(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に密接又は近接して設けられる複数の鋼材間を接合する鋼材の接合構造であって、
前記複数の鋼材間に跨ってあてがわれる連結材と、該連結材と前記各鋼材との重なり部にそれぞれ設けられるとともに、互いに整合可能な少なくとも一つの円形断面の貫通孔と、
前記連結材の貫通孔又は前記各鋼材の貫通孔の何れか一方に回転自在に収納されるとともに、偏心した位置に挿通孔が設けられるブッシングと、
前記ブッシングの挿通孔と前記何れか他方の貫通孔との間を挿通して、前記連結材と前記各鋼材との間を締結する連結具と、
前記何れか他方の貫通孔内に充填される硬化剤とを備えていることを特徴とする鋼材の接合構造。
【請求項２】
前記ブッシングの軸方向の一端部にはフランジが一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の接合構造。
【請求項３】
前記フランジの内側の部分又は前記フランジが当接する前記連結材及び前記各鋼材の周縁部のうちの少なくとも何れか一方は粗面加工されていることを特徴とする請求項２に記載の鋼材の接合構造。
【請求項４】
前記連結材と前記各鋼材との重なり部は、連結材及び各鋼材の他の部位よりも極厚に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の鋼材の接合構造。
【請求項５】
前記極厚部は、前記連結材及び前記各鋼材と別体に形成される補強プレートであって、前記連結材側の補強プレートは前記連結材に隅肉溶接されていることを特徴とする請求項４に記載の鋼材の接合構造。
【請求項６】
前記連結材は、Ｃ形鋼又はＨ形鋼からなり、該連結材のウエブ及び上下フランジの内面に接触するように、前記補強プレートが嵌合配置されていることを特徴とする請求項５に記載の構造の接合構造。
【請求項７】
前記複数の鋼材は、トンネルの掘削内周面に沿って複数設置されてトンネル覆工体を構成する複数のセグメントであり、相互に密接又は近接して設けられる複数のセグメント間に前記連結材が跨ってあてがわれていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の鋼材の接合構造。
【請求項８】
前記複数の鋼材は、柱と一体化されたプレート及び該柱に接合される梁と一体化されたプレートであり、両プレート間に前記連結材が跨ってあてがわれていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の鋼材の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼材の接合構造に関し、特に、トンネル覆工体を構成する複数のセグメントの隣接するセグメント間、柱と梁との間、トラス型橋梁の主構の鋼材間等を接合するのに有効な鋼材の接合構造に関する。
【０００２】
【従来の術】
一般に、都市土木の分野において、地中にトンネルを掘削形成して行くための工法としてシールド工法が知られている。このシールド工法は、先端に切削カッターを備えた筒状のシールド掘進機を使用し、これを前進させてトンネルを掘削してゆくとともに、トンネルの掘削内周面には、これに沿って多数のセグメントを設置することにより、トンネル覆工体を形成しながらトンネルを構築して行くものである。
【０００３】
近年、シールド掘削機による掘削断面を有効に活用することを目的として、矩形断面のシールド掘削機によるシールド工法が開発されており、かかる矩形断面のシールド工法においても、セグメントを断面矩形状に組み立てて、トンネルの掘削内周面を覆う覆工体が形成されることになる。
【０００４】
このようなセグメントにより覆工された断面矩形状のトンネルを、計画断面の外周部に沿って複数掘削形成した後、隣接するセグメント間を止水して掘削するとともに両者を連結し、この連結部に配筋を施してコンクリートを打設することにより本体構造物を構築し、さらに、この本体構造物により覆われた内部空間を掘削することにより、大型地下構造物（道路トンネル、鉄道トンネル、地下駐車場等）を構築する工法が知られている。
【０００５】
