(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管で構成された橋脚を鉄筋コンクリートで形成されたフーチングに接合してなる橋脚とフーチングとの接合構造において、
前記鋼管の下端と前記フーチングの上面との間に所定の隙間が形成されるように前記鋼管を鉛直姿勢にて前記フーチングの上方に配置するとともに、前記フーチングに一端が埋設定着された鋼管接合用鉄筋と前記鋼管内に充填され前記鋼管接合用鉄筋の他端が埋設定着されるコンクリートとで構成された鉄筋コンクリート体を前記鋼管内に形成してなり、前記鋼管の内面であって該鋼管内に充填されたコンクリートと接触する内面のうち、前記鋼管接合用鉄筋と対向する内面を平滑仕上げとし、前記鋼管接合用鉄筋より上方に位置する内面に突起を設けたことを特徴とする橋脚とフーチングとの接合構造。
【請求項２】
前記鋼管接合用鉄筋との間で重ね継手を形成する重ね筋を前記突起と対向するようにかつ水平断面位置が前記鋼管接合用鉄筋よりも前記鋼管の中心側となるように前記鋼管内に充填されるコンクリートに埋設した請求項１記載の橋脚とフーチングとの接合構造。
【請求項３】
鋼管で構成された橋脚を鉄筋コンクリートで形成されたフーチングに接合する橋脚とフーチングとの接合方法において、
鋼管接合用鉄筋の一端が前記フーチングに埋設定着されるように該フーチングを形成し、前記鋼管の下端と前記フーチングの上面との間に所定の隙間が形成されるようにかつ前記鋼管接合用鉄筋の他端が前記鋼管内に配置されるように該鋼管を鉛直姿勢にて前記フーチングの上方に位置決めし、前記隙間を所定の型枠材で塞ぎ、前記鋼管接合用鉄筋の他端が埋設定着されるように前記鋼管内にコンクリートを充填する各工程からなり、前記鋼管の内面であって該鋼管内に充填されたコンクリートと接触する内面のうち、前記鋼管接合用鉄筋と対向する内面を平滑仕上げとし、前記鋼管接合用鉄筋より上方に位置する内面に突起を設けたことを特徴とする橋脚とフーチングとの接合方法。
【請求項４】
前記鋼管の鉛直荷重を仮受けできるように前記型枠材を構成するとともに、前記鋼管内に充填したコンクリートが硬化した後、前記型枠材を取り外す請求項３記載の橋脚とフーチングとの接合方法。
【請求項５】
前記鋼管接合用鉄筋との間で重ね継手を形成する重ね筋を前記突起と対向するようにかつ水平断面位置が前記鋼管接合用鉄筋よりも前記鋼管の中心側となるように前記鋼管内に充填されるコンクリートに埋設した請求項３記載の橋脚とフーチングとの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製橋脚の下端をＲＣ製フーチングに接合する際に用いられる橋脚とフーチングとの接合構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼製橋脚の下端を基礎に接合するにあたっては、アンカーフレームと呼ばれる鋼製フレームを予め製作した上、これを鉄筋コンクリート基礎であるフーチング内に埋設し、次いで、アンカーフレームから延びるアンカーボルトを利用して鋼製橋脚の下端をアンカーフレームにボルト接合する方法が従来から広く用いられている。
【０００３】
最近では、かかる方法に加えて、地盤内に構築された基礎にソケット鋼管と呼ばれる太径の鋼管を設置し、次いで、該ソケット鋼管内に鋼製橋脚の下端を挿入した後、鋼製橋脚の外面とソケット鋼管の内面との間にコンクリートを充填することによって、鋼製橋脚の下端、ソケット鋼管及び基礎を一体化する方法も知られており、かかる方法によれば、急速施工が可能であることから、交通量の多い場所で短工期に工事を進めることが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３３２０号公報
【特許文献２】特開平９−２０９３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アンカーフレームを用いた接合工法は、本来的にアンカーフレームの製作費が高いため、橋梁の規模が大きくなると、アンカーフレームの大型化や鋼材の高強度化によって、その製作費用がますます高くなるという問題を生じるとともに、ソケット鋼管を用いたいわゆる二重管工法は、鋼管を二重に用いることから必然的に施工費用が高くなるという問題も生じていた。
【０００６】
