ＰＣ桟橋の設計・施工に関する共同研究
Collaborative Study on Design and Construction ofAn Open Piled Wharf with Prestressed Concrete Deck
大柳修一*,横田弘**,澤 覚***,森好生****OYANAGI,Shuichi ,YOKOTA,Hiroshi, SAWA,Satoru, MORI,Yoshio* (財) 沿岸開発技術研究センター 調査部 研究員** (独) 港湾空港技術研究所 地盤・構造部 構造強度研究室長***

国土交通省 中部地方整備局 四日市港湾工事事務所長**** (社) 日本埋立浚渫協会 技術参与
The present study aims to confirm the structural performance and the construction method of an open
piled marginal wharf in Yokkaichi Port. The wharf is a mixed structure composed of steel piles andprestressed concrete deck. Since largest forces will be induced at the joint part between the pile and thedeck, the fundamental mechanical behaviors were experimentally investigated with full-scaled jointmodels subjected to reversed cyclic loads.
Key words ：open piled wharf, PC deck, joint ductility design, construction method

1. はじめに図-1 四日市港霞ヶ浦岸壁断面図

協会との共同研究により実施した．
主桁側面図
桁長

連結鉄筋

１２８００
連結部

連結部

ＰＣ鋼材

連結鉄筋

主桁断面図（中央連結部）
連結鉄筋

７５０

連結鉄筋

７５０

ＰＣ桟橋構造とは，プレキャストＰＣ桁と鋼管杭で支持された受梁とを現場打ちコンクリートによって連結し，連続ラーメンを形成する構造である．Ｐ
Ｃ桟橋上部工は，使用限界状態においてひび割れを発生させない構造として設計されるので，塩害や中性化に対して耐久性の高い構造物となる．また，長スパンに対応可能であることから下部構造の杭の間隔を広げることができるとともに，工場製作のプレキャスト部材であることから，海上作業期間の短縮化およびコスト縮減に有効である．
本報告では，四日市港霞ヶ浦岸壁で計画されている直杭式のＰＣ桟橋について,実構造と同じＰＣ桁断面を有する連結部模型試験体を使用して繰返し載荷実験を行い，連結部の力学特性の確認・評価および現地施工の可能性について検討した．なお，本研
究は，（独）港湾空港技術研究所，国土交通省中部地方整備局四日市港湾工事事務所，（社）日本埋立浚渫

連結鉄筋ＰＣ鋼材

鉄筋連結ＰＣ連結単位ｍｍ

図-2 ＰＣ桁構造

2. 本共同研究の目的
ＰＣ桟橋において，ＰＣ梁端部の連結部(図-2の○部分)は構造的に重要な個所の一つである．その理由として，地震荷重が交番載荷される際，この個所に最大の正負繰返し断面力が発生し，桟橋の性能・構造を決定する上でこの個所の力学的評価が重要なためである．
本研究の対象である四日市港霞ヶ浦岸壁は直杭式の桟橋であり（図-1），上部工主梁が法線直角方向に配置され，地震力が上部工連結部に大きく伝わる構造となっているため，上部工主梁断面を連結部付近で大きくし(H=750mm)，太径の連結鉄筋(D29)で連結する構造となっている（図-2）．

また，ＰＣ梁端部の連結部は連結鉄筋が複雑に配置されるために，施工法についても検討する必要があった．
このため，ＰＣ梁と受梁との連結部の力学的性能を評価することを目的に繰返し荷重載荷実験を行うとともに，施工性について検討した．

3. 荷重載荷試験
3.1 試験項目
本試験は，実物大のＰＣ梁と場所打ち受梁との連結部の模型試験体を製作し，地震を想定したくり返し曲げ載荷試験を実施することにより，その力学的特性を把握すると同時に，設計計算値および実際の材料特性を考慮した計算値と比較し，その性能を評価するものである．図－３に試験体概要図を示す．
曲げ載荷試験では，2方向張り出しの片持ち梁試験体に正負両端同時集中荷重を載荷した．その際，曲げひび割れ発生荷重と終局荷重の確認，および常時設計荷重載荷時とδy，2δy，3δy時の損傷状況等の力学特性の把握を主たる目的とした．なお，ここでδyは，鋼材が降伏ひずみに達した際の載荷点での変位量である．鋼材降伏以降は，この変位量に基づき載荷ステップを制御した．なお，試験体は異なった２種類の結合方法のものを１対ずつ製作した．

