フジタ技術研究報告第 45 号 2009 年

プレキャスト工法における鉄筋定着部の開発
平野

概

勝識

笹谷

輝勝

要

道路等で採用される中空高橋脚は、複数の橋脚で構成されるため、プレキャスト工法などの工業化工法が適していると言われている。しかし、実態としてはプレキャスト型枠の使用は安全性、工期短縮に優位性があるものの、コスト面で適用が見送られるケースが多い。そこで、本研究では、既往のＳＲＣ構造の高橋脚に適用するプレキャスト型枠のコ
ストダウンを目的に、プレキャスト型枠に内蔵されるせん断補強筋の定着方法の合理化についての検討を行った。
本報告は、中空橋脚隅角部のせん断補強筋定着方法に関する合理化案の鉄筋定着の性能試験結果に関するものである。合理化案の目標性能としては、橋脚が地震時に被災し曲げひび割れが発生した場合を想定し、被災後もせん断補強筋の定着性能を十分に確保できることに設定した。本報告の確認実験としては、鉄筋に沿った模擬ひび割れを有するコンクリート試験体中の鉄筋を土木学会定着･継手指針に準拠した高応力繰り返し載荷試験を行った。
その結果、合理化案はひび割れ幅 1.7mm においても安定した定着性能を有することを確認した。これにより、ＳＲＣ
中空高橋脚のプレキャスト化の普及を拡大におけるコスト的課題解決法の技術的整合性を確認することができた。

An experimental study on the anchoring strength of shear reinforcement
for hollow concrete encased steel bridge columns

Industrial construction methods such as pre-cast construction are suitable for the construction ofhollow concrete encased steel (SRC) bridge column used in large numbers in road piers with almost
same structural shapes and dimensions. Although this method is very safe and allows rapid construction,
it is not used very often due to the high costs involved. This study was conducted to examine the costsaving potential of the pre-cast concrete form construction method.
In this study, a series of experimental tests on anchorage of deformed bars are conducted. The
deformed bars are supposed to be used for shear reinforcement of hollow concrete encased steel (SRC)
bridge columns. Three types of anchorage method were tested: hook, hook with dowel bar andmechanical nut with small flange. As a result of high stress cyclic and static pull-out tests with nine test
specimens, it is verified that crack width has a large effect on the anchoring strength of hooks.
キーワード：

中空 SRC 橋脚 定着 せん断
補強筋

－25－

フジタ技術研究報告 第 45 号

§１．はじめに強筋を外側のひび割れ制御筋に標準フックで定着することが一般的である。また、プレキャスト型枠の場合、内蔵さ

近年、30m～100m クラスの RC 高橋脚（ハイピア）を対れたせん断補強筋は隅角部を貫通し、外側のプレキャス

象とした合理化構造が開発されてきた。それらは、施工とト型枠内に鉄筋定着具で定着を確保するような形態をと構造の合理化を目的に、従来の軸方向鉄筋を H 形鋼なっている。また、内側のプレキャスト型枠の設置の際に、いしは鋼管に置き換え、型枠はプレキャストコンクリート型

直交するせん断補強筋が障害とならないように、片側の枠を使用する工法となっている。また、耐震性能を含む構

せん断補強筋の接合は、機械式継手により行っている。

造性能については、正負交番載荷試験や軸方向圧縮試

更に外側のプレキャスト型枠に内蔵したせん断補強筋の験など様々な実験により検証がなされている。1)

定着具との接合のための機械式継手が必要となり、本研究では、プレキャスト型枠のコストダウンを目的に、250mm 間隔で設置されるせん断補強筋を全て接合する

図１に示す橋脚工法を対象に、せん断補強筋の定着方

ために、相当数の機械式継手が必要となる。また、狭隘な法の合理化の検討を行った。この工法は主筋の代替とし作業空間での継手作業となり、合理化の必要な箇所として、Ｈ形鋼に軸方向鉄筋を複数本配置し、細径異形ＰＣての要望が多く、高い改善効果が期待できる。

鋼棒をスパイラル状に巻き付けた柱状の部材（以降、スパ

図５に示すのは定着方法の２形態の合理化案であり、イラルカラムと称す）を適用した SRC 構造である。スパイラ

内側のプレキャスト型枠から延伸したせん断補強筋を、定ルカラムの細径 PC 鋼棒は、主鋼材である H 形鋼および着方法①では定着具により、定着方法②では、180 度フ