隣接する二つのセグメントを連結する方法としては、二つのセグメント間に跨るように鉄筋を配筋してコンクリートを打設したり、両セグメントの側部間に跨る鋼材をあてがい、それぞれのセグメントおよび鋼材の当接部に形成されたボルト孔を合致させ、双方のボルト孔にボルトを挿通し、ナットを締め付けるボルト結合することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、隣接する二つのセグメントを強固に接合し、応力伝達を確実にするためには、コンクリート打設による前者の方法にあっては、配筋数を増大する必要があるし、ボルト接合する後者の方法にあっては、鋼材の厚さやボルトの締結箇所を増加する必要がある。
【０００７】
しかしながら、このようなセグメントの接合方法によれば、隣接するセグメントの当接面において、ボルト孔の位置合わせをするための作業に手間がかかるし、当接面においてボルト孔による断面欠損が生じることになる。しかも、隣接するセグメントの相対位置は、施工誤差などにより、高低差を生じたり、設計位置より離間したり接近したりすることが多いため、あらかじめボルト孔が形成されていても、これらを整合させることが困難となる場合もある。
【０００８】
このような課題は、上記セグメントの接合構造のみならず、柱と梁とを接合するためにそれぞれに一体化されたプレートを互いに接合するための接合構造、さらには、トラス型橋梁の主構を構築するために鋼材を接合する接合構造などの鋼材の接合構造においても、同様に生ずる。
【０００９】
そこで、本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、相互に接合される鋼材の相対位置がずれている場合であっても、手間のかかる作業を必要とすることなく、鋼材の接合一体化作業を容易に行うことができるとともに、確実な応力伝達を図ることのできる鋼材の接合構造を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記のような目的を達成を達成するために、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項１に係る発明は、相互に密接又は近接して設けられる複数の鋼材間を接合する鋼材の接合構造であって、前記複数の鋼材間に跨ってあてがわれる連結材と、該連結材と前記各鋼材との重なり部にそれぞれ設けられるとともに、互いに整合可能な少なくとも一つの円形断面の貫通孔と、前記連結材の貫通孔又は前記各鋼材の貫通孔の何れか一方に回転自在に収納されるとともに、偏心した位置に挿通孔が設けられるブッシングと、前記ブッシングの挿通孔と前記何れか他方の貫通孔との間を挿通して、前記連結材と前記各鋼材との間を締結する連結具と、前記何れか他方の貫通孔内に充填される硬化剤とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鋼材の接合構造であって、前記ブッシングの軸方向の一端部にはフランジが一体に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の鋼材の接合構造であって、前記フランジの内側の部分又は前記フランジが当接する前記連結材及び前記各鋼材の周縁部のうちの少なくとも何れか一方は粗面加工されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れかに記載の鋼材の接合構造であって、前記連結材と前記各鋼材との重なり部は、連結材及び各鋼材の他の部位よりも極厚に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の鋼材の接合構造であって、前記極厚部は、前記連結材及び前記各鋼材と別体に形成される補強プレートであって、前記連結材側の補強プレートは前記連結材に隅肉溶接されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の構造の接合構造であって、前記連結材は、Ｃ形鋼又はＨ形鋼からなり、該連結材のウエブ及び上下フランジの内面に接触するように、前記補強プレートが嵌合配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項１から６の何れかに記載の鋼材の接合構造であって、  前記複数の鋼材は、トンネルの掘削内周面に沿って複数設置されてトンネル覆工体を構成する複数のセグメントであり、相互に密接又は近接して設けられる複数のセグメント間に前記連結材が跨ってあてがわれていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に係る発明は、請求項１から６の何れかに記載の鋼材の接合構造であって、前記複数の鋼材は、柱と一体化されたプレート及び該柱に接合される梁と一体化されたプレートであり、両プレート間に前記連結材が跨ってあてがわれていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
