JP6180775B2 - 鋼管・コンクリート複合構造橋脚 - Google Patents

Description

本発明は、主として高橋脚に適用される鋼管・コンクリート複合構造橋脚に関する。

橋脚を構築するにあたり、高さの低い橋脚であればともかく、高橋脚を鉄筋コンクリート構造で構築しようとすると、輻輳する鉄筋の配筋作業や型枠の組立及び撤去作業に多くの時間を要するため、高強度と急速施工の要請に応えることができない。

そのため、中空鋼管とその周囲に打設形成されたコンクリート体とからなる鋼管・コンクリート複合構造橋脚を滑動型枠装置を用いて構築する施工方法が広く採用されており、かかる施工方法によれば、溶接による接合が容易でなおかつ曲げ及びせん断耐力が大きい中空鋼管に鉄筋の一部を代替させることで該鉄筋の配筋量を少なくするとともに、先行建込みされた中空鋼管に滑動型枠装置を吊り下げることでスリップフォーム工法による施工を行い、さらには、横筋としてＰＣストランドを採用することにより、巻付け機による効率的な巻付けが可能となるため、高橋脚を急速施工することができる。

特許第２５９１４２２号公報

このように、橋脚本体については、中空鋼管やＰＣストランドを用いつつ、スリップフォーム工法で施工することにより、鉄筋工事、型枠工事及びコンクリート工事の作業性を格段に向上させることができる。

一方、中空鋼管とフーチングとが取り合う箇所では、中空鋼管の周囲に補強筋を配置した上、該補強筋を取り囲むように建て込まれた型枠内にコンクリートを打設するという一般的な鉄筋コンクリート工事の手順で施工が行われるが、高橋脚の場合、脚部に生じる曲げモーメントや引抜き力が大きくなり、その分、中空鋼管とフーチングの接合部に高い強度が要求される。

しかしながら、橋脚の高さに見合った定着強度を得るには、特許文献１に記載されているように、中空鋼管のうち、フーチングに埋設される範囲に、ピッチ４０ｍｍ程度以下、高さ２．５ｍｍ程度以上のスパイラル状のリブを外周面に突設するとともに、該リブに対向するように、縦筋及びスパイラル筋からなる補強筋を中空鋼管の周囲に配筋しなければならず、それゆえ、中空鋼管の周囲で鉄筋が複雑に交錯し、フーチングの鉄筋コンクリート工事に時間がかかるという問題や、中空鋼管の製作コストが高くなるという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、中空鋼管の脚部を高い強度でフーチングに定着可能で作業性にも優れなおかつ中空鋼管の製作コストを低減可能な鋼管・コンクリート複合構造橋脚を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚は請求項１に記載したように、フーチングと該フーチングに立設された橋脚本体とを備えるとともに、該橋脚本体を、鋼管群として複数立設された中空鋼管とそれらの周囲に配置されたコンクリート体とで構成した鋼管・コンクリート複合構造橋脚において、
前記コンクリート体を、前記橋脚本体の表面側近傍に沿って建て込まれた縦筋と前記鋼管群を取り囲むように該縦筋の外側に巻回された引張材と前記縦筋及び前記引張材が埋設されるように前記中空鋼管の周囲に打設されたコンクリートとで構成するとともに、前記中空鋼管をその下端が前記フーチングに埋設されるように該フーチングに接合し、前記中空鋼管の管壁のうち、前記フーチングに埋設される範囲に該中空鋼管の内外を連通させる連通孔を設け、該連通孔に満たされたコンクリートを介して前記中空鋼管内のコンクリートと該中空鋼管の周囲に拡がるコンクリートとを一体化させたものである。

また、本発明に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚は、前記連通孔にロッド状部材を挿通配置したものである。

また、本発明に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚は、前記ロッド状部材が前記連通孔の近傍にのみ延びるように該ロッド状部材を短鉄筋で構成したものである。