このような状況下、コスト低減可能な工法がさまざまな観点から研究開発されており、例えば橋脚を構成する鋼管の内面にリブを設けるとともに該リブと対向する位置に鉄筋を配筋してコンクリートを打設する工法（特許文献１，２）もあるが、鋼管内面のリブ加工には相応のコストがかかるため、合理的なコストで十分な品質を確保できる接合工法が未だ存在しないのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、合理的なコストで十分な品質を確保することが可能な橋脚とフーチングとの接合構造及び方法を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る橋脚とフーチングとの接合構造は請求項１に記載したように、鋼管で構成された橋脚を鉄筋コンクリートで形成されたフーチングに接合してなる橋脚とフーチングとの接合構造において、
【０００９】
前記鋼管の下端と前記フーチングの上面との間に所定の隙間が形成されるように前記鋼管を鉛直姿勢にて前記フーチングの上方に配置するとともに、前記フーチングに一端が埋設定着された鋼管接合用鉄筋と前記鋼管内に充填され前記鋼管接合用鉄筋の他端が埋設定着されるコンクリートとで構成された鉄筋コンクリート体を前記鋼管内に形成してなり、前記鋼管の内面であって該鋼管内に充填されたコンクリートと接触する内面のうち、前記鋼管接合用鉄筋と対向する内面を平滑仕上げとし、前記鋼管接合用鉄筋より上方に位置する内面に突起を設けたものである。
【００１０】
また、本発明に係る橋脚とフーチングとの接合構造は、前記鋼管接合用鉄筋との間で重ね継手を形成する重ね筋を前記突起と対向するようにかつ水平断面位置が前記鋼管接合用鉄筋よりも前記鋼管の中心側となるように前記鋼管内に充填されるコンクリートに埋設したものである。
【００１１】
また、本発明に係る橋脚とフーチングとの接合方法は請求項３に記載したように、鋼管で構成された橋脚を鉄筋コンクリートで形成されたフーチングに接合する橋脚とフーチングとの接合方法において、
【００１２】
鋼管接合用鉄筋の一端が前記フーチングに埋設定着されるように該フーチングを形成し、前記鋼管の下端と前記フーチングの上面との間に所定の隙間が形成されるようにかつ前記鋼管接合用鉄筋の他端が前記鋼管内に配置されるように該鋼管を鉛直姿勢にて前記フーチングの上方に位置決めし、前記隙間を所定の型枠材で塞ぎ、前記鋼管接合用鉄筋の他端が埋設定着されるように前記鋼管内にコンクリートを充填する各工程からなり、前記鋼管の内面であって該鋼管内に充填されたコンクリートと接触する内面のうち、前記鋼管接合用鉄筋と対向する内面を平滑仕上げとし、前記鋼管接合用鉄筋より上方に位置する内面に突起を設けたものである。
【００１３】
また、本発明に係る橋脚とフーチングとの接合方法は、前記鋼管の鉛直荷重を仮受けできるように前記型枠材を構成するとともに、前記鋼管内に充填したコンクリートが硬化した後、前記型枠材を取り外すものである。
【００１４】
また、本発明に係る橋脚とフーチングとの接合方法は、前記鋼管接合用鉄筋との間で重ね継手を形成する重ね筋を前記突起と対向するようにかつ水平断面位置が前記鋼管接合用鉄筋よりも前記鋼管の中心側となるように前記鋼管内に充填されるコンクリートに埋設したものである。
【００１５】
従来の接合構造（特許文献１，２）は上述したように、フーチングに定着された鉄筋を鋼管内面に形成されたリブと対向するように鋼管内に延設した上、該鋼管内にコンクリートを充填するものである。
【００１６】
かかる従来技術によれば、鋼管によるコンクリートの拘束効果を期待できるとともに、コンクリート打設の際の型枠設置や脱型作業を不要とするものであって、それまでのＲＣ橋脚に比べ、きわめて有用な工法であると言える。
【００１７】
しかしながら、充填コンクリートによる被りを確保しなければならない関係上、鋼管内面に形成されたリブと対向するように鉄筋を配置するにあたっては、鉄筋の配筋位置を、リブの突設分だけ、鋼管内側に後退させる必要がある。
【００１８】
これは、鋼管内の鉄筋及び充填コンクリートを、曲げモーメントに抵抗する鉄筋コンクリート体として考えた場合、水平方向に沿った鉄筋間距離が短くなって曲げ抵抗力が小さくなることを意味する。
【００１９】
本出願人は、かかる点をいかに解決すべきか、研究開発を積み重ねた結果、前記鋼管の下端と前記フーチングの上面との間に所定の隙間が形成されるように前記鋼管を鉛直姿勢にて前記フーチングの上方に配置するとともに、前記フーチングに一端が埋設定着された鋼管接合用鉄筋と前記鋼管内に充填され前記鋼管接合用鉄筋の他端が埋設定着されるコンクリートとで構成された鉄筋コンクリート体を前記鋼管内に形成してなり、前記鋼管の内面であって該鋼管内に充填されたコンクリートと接触する内面のうち、前記鋼管接合用鉄筋と対向する内面を平滑仕上げとし、前記鋼管接合用鉄筋より上方に位置する内面に突起を設けてなる新規な発明をなすに至ったものである。