-4に示す鉄筋連結方法と図-5のＰＣ連結方法（ＰＣ鋼材重ね継手）の2種類である．
鉄筋連結は，ＰＣ梁の端部から鉄筋を所定の定着長分をあらかじめ出しておき，現場でこの鉄筋等を組み立て，連結部にコンクリートを打設することで一体化を図るものである．しかしながら，ＰＣ梁端部下端には，ＰＣ鋼材が密に配置されており，この位置にさらに連結用の鉄筋を配置するには，若干の手間等が必要である．一方，ＰＣ梁端部で切断するＰＣ鋼材を切断せずにそのまま張り出して，これを相互に重ね継手により連結することが可能であれば，結合作業が大幅に簡略化されることになる．したがって，本試験では鉄筋による方法と比較するためにＰＣ鋼材をそのまま張り出して連結する方法（ＰＣ連結）を採用し，比較検討することとした．ただし，ＰＣ鋼材連結においても，上側鉄筋の連結は鉄筋連結の場合と同じ方法を採用している．
連結鉄筋

9 00
鉄筋定着長

図-4 鉄筋連結概要図(単位：mm)
連結鉄筋(1)設計常時荷重載荷時
ひび割れの有無の確認，主梁変位，各部ひずみ状況の把握および理論計算値との比較を行う．
設計常時荷重：25.3 kN（計算値）(2)δy，2δy，3δy 時
ひび割れ状況，損傷状況，主梁変位，各部ひずみ状況を把握する．
(3)曲げ破壊時
曲げ破壊荷重，曲げ破壊状況，ひび割れ状況，主梁変位，各部ひずみ状況の把握および理論計算値との比較を行う．
15400
20006700
荷重載荷
油 圧 ｼﾞｬｯｷ

7506506700

固定アンカー
荷重載荷
油 圧 ｼﾞｬｯｷ

連結部
反力床3003000

1850

ＰＣ鋼材連結ＰＣ鋼材定着長

図-5 ＰＣ連結概要図(単位：mm)
3.3 使用材料(1)コンクリート
ＰＣ梁：早強コンクリート f’ck=50N/mm2
受 梁：早強コンクリート f’ck=24N/mm2
連結部：早強コンクリート f’ck=24N/mm2
なお，受梁および連結部のコンクリートは，実施工では普通コンクリートが用いられるが，本試験においては，試験工程の関係上，コンクリートの設計基準強度はそのままに，早期にコンクリート強度が発現する早強コンクリートを用いた．
(2)鋼材
鉄筋：ＳＤ345 D29
ＰＣ鋼材：ＰＣ鋼より線 SWPR7BN 1S15.2

3003600

単位：ｍｍ

図-3 試験体概要図
3.2 ＰＣ梁の連結方法
本試験におけるＰＣ梁と受梁との結合方法は，図3.4 試験結果
荷重～変位曲線を図-6,7に示す．設計常時荷重時
では鉄筋連結およびＰＣ連結ともに荷重～変位曲線はほぼ同じであることがわかる．しかし，δy時以降
ではＰＣ連結の方が，荷重載荷するごとに連結部の剛性が低下し，残留変位が大きくなっていることがわかる．これは，連結方法の相違による差が生じているものであり，ＰＣ鋼材の抜け出しによる残留変位が大きいためである．また，ＰＣ鋼材と鉄筋とではＰＣ鋼材の方が高強度であるので，鋼材が降伏に達するまでの変位も大きい．
300くなったためである．
(3)荷重とひずみ
鋼材ひずみは，連結部下端の鉄筋およびＰＣ鋼材に，コンクリートひずみについては，連結部近傍に着目して，計測を行った．図-8,9 に連結部下部鋼材ひずみ分布を示す．

