリートの接合構造を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、コンクリート製のスラブ又は梁と鋼材とを接合する接合構造であって、スラブ又は梁と接合される鋼材と、前記鋼材の端部が垂直に溶接される金属プレートであって、該鋼材の端部と同一の断面形状を有する突起を一面に設け、ねじ溝を有する複数の開口部を対向面に設け、該突起と複数の開口部を前記一面及び対向面の外縁よりも内側に設けた金属プレートと、一端にねじが設けられ、前記金属プレートの各開口部内に設けたねじ溝と螺合し、他端がスラブ又は梁の配筋に定着される複数の鉄筋と、前記鉄筋の一端を前記金属プレートの開口部内にねじ込んだ後、所定位置で該鉄筋を固定するための係止ナットと、からなる、トラス構造物における鋼材とコンクリートの接合構造である。
【０００５】
このような接合構造においては、金属プレートの一面に設けた突起と対抗面に設けた開口部が該一面及び対向面の外縁よりも内側に位置しているので、突起に接合される鋼材と開口部に螺合される鉄筋は、コンクリートとの接合部において毛細管現象による影響を受けない。
さらに、金属プレートの突起は鋼材の端部と同一の断面形状を有するので、全周溶接によって、トラス構造の斜材を構成する鋼材を金属プレートに対して垂直に接合することが可能となり、対向面の開口部に螺合される鉄筋も、金属プレートに対して垂直に固定することができる。従って、コンクリートとの接合部において、定着された鉄筋に余分なせん断力が働くことがなく、金属プレートとコンクリートとの接触面でズレが生じることを防止することができる。その結果、埋設した鉄筋が引張り力とせん断力の複合作用により変形を起こし空気に晒されるという問題点を解消することができる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の接合構造において、前記鋼材が円形又は多角形の断面を有する鋼管であって、前記金属プレートが円形又は正多角形のプレートで、前記一面の中央に突起が設けられ、前記対向面の開口部が貫通孔であり、平面視で前記金属プレートの開口部が、円形又は多角形の断面を有する突起の内側に形成されることを特徴とする。
【０００７】
かかる接合構造においては、金属プレートの対向面に螺合する鉄筋の一端が中空の鋼管内に位置し、鉄筋の定着部分はコンクリート内で保護された状態にあるので、外部の水や空気の進入を受けて鉄筋が腐食することを防止することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、コンクリート製のスラブ又は梁と鋼材とを接合する接合構造であって、スラブ又は梁と接合される鋼材と、前記鋼材の端部が接合される金属プレートであって、該鋼材の端部を垂直に摩擦圧接する接合面を一面に有し、ねじ溝を有する複数の開口部を対向面に設け、該接合面と複数の開口部を前記一面及び対向面の外縁よりも内側に設けた金属プレートと、一端にねじが設けられ、前記金属プレートの各開口部内に設けたねじ溝と螺合し、他端がスラブ又は梁の配筋に定着される複数の鉄筋と、前記鉄筋の一端を前記金属プレートの開口部内にねじ込んだ後、所定位置で該鉄筋を固定するための係止ナットと、からなる、トラス構造物における鋼材とコンクリートの接合構造である。
【０００９】
このような接合構造においては、請求項１に記載の発明と同様の作用・効果が得られるが、鋼材を摩擦圧接により金属プレートに接合しているので、溶接の場合に生じる熱応力等の影響を受けることがないという利点がある。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の接合構造において、前記鋼材が円形又は多角形の断面を有する鋼管であって、前記金属プレートが円形又は正多角形のプレートで、前記他面の開口部が貫通孔であり、平面視で前記金属プレートの開口部が、接合面における鋼管の接合部位の領域内側に形成されることを特徴とする。
【００１１】
かかる接合構造においては、金属プレートの対向面に螺合する鉄筋の一端が中空の鋼管内に位置し、鉄筋の定着部分はコンクリート内で保護された状態にあるので、外部の水や空気の進入を受けて鉄筋が腐食することを防止することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の接合構造において、前記金属プレートの外周に変形追随止水処理を施したことを特徴とする。
【００１３】
かかる接合構造においては、構造物に繰り返し荷重が作用し、接合部に微妙な変形が生じた場合であっても、止水材に作用する力を著しく低減させることができるので、長期間にわたって止水材の効果を維持させることができる。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の接合構造において、前記鉄筋の他端にフランジ状に突出する支圧プレートを取り付けたことを特徴とする。
【００１５】
