(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎たる下部工と、この下部工の上面に載置され、部分的に箱状部を形成した鋼製の上部工とからなる橋梁において、下部工側に鉄骨を鉛直方向に埋設し、この鉄骨にＰＣ鋼材の一端を固定するとともに、このＰＣ鋼材の他端を下部工上面から露出させて予め箱状部に穿設した挿通孔から上部工内部に挿通せしめ、ＰＣ鋼材の他端を箱状部内に固定したアンカーに締着してなることを特徴とする橋梁の上部工と下部工の連結構造。
【請求項２】
前記ＰＣ鋼材を覆うようにスリーブを設け、前記ＰＣ鋼材の表面にコンクリートが接触しないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の橋梁の上部工と下部工の連結構造。
【請求項３】
前記ＰＣ鋼材は、ＰＣ鋼棒である請求項１または２に記載の橋梁の上部工と下部工の連結構造。
【請求項４】
前記基礎たる下部工と、この下部工の上面に載置され部分的に箱状部を形成した鋼製の上部工とからなる橋梁において、下部工側に鉄骨を鉛直方向に埋設し、この鉄骨にＰＣ鋼材の一端を固定するとともに、前記鉄骨周囲にコンクリートを打設して下部工とし、この下部工の上面から前記ＰＣ鋼材の他端を突出せしめる一方、前記ＰＣ鋼材を挿通させる挿通孔とこの挿通孔の延長線上に位置する窓とを夫々形成した箱状部を用意し、この箱状部を下部工上に載置してＰＣ鋼材を箱状部内に導入せしめ、ＰＣ鋼材の他端にアンカーを仮固定した状態で、前記窓からアンカー上面を覆う箱抜き型枠を装着し、その後箱状部内にコンクリートを打設しアンカーを箱状部内に固定し、前記窓から箱抜き型枠を取り外してＰＣ鋼材の他端を窓内部に露出せしめ、ＰＣ鋼材の他端にナットを締着してＰＣ鋼材に緊張を生じせしめることで下部工と上部工とを一体化することを特徴とする橋梁の上部工と下部工の連結施工方法。
【請求項５】
鉄骨にＰＣ鋼材の一端を固定する工程において、ＰＣ鋼材にこれを覆うようスリーブを設け、ＰＣ鋼材表面にコンクリートが接触しないようにしたことを特徴とする請求項４に記載の橋梁の上部工と下部工の連結施工方法。
【請求項６】
前記ＰＣ鋼材は、ＰＣ鋼棒である請求項４または５に記載の橋梁の上部工と下部工の連結施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は橋梁の上部工と下部工の連結構造及びその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高架型高速道路のような橋梁を施工する場合、地盤から下部工たる橋脚を立設し、この橋脚上に道路となる上部工を載せるような構成が採られている。
【０００３】
この場合、下部工はコンクリート製、上部工はＨ鋼などの鋼材が使用されることがあるが、このような構造では下部工の強度を確保するため、下部工に鉄骨／鉄筋コンクリート（ＳＲＣ）あるいは鉄骨コンクリート（ＳＣ）が採用される場合がある。
【０００４】
このような構造の橋梁を施工するに際しては、図９に示すように下部工５０と上部工５１との間に支承５２を介在させ、いわゆる連続桁方式という柔軟性のある構造が採用されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように支承５２を有する連続桁方式では下部工５０と上部工５１との結合が弱くなることは避けられず、地震などの際に落橋する恐れがある他、定常的に支承５２の維持管理が必要であるなどの問題があった。
【０００６】
そこで、下部工５０と上部工５１とを剛結一体化し、いわゆるラーメン構造とすることで強度の向上を図ることが考えられる。
【０００７】