【００２０】
このようにすれば、鋼管内面に設けられた突起と鉄筋コンクリート体との噛合作用によって、橋脚上方からの圧縮荷重を鉄筋コンクリート体を介してフーチングに伝達させることが可能になるとともに、鋼管接合用鉄筋と対向する内面については突起をなくして平滑仕上げとしたので、鋼管接合用鉄筋を鋼管内面に近づけることが可能となり、水平方向に沿った鉄筋間距離を従来よりも大きくとることが可能となる。
【００２１】
本発明が対象とする鋼管は、断面形状を任意とすることが可能であり、例えば円形、角形、多角形等の断面形状が考えられる。また、例えば山間部に橋梁を建設する場合、橋脚が高くなることがあり、その際には、鋼管を溶接等で継ぎ足していくことになる。
【００２２】
橋脚が複数の鋼管で構成される場合、本発明の鋼管を単一の鋼管で構成することができるほか、複数の鋼管で構成することも可能であり、具体的には、内面が平滑仕上げとされた最下段の鋼管と、該最下段の上方に配置され内面に突起が設けられてなる鋼管とで構成することが可能である。また、複数の鋼管で本発明の鋼管を構成する場合、上方に配置された鋼管は、最下段の鋼管の直上に接合された鋼管である必要はなく、いくつかの鋼管が間に介在してもかまわない。
【００２３】
なお、橋脚を構成する鋼管を鋼殻と称することも多いが、本発明では、便宜上、鋼殻も含める概念として鋼管と呼ぶこととする。
【００２４】
フーチングは、鉄筋コンクリートで形成されたものであって、一般的には杭を伴う場合が多いが、本発明においては、フーチングだけで基礎構造が構成されるのか、杭とその頭部に接合されたフーチングとで基礎構造が構成されるのかは問わない。
【００２５】
鋼管接合用鉄筋は、一端がフーチングに埋設定着され、他端が鋼管内に充填形成されたコンクリート内に埋設定着されるものであり、例えば異形鉄筋で構成することができる。
【００２６】
鋼管内面における平滑仕上げとは、鋼管接合用鉄筋と鋼管内面との離間距離を必要最小限にとどめる、すなわちコンクリートの充填性との関係で必要とされるコンクリート被り厚さだけ鋼管内面から鋼管接合用鉄筋を離間させれば足りるようにすることが目的であって、鋼管接合用鉄筋の断面寸法の例えば１／１０程度以下の凹凸まで排除する主旨ではない。
【００２７】
一方、鋼管接合用鉄筋より上方に位置する内面に設けられた突起は、鋼管内に充填されたコンクリートとの噛合作用を目的としたものであって、かかる噛合作用によって、橋脚上方からの圧縮荷重をフーチングに伝達させることが可能となるが、鋼管接合用鉄筋は、突起と対面しないため、水平方向に沿った鉄筋間距離が短くなる懸念はない。
【００２８】
なお、鋼管内面を平滑仕上げとした箇所において充填コンクリートとの間で付着力が発生し、該付着力により、平滑仕上げとした箇所を介して圧縮荷重の一部がフーチングに伝達してもかまわない。
【００２９】
鋼管接合用鉄筋は、これを突起と対面させない構成により、最小限の距離まで鋼管内面に近づけることが可能となるものであるが、かかる鋼管接合用鉄筋との間で重ね継手を形成する重ね筋を別途設け、該重ね筋を突起と対向させるようにしてもかまわない。
【００３０】
この場合、充填コンクリートによる被りが重ね筋に必要となるため、重ね筋の水平断面位置は、鋼管接合用鉄筋よりも鋼管の中心側となるようにする必要があるが、曲げ抵抗力は、鉄筋間距離が拡がった鋼管接合用鉄筋で十分に確保することが可能であるとともに、重ね筋が鋼管接合用鉄筋及び突起との間で重ね継手を形成することにより、鋼管に作用する引抜き力をフーチングで支持することが可能となる。
【００３１】
本発明に係る橋脚とフーチングとの接合構造を構築するには、まず、鋼管接合用鉄筋の一端がフーチングに埋設定着されるように該フーチングを形成し、次いで、鋼管の下端とフーチングの上面との間に所定の隙間が形成されるようにかつ鋼管接合用鉄筋の他端が鋼管内に配置されるように該鋼管を鉛直姿勢にてフーチングの上方に位置決めし、次いで、隙間を所定の型枠材で塞ぎ、しかる後、鋼管接合用鉄筋の他端が埋設定着されるように、鋼管内にコンクリートを充填すればよい。
【００３２】
