JP7731538B2 - プレキャスト部材の連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の構築に用いる部材同士の連結に用いられ、例えば、プレキャストコンクリート部材同士を連結させるために用いられるプレキャスト部材の連結構造に関する。

現代の都市において、ビルなどの構造物や、各種地下構造物等を建築する場合に、工場などで予め製作されたコンクリート製の部材を現場に搬入し、部材同士を組み合わせる方法や既設部材に組み付けるといった方法で柱や梁を構成するといった技術が知られている。また、トンネルの構築においては、複数のセグメント同士を周方向に隣接させて連結させる方法で施工が行われることが知られている。

各種部材同士の連結には種々の連結手段が用いられる。例えば特許文献１には、嵌合部材と被嵌合部材を組み合わせることでセグメントの連結具として継手を用いる技術が開示されている。また、例えば特許文献２には、セグメントや各種コンクリート部材等を締結するためのコッター式継手装置が開示されている。これらの連結手段によれば、強固に連結状態が維持されることに加え、施工性（取り外し性）が容易になるといった効果がある。

特許第４３４４５５１号 特許第３７８７５７６号

上記特許文献１に記載された連結具に代表されるように、アンカー部材と、嵌合体や被嵌合体を一体成形し、鋳物として製造することが知られている。しかしながら、施工対象の構造物が大型化すると、部品全体の長さを長尺化することが必要となり鋳物として一体成形することが困難になる恐れがある。また、連結部材を長尺化する場合に、別部材として製造されたアンカー部材と嵌合部材を、ねじなどによって一体化させることも考えられるが、部品数の増加やコスト高騰などが懸念される。

また、上記特許文献２に記載された継手装置では、アンカー部材の長尺化を避けるために、アンカー部材の先端にグリップ部（支圧部）を形成してアンカー力を高めている。しかしながら、このようにアンカー部材にグリップ部を形成させた構成では、継手装置に大きなアンカー引き抜き力がかかると、グリップ部に応力が集中して構造物（コンクリート等）にひび割れ等が発生するといった問題があった。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、部材としての長尺化を抑えることで鋳物として一体成形可能であり、且つ、連結部材としてのアンカー力が担保されるような継手装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明によれば、プレキャスト部材に埋設された一対の継手装置により、一対の当該プレキャスト部材同士を連結させた連結構造であって、前記継手装置は、一対の前記継手装置同士を突き合わせた状態において当該継手装置同士を連結させるための連結部材と、前記プレキャスト部材の内部に定着し、前記継手装置が前記プレキャスト部材から引き抜かれるのを防止するためのアンカー部材と、を有し、前記プレキャスト部材はセグメント又は床版であり、前記アンカー部材は、前記連結部材との連結部分である一方の端部から他方の端部に向かうに従い、当該アンカー部材の全長において、前記セグメント又は床版の厚み方向に広がらず、幅方向に漸次的に拡径する形状を有する棒状部材であることを特徴とする、プレキャスト部材の連結構造が提供される。

前記連結部材と前記アンカー部材と、は一体的に成形される鋳造部材又は鍛造部材であっても良い。

また、本発明によれば、上記記載のプレキャスト部材の連結構造であって、一対の継手装置はいずれも前記連結部材としての互いに同一構成の雌型部材を備え、一対の当該雌型部材を突き合わせた状態で嵌合体としてのコッター部材を前記雌型部材の被嵌合空間に挿入しボルトにより前記コッター部材を前記雌型部材に結合させることで一対の前記プレキャスト部材同士を連結させることを特徴とする、プレキャスト部材の連結構造が提供される。

