JP6970883B2 - 鋼コンクリート合成構造材 - Google Patents

Description

本発明は、鋼コンクリート合成構造材に関し、特に、鋼材とコンクリート材とのずれを低減可能な鋼コンクリート合成構造材に関する。

鋼コンクリート合成構造材は、鋼材とコンクリート材とを一体に構成したものであり、耐久性、施工性等に優れている。かかる鋼コンクリート合成構造材は、例えば、橋梁の床版、トンネルのセグメント、鋼構造物の壁材等の分野において使用されている。

例えば、特許文献１〜３に記載されたように、鋼コンクリート合成床版は、底鋼板上に配置されたリブ（一般に、長手方向のリブを縦リブ、短手方向のリブを横リブと称する。）やスタッドジベルを備えた鋼層と、該鋼層上に打設されたコンクリート層と、を備えている。なお、「リブ」は床版の剛性を補う部材であることから「補剛材」と称し、「スタッドジベル」は鋼層とコンクリート層とのずれを低減する部材であることから「ずれ止め」と称することもある。

鋼材とコンクリート材との間にずれが生じた場合には、鋼コンクリート合成構造材の機能が低下したり、劣化を早めたりすることとなることから、鋼材とコンクリート材とのずれを低減したいというニーズがある。一般に、スタッドジベル等のずれ止めを増やせば、鋼材とコンクリート材とのずれを低減することができるものの、部品点数や作業工数が増加しコスト高になってしまうという問題がある。

また、特許文献３に記載されたように、横リブに縦方向のリブを設けることにより、コンクリートの拘束力を高めて、スタッドジベルを省略することも既に提案されている。

特開２０１１−１５７７３３号公報 特開２０１３−１１１０７号公報 特開２０１７−７２０１８号公報

一方、リブ等の補剛材が底鋼板に平行な平面（例えば、形鋼のフランジ部分）を有する場合には、その先端部分からコンクリート層に亀裂（ひび割れ）が生じ易いという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、コンクリート層の劣化を抑制しつつ、鋼材とコンクリート材との間のずれを低減することができる、鋼コンクリート合成構造材を提供することを目的とする。

本発明によれば、鋼層を形成する鋼板と、該鋼板上に配置された補剛材と、を含む鋼構造材と、前記補剛材を埋め込むように打設され前記鋼構造材上にコンクリート層を形成するコンクリート材と、を備え、前記補剛材は、ウェブとフランジとを備えた形鋼により構成されるとともに、前記補剛材の長手方向に沿って配置された複数の仕切板を備え、前記複数の仕切板は、前記フランジの先端を超えた位置まで延設され前記コンクリート層に亀裂を生じさせる起点となる先端を備えた所定の横幅を有する第一仕切板と、前記フランジの先端を超えない位置まで延設され前記第一仕切板よりも小さい横幅を有する第二仕切板と、を含み、前記第一仕切板と前記第二仕切板とは交互に配置されている、ことを特徴とする鋼コンクリート合成構造材が提供される。

前記複数の仕切板は、前記ウェブ又は前記フランジの何れか一方に対して隙間を有するように配置されていてもよい。

前記複数の仕切板は、開口部を有していてもよい。

前記補剛材は、前記フランジに形成された開口部を有していてもよい。

上述した本発明に係る鋼コンクリート合成構造材によれば、補剛材に複数の仕切板を配置したことにより、鋼構造材によるコンクリート材の拘束力を向上させることができ、鋼構造材とコンクリート材との間のずれを低減することができる。また、仕切板をフランジの先端を超えた位置まで延設したことにより、コンクリート層に亀裂（ひび割れ）を生じさせる起点を部分的に移動させることができ、亀裂（ひび割れ）の進展を抑制することができ、コンクリート層の劣化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る鋼コンクリート合成構造材を示す平面図である。 図１に示したＩＩ部を示す拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図、である。 鋼構造材の変形例を示す平面図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例、を示している。 鋼構造材の変形例を示す断面図であり、（ａ）は第４変形例、（ｂ）は第５変形例、（ｃ）は第６変形例、（ｄ）は第７変形例、（ｅ）は第８変形例、（ｆ）は第９変形例、を示している。 鋼構造材の変形例を示す断面図であり、（ａ）は第１０変形例、（ｂ）は第１１変形例、（ｃ）は第１２変形例、（ｄ）は第１３変形例、（ｅ）は第１４変形例、を示している。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図５（ｅ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係る鋼コンクリート合成構造材を示す平面図である。図２は、図１に示したＩＩ部を示す拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図、である。なお、説明の便宜上、図１において、コンクリート層の一部を切り欠いた状態を図示している。