ここで、鋼管の鉛直荷重を仮受けできるように型枠材を構成すれば、コンクリート充填打設の前における鋼管の仮受けを容易に行うことが可能となる。なお、かかる場合には、鋼管内に充填したコンクリートが硬化した後、型枠材を取り外す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る橋脚とフーチングとの接合構造及び方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図１は、本実施形態に係る橋脚とフーチングとの接合構造を示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係る橋脚とフーチングとの接合構造１は、鋼管２で構成された橋脚３を鉄筋コンクリートで形成されたフーチング４に接合してなる。
【００３５】
鋼管２の下端とフーチング４の上面との間には、隙間ｈが形成されるように鋼管２を鉛直姿勢にてフーチング４の上方に配置してある。
【００３６】
フーチング４には、鋼管接合用鉄筋としての異形鉄筋６の一端を埋設定着してあり、該異形鉄筋の他端は、鋼管２内に充填されたコンクリート７に埋設定着してある。
【００３７】
異形鉄筋６は、それぞれ直棒状に構成してあり、鋼管２の内面から所定距離ｄだけ離間した位置にて該内面に沿って複数本配置すればよく、図１(b)に示すように鋼管２が角形鋼管であれば所定ピッチで矩形状に配置すればよいし、円形鋼管であれば円形に配置すればよい。
【００３８】
ここで、異形鉄筋６は、鋼管２内に充填されたコンクリート７とともに鉄筋コンクリート体８を形成しており、該鉄筋コンクリート体８は後述するように、橋脚３の頭部に水平力が作用したとき、該水平力による鋼管２の回転変形に対して曲げ抵抗し、該水平力をフーチング４に伝達する役目を果たす。
【００３９】
鋼管２は、その内面のうち、異形鉄筋６と対向する内面９を平滑仕上げとしてあり、異形鉄筋６を最小限距離まで鋼管２の内面に近づけることができるようになっている。
【００４０】
一方、鋼管接合用鉄筋６より上方に位置する鋼管２の内面には突起１０を設けてあり、充填コンクリート７との噛合作用により、橋脚３からの圧縮荷重を鉄筋コンクリート体８を介してフーチング４に伝達できるようになっている。
【００４１】
本実施形態に係る橋脚とフーチングとの接合構造１を構築するには、まず図２に示すように、杭１１を地盤（図示せず）に打ち込んだ後、該杭の頭部にフーチング４を形成するが、かかる基礎工事の際には、異形鉄筋６の一端がフーチング４内に埋設定着されるように該フーチングを形成する。
【００４２】
異形鉄筋６は、上述したように、後工程で立設する鋼管２の内面から所定距離ｄだけ離間した位置にて該内面に沿って複数本配置されるように、フーチング４内に埋設すればよい。
【００４３】
次に図３に示すように、型枠材１２をフーチング４の上面に載置する。型枠材１２は、Ｌ状断面を有する矩形フレームで構成してあり、内周側に形成された肩部１３に鋼管２の下端を載せることにより、該鋼管の下端とフーチング４の上面との間の隙間ｈを塞ぐとともに、鋼管２の荷重を仮受けすることができるようになっている。
【００４４】
型枠材１２は、次工程で異形鉄筋６の他端が鋼管２内に配置されるよう、異形鉄筋６を取り囲むようにしてフーチング４の上面に取り付けておく。
【００４５】
次に、型枠材１２の肩部１３に鋼管２の下端を載せるようにして、鋼管２をフーチング４の上方に鉛直姿勢で吊り込み、鋼管２を型枠材１２で仮受けする。
【００４６】
次に、鋼管内面に形成された突起１０が埋設される高さまで、鋼管２内にコンクリート７を打設充填する。
【００４７】
打設したコンクリート７が硬化したならば、最後に型枠材１２を撤去する。
【００４８】
このように構築された橋脚とフーチングとの接合構造１においては、図４に示すように、橋脚３上方から圧縮荷重が作用するが、かかる圧縮荷重は、鋼管２内に形成された鉄筋コンクリート体８を介してフーチング４に伝達し、該フーチングによって圧縮荷重が支持される。
【００４９】
また、図５に示すように、橋脚３の頭部に水平力Ｐが右方向に作用する場合を想定すると、鋼管２は該水平力によって時計回りに回転しようとする。
【００５０】