本発明によれば、部材としての長尺化を抑えることで鋳物として一体成形可能であり、且つ、連結部材としてのアンカー力が担保されるような継手装置が提供される。

プレキャスト部材同士の結合に用いられる従来の継手装置の一例を示す概略説明図である。 従来の継手装置の部材単体の概略説明図である。 プレキャスト部材同士の結合に用いられる従来の継手装置の他の形態を示す概略説明図である。 従来の継手装置の部材単体の概略説明図である。 本発明の実施の形態に係る継手装置の部材単体の概略説明図である。 本実施の形態に係るアンカー部材による引き抜き抵抗力Ｆに関する概略説明図である。 第１の連結形態についての概略説明図である。 第２の連結形態についての概略説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。

（従来の継手装置）
ビルやトンネル等の一般的なコンクリート構造物を構築する場合には、複数のプレキャストコンクリート部材（以下、単にプレキャスト部材とも呼称）を連結させて施工が実施される。また、空港の駐機場や誘導路等の広い場所の舗装に用いられるような平面的な構造物においては、路盤に敷設した複数の平板状のプレキャスト部材同士の結合により施工が実施される。

図１は、プレキャスト部材同士の結合に用いられる従来の継手装置１（以下、継手装置１）の一例を示す概略説明図であり、突き合わせた一対の継手装置１（１ａ、１ｂ）を、Ｈ形部材５を用いて施工し結合させた状態を示したものである。また、図２は、継手装置１の部材単体の概略説明図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。図１、２に示すように、継手装置１は、被嵌合体としてのＣ型部品１０（１０ａ、１０ｂ）とアンカー部材としての円柱部材１１（１１ａ、１１ｂ）から構成される。これらＣ型部品１０と円柱部材１１とは例えばねじ機構などの接続手段によって一体化され継手装置１を構成している。

図１に示すように、一対の継手装置１ａ、１ｂを用いて、隣接するプレキャスト部材Ｐ１、Ｐ２を結合させる場合、Ｃ型部品１０が露出した状態で各プレキャスト部材Ｐ１、Ｐ２の内部に継手装置１ａ、１ｂを埋設させる。この時、円柱部材１１はプレキャスト部材Ｐ１、Ｐ２を構成するコンクリートに定着（固着）するようにその内部に埋設される。そして、一対のＣ型部品１０ａ、１０ｂを突き合わせることで形成される被嵌合空間Ｓに対し、Ｈ形部材５を被嵌合空間Ｓに挿入させ、Ｈ形部材５に形成されたボルト孔１３（１３ａ、１３ｂ）にボルト１４（１４ａ、１４ｂ）を挿入し、Ｃ型部品１０の底部に係止させる。そして、被嵌合空間Ｓを含む結合部分に必要に応じてモルタル等の経時性硬化材料や蓋部材（図示せず）が施工される。これにより、Ｃ型部品１０ａ、１０ｂにＨ形部材５を嵌合させた状態で固定がなされ、プレキャスト部材Ｐ１、Ｐ２が結合される。

また、図３は、プレキャスト部材同士の結合に用いられる従来の継手装置１の他の形態（以下、継手装置１’）を示す概略説明図である。図４は、継手装置１’の部材単体の概略説明図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。なお、図３、４に記載の継手装置１’において、Ｃ型部品１０等の共通する構成要素は上記図１、２に示した構成と同じであるため、同一の符号を付して図示し、その説明は省略する。

図３、４に示すように、継手装置１’には、Ｃ型部品１０と一体的に成形されるアンカー部材２０が設けられており、アンカー部材２０の長手方向の一方の端部にＣ型部品１０、他方の端部にグリップ部２１が設けられている。アンカー部材２０の表面にはリブ２４が設けられている。ここで、アンカー部材２０は略円柱形状であり、グリップ部２１はアンカー部材２０に比べて径の大きな略円板形状を有しており、部材長手方向において所定の厚みを有している。