この実施形態にかかる鋼材の接続構造は、図１に示すように、鋼材であるセグメント１により覆工された断面矩形状のトンネル２を、計画断面の外周部に沿って複数掘削形成した後、隣接するセグメント１、１間を止水して掘削するとともに両者を連結する構造に関するものである。
【００１９】
セグメント１、１は、Ｈ形鋼等の形鋼や鋼板等の鋼材を、溶接等により組み付けてなる鋼製のもので、補強リブなどにより補強されて、周囲の地盤からの荷重に耐え得る強固な構造を備えている。
【００２０】
セグメント１、１を接続する構造は、まず、図１のＡ部拡大断面図である図２に示されるように、セグメント１、１間に跨ってＣ形鋼もしくはＨ形鋼からなる連結材３（本実施形態では、Ｃ形鋼）があてがわれる。セグメント１、１を構成する鋼殻１Ａ、１Ａと連結材３の重なり部には、それぞれ複数（本実施形態では２×２で配置された計４個）の貫通孔５、６が、相互に一部が重なり合う位置に形成されている。すべでの貫通孔５、６は断面形状が円形である。なお、図２の例では、セグメント１側の鋼殻１Ａに形成された貫通孔５と連結材３に形成された貫通孔６との位置が整合している。
【００２１】
鋼殻１Ａの内側と連結材３の内側には、鋼殻１Ａと連結材３との重なり部と同等な平面形態を有し、かつ極厚の接続用プレート７、８が配置されている。連結材３側の接続用プレート８は、ウエブおよび上下フランジの内面に嵌合させているとともにすべての面で隅肉溶接されている。接続用プレート７、８には、それぞれ鋼板１Ａ、１Ａないし連結材３と整合する位置に貫通孔９、１０が形成されている。
【００２２】
鋼殻１Ａと連結材３との間には、表面に摩擦処理加工が施されたプレート２０が介在されている。また、接続用プレート７の鋼殻１Ａと反対側の面には、接続用プレート７との対面に摩擦処理加工が施された他のプレート２２があてがわれている。他のプレート２２には、接続用プレート７の貫通孔９に連通する注入口２２ａが設けられ、この注入口２２ａを介して接続用プレート７の貫通孔９と鋼殻１Ａの貫通孔５との間に形成されるグラフト室２３内にグラフト等の硬化剤が注入される。
【００２３】
接続用プレート７の図中上側の貫通孔９及びそれに対応する鋼殻１Ａの貫通孔５内、及び接続用プレート８の図中下側の貫通孔１０及びそれに対応する連結材３の貫通孔６内には、図３（ａ）、（ｂ）に示される形態を有するブッシング１２がそれぞれ嵌合されている。
【００２４】
この場合、貫通孔９、５の内径、及び貫通孔１０、６の内径とブッシング１２の外径とはほぼ一致しており、これにより、ブッシング１２が接続用プレート７、８に対して回転可能となっている。なお、このような回転を可能とするため、ブッシング１２の厚さ寸法は、接続用プレート７の厚さ寸法と鋼殻１Ａの厚さ寸法との合計寸法、接続用プレート８の厚さ寸法と連結材３の厚さ寸法との合計寸法よりも若干小さくなっている。
【００２５】
ブッシング１２には、その回転中心に対して偏心した軸方向に延びる挿通孔１３が形成されている。ブッシング１２には、回転中心より外側に挿通孔１３が配置されているため、ブッシング１２を回転させることにより、挿通孔１３の絶対位置を回転中心を中心として変化させることができる。なお、挿通孔１３の偏心量は任意に設定できる。
【００２６】
セグメント１側の貫通孔５と連結材３の貫通孔６との位置がずれていても、貫通孔５、６が挿通孔１３より大きい重なりを有していれば、ブッシング１２を適宜回転させることにより、ブッシング１２の挿通孔１３を貫通孔６に、及びブッシング１２の挿通孔１３を貫通孔５に整合させることができる。
【００２７】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明にかかる鋼材の接合構造の実施方法を順に示すものである。
すなわち、まず同図（ａ）に示されるように、隣接するセグメント１、１の鋼殻１Ａ、１Ａ間に連結材３を水平状態であてがい、図中一点鎖線で示されるようにシャコ万等を用いて仮止めをする。
本例では、左側のセグメント１に対し、右側のセグメント１がわずかに上方に位置ずれした状態を示している。連結材３をあてがう際には、できるだけ多くの（すべてが好ましい）貫通孔５、６が挿通孔１３より大きい重なりを有するようにその高さ位置をあるいは傾斜を任意に設定する。
【００２８】