本発明に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚においては、中空鋼管をその下端がフーチングに埋設されるように該フーチングに接合するにあたり、中空鋼管の管壁のうち、フーチングに埋設される範囲に該中空鋼管の内外を連通させる連通孔を設けるとともに、該連通孔に満たされたコンクリートを介して中空鋼管内のコンクリートと該中空鋼管の周囲に拡がるコンクリートとを一体化させてある。

このようにすると、中空鋼管に引抜き又は曲げによる引張力が作用したとき、中空鋼管には、その外周面のみならず、内周面にもコンクリートからの付着応力が作用するとともに、連通孔に満たされたコンクリートが、それに一体化された中空鋼管内外のコンクリートに対してせん断抵抗するため、従来のように、リブ付き鋼管を用いたりその周囲に補強筋を配置したりせずとも、中空鋼管を高い強度でフーチングに定着することができる。

加えて、中空鋼管の内部空間のうち、フーチングに埋設される範囲には、中空鋼管の管壁に応力集中が生じて局部座屈を生じることがないよう、コンクリートを充填して剛性を高める必要があるが、上述のように構成すれば、コンクリート打設の際、連通孔を介してコンクリートを流出入させることができるため、中空鋼管内へのコンクリートの充填性や作業性を高めることも可能となる。

ここで、フーチングへの中空鋼管の定着強度が上述の構成では十分でない場合、上述の連通孔にロッド状部材を挿通配置した構成を採用することができる。

かかる構成によれば、連通孔に挿通配置されたロッド状部材がシアキーとして作用するため、フーチングへの中空鋼管の定着強度はさらに向上する。

ロッド状部材は、管壁に対してほぼ垂直となるように連通孔に挿通配置するのが望ましい。

また、本発明に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚によれば、フーチングにおける鉄筋コンクリート工事の作業性が大幅に改善されるため、橋脚本体の工事を早期に開始することが可能となる。

本実施形態に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚を示した全体図であり、(a)は橋軸方向から見た鉛直断面図、(b)は橋軸直交方向(Ａ−Ａ線方向)から見た矢視図。 本実施形態に係る鋼管とフーチングの接合構造を示した全体図であり、(a)は側面図、(b)は鉛直断面図。 本実施形態に係る鋼管とフーチングの接合構造の作用を示した説明図。 変形例に係る鋼管とフーチングの接合構造を示した全体図であり、(a)は側面図、(b)は鉛直断面図、(c)はＢ−Ｂ線に沿う水平断面図。 変形例に係る鋼管とフーチングの接合構造の作用を示した説明図。

以下、本発明に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚を示した全体図であり、(a)は橋軸方向から見た鉛直断面図、(b)は橋軸直交方向（Ａ−Ａ線方向）から見た矢視図である。

これらの図でわかるように、本実施形態に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚１は、地盤２内に造成された鉄筋コンクリートからなるフーチング３、該フーチングに立設された橋脚本体４及び該橋脚本体の上端に架け渡された上部工である橋桁５で構成してある。

橋脚本体４は、フーチング３から立ち上げられ地表面からＨ₁の高さ区間に延設された本体下部４ａと、その上方のＨ₂の高さ区間に延設された本体中間部４ｂと、その上方のＨ₃の高さ区間に延設された本体上部４ｃとで構成してあり、本体下部４ａは、フーチング３に立設された複数の中空鋼管６と、それらの周囲に配置された鉄筋コンクリートからなるコンクリート体７ａとで構成してあるとともに、中空鋼管６は、橋軸方向に沿って２列、橋軸直交方向に沿って４列となるように鋼管群として配置してある。

また、本体中間部４ｂは、本体下部４ａから延びる複数の中空鋼管６及びそれらの周囲に配置されたコンクリート体７ｂで、本体上部４ｃは、本体中間部４ｂから延びる複数の中空鋼管６及びそれらの周囲に配置されたコンクリート体７ｃでそれぞれ構成してある。