主筋の座屈防止の機能を果たしている。そのため、プレックとダボ筋と組み合わせにより定着を図っている。これ

キャスト型枠にはせん断補強筋が内蔵されているが、従は、中空 SRC 橋脚の中間帯鉄筋の機能はスパイラルカ

来の RC 構造のようにプレキャスト型枠間に中間帯鉄筋を

ラムの細径異形 PC 鋼棒が担っているため、プレキャスト

配置する必要がないため、鋼材の組立てが簡便化され、型枠に内蔵されるせん断補強筋は、定着を確保できれば大幅な工期短縮が可能となっている。

定着位置は比較的自由に設定にできるという本工法独特

図２ 中空高橋脚の地震被災後のひび割れイメージ
図１ ＳＲＣ中空橋脚の概念

1)

7500
1000

5500

1000

1250

5000

1250

1000

§２．コストダウンのための構造詳細
図２に中空高橋脚の地震被災後のひび割れイメージを示す。高橋脚は地震被害が橋脚基部に発生し、曲げによ6500

で対象とする工法の SRC 中空橋脚の断面例を示す。こ4500

るひび割れ幅が大きくなるのが特徴である。図３に本論文の工法は一般の RC 橋脚の主鋼材である異形棒鋼の代替として、H 形鋼を主体としたスパイラルカラムを主鋼材と1000採用している。スパイラルカラム間隔は、作業員が入って鋼材やプレキャスト型枠の接合作業ができる程度のスペースを確保している。
図４に従来の中空橋脚隅角部のせん断補強筋定着形態を示す。メタルフォームの場合、橋脚内側のせん断補

図３ 中空 SRC 橋脚の断面例－26－

プレキャスト工法における鉄筋定着部の開発

120

760

本研究では定着部に沿ったひび割れ発生時の定着性能

120

1000

を明らかとすることを念頭に実験を計画した。
3.2 定着方法
プレキャスト型枠

試験体の定着パターンを図６に示す。定着体は 180゜フ

機械式継手

ック、ダボ筋、機械式定着具を組み合わせで構成してい定着具る。180゜フックの形状は土木学会コンクリート標準示方書に準拠して設定し、フックの先端直線部は４φ（＝88mm）とした。試験体の形状は実際の中空橋脚を例とし

標準フック（半円形フック）て壁厚から内外のプレキャスト型枠の厚さを除いた場所
定着具

縦補強鉄筋

横補強鉄筋

機械式継手

打ち部の寸法の実大規模の試験体としている。定着部、(1)メタルフォームの場合 (2)プレキャスト型枠の場合

ダボ筋の設置位置はスパイラルカラムとの位置関係を考図４ せん断補強筋の従来の定着形態

慮して決定した。図６の①～④はひずみゲージの貼付位置を示している。機械式定着具 A および機械式定着具 B

120

760

120

は、定着筋のねじふし鉄筋をねじ込み後に、端部孔から
エポキシ樹脂を充填するタイプである。
細径異形PC鋼棒

3.3 試験体
定着鉄筋に沿ったひび割れ面は、定着鉄筋位置でコスパイラルカラム

ンクリートを打継ぐことで模擬ひび割れ面とした。定着鉄

機械式継手
定着具

筋とダボ筋にひずみゲージを貼付し、定着鉄筋のアンボ

プレキャスト型枠
120

定着方法①
定着方法②

ンド区間は、鉄筋横ふし間はパラフィンを塗布充填した。
定着鉄筋の抜け出し量は、定着筋の端部と 180°フックの場合は折り曲げ開始位置とフック先端に細径ピアノ線

760

標準フック
（半円形フック）を固定しインバー線を設置して計測した。コンクリートはまず下半分として定着鉄筋の鉄筋径の半分まで打設し、コ

ダボ筋
120

ンクリート硬化後、模擬ひび割れ面および定着鉄筋のア

プレキャスト型枠

機械式継手

ンボンド区間にグリースを塗布し縁切りを行った。その後、上半分のコンクリートを打設した。写真１、写真２に下半分のコンクリート打設後の定着部の状態として２例（180°フ