本発明の一実施形態に係る鋼コンクリート合成構造材１は、図１〜図２（ｂ）に示したように、鋼層を形成する鋼板２１と、該鋼板２１上に配置された補剛材２２と、を含む鋼構造材２と、補剛材２２を埋め込むように打設され鋼構造材２上にコンクリート層を形成するコンクリート材３と、を備え、補剛材２２は、ウェブ２２ｗとフランジ２２ｆとを備えた溝形鋼により構成されるとともに、補剛材２２の長手方向に沿って配置された複数の仕切板２３を備え、仕切板２３は、フランジ２２ｆの先端を超えた位置まで延設された第一仕切板２３ａと、フランジ２２ｆの先端を超えない位置まで延設された第二仕切板２３ｂと、を備えている。

鋼コンクリート合成構造材１は、例えば、橋梁の床版、トンネルのセグメント、鋼構造物の壁材等に使用される。鋼コンクリート合成構造材１は、例えば、図１に示したように、矩形の板材形状を有し、鋼層とコンクリート層とを上下に積層した構造を有している。鋼層は、鋼コンクリート合成構造材１の一面を形成する鋼板２１（例えば、床版の底鋼板）によって構成される。補剛材２２は、鋼板２１の剛性を高める補強部材であるとともに、コンクリート層との一体性を高める結合部材でもある。

鋼構造材２は、例えば、図１に示したように、補剛材２２が配置されている。一般に、短手方向（図のＸ軸方向）に沿って配置された補剛材２２を横リブと称する。本実施形態では、仕切板２３は、横リブを構成する補剛材２２に配置されている。なお、鋼構造材２は、鋼板２１上に配置されたスタッドジベル２４等のずれ止めを備えていてもよい。

コンクリート材３は、鋼構造材２上に打設され、例えば、図２（ｂ）に示したように、補剛材２２はコンクリート材３内に埋め込まれる。したがって、打設時にコンクリート材３を補剛材２２の周囲に流し込んでコンクリート材３を固化させると、コンクリート材３が鋼構造材２に結合することとなる。なお、図２（ｂ）において、説明の便宜上、コンクリート材３を透過させて第一仕切板２３ａを図示している。

補剛材２２は、例えば、図２（ｂ）に示したように、溝形鋼によって構成される。したがって、補剛材２２は、一枚のウェブ２２ｗと一対のフランジ２２ｆとを有している。ウェブ２２ｗの下端に配置されたフランジ２２ｆは鋼板２１に固定されている。ウェブ２２ｗの上端に配置されたフランジ２２ｆはウェブ２２ｗとともにコンクリート材３内に埋め込まれる。

複数の仕切板２３は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、補剛材２２のウェブ２２ｗ及びフランジ２２ｆによって囲まれた長手方向（図のＸ軸方向）に延びる空間をＸ軸に略垂直な面を形成するように、一定の間隔で配置される。第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂは、例えば、ウェブ２２ｗ及びフランジ２２ｆの内側に沿って固定される矩形形状を有している。なお、図２（ａ）では、説明の便宜上、コンクリート材３を省略し、鋼構造材２のみを図示している。