コンクリート体７ｂ，７ｃは、橋脚本体４ｂ，４ｃの表面側近傍に沿って建て込まれた縦筋の外側に複数の中空鋼管６からなる鋼管群を取り囲むように、ＰＣストランド等で構成された引張材を巻回した上、それらが埋設されるように中空鋼管６の周囲にコンクリートを打設することで適宜構成すればよい。

図２は、中空鋼管６とフーチング３との接合部を本実施形態に係る鋼管とフーチングの接合構造２１として示したものである。同図に示すように、中空鋼管６は、その下端がフーチング３に埋設されるように該フーチングに接合してあるとともに、該中空鋼管の管壁２２のうち、フーチング３に埋設される範囲に中空鋼管６の内外を連通させる連通孔２３を設け、該連通孔に満たされたコンクリートを介して、中空鋼管６内のコンクリート２４と該中空鋼管の周囲に拡がるコンクリート２５を一体化させてある。

連通孔２３は、該連通孔に満たされ固化したコンクリートとそれに一体化された中空鋼管６の内外のコンクリートとの間でせん断力が伝達されるように、その大きさやピッチを適宜設定する。

本実施形態に係る鋼管とフーチングの接合構造２１を構築するには、まず、一般的なフーチングの造成手順に従って地盤２を掘り下げるとともに掘り下げられた底面を適宜底付けし、しかる後、図２に示す下端筋２６を配筋するとともに、中空鋼管６を仮受けするための架台（図示せず）をその載置面が該中空鋼管の下端位置となるように設置する。

次に、中空鋼管６を架台上に据え付け、次いで上端筋２７を配筋する。なお、本実施形態では、中空鋼管６を取り囲む補強筋の配筋作業は不要である。

次に、型枠（図示せず）を適宜建て込んだ後、該型枠の内側にコンクリートを打設してフーチング３の造成を完了する。

コンクリートを打設する際には、中空鋼管６の外側に投入されたコンクリートを中空鋼管６の管壁２２に形成された連通孔２３を介して該中空鋼管の内部に流入させ、又はその逆方向に流出させるようにしてもよいが、コンクリートの品質を確保するためには、中空鋼管６の外側と内側にそれぞれコンクリートを投入し、それらを個別に締め固めつつ、連通孔２３にもコンクリートが連続して満たされるようにするのが望ましい。

本実施形態に係る鋼管とフーチングの接合構造２１においては、中空鋼管６に引抜き又は曲げによる引張力が作用したとき、中空鋼管６には、図３に示すようにその外周面（同図右側の面）のみならず、内周面（同図左側の面）にもコンクリートからの付着応力や周面摩擦力が作用するとともに、中空鋼管６内のコンクリート２４と該中空鋼管の周囲に拡がるコンクリート２５が、連通孔２３に満たされたコンクリート３１を介して一体化されているため、コンクリート２４，２５からのせん断力がコンクリート３１に作用し（太い矢印で図示）、さらに連通孔２３へと伝達する。

以上説明したように、本実施形態に係る鋼管とフーチングの接合構造２１によれば、中空鋼管６の管壁２２のうち、フーチング３に埋設される範囲に中空鋼管６の内外を連通させる連通孔２３を設け、該連通孔に満たされたコンクリート３１を介して、中空鋼管６内のコンクリート２４と該中空鋼管の周囲に拡がるコンクリート２５とを一体化させるようにしたので、中空鋼管６に引張力が作用したとき、該中空鋼管の内周面及び外周面には、コンクリート２４，２５からの付着応力や周面摩擦力が反力として作用するとともに、連通孔２３には、コンクリート３１を介してコンクリート２４，２５からのせん断力が反力として作用する。