図５ 定着方法の合理化案

ック＋ダボ筋、機械式定着 A）を示す。
の合理化案である。図５のせん断補強筋定着部の位置は、3.4 使用材料

外側のせん断補強筋より内側に設置することで、かぶりコ

コンクリートは 24-18-20-N を使用し、２週間あけて２ンクリートの剥落がせん断補強筋の定着性能に影響しな回打設した。コンクリートの強度試験は、上半、下半ごといよう配慮している。

に、実験シリーズの始めと終わりに実施した。圧縮強度は 36～39N/mm2、割裂強度は 3.2～3.5 N/mm2 であ§３．定着性能実験った。鉄筋は SD390 の D22 のねじふし鉄筋であり、降伏強度 459.9N/mm2、引張強さ 652.8 N/mm2 であっ

3.1 実験概要

た。機械式定着具は球状黒鉛鋳鉄品であり、メーカー

鉄筋定着部の試験は、土木学会の鉄筋定着・継手指

規 格 値 は 引 張 強 さ 600N/mm2 以 上 、 降 伏 点 370

針 2) で定着体の性能評価基準ならびに性能評価方法がN/mm2 である。

示されている。指針の評価方法では定着体を除く部分の鉄筋のみをアンボンドとしている。一方、本合理化案は一3.5 実験ケース

般的な定着方法の組み合わせで構成されているため、指針の評価方法では全てのケースで鉄筋の母材破断となり、定着方法による差異が不明確となるおそれがある。よって、－27－

実験ケース一覧を表１に示す．前節の定着方法のパターンと定着鉄筋に沿ったひび割れ幅をパラメータとフジタ技術研究報告 第 45 号

付着区間

④

SD390 D22

②

④

付着区間

③

(1)180゜フック

SD390 D22

①

①

非付着区間

非付着区間

②

ƒ³

r=3.0φ=3X22=66mm

SD390 D22

①

非付着区間

SD390 D22

①

非付着区間

SD390 D22

SD390 D22②②③(2) 180゜フック＋ダボ筋(3) 機械式定着 A(4) 機械式定着 B＋ダボ筋

図６ 定着方法（模擬ひび割れ面の試験体断面）表１ 実験ケース一覧

ダボ筋
ひずみゲージ

定着鉄筋

No.

アンボンド

1

区間

2

ダボ筋

せん断補強筋の定着部端部形状

初期ひび割れ幅(mm)

180゜フック

0.0

180゜フック（ふし横面）

0.0

なし

3

1.7

4

180°フック

0.0

5

1.7

180゜フック

あり

6

1.0

7

ピアノ線＋アクリル管

4.0

8
9

写真１ 下半コンクリート打設後の定着部の状態

なし

機械式定着具B

1.7

機械式定着具A

1.7（180°フック＋ダボ筋）

ロードセル

定着筋

フック先端変位
鉄筋ゲージ
9@100

ひずみゲージ

定着鉄筋
アンボンド区間定着具
ピアノ線＋アクリル管

ひび割れ幅変位

ピアノ線

写真２ 下半コンクリート打設後の定着部の状態

抜け出し変位計（機械式定着具 A）
して設定した。ひび割れ幅は、0mm、1mm、1.7mm、先端抜け出し変位

ひずみゲージ

4mm の４種類とした。なお、1.7mm はダボ筋降伏相当であり、実験時に模擬ひび割れ面近傍のダボ筋のひずみをモニタリングして決定した。ダボ筋がないひび割れ幅を有

加力方向

抜け出し変位するケース（No.3、No.9）は、ダボ筋降伏時相当のひび

定着筋の計測位置

割れ幅として、事前の検討結果からひび割れ幅 1.7mm

図７ 計測位置を目安にひび割れ開口を行った後に定着鉄筋の加力を行った。180°フックの加工方向は、鉄筋の横ふしがフッ3.6 実験方法

クの内外となるように曲げ加工している。No.2、No.3 は、試験体の計測位置を図７に示す。定着筋のひずみゲ

ふしの方向による影響を確認するために、ねじふし鉄のフージは、図６に示す丸番号位置の２～４カ所とした。定着

ラットな面がフックの内外となるように加工した。

鉄筋の引抜き荷重、抜け出し変位を計測した。

－28－

プレキャスト工法における鉄筋定着部の開発

加力前のひび割れ幅は、ひび割れ開口用のジャッキをは、ひび割れ幅 0mm の No.4 は耐力が No.1 より 5%増用いて所定のひび割れ幅となるよう制御し固定した。定着