かかる接合構造においては、鉄筋の他端にフランジ状に突出する支圧プレートを取り付けたことにより、鉄筋の定着長さを著しく短くすることが可能となる。従って、コンクリートの厚さが薄い場合や、スラブ又は梁の補強鉄筋が複雑に込み合っている場合でも、十分な定着効果を得ることが可能となる。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の接合構造において、前記金属プレートと前記鉄筋との螺合部分に流動性の硬化剤を注入することを特徴とする。
【００１７】
かかる接合構造においては、鉄筋の一端に設けたねじと係止ナットのみの場合に生じるねじのガタを防止することが可能となる。従って、接合部が繰り返し応力を受ける場合に疲労強度の低下を招く虞があり、応力が大きい場合には耐力を落して設計しなければならずに不経済となる、という問題点を解消することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。
図１乃至図３に示すように、金属プレート1は円形のプレートで、その一面1aにはリング状の連続する突起2が金属プレート1と同心円状に設けられている。突起2は後述する円形の鋼管SPと同一の断面形状を有し、金属プレート1の外縁よりも内側に位置する。従って、角形の鋼管を用いる場合には、突起の形状は連続する四角形の形状とする。なお、金属プレートは正多角形のプレートでもよい。
図２及び図３に示すように、金属プレート1は、さらに突起2が設けられた一面1aの対向面1bに複数の開口部3,3…が設けられる。開口部3は、対向面1b側から突起2が設けられた面に貫通しており、その内側には、鉄筋4の一端と螺合するねじ溝が設けられている。
図３に示すように、開口部3,3…は、平面視で突起2の内側に等間隔で設けられている。
【００１９】
前述した金属プレート1を用いて、トラス構造物における鋼材とコンクリートの接合を行う手順について述べる。
初めに、例えば、機械によって不要な部分を削り取ることで、一面1aにリング状の突起2を有する金属プレート1を製造する。突起2の厚さは、トラス構造の斜材を構成する鋼管SPと同程度とする。
そして、金属プレート1の対抗面1bに、必要数の定着用の鉄筋4,4…を固定するための開口部3,3…を等間隔で設け、その内側にねじタップ等を用いてねじ溝を形成する（図２）。開口部3,3…は、平面視で突起2の内側に等間隔で設けられる（図３）。
【００２０】
次に、金属プレート1の対向面1bに固定する各鉄筋4を冷間加工し、その一端4aをねじ切り加工する（図４）。
一端4aにねじが設けられた各鉄筋4を金属プレート1の開口部3にねじ込み、長さの調整を行った後、係止ナット5を締付ける。同様の手順を繰り返し、全ての鉄筋4,4…を金属プレート1に固定する（図５）。
【００２１】
次に、鋼管SPの一端を金属プレート1のリング状の突起2に溶接する（図６及び図７）。
鋼管SPの端部と金属プレート1のリング状突起2は同一の断面形状を有するので、全周溶接が可能となる。溶接部分6はＸ線試験（100％ X-ray examination）によって検査することができる。
【００２２】
そして、金属プレート1、鉄筋4,4…及び鋼管SPを含む構造体を、スラブ又は梁Pの配筋が行われたコンクリート型枠（図示せず）に取り付ける。金属プレート1に固定された鉄筋4,4…の他端4b,4b…は、コンクリート型枠を貫通し、スラブ配筋又は梁配筋（図示せず）に定着される。
コンクリート型枠は、打設したコンクリートによって形成されるスラブ又は梁Pが、鋼管SP及び金属プレート1に対して垂直となる斜面Paを形成するものとする（図８）。斜面Paは、金属プレート1とコンクリートとの接触面でのズレを防止する役割を果たす。
【００２３】
型枠内にコンクリートを流し、トラス構造を露出させた状態で、コンクリート製のスラブ又は梁Pを形成する（図８）。
【００２４】
最後に、金属プレート1とスラブ又は梁Ｐとの接合部の周縁部に防水シール7を介設して、金属プレート1の周囲に止水処理を施す（図９）。
【００２５】
前述した手順によって構築された、トラス構造物における鋼管SPとコンクリートの接合構造は、以下の利点を有する。
１）金属プレート1の一面1aに設けた突起2と対抗面1bに設けた開口部3,3…が該一面1a及び対向面1bの外縁よりも内側に位置しているので、コンクリートとの接合部においては金属プレート1の外縁部が毛細管現象の影響を受けることになり、突起2に接合される鋼管SPと開口部3,3…に螺合される鉄筋4,4…は毛細管現象による影響を受けなくなる。
２）トラス構造の斜材を構成する鋼管SPを直接金属プレート1に溶接することにより、金属プレート1の材質の脆弱化と、溶接による鋼管SPと金属プレート1との接合部でのひずみを防止することができる。
３）金属プレート1の突起2が鋼管SPと同程度の厚さを有しているため、溶接される２部材に極めて大きな厚さの違いがある場合に生じる溶接ひずみを著しく低減することができる。