そのため、従来のように、リブ付き鋼管を用いたりその周囲に補強筋を配置したりせずとも、中空鋼管６を高い強度でフーチング３に定着することが可能となる。

加えて、中空鋼管６の内部空間のうち、フーチング３に埋設される範囲には、中空鋼管６の管壁２２に応力集中が生じて局部座屈を生じることがないよう、コンクリートを充填して剛性を高める必要があるが、上述のように構成すれば、コンクリート打設の際、連通孔２３を介してコンクリートを流出入させることができるため、中空鋼管６内へのコンクリートの充填性や作業性を高めることも可能となる。

また、本実施形態に係る鋼管・コンクリート複合構造橋脚１によれば、上述した鋼管とフーチングの接合構造２１の作用により、フーチング３における鉄筋コンクリート工事の作業性が大幅に改善されることとなり、かくして橋脚本体４の工事を早期に開始することが可能となる。

本実施形態では特に言及しなかったが、フーチング３への中空鋼管６の定着強度が上述の構成では十分でない場合、図４に示した変形例を採用することができる。

同図に示した変形例に係る鋼管とフーチングの接合構造４１は、上述した実施形態と同様、中空鋼管６をその下端がフーチング３に埋設されるように該フーチングに接合するとともに、中空鋼管６の管壁２２のうち、フーチング３に埋設される範囲に中空鋼管６の内外を連通させる連通孔２３を設け、該連通孔に満たされたコンクリートを介して中空鋼管６内のコンクリート２４と該中空鋼管の周囲に拡がるコンクリート２５とを一体化させてあるが、本変形例では、ロッド状部材としての短鉄筋４２を、管壁２２に対してほぼ垂直となるように連通孔２３に挿通配置してある。

かかる構成において中空鋼管６に引張力が作用したときも上述の実施形態と同様、図５に示すように、中空鋼管６の内周面及び外周面にコンクリート２４，２５からの付着応力や周面摩擦力が反力として作用するとともに（細い矢印で図示）、連通孔２３には、コンクリート３１を介してコンクリート２４，２５からのせん断力が反力として作用するが（太い矢印で図示）、これらに加え、連通孔２３に挿通配置された短鉄筋４２がシアキーとして作用するため（白抜きの矢印で図示）、フーチング３への中空鋼管６の定着強度はさらに向上する。

１ 鋼管・コンクリート複合構造橋脚
３ フーチング
４ 橋脚本体
６ 中空鋼管（鋼管群）
７ａ，７ｂ コンクリート体
２１，４１ 鋼管とフーチングの接合構造
２２ 管壁
２３ 連通孔
３１，２４，２５ コンクリート
４２ 短鉄筋（ロッド状部材）

Claims (3)

1. フーチングと該フーチングに立設された橋脚本体とを備えるとともに、該橋脚本体を、鋼管群として複数立設された中空鋼管とそれらの周囲に配置されたコンクリート体とで構成した鋼管・コンクリート複合構造橋脚において、
   前記コンクリート体を、前記橋脚本体の表面側近傍に沿って建て込まれた縦筋と前記鋼管群を取り囲むように該縦筋の外側に巻回された引張材と前記縦筋及び前記引張材が埋設されるように前記中空鋼管の周囲に打設されたコンクリートとで構成するとともに、前記中空鋼管をその下端が前記フーチングに埋設されるように該フーチングに接合し、前記中空鋼管の管壁のうち、前記フーチングに埋設される範囲に該中空鋼管の内外を連通させる連通孔を設け、該連通孔に満たされたコンクリートを介して前記中空鋼管内のコンクリートと該中空鋼管の周囲に拡がるコンクリートとを一体化させたことを特徴とする鋼管・コンクリート複合構造橋脚。
2. 前記連通孔にロッド状部材を挿通配置した請求項１記載の鋼管・コンクリート複合構造橋脚。
3. 前記ロッド状部材が前記連通孔の近傍にのみ延びるように該ロッド状部材を短鉄筋で構成した請求項２記載の鋼管・コンクリート複合構造橋脚。

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