ところが剛結構造では施工上様々な問題があり、実際の採用は困難である。その理由は、橋梁全体をコンクリートで構成する場合には一体的な施工が可能であるが、近年は下部工５０をコンクリート構成する一方、上部工５１をＨ鋼などの鋼材やＳＲＣ構造体で構成することが多いため、材質の異なる両者を簡単には剛結できないためである。
【０００８】
例えば図１０に示す工法では、下部工５０の内部にＨ鋼などの鉄骨５３を設け、この鉄骨５３の上端部５４を下部工５０の上面から延出させておき、一方、上部工５１の下フランジ５７には鉄骨５３を挿通させるための開口部５５を予め設けておく。このとき、図示のように、上部工５１内に鉄骨５３の上部５４を位置させる。そして、上部工５１内に適宜コンクリートを打設することにより、上部工５１と鉄骨５３を一体化する。
【０００９】
このような方法では、断面積の大きな鉄骨５３を上部工５１内に導入するために、大面積の開口部５５を設けなければならず下フランジ５７の強度が低くなってしまうという問題がある。
【００１０】
このような問題を解決するものとして、図１１に示す工法が考えられる。この工法では、下フランジ５７の下面にＨ鋼などの柱部５６を溶接し、この柱部５６を下部工５０に埋め込むものである。これにより、下フランジ５７の強度を低下させることなく、下部工５０と上部工５１とを接続することが可能となる。
【００１１】
ところが、この工法では、下部工５０内の鉄骨５３と柱部５６とが干渉してしまうこととなるため、実施できないケースが多発してしまう。
【００１２】
また、いずれの工法でもＨ鋼などの鋼材とコンクリートとの付着力で橋梁を一体化するものであるが、もともと鋼材とコンクリートとの付着力には多くを期待できないため、本来は両者に相当の定着長が必要である。
【００１３】
しかし、前記した工法では長い定着長を得ることはできないため、理想的な強度を得ることは困難である。すなわち、図１０に示す例では原理的に上部工５１の高さ以上の定着長は得られないため付着力不足が生じるのである。
【００１４】
本発明はかかる従来の問題点を解決するためになされたもので、上部工の強度をほとんど低下させることなく下部工と上部工とを確実に締結できるようにした橋梁の上部工と下部工の連結構造及びその施工方法を提供することを技術的課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、橋梁の上部工と下部工の連結構造は前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。
【００１６】
すなわち、下部工１と、この下部工１の上面に載置され、部分的に箱状部２を形成した鋼製の上部工３とからなる橋梁において、下部工１側に鉄骨４を鉛直方向に埋設し、この鉄骨４に高張力鋼からなるＰＣ鋼材５の一端を固定するとともに、このＰＣ鋼材５の他端を下部工１上面から露出させて、箱状部２に設けた挿通孔６から箱状部２内部に挿通せしめる。その後、ＰＣ鋼材５の他端を箱状部２内に固定したアンカー７に締着するようにして構成されている。
【００１７】
なお、ＰＣ鋼材５にこれを覆うようスリーブ８を設け、ＰＣ鋼材５表面にコンクリートが接触しないようにするのが望ましい。その理由は、この発明ではＰＣ鋼材５を緊張させることで下部工と上部工とを一体化するものであるため、ＰＣ鋼材５がコンクリートに接して埋め込まれてしまうと、ＰＣ鋼材５を緊張させる余地が減少し、結果として十分な強度が得られなくなるためである。
【００１８】
次に、本発明の施工方法として、下部工１と、この下部工１の上面に載置され部分的に箱状部２を形成した鋼製の上部工３とからなる橋梁において、下部工１側に鉄骨４を鉛直方向に埋設しこの鉄骨４に高張力鋼からなるＰＣ鋼材５の一端を固定するとともに前記鉄骨周囲にコンクリート１１を打設して下部工とする。なお、鉄骨に高張力鋼からなるＰＣ鋼材５の一端を固定する工程において、ＰＣ鋼材５にこれを覆うようスリーブ８を設け、ＰＣ鋼材５の表面にコンクリートが接触しないようにすることが望ましい。