200-1000001000
鋼材ひずみ(μ)

荷重(kN)

100-100-200-300-200

2000
3000

海側

4000

1回目
2回目
3回目

5000
0200

400

600

800

1000

6000

変位(mm)

7000-1500

図-6 荷重－変位曲線（鉄筋連結）-10000500

1000

1500

図-8 連結部下端鋼材ひずみ分布(鉄筋連結)δy 時

200
100-100000

1回目
2回目
3回目

海側

1000-100-2000200400600800

1000

変位(mm)

図-7 荷重－変位曲線（ＰＣ連結）

鋼材ひずみ(μ)

荷重(kN)-500

中心からの距離(mm)300-300-200

陸側
連結部

2000
3000
4000
5000
6000
7000-1500

陸側

連結部-1000-500

0500

10001500

また，鉄筋連結では，破壊時に鉄筋の抜け出しは中心からの距離(mm)始まるものの荷重は序々に低下しているのに対して，ＰＣ連結では，変位500mm付近でＰＣ鋼材が荷重をあ
図-9 連結部下端鋼材ひずみ分布(ＰＣ連結)δy 時
げるごとに音を立てて抜け出し量が大きくなり，この時点で試験を終了した．なお，両連結方法ともに鋼材ひずみは，δy時において，連結部下端の鉄筋変断面部が圧壊を起こして破壊した．
およびＰＣ鋼材は引張を受けている状態にあった．
これらのグラフを比較すると，鉄筋とＰＣ鋼材によ(2)ひび割れ発生状況およびひび割れ幅
る連結とでは差が大きく発生しており，鉄筋連結で鉄筋連結とＰＣ連結では鉄筋連結の方が鋼材とコは，ひずみが定着長の範囲内でひずみが0に収束してンクリート間の付着がよく，ひび割れ分散がよくないるものの，ＰＣ連結では定着長の範囲で収束してされていた．また，ＰＣ連結では鋼材の抜け出し量いないことから，ＰＣ鋼材とコンクリートの付着がが大きかったため，桁周囲のひび割れが大きく，かなくなり，抜け出しが始まっているのではないかとぶりコンクリートが剥落した．
考えられる．これは，ＰＣ鋼材の定着長を決定する
ひび割れ幅についてもＰＣ連結のひび割れ幅が大際に，コンクリートとＰＣ鋼材の付着力を鉄筋と同きく，ＰＣ梁と場所打ち部との接合面に集中してい様とみなして，基本定着長を決定しているためであた．連結部の上側は，ＰＣ連結のひび割れ幅が大きり，ＰＣ連結を用いる際には，コンクリートとＰＣく，境界に集中していた．ＰＣ連結の方がひび割れ鋼材の付着力を適切に評価しなければならないと考幅が大きいのは，鋼材の強度の違いによりδyの値がえる．
鉄筋連結に比べて大きく，載荷するごとに，下側のコンクリートひずみについては，ＰＣ連結の方がひび割れが上側の方まで進行し，連結部境界がもろ鉄筋連結と比較して，荷重の繰り返し載荷を行う毎に残留ひずみが大きくなっていた．
3.5 実験のまとめ
鉄筋連結とＰＣ連結を比較すると，常時荷重時はいずれも連結部上側の鉄筋が抵抗しているので，両連結方法ともに違いがないが，終局荷重時では，ＰＣ連結で，連結部下側に配置したＰＣ鋼材の抜け出しが生じ，繰り返し載荷による残留変位や残留ひずみが鉄筋連結に比較して大きくなった．
しかしながら，いずれの連結方法でも，試験で得られた実測値は，計算値を上回り，表-1に示すように十分な安全率を有していると考えられる．
表-1 曲げ破壊時の計算値と実測値の荷重比較