加し、抜け出し量は 81%減少した。これは、最大耐力時

筋の引き抜き時には、引き抜き過程で逐次変化するひびのひび割れ幅が厳密に同条件ではないが、ダボ筋がひ割れ幅を制御することは行っていない。ひび割れ幅がダ

び割れ開口の変動を抑制し定着性能が向上したと考えら

ボ筋降伏時に相当する 1.7mm は、ダボ筋中央部のひずれる。No.5～7（180°フック＋ダボ筋、ひび割れ開口）でみが、鉄筋の引張試験結果から得られる降伏時のひず

は、ひび割れ幅の増大とともに最大耐力は対 No.1 で 182、420×10-6 を目標にひび割れの開口を行った。定～26%低下し、繰り返し時の変位は対 No.1 で 5～332％

着筋の引き抜き試験は、地震時の性能を確認するためにまで増加した。なお、実構造物では 180°フックは本実験

全て高応力繰り返しとし、土木学会 鉄筋定着・継手指針

では必ずしも発生ひび割れと平行に配筋されている場合

2)に準拠した。加力サイクルを図８に示す。載荷荷重は鉄だけではないため、今後、ひび割れに対して傾斜配置しfyn（390N/mm2）を基準として、上限応た場合、複数本の定着体に引張力が作用した場合など、

み筋の規格降強度力 0.95fyn と下限応力 0.02fyn で 30 回繰り返した後、最大更なる検討が必要であると考えられる。

耐力確認まで引き抜きを行った。
4.2 荷重～変位関係
ひび割れ幅の影響の比較のため図９を示す。ひび割れ

1.35f yn またはf un 以上

荷重Ｐ
(kN)

幅は加力過程で変動するものの、初期に設定したひび割

f yn
1回目

143.4

30回目

0.95f yn

れ幅に応じて剛性、伸び変位が大きくなる傾向にある。異形鉄筋の定着性能を考える上で、ひび割れ幅が最大耐力に与える影響が大きいことがわかる。
図１０に機械式定着具とフック試験体の比較を示す。機

1.5

0.85E 1c 以上

械 式 定 着 具 を 使 用 し た No.8 、 No.9 は ひ び 割 れ 幅

0.02f yn

1.7mm 前後で開始したにも関わらず、No.1 のフック試験εE 1c20εy かつ 0.04以上

体よりも抜け出し変位が著しく小さく、最大耐力は鉄筋母

図８ 加力サイクル 2)

材の引張強さとほぼ同じ値となった。特にダボ筋を併用した No.8 は最も小さい変位で最大耐力を示した。機械式§４．実験結果

定着具は鉄筋のふし高さよりも高い突起を有しており、ひび割れ幅が突起高さを超えるような状態までは、安定した構造性能を発揮するものと考えられる。

4.1 実験結果一覧
実験結果一覧を表２に示す。表中には高応力繰り返し
時の 1 回目と 30 回目の抜け出し変位量を示している。初4.3 定着部の破壊状況期に設定したひび割れ幅は、定着筋の引き抜き過程で変本実験では、模擬ひび割れ面で試験体コンクリートを動するため、最大耐力とともに、最大耐力時のひびわれ分割可能であるため、試験後の定着部を損傷させること幅も示している。No.4～No.7（180°フック＋ダボ筋）でなく観察が可能であった。試験後の定着体の状況を写真

表２ 実験結果一覧
高応力繰り返し上限応力時の抜け出し量
No.

ダボ筋

1
2

なし

3

せん断補強筋の定着部端部形状

初期ひび割れ幅
(mm)

1回目
（mm）

30回目
（mm）

最大耐力時

差分（30-1回目）(mm)

差分比（30-1回目）－対基準（No.1)－

１回目加力の
ピーク時
ひび割れ幅
(mm)

(kN)