【００１９】
そして、この下部工の上面からＰＣ鋼材５の他端を突出せしめる一方、前記ＰＣ鋼材５を挿通させる挿通孔６とこの挿通孔６の延長線上に位置する窓９とを夫々形成した箱状部２を用意し、この箱状部２を下部工１上に載置してＰＣ鋼材５を箱状部２内に導入せしめる。
【００２０】
次に、ＰＣ鋼材５の他端にアンカー７を仮固定した状態で、前記窓からアンカー７上面を覆う箱抜き型枠１０を装着し、その後、箱状部２内にコンクリート１２を打設しアンカー７を箱状部２内に固定し、前記窓９から箱抜き型枠１０を取り外してＰＣ鋼材５の他端を窓９内部に露出せしめる。
【００２１】
最後に、ＰＣ鋼材５の他端にナット１３を締着してＰＣ鋼材５に緊張力を生じせしめることで下部工１と上部工３とを一体化する。
【００２２】
以下、この発明の重要な構成要素について更に説明する。
〔下部工１〕
橋梁の橋脚部分であり、鉄骨／鉄筋コンクリート（ＳＲＣ）あるいは鉄骨コンクリート（ＳＣ）で構成することができる。
【００２３】
〔箱状部２〕
上部工３と一体化しており、上部工３において下部工１と連結する部分に設けられるもので、鉄板を溶接することで横桁やダイヤフラムとして作用するとともに、内部にコンクリート１２を打設することで強固な構造体となる。
【００２４】
〔上部工３〕
下部工１によって支持され完成後には道路となる部分で、鉄板をＩ形、Ｈ形、箱型、または、それらを組み合わせた形状の鋼製材で構成することができる。
【００２５】
〔鉄骨４〕
下部工１内部において埋設されるもので、例えばＨ鋼を使用できる。なお、ＰＣ鋼材５の一端を固定するための固定板を溶接し、この固定板にＰＣ鋼材５の一端を挿通する穴を穿設するよう構成してもよい。この穴に挿通したＰＣ鋼材５の一端をナット締め等することで、ＰＣ鋼材５と鉄骨４とが互いに固定される。
〔ＰＣ鋼材５〕
高強度鋼材の総称であり、両端に固定のためのネジ等の固定手段を設ける。なお、形態としては棒の他、ワイヤーやケーブルを用いることも可能であるがＰＣ鋼棒が望ましい。
【００２６】
〔挿通孔６〕
箱状部２の底面に形成されており、ＰＣ鋼材５が挿通できる最低限の直径となっている。このように最低限の直径とする理由は、箱状部２、すなわち箱状部２と一体である上部工３の強度を低下させないためである。
【００２７】
〔アンカー７〕
ＰＣ鋼材５の締着力をコンクリートに与えるもので、定着板とナット等で構成される。
【００２８】
〔スリーブ８〕
比較的肉薄の鉄パイプ、いわゆるシース管が使用できる。このスリーブ８を用いる目的はＰＣ鋼材５を内部に収納することでコンクリート１１を打設した際に、ＰＣ鋼材５に直接コンクリート１１が接触しないようにするためのものである。したがって高い強度は必要なく肉薄のパイプでよい。このスリーブ８を用いることで、ＰＣ鋼材５をナット締めする際にＰＣ鋼材５全体がストレスなく引かれＰＣ鋼材５の弾力性を生かした定着が可能となる。
【００２９】
〔窓９〕
箱状部２の上面、すなわち上部工３に位置するもので、挿通孔６の位置と同軸上にある。この窓９は箱抜き型枠１０の出し入れとＰＣ鋼材５の締結のためのジャッキスペースに使用するもので、作業後はコンクリートで埋めるのが望ましい。
【００３０】
〔箱抜き型枠１０〕
アンカー７をコンクリート１２で埋設してしまわないよう、アンカー７の上方に空間をつくるためのもので、円錐または角錐の上部を切ったような形状に形成し、これを逆にしてアンカー７の上面に密着させるようにする。コンクリートの養生後、これを外すとアンカー７の上方にすりばち状の空間ができる。この材質は、離型性のよい合成樹脂が好適である。
【００３１】