次で、一方の鋼殻１Ａ（図５では左側）と連結材３との重なり部に設けられる接続用プレート７の図中上側の貫通孔９、及び接続用プレート８の図中下側の貫通孔１０内にブッシング１２をそれぞれ嵌合させる。なお、図５においては、説明の便宜上、貫通孔５と貫通６とを同一大きさとして示している。
本例では、ブッシング１２は、連結材３の仮止め後に嵌合しているが、仮止め前に嵌合することもできる。
そして、貫通孔９、１０内でブッシング１２を適宜回転させることで、ブッシング１２の挿通孔１３と貫通孔６及び貫通孔５とを整合させ、それらの間に連結具のボルトＢを挿通させてナットＮを螺合させ、締め付ける。この場合、必要に応じてワッシャ２１を使用する。
【００２９】
さらに、他方の鋼殻１Ａ（同図中で右側）と連結材３との重なり部においても、同様に、接続用プレート７の図中上側の貫通孔９、及び接続用プレート８の図中下側の貫通孔１０内にブッシング１２をそれぞれ嵌合させる。
そして、貫通孔９、１０内でブッシング１２を適宜回転させることで、ブッシング１２の挿通孔１３と貫通孔６、貫通孔５とを整合させ、それらの間に連結具のボルトＢを挿通させてナットＮを螺合させ、締め付ける。この場合、必要に応じてワッシャ２１を使用する。
【００３０】
その後、連結具のボルトＢとナットＮとを本締めするとともに、プレート２２の注入口２２ａを介してグラウト室２３内に硬化剤を注入する。このようにして、隣接する二つのセグメント１、１間が連結材３を介して剛接合され、鋼殻１Ａ、連結材３のメタルタッチ効果により、効率良く応力伝達を行うことが可能になる。本実施形態では、接続用プレート８が、Ｃ形鋼またはＨ形鋼からなる連結材３の上下フランジの内面に接触するように嵌合配置されているとともに連結材３側に隅肉溶接され、しかも、接続用プレート７のグラウト室２３内に硬化剤が充填されているので、応力伝達が確実になる。
なお、上記ボルトＢ、ナットＮに代えて、ピン、リベットなどの他の連結具を用いてもよいことは勿論のことである。
【００３１】
上記のように構成した本実施の形態による鋼材の接合構造にあっては、従来のように、コンクリートを打設する作業を必要とすることなく、連結具１５（ボルトＢ、ナットＮ）による締結箇所を低減させることができるので、断面欠損を抑制することができる。
【００３２】
また、セグメント１の鋼殻１Ａ側の貫通孔５と連結材３の貫通孔６との位置がずれていても、ブッシング１２を貫通孔９、５、及び貫通孔１０、６内で適宜回転させることにより、ブッシング１２の挿通孔１３と貫通孔６及び貫通孔５とを互いに整合させることができるので、連結具１５（ボルトＢ、ナットＮ）による締結が可能となり、隣接するセグメント１、１の鋼殻１Ａ、１Ａ間を連結材３を介して剛接合することができる。
【００３３】
図６〜図１１に、隣接するセグメント１、１の相対位置のずれの他の態様を示す。これらの態様のずれであっても、隣接するセグメント１、１の鋼殻１Ａ、１Ａ間を連結材３を介して剛接合することができる。以下、「高」、「低」、「広」、「狭」とは、あらかじめ計画された位置に対してそれぞれ「高い」、「低い」、「広い」、「狭い」ということを意味するものとする。
【００３４】
図６に示す態様は、左側に位置するセグメント１の鋼殻１Ａに対し、右側に位置するセグメント１の鋼殻１Ａがわずかに高い場合であり、図７に示す態様は、わずかに低い場合である。
【００３５】
図６、図７では、連結材３が水平状態で配置されており、図中、波線より右側に図示される位置関係が連結材３を水平状態で配置する場合の最大高低差を示している。
【００３６】
これに対し、図８、図９は、左側に位置するセグメント１の鋼殻１Ａに対し、右側に位置するセグメント１の鋼殻１Ａが大きく高い場合、又は大きく低い場合をそれぞれ示している。
このような場合には、連結材３を水平状態としたままで、ブッシング１２の挿通孔１３と貫通孔６及び貫通孔５とを互いに整合させることは困難な場合が多いので、前者では右上がりに、後者では左上がりに連結材３を傾斜させることで、挿通孔１３と貫通孔６及び貫通孔５との重なり代を確保する。このような場合であっても、ブッシング１２の挿通孔１３と貫通孔６及び貫通孔５とを互いに整合させることができるので、セグメント１、１の鋼殻１Ａ、１Ａ間を剛接合することができる。
【００３７】
図１０、図１１は、左右に位置するセグメント１、１の鋼殻１Ａ、１Ａの間隔が広い場合と狭い場合とをそれぞれ示している。
【００３８】