また、図２（ａ）に示したように、第一仕切板２３ａは、フランジ２２ｆの幅よりも大きい横幅Ｗ１を有し、第二仕切板２３ｂはフランジ２２ｆの幅に略等しい横幅Ｗ２を有している。したがって、図示したように、第一仕切板２３ａは、フランジ２２ｆの先端から超えた位置まで延設され、第二仕切板２３ｂはフランジ２２ｆの先端を超えないように延設される。
なお、第二仕切板２３ｂの横幅Ｗ２は、フランジ２２ｆの幅よりも小さく設定されていてもよい。また、第一仕切板２３ａの突出量は、補剛材２２の大きさや第一仕切板２３ａの板厚等の条件によって任意に設計される。また、配置される位置によって第一仕切板２３ａの突出量を異なる大きさに設計してもよい。

本実施形態では、図１及び図２（ａ）に示したように、第一仕切板２３ａと第二仕切板２３ｂとは交互に配置されている。ただし、かかる配置に限定されるものではなく、例えば、一対の第一仕切板２３ａの間に複数枚の第二仕切板２３ｂを配置するようにしてもよいし、一対の第二仕切板２３ｂの間に複数枚の第一仕切板２３ａを配置するようにしてもよい。

このように、補剛材２２に複数の仕切板２３（第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂ）を配置したことにより、鋼構造材２によるコンクリート材３の拘束力を向上させることができ、鋼構造材２とコンクリート材３との間のずれを低減することができる。また、補剛材２２に仕切板２３を配置することによって、スタッドジベル２４等のずれ止めを省略することもでき、鋼コンクリート合成構造材１のコストダウンを図ることもできる。

ところで、補剛材２２をコンクリート層に埋設した場合、フランジ２２ｆの先端からコンクリート層に亀裂（ひび割れ）が生じやすい。すなわち、補剛材２２を有する鋼コンクリート合成構造材１は、フランジ２２ｆの先端Ｐ１を起点として、図２（ｂ）に示した線分Ｌ１に沿って亀裂（ひび割れ）が生じやすい。また、先端Ｐ１から生じた亀裂（ひび割れ）は、図２（ａ）のＸ軸方向に進展することとなる。

本実施形態では、第一仕切板２３ａをフランジ２２ｆの先端Ｐ１を超えた位置まで延設したことにより、第一仕切板２３ａを配置した部分におけるコンクリート層に亀裂（ひび割れ）を生じさせる起点を第一仕切板２３ａの先端Ｐ２に移動させることができる。したがって、先端Ｐ１から生じた亀裂（ひび割れ）が、図のＸ軸方向に進展しようとした場合であっても、途中で起点の位置がずれていることによって、亀裂（ひび割れ）の進展を抑制することができ、コンクリート層の劣化を抑制することができる。

ここで、鋼構造材２の変形例について、図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照しつつ説明する。図３は、鋼構造材の変形例を示す平面図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例、を示している。なお、各図において、コンクリート材３を省略し、鋼構造材２のみを図示している。

図３（ａ）に示した第１変形例は、補剛材２２のフランジ２２ｆに開口部２２ｈを形成したものである。補剛材２２に第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂを配置した場合、これらの仕切板２３と補剛材２２とによって囲まれた空間が形成されることから、開口部２２ｈを形成することによって、コンクリート打設時にコンクリートの流動性を向上させることができる。また、補剛材２２の上方のフランジ２２ｆに開口部２２ｈを形成することによって、空気抜き用の孔として利用することもでき、コンクリート層の欠陥を低減することもできる。

なお、図３（ａ）では、開口部２２ｈを第二仕切板２３ｂの根元部分に形成しているが、かかる位置に限定されるものではない。例えば、開口部２２ｈは、第一仕切板２３ａの根元部分に形成されていてもよいし、第一仕切板２３ａと第二仕切板２３ｂとの中間部に形成されていてもよい。

図３（ｂ）に示した第２変形例は、仕切板２３の全てを第一仕切板２３ａで構成したものである。このように、全ての仕切板２３をフランジ２２ｆの先端を超えた位置まで延設した第一仕切板２３ａに構成した場合であっても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