（従来の継手装置の課題）
図１、２を参照して上述したように構成される従来の継手装置１においては、コンクリートからの引き抜きに対する反力（いわゆるアンカー力）などに関する設計上、円柱部材１１にはある程度の長さが必要であり、部材が長尺化する。コンクリートの付着によるアンカー力は、アンカー部品（ここでは円柱部材１１）の周面積と長さの積として計算される。コンクリートの付着力は、コンクリートの圧縮力の１／１０以下と小さいことが知られており、また、アンカー部品の径（即ち、周面積）には設計上の限界があるため、アンカー部品の長尺化が求められる。

そのため、製造上の寸法制約がある鋳物としての一体成形では、継手装置１全体を一体的に製造することが困難である。そこで、鋳物としてのＣ型部品１０と円柱部材１１が別部材として製造されることになる。図２のように、円柱部材１１の長尺方向の長さＬ１は例えば約４５０ｍｍに設計される。

継手装置１において、Ｃ型部品１０と円柱部材１１を別部材として製造すると、部品数の増加に伴う施工性の低下や、コストの増加が懸念される。このような懸念から、図３、４を参照して上述したように構成される継手装置１’が創案された。継手装置１’によれば、アンカー部材２０の端部にグリップ部２１を設けたことでアンカー力が高まり部材全体を短くすることができる。図３のように、継手装置１’におけるアンカー部材２０の長尺方向の長さＬ２はで例えば約２００ｍｍに設計される。また、継手装置１’の部材全体の長さは例えば約３００ｍｍに設計される。

一方で、グリップ部２１を設けた構成としたことで、コンクリートから引き抜く力が生じた場合に、グリップ部２１の周囲（図３中の破線部参照）に応力が局所的に集中し、グリップ部２１の周囲にてコンクリートにひび割れ（クラック）が発生し、連結機能を十分に発揮できないといった課題が懸念される。

（本発明の実施の形態に係る継手装置）
そこで本発明者らは、部材としての長尺化を抑えることで鋳物として一体成形可能であり、且つ、連結部材としてのアンカー力が担保されるような継手装置について鋭意検討し、以下に説明する本発明の実施の形態に係る継手装置３０（以下、継手装置３０とも記載）を創案した。図５は本発明の実施の形態に係る継手装置３０の部材単体の概略説明図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。

図５に示すように、継手装置３０は、プレキャスト部材（コンクリート部材）同士を連結させるための連結部材３５と、連結部材３５からプレキャスト部材（コンクリート部材）方向に突出し、当該プレキャスト部材に定着（固着）するようにその内部に埋設されるアンカー部材３６から構成される。これら連結部材３５とアンカー部材３６は鋳造部材あるいは鍛造部材として一体的に製造されても良い。

連結部材３５の形状は任意に設計されるが、例えば、一対の継手装置３０でもって挿込み型の継手構造を構成する場合には、嵌合体としての雄型部材と、被嵌合体としての雌型部材と、から構成されても良い。あるいは、一対の継手装置３０でもっていわゆるコッター型の継手構造を構成する場合には、被嵌合体としての雌型部材のみで構成し、嵌合体としては別部材であるコッター部材を用いる構成としても良い。図５では、連結部材３５の一例として、被嵌合体（雌型部材）であるＣ型部品を用いた構成を図示している。なお、Ｃ型部品の構成は、図１～４に示した従来のＣ型部品１０と同様の構成であるため、説明は省略する。

また、アンカー部材３６は連結部材３５との連結部分である一方の端部３８から、他方の端部３９に向かうに従って漸次的に拡径する円錐形状を有する棒状部材である。アンカー部材３６の円錐形状におけるテーパー角は任意に設計されるが、プレキャスト部材の内部に定着した状態のアンカー部材３６に引き抜きに対する反力が十分に発揮される程度の設計が好ましい。また、アンカー部材３６の長手方向長さＬ３は、上述した円柱部材１１の長さＬ１に比べ短い長さに構成される。