以上述べたように、上部工３の箱状部２には、ＰＣ鋼材５が挿通できる程度の挿通孔６が設けられるに過ぎないため、上部工３の強度低下はほとんど無視できる程度で済む。
【００３２】
また、ＰＣ鋼材５を緊張させることで下部工１と上部工３とを確実に締結でき、従来単純に鉄骨を埋設したものに比較してより強力な一体化を図ることができた。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の橋梁の上部工と下部工の連結構造及びその施工方法を図１から図８に示される実施形態について更に詳細に説明する。
【００３４】
図１は下部工１と、この下部工１の上面に載置された上部工３とを側面から見たものであり、一部断面としてある。
【００３５】
下部工１は、コンクリート製橋脚で次のように構築される。
【００３６】
図４に示すように、まずＨ鋼からなる縦４本横２本計８本の鉄骨４を鉛直方向に立設する。この鉄骨４には図２に示すように固定板４ａが溶接により固着されており、この固定板４ａにはロッド穴が設けられる。このロッド穴にはＰＣ鋼材５からなるＰＣ鋼棒５ｃが挿通されるようになっている。ＰＣ鋼棒５ｃはその両端にネジ５ａ５ｂが形成してあり、ＰＣ鋼棒５ｃの一端を、ロッド穴に挿入してナット２０で締めすることで、ＰＣ鋼棒５ｃと鉄骨４とが一体的に固定されている。
【００３７】
このような状態で、図４に示すように、ＰＣ鋼棒５ｃにこれを覆うようスリーブ８を被せる。次に、鉄骨４の周囲に所定の型枠を設置して、その内部にコンクリート１１を打設する。このときＰＣ鋼棒５ｃはスリーブ８とともにコンクリート１１の上面から突出させるようにする。
【００３８】
このようにして施工した下部工１の上面に、図５に示すように上部工３を載置する。上部工３は、図８に示すように、道路となる主桁３ａの下面に２本の鋼桁３ｂを設けた形状となっている。そして、下部工１に対応する部位には箱状部２が形成されている。この箱状部２は２枚の横桁２ｂを鋼桁３ｂ、３ｂの間に溶接するとともに、横桁２ｂと鋼桁３ｂに囲まれる底の部分に底板２ｂを溶接して箱状に形成したものである。底板２ｂには前記ＰＣ鋼棒５の位置に対応して挿通孔６が穿設されている。また、箱状部２の上面、実質的に上部工３の上面には挿通孔６の延長線上に位置する窓９が形成されている。
【００３９】
前記した構成である上部工３をクレーンで吊り下げつつ、挿通孔６とスリーブ８との位置を合わせながら下部工１上に載置する。なお、底板２ｂの下面には、予めずれ止め鋲２１を溶接しておき、両者間にずれが生じないようにしてある。
【００４０】
続いて図６に示すように、箱状部２内にコンクリート１２を打設するが、これに先立って、ＰＣ鋼棒５ｃのネジ５ｂ部分に有孔の円盤状に形成したアンカー７を挿通する。そしてこのアンカー７の上面を隠すように箱抜き型枠１０を装着する。なお、このアンカー７の形状は円盤状に限られず、他の形状でも良いものである。
【００４１】
また、この箱抜き型枠１０はアンカー７をコンクリート１２で埋設してしまわないよう、アンカー７の上方に空間をつくるためのもので、例えば円錐の上部を切ったような形状に形成する。そして、これを逆にしてアンカー７の上面に密着させるようにしてある。なお、箱状部２の内壁部には、ずれ止め鋲２１が多数設けられている。
【００４２】
次に、図７に示すように箱状部２内にコンクリート１２を打設し、養生後に窓９から箱抜き型枠１を除去する。この状態で窓９の内部にはＰＣ鋼棒５ｃのネジ５ｂ部分がアンカー７上に露出しており、このネジ５ｂ部分にナット１３を締め込む。この締め込みによって下部工１と箱状部２、すなわち上部工３は強固に一体化する。ナットの締め込み後は、箱抜き型枠１によって形成されたすり鉢状の穴をコンクリート１２により充填する。
【００４３】