図３（ｃ）に示した第３変形例は、補剛材２２のフランジ２２ｆが存在しない部分のウェブ２２ｗに第三仕切板２３ｃを配置したものである。図示した変形例では、図２（ａ）に示した第二仕切板２３ｂの裏側に相当する位置に第三仕切板２３ｃを配置し、第二仕切板２３ｂを省略している。このように、補剛材２２のウェブ２２ｗに背面に第三仕切板２３ｃを配置した場合であっても、鋼構造材２によるコンクリート材３の拘束力を向上させることができる。また、第二仕切板２３ｂを残したまま第三仕切板２３ｃを配置するようにしてもよいし、第一仕切板２３ａの裏側に第三仕切板２３ｃを配置するようにしてもよい。

次に、鋼構造材２の変形例について、図４（ａ）〜図４（ｆ）を参照しつつ説明する。図４は、鋼構造材の変形例を示す断面図であり、（ａ）は第４変形例、（ｂ）は第５変形例、（ｃ）は第６変形例、（ｄ）は第７変形例、（ｅ）は第８変形例、（ｆ）は第９変形例、を示している。なお、各図において、コンクリート材３を省略し、鋼構造材２のみを図示している。

図４（ａ）に示した第４変形例は、仕切板２３に開口部２３ｈを形成したものである。開口部２３ｈは、第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂの両方に形成されていてもよいし、何れか一方にのみ形成されていてもよい。かかる開口部２３ｈを形成することにより、仕切板２３と補剛材２２とによって囲まれた空間におけるコンクリート打設時のコンクリートの流動性を向上させることができる。

図４（ｂ）に示した第５変形例は、仕切板２３と上方のフランジ２２ｆとの間に隙間２３ｓを形成したものである。隙間２３ｓは、第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂの両方に形成されていてもよいし、何れか一方にのみ形成されていてもよい。かかる隙間２３ｓを形成することにより、仕切板２３と補剛材２２とによって囲まれた空間におけるコンクリート打設時のコンクリートの流動性を向上させることができる。

図４（ｃ）に示した第６変形例は、仕切板２３と下方のフランジ２２ｆとの間に隙間２３ｔを形成したものである。隙間２３ｔは、第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂの両方に形成されていてもよいし、何れか一方にのみ形成されていてもよい。かかる隙間２３ｔを形成することにより、仕切板２３と補剛材２２とによって囲まれた空間におけるコンクリート打設時のコンクリートの流動性を向上させることができる。また、図示したように、第一仕切板２３ａの高さと第二仕切板２３ｂの高さとを異なる大きさに形成してもよい。

図４（ｄ）に示した第７変形例は、仕切板２３とウェブ２２ｗとの間に隙間２３ｕを形成したものである。隙間２３ｕは、第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂの両方に形成されていてもよいし、何れか一方にのみ形成されていてもよい。かかる隙間２３ｕを形成することにより、仕切板２３と補剛材２２とによって囲まれた空間におけるコンクリート打設時のコンクリートの流動性を向上させることができる。

図４（ｅ）に示した第８変形例は、第一仕切板２３ａを三角形状に形成したものである。三角形状の第一仕切板２３ａは、例えば、上方のフランジ２２ｆに固定される。かかる構成により、第一仕切板２３ａの下方に隙間２３ｔを形成し、第二仕切板２３ｂの上方に隙間２３ｓを形成することができる。

図４（ｆ）に示した第９変形例は、第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂを三角形状に形成するとともに、第一仕切板２３ａを上方のフランジ２２ｆに固定し、第二仕切板２３ｂを下方のフランジ２２ｆに配置したものである。かかる構成によっても、鋼構造材２におけるコンクリート層の拘束力を保持しつつ、コンクリート流動性を向上させることができる。

次に、鋼構造材２の変形例について、図５（ａ）〜図５（ｅ）を参照しつつ説明する。図５は、鋼構造材の変形例を示す断面図であり、（ａ）は第１０変形例、（ｂ）は第１１変形例、（ｃ）は第１２変形例、（ｄ）は第１３変形例、（ｅ）は第１４変形例、を示している。なお、各図において、コンクリート材３を省略し、鋼構造材２のみを図示している。