図６は、本実施の形態に係るアンカー部材３６による引き抜き抵抗力Ｆに関する概略説明図であり、アンカー部材３６の形状（長さＬ３、テーパー角θ、半径ｒ、Ｒなど）やコンクリート圧縮応力（耐力）ｆｃｋとの関係についての図面である。なお、図６においては、図５に示した構成要素については同一の符号にて図示しており、その説明は省略する。

図６に示すように、アンカー部材３６の円錐角（テーパー角）をθ、アンカー始点部半径（最小径）をｒ、アンカー終点部半径（最大径）をＲとし、摩擦角δであるコンクリートにアンカー部材３６が埋設された状態において、アンカー部材３６を引き抜こうとした場合について検討する。図示のくさび力Ｗは、以下の式（１）の関係を満たす。
Ｗ＝Ｆ／（ｓｉｎ（θ＋δ）） ・・・（１）
くさび力Ｗの水平方向成分Ｗｈがコンクリートの支圧反力となることから、アンカー長さＬ３と、引き抜き抵抗力Ｆと、円錐角θ及びコンクリート圧縮応力ｆｃｋとの関係は以下の式（２）に表される。
Ｌ３＝α・Ｆ・ｃｏｔ（θ＋δ）／（π・ｆｃｋ・（ｒ＋Ｒ）） ・・・（２）
なお、αとは所定の安全係数である。

上記式（２）からは、本実施の形態に係るアンカー部材３６による引き抜き抵抗力Ｆは、ｆｃｋとｔａｎ（θ＋δ）とアンカー表面積との積に比例することが読み取れる。即ち、引き抜き抵抗力Ｆにコンクリート圧縮応力ｆｃｋが大きく寄与するといえる。このコンクリート圧縮応力ｆｃｋは、一般のプレキャストコンクリートで例えば４０Ｎ／ｍｍ^２である。
一方、アンカー部材が例えば図１、２を参照して上述したような従来の円柱形状である場合、部材‐コンクリート間の摩擦力（例えば４Ｎ／ｍｍ２程度）とアンカー表面積との積、といった程度しか抵抗力は期待できない。
従って、本実施の形態に係るアンカー部材３６による引き抜き抵抗力Ｆは、従来の抵抗力に比べ極めて大きな値となることが分かる。

以下では、本発明の実施の形態に係る一対の継手装置３０を用いて継手構造４０を構築し、隣接するプレキャスト部材同士を連結させる際の構成について説明する。

（継手装置の第１の連結形態）
先ず、第１の連結形態として、嵌合体としての雄型部材を有する第１の継手装置３０ａと、被嵌合体としての雌型部材を有する第２の継手装置３０ｂと、を用いて隣接するプレキャスト部材Ｐ１、Ｐ２を連結させる場合について説明する。

図７は第１の連結形態についての概略説明図である。プレキャスト部材Ｐ１の内部には第１の継手装置３０ａのアンカー部材３６ａが埋設される。ここで、第１の継手装置３０ａの連結部材（雄型部材）３５ａはプレキャスト部材Ｐ１から突出（露出）した状態で埋設される。また、プレキャスト部材Ｐ２の内部には第２の継手装置３０ｂのアンカー部材３６ｂが埋設される。ここで第２の継手装置３０ｂの連結部材（雌型部材）３５ｂはプレキャスト部材Ｐ２の内部に埋設される。

図７に示すように、プレキャスト部材Ｐ１とプレキャスト部材Ｐ２が隣接した状態で、連結部材３５ａと３５ｂが突き合わされ、第１の継手装置３０ａの連結部材（雄型部材）３５ａが、第２の継手装置３０ｂの連結部材（雌型部材）３５ｂに嵌合される。連結部材３５ｂは、内部に連結部材３５ａを嵌合可能な空間を備えた構成であれば任意の形状で良い。結合部分に必要に応じてモルタル等の経時性硬化材料や蓋部材など（図示せず）が施工され、プレキャスト部材Ｐ１とプレキャスト部材Ｐ２の連結が完了する。なお、連結部材３５ｂとしては、上述したＣ型部品１０と同じ構成を用いても良い。