そのため、鉄筋コンクリート体８には、鋼管２からの支圧力が側面に作用するとともに、左側に位置する異形鉄筋６からの引張力Ｔが左側底面に、右側に位置する異形鉄筋６からの圧縮力Ｃ1とフーチング４の右上面からの圧縮力Ｃ2が右側底面に作用するが、鉄筋コンクリート体８は、異形鉄筋６及び充填コンクリート７からなるＲＣ部材としてこれらの力に曲げ抵抗し、かくして橋脚３に作用する水平力Ｐは、鉄筋コンクリート体８を介してフーチング４に伝達し、該フーチングで支持される。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係る橋脚とフーチングとの接合構造１及び方法によれば、鋼管２の内面に設けられた突起１０と鉄筋コンクリート体８との噛合作用によって、橋脚３上方からの圧縮荷重を鉄筋コンクリート体８を介してフーチング４に伝達させることができるとともに、鋼管接合用鉄筋６と対向する鋼管２の内面９については突起をなくして平滑仕上げとしたので、異形鉄筋６を、必要最小限寸法であるコンクリート被り厚さまで鋼管２の内面に近づけることが可能となり、異形鉄筋６，６の水平方向距離である鉄筋間距離を大きくとることができる。
【００５２】
そのため、鉄筋コンクリート体８の曲げ耐力が大きくなるとともに、異形鉄筋６，６の鉄筋間距離が拡がった分、フーチング４に埋設される異形鉄筋６の定着長をそれほど長くしなくても、十分な曲げ耐力をもたせることが可能となる。
【００５３】
本実施形態では特に言及しなかったが、橋脚３が長い場合、鋼管２の上に該鋼管と同様の鋼管を溶接等で順次継ぎ足していくことが可能であり、その場合、内面を平滑仕上げとした鋼管と内面に突起を設けた鋼管とを別々の鋼管で構成することが可能である。
【００５４】
また、本実施形態では、型枠材１２に鋼管２の自重を仮受けする機能を持たせたが、鋼管２を別の公知手段で仮受けし、型枠材１２は、型枠の機能だけを持たせるようにしてもかまわない。この場合、コンクリート硬化後に型枠材１２を撤去するかどうかは任意である。
【００５５】
また、本実施形態では、異形鉄筋６を突起１０と対向させないようにすることにより、異形鉄筋６を最小限の距離まで鋼管２の内面に近づけることが可能な構成としたが、図６に示すように、異形鉄筋６との間で重ね継手を形成する重ね筋６１を別途設け、該重ね筋を突起１０と対向させるようにしてもかまわない。
【００５６】
この場合、充填コンクリート７による被りが重ね筋６１に必要となるため、重ね筋６１の水平断面位置を異形鉄筋６よりも鋼管２の中心側となるようにする必要があるが、曲げ抵抗力は、鉄筋間距離が拡がった異形鉄筋６，６で十分に確保することが可能であるとともに、重ね筋６１が異形鉄筋６及び突起１０との間で重ね継手を形成することにより、鋼管２に作用する引抜き力をフーチング４で支持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施形態に係る橋脚とフーチングとの接合構造１を示す図であり、(a)は縦断面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図２】本実施形態に係る橋脚とフーチングとの接合方法の手順を示した施工手順図。
【図３】引き続き本実施形態に係る橋脚とフーチングとの接合方法の手順を示した施工手順図。
【図４】本実施形態に係る橋脚とフーチングとの接合構造及び方法の作用を示した図。
【図５】同じく本実施形態に係る橋脚とフーチングとの接合構造及び方法の作用を示した図。
【図６】変形例に係る橋脚とフーチングとの接合構造を示す図であり、(a)は縦断面図、(b)はＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１                            橋脚とフーチングとの接合構造
２                            鋼管
３                            橋脚
４                            フーチング
６                            異形鉄筋（鋼管接合用鉄筋）
７                            充填コンクリート
８                            鉄筋コンクリート体
９                            鋼管内面
１０                          突起
１２                          型枠材
６１                          重ね筋
【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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