図５（ａ）に示した第１０変形例は、補剛材２２をＬ形鋼（山形鋼）によって構成したものである。補剛材２２をＬ形鋼によって構成した場合には、フランジ２２ｆを上方に配置してウェブ２２ｗの先端を鋼板２１に固定する。そして、鋼板２１とＬ形鋼とにより囲まれた空間に仕切板２３（第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂ）が配置される。なお、仕切板２３の配置は、図示した構成に限定されるものではなく、上述した変形例に示したものを適宜適用することができる。

図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示した変形例は、補剛材２２をＨ形鋼によって構成したものである。補剛材２２をＨ形鋼によって構成した場合には、上述した実施形態と同様に、下方のフランジ２２ｆを鋼板２１に固定する。そして、ウェブ２２ｗとフランジ２２ｆとにより囲まれた空間に仕切板２３（第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂ）が配置される。なお、仕切板２３の配置は、図示した構成に限定されるものではなく、上述した変形例に示したものを適宜適用することができる。

また、補剛材２２をＨ形鋼によって構成した場合、図５（ｂ）に示した第１１変形例のように、片側にのみ仕切板２３（第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂ）を配置するようにしてもよいし、図５（ｃ）に示した第１２変形例のように、両側に仕切板２３（第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂ）を配置するようにしてもよい。なお、補剛材２２をＩ形鋼で構成した場合も同様である。

図５（ｄ）及び図５（ｅ）に示した変形例は、補剛材２２をＴ形鋼によって構成したものである。補剛材２２をＴ形鋼によって構成した場合には、フランジ２２ｆを上方に配置してウェブ２２ｗの先端を鋼板２１に固定する。そして、鋼板２１とＴ形鋼とにより囲まれた空間に仕切板２３（第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂ）が配置される。なお、仕切板２３の配置は、図示した構成に限定されるものではなく、上述した変形例に示したものを適宜適用することができる。

また、補剛材２２をＴ形鋼によって構成した場合、図５（ｄ）に示した第１３変形例のように、片側にのみ仕切板２３（第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂ）を配置するようにしてもよいし、図５（ｅ）に示した第１４変形例のように、両側に仕切板２３（第一仕切板２３ａ及び第二仕切板２３ｂ）を配置するようにしてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 鋼コンクリート合成構造材
２ 鋼構造材
３ コンクリート材
２１ 鋼板
２２ 補剛材
２２ｆ フランジ
２２ｈ 開口部
２２ｗ ウェブ
２３ 仕切板
２３ａ 第一仕切板
２３ｂ 第二仕切板
２３ｃ 第三仕切板
２３ｈ 開口部
２３ｓ，２３ｔ，２３ｕ 隙間
２４ スタッドジベル

Claims (4)

1. 鋼層を形成する鋼板と、該鋼板上に配置された補剛材と、を含む鋼構造材と、
   前記補剛材を埋め込むように打設され前記鋼構造材上にコンクリート層を形成するコンクリート材と、を備え、
   前記補剛材は、ウェブとフランジとを備えた形鋼により構成されるとともに、前記補剛材の長手方向に沿って配置された複数の仕切板を備え、
   前記複数の仕切板は、前記フランジの先端を超えた位置まで延設され前記コンクリート層に亀裂を生じさせる起点となる先端を備えた所定の横幅を有する第一仕切板と、前記フランジの先端を超えない位置まで延設され前記第一仕切板よりも小さい横幅を有する第二仕切板と、を含み、
   前記第一仕切板と前記第二仕切板とは交互に配置されている、
   ことを特徴とする鋼コンクリート合成構造材。
2. 前記複数の仕切板は、前記ウェブ又は前記フランジに対して隙間を有するように配置されている、請求項１に記載の鋼コンクリート合成構造材。
3. 前記複数の仕切板は、開口部を有する、請求項１に記載の鋼コンクリート合成構造材。
4. 前記補剛材は、前記フランジに形成された開口部を有する、請求項１に記載の鋼コンクリート合成構造材。
   

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