（継手装置の第２の連結形態）
次に、第２の連結形態として、一対の継手装置３０でもっていわゆるコッター型の継手構造を構成し、同じ構成を有する一対の継手装置３０を用いて隣接するプレキャスト部材Ｐ１、Ｐ２を連結させる場合について説明する。

図８は第２の連結形態についての概略説明図である。本連結形態では、一対の同じ構成の継手装置３０ｃが用いられる。プレキャスト部材Ｐ１の内部には継手装置３０ｃのアンカー部材３６が埋設される。また、プレキャスト部材Ｐ２の内部にも、同様の継手装置３０ｃのアンカー部材３６が埋設される。この時、各継手装置３０ｃ、３０ｃの連結部材３５は露出した状態とされる。ここでの連結部材３５は、被嵌合体としての雌型部材であり、例えば上述したＣ型部品１０と同じ構成であっても良い。

図８に示すように、プレキャスト部材Ｐ１とプレキャスト部材Ｐ２が隣接した状態で、一対の連結部材３５、３５が突き合わされる。このようにして形成された被嵌合空間Ｓに対し、断面がＨ形状である嵌合体としてのコッター部材５０を挿入させ、コッター部材５０に形成されたボルト孔５３（５３ａ、５３ｂ）にボルト５４（５４ａ、５４ｂ）を挿入し、連結部材３５、３５の底部に係止させ結合が行われる。結合部分に必要に応じてモルタル等の経時性硬化材料や蓋部材など（図示せず）が施工され、プレキャスト部材Ｐ１とプレキャスト部材Ｐ２の連結が完了する。
なお、ここで図示したコッター部材５０の形状や構成は一例であり、本実施の形態に係る継手装置３０ｃにおいて、コッター部材５０の形状や構成は、一対の連結部材３５、３５を好適に結合させるものであれば任意である。

以上説明した第１の連結形態及び第２の連結形態に係る構成によりプレキャスト部材Ｐ１とプレキャスト部材Ｐ２を連結させると、隣接するプレキャスト部材Ｐ１とプレキャスト部材Ｐ２との間に、両者を離隔させるような引っ張り力が作用し、アンカー部材３６ａ、３６ｂに対し引き抜き力が加わった場合であっても、アンカー部材３６ａ、３６ｂとその周囲のコンクリートとの間において付着力に加え支圧反力の作用により十分なアンカー力が担保される。また、アンカー部材３６ａ、３６ｂの形状を、一方の端部３８から、他方の端部３９に向かうに従って漸次的に拡径する円錐形状としたことで、引き抜き力が加わった場合であっても、局所的に応力集中が生じるといった恐れがない。

（作用効果）
本実施の形態に係る継手装置３０や、一対の継手装置３０ａ、３０ｂあるいは３０ｃ、３０ｃによって構成される継手構造４０によれば、上述した第１の連結形態及び第２の連結形態のいずれを採った場合でも、円錐形状のアンカー部材３６とその周囲のコンクリートとの間において付着力に加え支圧反力の作用により十分なアンカー力が担保される。特に、従来の円柱部材１１と比較すると、円柱部材１１と周囲のコンクリートとの間では付着力のみが作用するのに対し、円錐形状であるアンカー部材３６とコンクリートとの間には付着力に加え支圧反力も作用する。即ち、アンカー部材３６への引き抜き力をコンクリートへの付着力と支圧反力に分解し、引き抜き抵抗力（いわゆるアンカー力）の向上が図られる。