計算値
実測値
安全率

鉄筋連結(kN)
正の曲げ 負の曲げ207.3-166.4258.0-279.0
1.24
1.68

ＰＣ連結(kN)
正の曲げ 負の曲げ210.3-155.7
240.0-264.0
1.141.70をできる位置が限定されるため，十分な品質が得られないことが懸念された．また，実際の鉄筋組立の加工誤差，組立誤差を考慮すれば，実施工での鉄筋の隙間は図面よりも狭くなることが予測され，さらに品質確保が困難となることも考えられる．
4.2 対策案
以上の課題に対して効果的と考えられることは，連結部の梁高さ，幅の変更であるが，今回は，全体の重量増加を極力避けることを前提として，梁高さ，鉄筋材質，コンクリート強度等を変更することについて検討を行った．この結果，鉄筋材質を変更する
場合には，材質の異なる材料が現場に混在するため現場管理上好ましくなく，また鉄筋材質の高強度化によりコンクリートの曲げひび割れ幅が増え，ＰＣ桟橋の劣化が懸念されること，また，コンクリート強度変更による効果も少ないため，ＰＣ桟橋の受梁を 10cm 高くすることにより，梁主鉄筋の鉄筋量を減少させ，鉄筋間隔を ctc100mm から ctc150mm とする対策が今回の結果からは適しているとの結論に達した．

ここで，地震時では連結部は交番載荷される状態になる．したがって，ＰＣ鋼材の抜け出しを，ＰＣ鋼材同士をカップリングするなどして防ぐことができれば，残留変位等も少なくなり鉄筋連結と同等の性能を得ることができるのではないかと考える．また，今回はコンクリートとＰＣ鋼材の付着を異形鉄筋と同等の付着力があるものとして基本定着長を決定したが，この付着力を適切に評価し，また連結部で定着長が長くとれるような構造であれば，抜けだしを防止できＰＣ連結によるものも有効ではないかと考える．
次に連結方法であるが，ＰＣ連結では鉄筋連結と図-10 連結部平面図（変更後）(単位:mm)異なり，連結用の鉄筋を別途配置する必要がなく，ＰＣ梁製作上はＰＣ連結の方が優位であると考える． 4.3 今後の検討課題
しかしながら，ＰＣ梁の現場搬入後の施工を考える (1)過密配筋の緩和と，この方法では，鉄筋連結と比べて鋼材の本数が連結部の過密配筋の緩和については，さらに検討多くなり，また定着長を得るために，ＰＣ梁から張 する必要がある．今回は，梁高および使用材料に着り出す鋼材長も長くなってしまい，鉄筋が輻輳する 目して検討を行ったが，今後は全体重量を増加させ連結部においては，作業性が悪くなる．
ないように梁の有効幅を増やす方法についても検討
また，経済面を考えると、鉄筋連結とＰＣ連結と が必要である．また、スターラップ筋についても間の違いは連結する鋼材の違いのみである。ここで、 隔が広くなるような検討も必要である．
材料費の比較をすると、鉄筋連結のほうがわずかで (2)杭の偏心防止はあるが経済的となる．
鋼管杭が全て直杭で，杭打設後に捨石を投入する以上のようなことを考慮して，今回は鉄筋連結と ことになる．そのため，打設後に杭が偏心する可能ＰＣ連結では，鉄筋連結が優位であると考えた．
性があり，杭頭の結合など杭偏心を防止する方法の検討も必要である．

4. 連結部の施工法について
5. おわりに
4.1 施工上の課題
図-10 に連結部の平面図を示す．当初計画では，主ＰＣ桟橋の連結部は，ＰＣ桁および受梁からの太桁埋込鉄筋，受梁主鉄筋とも ctc100mm で配置されて 径の鉄筋が交錯しており，過密配筋となりやすい部おり，コンクリート打設が困難となる状況であった． 分である．今回の検討結果がＰＣ桟橋設計・施工に配筋間隔を若干変更することで、バイブレータの挿 有用な情報を与えるものであることを望む．
入は計画上可能となるが、コンクリートの締め固め