次に各部に作用する応力の相互関係について、図１により簡単に説明する。
【００４４】
図１において、上部工３からの曲げモーメントＭは、ＰＣ鋼材５の引張力Ｔを介して下部工１に伝達される。また、ＰＣ鋼材５間の距離をＬとすると、Ｍ＝Ｔ＊Ｌの関係が成立する。
【００４５】
さらに、上部工３における水平力Ｓは、底板２ｂの下面に設けられたずれ止め鋲２１を介して、下部工１に伝達される（ＳＲ）。したがって、ここではＳ＝ＳＲとなる。そして、上部工３からの軸力Ｎは、底板２ｂの圧縮力を介して下部工１に伝達される。箱状部２とコンクリート１２との一体化は箱状部２内面に設けられたずれ止め鋲２１によって確保される。
【００４６】
ＰＣ鋼材の材質をより高強度のものに選定することで、ＰＣ鋼棒５ｃの本数を削減しても同程度の締結力が得られる。そのようにすることで、挿通孔６の数も削減できるため、挿通孔６を設けることによって生ずる若干の強度低下を最小限に抑えることが可能となる。また、施工量も削減できるため全体として工期の短縮を図ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＰＣ鋼材を緊張させることで下部工と上部工とを確実に締結できるように構成したので、従来のように単純に鉄骨を埋設したものに比較して下部工と上部工とのより強力な一体化を図ることができる。
【００４８】
さらに、このＰＣ鋼材の緊張は窓からＰＣ鋼材の他端にナットを入れることで容易に行うことができるため作業性に優れている。
【００４９】
また、上部工の箱状部にはＰＣ鋼材が挿通できる程度の挿通孔が設けられるに過ぎないため、上部工の強度低下はほとんど無視できる程度で済むという特長がある。
【００５０】
さらに、ＰＣ鋼材にこれを覆うようスリーブを設け、ＰＣ鋼材表面にコンクリートが接しないように構成したものでは、ＰＣ鋼材をナット締めする際にストレスなく緊張を与えることができ、強度を長年にわたり維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である橋梁の上部工と下部工の連結構造を示す一部断面とした側面図である。
【図２】上部工と下部工の連結構造のＰＣ鋼材の下端部周辺を示す部分的な断面図である。
【図３】上部工と下部工の連結構造のＰＣ鋼材の上端部周辺を示す部分的な断面図である。
【図４】上部工と下部工の連結施工方法の施工初期段階を示す一部断面とした側面図である。
【図５】上部工と下部工の連結施工方法の施工中前期を示す一部断面とした側面図である。
【図６】上部工と下部工の連結施工方法の施工中後期を示す一部断面とした側面図である。
【図７】上部工と下部工の連結施工方法の施工後期を示す一部断面とした側面図である。
【図８】上部工と下部工の連結構造を示す全体の斜視図である。
【図９】従来の橋梁の上部工と下部工の連結構造を示す側面図である。
【図１０】従来の橋梁の上部工と下部工の連結構造を示す一部断面とした側面図である。
【図１１】従来の橋梁の上部工と下部工の連結構造のその他の例を示す一部断面とした側面図である。
【符号の説明】
１  下部工
２  箱状部
３  上部工
４  鉄骨
５  ＰＣ鋼材
６  挿通孔
７  アンカー
８  スリーブ
９  窓
１０  箱抜き型枠
１１、１２  コンクリート
１３  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】
0003924192.tif 000008
【図８】
0003924192.tif 000009
【図９】
0003924192.tif 000010
【図１０】
0003924192.tif 000011
【図１１】
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