４）局部曲げを受ける斜材の脚部（この部分は圧縮された水に晒される）を避けて溶接することができる。
５）溶接部分6のチェックがしやすい。
６）金属プレート1の形状により、斜材（鋼材SP）の垂直性が保たれ、定着された鉄筋4,4…に余分なせん断力が働かず、その結果金属プレート1とコンクリートとの接触面でのズレが生じる危険を防止できる。
７）鉄筋4,4…は、ねじが設けられた一端4a,4a…が鋼管SPの内部に位置し、定着部分である他端4bはコンクリート内で保護された状態にあるので、外部の水や空気の進入を受けて鉄筋4,4…が腐食することを防止することができる。
【００２６】
次に、前述した接合構造の他の実施形態について述べる。
本実施形態においては、リング状の突起2を一面1aに有する金属プレート1の代わりに、突起のない平坦な面を有する金属プレート1’を用いる。
図１０及び図１１に示すように、鋼管SPは金属プレート1’の一面と摩擦圧接接合方法により一体化され、鋼管SPが接合される接合面1'aは、金属プレート1’の外縁よりも内側で、金属プレート1’と同心円状に位置している。
【００２７】
鉄筋4,4…を固定するための開口部3',3'…は、平面視で接合面1'aにおける鋼管SPの接合部位の領域内側に形成される。従って、摩擦圧接により鋼管SPと金属プレート1’を一体化した後、金属プレート1’の対抗面1'bに開口部3,3…を形成する。
【００２８】
次に、鉄筋4,4…を金属プレート1’の開口部3',3'…に螺合し、長さの調整を行った後、係止ナット5を締付ける。
その後、金属プレート1’、鉄筋4,4…及び鋼管SPを含む構造体を、スラブ又は梁Ｐの配筋が行われたコンクリート型枠（図示せず）に取り付け、鋼管SPどうしを真中付近で一度溶接（図１１の溶接部分6’参照）する。コンクリートを打設し、金属プレート1’の周囲に防水シール7を用いた止水処理を施すと、図６に示す接合構造と同様の接合構造を得ることができる。
【００２９】
このような金属プレート1’を用いると、リング状の連続する突起2を有する金属プレート1を製造する際、不要な部分を機械的に削り取って精度の良い金属プレート1を製造するために時間と手間がかかりコスト高になるという問題点を解消することができる。
また、摩擦圧接接合方法により鋼管SPと金属プレート1’を一体化するので、溶接の場合に生じる熱応力の影響を受けることがなくなる。
さらに、金属プレート1’が接合された鋼管SPを真中付近で一度溶接することで、金属プレート1を用いた接合構造と同様のものを早く、安く、精度よく得ることができる。
【００３０】
また、図９に示す防水シール7の代わりに、変形追随止水処理として、図１２及び図１３に示す変形追随止水材8（以下、「止水材」という）を設けることも可能である。この止水材8は、適度な弾力と強度を持つゴム又は粘弾性体であり、幅広の筒状形状である。この止水材8を金属プレート1の一面1a側から被せ、該一面1aの外縁部全周にわたって張り付ける等の方法により固定する。そして、金属プレート1の側面の上部において止水材8にたるみをもたせ、金属プレート1の対向面1bよりも下方に延びる部分をコンクリートに埋設する。
【００３１】
このような止水材8を用いると、接合構造における防水性の不十分さを改善することができる。すなわち、図９に示す接合構造を実際の構造物に適用した場合、溶接部分6,6…が確実であれば、鋼管SPが腐食しない限り、金属プレート1の突起2側からの水の進入等は防止されるが、金属プレート1と接合されるコンクリート製のスラブ又は梁Pとの間の防水シール7は、構造物が応力を受ける度に微少変形を繰り返し、剥がれたり、切れたりし易く、防水効果が失われることがある。そのため止水材8を設けることで、構造物に繰り返し荷重が作用し接合部に微少な変形が生じても、止水材8のたるみの部分が有効に働き、止水材8に作用する力を著しく低減することができる。その結果、止水材8の効果が著しく長く継続されることになる。
【００３２】
他の実施形態として、図１４に示すように、各鉄筋4の他端4bにフランジ状に突出する支圧プレート9を取り付けることも可能である。
支圧プレート9を取り付けた鉄筋4にあっては、鉄筋4の定着長さを著しく短くすることが可能となる。
【００３３】
その結果、図８に示す接合構造を適用する場合のように、コンクリートの厚さが薄い場合や、補強鉄筋が複雑に込み合っている場合に、鉄筋4,4…の十分な定着効果が得られないという問題を解消することができる。
【００３４】
さらに別の実施形態として、図１４に示すように、金属プレート1の対抗面1bに設けられた開口部3,3…と鉄筋4,4…との螺合部分に、流動性の硬化剤10を注入することも可能である。
硬化剤10を注入する理由は、金属プレート1と鉄筋4,4…の接続を鉄筋4の一端4aに設けたねじと係止ナット5のみで行う場合、ねじのガタが生じ易く、その結果繰り返し応力を受ける場合の疲労強度の低下を招く心配があり、応力の大きい場合は耐力を落して設計しなければならず不経済となる虞があるからである。