なお、図６〜図１１では、同一垂直平面内において隣接するセグメント１、１の鋼殻１Ａ、１Ａの相対位置が設計位置よりずれた場合について説明したが、トンネルの軸方向、すなわち図１及び図６の紙面と直交する方向、又は図２の左右方向にずれた場合には、セグメント１の鋼殻１Ａと連結材３との間に所定厚さの板状鋼材であるスペーサを介在させることにより、容易に対応することができる。
【００３９】
ここで、スペーサは、板状鋼材であってもよいし、Ｈ形鋼の上下フランジ内に極厚の接続用プレートを嵌合配置して形成されるものであってもよいし、これに板状鋼材を組み合わせたものであってもよい。
【００４０】
なお、図５〜図１１の態様において、図３に示すブッシング１２を用いて説明したが、ブッシング１２の代わりに図４に示すブッシング１１を用いてもよいものであり、その場合にも同様の作用効果を奏する。なお、ブッシング１１は、一端部にフランジ１１ａを有している。
【００４１】
また、前記の説明においては、接続用プレート８を連結材３の内面に隅肉溶接するように構成したが、内面側に嵌合させるだけであってもよい。
さらに、接続用プレート７、８を用いることなく、鋼殻１Ａ及び連結材３に接続用プレート７、８に相当する肉厚部を一体に形成するように構成してもよい。
【００４２】
さらに、ブッシング１１、１２を、その回転中心と偏心したサブブッシングをブッシングに対して回転可能に設け、挿通孔１３をサブブッシングの回転中心に対して偏心した位置に設けるようにしてもよい。この場合、接合される二つの鋼材間の微調整を図ることができる。
【００４３】
さらに、前記の説明においては、本発明の鋼材の接合構造を、矩形断面のシールドトンネル内に覆工体を設けるべく、セグメントをトンネルの周方向に接続一体化するために採用する場合について記載したが、セグメントをトンネルの軸方向に接続一体化するために使用することもでき、矩形断面のみならず、円形やその他の断面形状の覆工体を設けるべく採用することもできる。
【００４４】
さらに、本発明の鋼材の接合構造は、シールド工法のみならず、トンネル掘進機によるトンネル工法等、その他のトンネル工法において使用されるセグメントを接続一体化するために用いることもできる。
【００４５】
さらに、本発明の鋼材の接合構造を、柱と梁とを接合するために、それぞれに一体化されたプレートを互いに接合するための接合構造、トラス型橋梁の主構を構築するために鋼材を接合する接合構造に適用してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、この発明の鋼材の接合構造によれば、多数の配筋後にコンクリートを打設したり、手間のかかる作業を必要とすることないう、二つの鋼材の接合一体化作業を容易に行うことができるとともに、メタルタッチ効果により、強度不足を生じることのない効率の良い応力伝達を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による一実施の形態の鋼材の接合構造が適用される大型地下構造部を示す概略断面図である。
【図２】  図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】  （ａ）は図２のブッシングの縦断面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図４】  （ａ）は図２のブッシングの他の例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図５】  本発明による一実施の形態の鋼材の接合構造の接合手順を示す説明図である。
【図６】  隣接するセグメントの相対位置のずれの他の態様を示す説明図である。
【図７】  隣接するセグメントの相対位置のずれの他の態様を示す説明図である。
【図８】  隣接するセグメントの相対位置のずれの他の態様を示す説明図である。
【図９】  隣接するセグメントの相対位置のずれの他の態様を示す説明図である。
【図１０】  隣接するセグメントの相対位置のずれの他の態様を示す説明図である。
【図１１】  隣接するセグメントの相対位置のずれの他の態様を示す説明図である。
【符号の説明】
１  セグメント
１Ａ  鋼殻
３  連結材
５、６  貫通孔
７、８  接続用プレート
９、１０  貫通孔
１１、１２  ブッシング
１１ａ  フランジ
１３  挿通孔
１５  連結具
Ｂ  ボルト
Ｎ  ナット
【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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