また、上記支圧反力は、付着力と同様にアンカー部材３６の全体に作用する。そのため、アンカー部材３６に局所的な応力集中が生じる恐れがなく、アンカー部材３６を長尺化させることなくアンカー力を担保することができる。例えば、図６を参照して上述したように、本発明に係るアンカー部材３６をコンクリートに埋設させて引き抜く際の引き抜き抵抗力Ｆは、従来に比べ大幅に大きくなることは明らかであり、アンカー力（引き抜き抵抗力）の向上が図られる。これにより、継手装置３０全体の長さを短く抑えることができ、鋳造部材あるいは鍛造部材として一体成形により製造することができ、部材数やコストの低減が図られる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施の形態では、継手装置として雄型部材と雌型部材を用い、両者を嵌合させて継手構造を構成する場合（第１の連結形態参照）や、継手装置を一対の雌型部材で構成し、嵌合体としては別部材であるコッター部材を用いて継手構造を構成する場合（第２の連結形態参照）について説明したが、本発明技術の適用範囲はこれに限られるものではない。即ち、本発明に係る継手装置は、アンカー部材が所定形状を有していれば良く、その他の構成要素については任意に設計可能である。

また、上記実施の形態では、アンカー部材として円錐形状を挙げて図示説明したが、本発明はこれに限られるものではない。即ち、本発明におけるアンカー部材の形状は、その断面が漸次的に拡径するものであれば良く、当該断面の形状は矩形や楕円形であっても良い。本発明に係る継手装置を適用するプレキャストコンクリート部材として、種々のセグメントや床版が考えられるが、それらセグメントや床版の断面形状は、厚み方向に狭く、幅方向に広い、といった特徴がある。このようなプレキャストコンクリート部材に継手装置を適用するにあたり、アンカー部材の断面形状も、矩形や楕円形といった、厚み方向に広がらず、幅方向に広がるような形状としても良い。これにより、厚み方向のコンクリートの残厚の狭小化、応力集中によるクラック発生防止といった効果が期待される。

本発明は、構造物の構築に用いる部材同士の連結に用いられ、例えば、プレキャストコンクリート部材同士を連結させるために用いられるプレキャスト部材の連結構造に適用できる。

１、１’…（従来の）継手装置
５…Ｈ形部材
１０…Ｃ型部品
１１…円柱部材
１３…ボルト孔
１４…ボルト
２０…（従来の継手装置の）アンカー部材
２１…グリップ部
３０…（本発明の実施の形態に係る）継手装置
３５…連結部材
３６…アンカー部材
４０…継手構造
４１…ボルト孔
４２…ボルト
５０…コッター部材
５３…ボルト孔
５４…ボルト
Ｐ１、Ｐ２…（一対の）プレキャスト部材

Claims (3)

1. プレキャスト部材に埋設された一対の継手装置により、一対の当該プレキャスト部材同士を連結させた連結構造であって、
   前記継手装置は、一対の前記継手装置同士を突き合わせた状態において当該継手装置同士を連結させるための連結部材と、
   前記プレキャスト部材の内部に定着し、前記継手装置が前記プレキャスト部材から引き抜かれるのを防止するためのアンカー部材と、を有し、
   前記プレキャスト部材はセグメント又は床版であり、
   前記アンカー部材は、前記連結部材との連結部分である一方の端部から他方の端部に向かうに従い、当該アンカー部材の全長において、前記セグメント又は床版の厚み方向に広がらず、幅方向に漸次的に拡径する形状を有する棒状部材であることを特徴とする、プレキャスト部材の連結構造。
2. 前記連結部材と前記アンカー部材と、は一体的に成形される鋳造部材又は鍛造部材であることを特徴とする、請求項１に記載のプレキャスト部材の連結構造。
3. 請求項１又は２に記載のプレキャスト部材の連結構造であって、
   一対の継手装置はいずれも前記連結部材としての互いに同一構成の雌型部材を備え、
   一対の当該雌型部材を突き合わせた状態で嵌合体としてのコッター部材を前記雌型部材の被嵌合空間に挿入しボルトにより前記コッター部材を前記雌型部材に結合させることで一対の前記プレキャスト部材同士を連結させることを特徴とする、プレキャスト部材の連結構造。