硬化剤10としては流動性のエポキシ樹脂が好ましいが、ねじのガタをなくせるものであれば特に限定しない。
【００３５】
金属プレート1の開口部3,3…と鉄筋4,4…との螺合部分に、流動性の硬化剤10を注入することにより、螺合部分におけるガタをなくすことが可能となる。
なお、金属プレート1と鉄筋4との接合方法は、ねじ接合の代わりに必要強度に応じてフラッシュ溶接や突合せ溶接を行うことによっても、ねじ部のガタをなくすことができる。
【００３６】
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、様々に変形又は変更することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、金属プレートの一面に設けた突起と対抗面に設けた開口部が該一面及び対向面の外縁よりも内側に位置しているので、突起に接合される鋼材と開口部に螺合される鉄筋は、コンクリートとの接合部において毛細管現象による影響を受けない。
さらに、トラス構造の斜材を構成する鋼材と定着用の鉄筋を金属プレートに対して垂直に接合することができるので、コンクリートとの接合部において、定着された鉄筋に余分なせん断力が働くことがなく、金属プレートとコンクリートとの接触面でズレが生じることを防止することができる。その結果、埋設した鉄筋が引張り力とせん断力の複合作用により変形を起こし空気に晒されるという問題点を解消することができる。
【００３８】
請求項２に係る発明によれば、金属プレートの対向面に螺合する鉄筋の一端が中空の鋼管内に位置し、鉄筋の定着部分はコンクリート内で保護された状態にあるので、外部の水や空気の進入を受けて鉄筋が腐食することを防止することができる。
【００３９】
請求項３に係る発明によれば、鋼材を摩擦圧接により金属プレートに接合しているので、溶接の場合に生じる熱応力等の影響を受けずに、請求項１の発明と同様の作用・効果が得られる。
【００４０】
請求項４に係る発明によれば、金属プレートの対向面に螺合する鉄筋の一端が中空の鋼管内に位置し、鉄筋の定着部分はコンクリート内で保護された状態にあるので、外部の水や空気の進入を受けて鉄筋が腐食することを防止することができる。
【００４１】
請求項５に係る発明によれば、構造物に繰り返し荷重が作用し、接合部に微妙な変形が生じた場合であっても、止水材に作用する力を著しく低減させることができるので、長期間にわたって止水材の効果を維持させることができる。
【００４２】
請求項６に係る発明によれば、鉄筋の他端にフランジ状に突出する支圧プレートを取り付けたことにより、鉄筋の定着長さを著しく短くすることが可能となる。従って、コンクリートの厚さが薄い場合や、スラブ又は梁の補強鉄筋が複雑に込み合っている場合でも、十分な定着効果を得ることが可能となる。
【００４３】
請求項７に係る発明によれば、鉄筋の一端に設けたねじと係止ナットのみの場合に生じるねじのガタを防止することが可能となる。従って、接合部が繰り返し応力を受ける場合に疲労強度の低下を招く虞があり、応力が大きい場合には耐力を落して設計しなければならずに不経済となる、という問題点を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一面にリング状の連続した突起を有する金属プレートの断面図である。
【図２】ねじ溝を有する複数の開口部を対向面に設けた金属プレートの断面図である。
【図３】図２に示す金属プレートの平面図である。
【図４】金属プレートに固定される鉄筋の一端を示す側面図である。
【図５】金属プレートに鉄筋を螺合して接合した状態を示す断面図である。
【図６】トラス構造の斜材の両端に金属プレートを溶接した状態を示す断面図である。
【図７】図６の接合部分の拡大図である。
【図８】本発明に係る接合構造を用いて構築したトラス構造物の部分断面図である。
【図９】図８に示す接合構造の詳細図である。
【図１０】他の実施形態における接合構造の詳細図である。
【図１１】図１０に示す接合構造の断面図である。
【図１２】別の実施形態における接合構造の詳細図である。
【図１３】図１２に示す接合構造の部分拡大図である。
【図１４】他の実施形態における接合構造の詳細図である。
【符号の説明】
1,1’      金属プレート
1a，1b    一面、対向面
1'a，1'b    接合面、対向面
2          突起
3，3’      開口部
4          鉄筋
4a，4b    一端、他端
SP        鋼管
Ｐ        スラブ又は梁
5          係止ナット
8          変形追随止水材（止水材）
9          支圧プレート
10          硬化剤
【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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