比率 ひび割れ幅 抜け出し量（／No.1)(mm)（mm）

180゜フック

0.0

2.77

6.32

3.55

1.00

0.35

238.5 1.00

1.14

180゜フック（ふし横面）

0.0

4.03

8.51

4.48

1.26

0.87

159.5 0.67

1.08

9.29

137.6 0.58

1.56

24.49

規定荷重に到達不能 → 単調加力

1.7

22.43

4

0.0

1.10

1.78

0.68

0.19

0.16

250.4 1.05

0.59

7.35

5

1.7

14.30 22.06

7.76

2.19

2.22

177.3 0.74

2.38

24.28

6

あり

180゜フック

1.0

3.14

6.85

3.71

1.05

1.26

176.2 0.74

1.44

14.41

4.0

35.10 46.89

11.79

3.32

4.65

196.6 0.82

4.92

60.07

機械式定着具B

1.7

1.13

1.82

0.69

0.19

2.02

254.0 1.06

2.21

2.62

機械式定着具A

1.7

1.67

2.81

1.14

0.32

1.94

250.2 1.05

2.11

4.02

7
8
9

なし

－29－

フジタ技術研究報告 第 45 号

（180°フック＋ダボ）は、ダボ筋を下端としフックに囲まれ300

引抜き荷重(kN)

250

鉄筋最大荷重 253kN

る円形のコンクリートがコーン状に破壊し、フック先端の抜

鉄筋降伏荷重 178kN

け出しも確認できる。

200

No.8（機械式定着具 B＋ダボ）は、ダボを中心としたコ

150

ンクリートの破壊であり、突起と反対側のコンクリートは損No1フック0mm

100

傷が軽微であった。一方、No.9（機械式定着具 A）は、定No4フックダボ0mm
No6フックダボ1.0mm

50

着具の上方のコンクリートが近傍のみ破壊していた。

No5フックダボ1.7mm
No7フックダボ4.0mm

0
0

10

20

30
40
変位(mm)

50

60

70

§５．結論

図９ 荷重～変位関係（ひび割れ幅の影響）
SRC 中空橋脚のせん断補強筋定着部の合理化案を

300
No1フック0mm
No8機械式定着具Bダボ1.7mm

引抜き荷重(kN)250

No5フックダボ1.7mm
No9機械式定着具A1.7mm

検討し、定着鉄筋に平行なひび割れを有する鉄筋定着

鉄筋最大荷重 253kN

体の引き抜き試験により以下のような結論が得られた。

200

鉄筋降伏荷重 178kN(1) 180°フックはひび割れの幅の増大に応じて耐力は150低下し、抜け出し量も増加する。

100(2) 定着鉄筋と直交するダボ筋は、定着性能を著しく低下

50

させる要因となるひび割れ幅の抑制に効果があり、定

0
0

5

10

15

20

25

変位(mm)

着性能向上が期待できる。
(3) 機械式定着具を使用した定着体は、抜け出し量がほ

図 10 荷重～変位関係（定着形態の影響）

とんど発生しなかった。
ずれによる
ひび割れ

抜け出し

コーン状の
ひび割れ

抜け出し

(4) ひび割れを考慮した本実験から、せん断補強筋の定着位置は外周のせん断補強筋との位置関係に依存しないため、本提案の定着方法は採用可能である。
なお、本研究はランデス（株）、東栄コンクリート工業（株）との共同研究であり、高知工科大学 島弘教授、（株）コムスエンジニアリング 土屋智史氏の指導を受けて

横ふし間
平滑化

実施された。関係各位に深謝する次第である。

写真３ No.1 試験体

写真４ No.6 試験体（180°フック）（180°フック＋ダボ筋）

ダボを中心と
した破壊

参考文献

定着具上方
の破壊

1) ３H 工法研究会：プレハブ・複合部材を用いた山岳部橋
梁の下部工の設計・施工技術の開発に関する共同研究

損傷
軽微報告書―研究開発報告書―, 1999.4
2) 土木学会：鉄筋定着・継手指針［2007 年版］2007.8
3) SRC 中空橋脚におけるせん断補強筋の定着に関する実験的検討, 土木学会 構造工学論文集 Vol.55A, pp1094～1101, 2009.03

写真５ No.8 試験体

写真６ No.9 試験体(機械式定着具 B+ダボ筋)（機械式定着具 A）

ひ と こ と今回検証した合理化案は、中空高橋脚工法のプレキャスト化普及

３～５に示す．No.1（180°フック、ひび割れ幅 0mm）は、のために必要となるコストダウンに

フックに沿ったコンクリートがずれたようなひび割れが認め有効な方法です。今後は採用実績られる。フックの抜け出しによりフック内側表面は、横ふしを挙げ、更なる合理化の検討につ間のモルタル分とともに黒く平滑になっていた。No.6

平野 勝識

－30－

なげてゆきたいと考えます。