JP6825030B2 - 部材間の連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造部材同士を連結する部材間の連結構造に関し、主として、ユニット化されたプレキャストコンクリート(以下「PCa」)部材、一部がプレキャスト化されたハーフPCa部材などの大型構造部材同士の接合あるいは柱と梁の接合等に用いられ、接合部の部材強度を任意に設定できる汎用性の高い接合構造で、かつ大地震時など過大荷重時には、接合部の連結部を強制破断させ構造体の崩落等の致命的な損壊を未然に防止できるようにしたものである。

近年の土木・建築工事では、工期短縮、施工精度の向上等を重視する観点からPCa部材やハーフPCa部材が多く用いられ、また、部材の大型化に伴って輸送等の問題から複数のパーツにユニット化され、現地で各パーツを連結して用いられる。

この種の大型部材同士の連結は主としてボルト・ナットを用いて行われ、例えば、図8(a),(b)は、ユニット化されたPCa部材30と31が複数のボルト・ナット32を用いて連結されている部材間の連結構造を図示したものである。説明すると、互いに連結されるPCa部材30,31の連結面33よりやや内側の位置にボルトボックス34が形成されている。

ボルトボックス34は、PCa部材30と31との連結面33の両側に対称に形成され、かつ連結面33の連続方向に複数対形成されている。また、各ボルトボックス34の連結面33側の側部34a,34aに複数のボルト貫通孔35が連通して形成されている。

そして、双方のボルト貫通孔35,35にボルト・ナット32が締結されていることで、ユニット化されたPCa部材30と31同士が互いに連結されている。

また、図9(a),(b)は、特許文献１に従来例として図示されている鋼製セグメントの継手構造の発明であり、図示するように連結される両セグメント36,36の連結面36aにおいて、両セグメント36,36の継手板37,37が当該継手板37,37を貫通する連結ボルト38によって連結されている。

さらに、図10(a),(b)は、特許文献１に開示されている、シールドトンネルの一次覆工用セグメントリングを構成するセグメント39,39の連結時に用いられるセグメントの継手構造の発明を図示したものである。

説明すると、一次覆工用セグメントリングを構成する各セグメント39,39は、セグメントリングにおける各セグメント39,39間の連結面39aである継手板40や他の側面等の主要部が側板で構成されている。

各セグメント39,39には、連結面39aである継手板40と所定間隔を空けたセグメント内部位置に、継手板40と平行な第二継手板41が設けられ、この第二継手板41と継手板40との間が補強手段を施した補強区画42になっている。

この補強区画42は、各セグメント39,39の継手板40,40を当接させて相対する状態とした時に、長ボルト43が貫通できるように構成されており、各セグメント39,39の連結は、各セグメント39,39を連結面39a側の端部に形成されている両補強区画42,42を貫通した長ボルト43によって締付けることで行われている。

特開平10-18785号公報 特開2012-62664号公報

しかし、図８〜図10に図示する部材間の連結構造は、いずれも、部材同士がボルト・ナットによって一体的に連結されているため、大地震時などに想定外の過大荷重を受けた際に連結部が破断する等の致命的な損壊を受け、その復旧に多大な時間と労力と費用を必要とするおそれがあった。

また特に、図9(a),(b)に図示する鋼製セグメントの継手構造においては、セグメントの継手部における曲げや引張り応力の伝達は、継手板37,37を介して行われるため、継手板37,37に応力が集中して継手板37,37が図８(b)に図示するように容易に変形してしまうおそれがあり、強度不足が懸念される。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、部材連結部の曲げ剛性を効率的に向上させることで本体部分と同等の強度を有し、また、フェイルセーフ機能を兼ね備えることで、損傷箇所を誘導し、限定させることで、大地震時などに想定外の過大荷重を受けた際の崩落等の致命的な損壊を未然に防止できるようにし、且つ損傷箇所を誘導することで、維持管理の省力化および復旧性も考慮した部材間の連結構造を提供することを目的とするものである。

本発明は、連結される第１構造部材と第２構造部材のそれぞれの連結端部に取り付けられた第１構造部材側の連結部材と第２構造部材側の連結部材とを介して連結される部材間の連結構造の発明であり、前記第１構造部材側の連結部材と前記第２構造部材側の連結部材は、それぞれ前記第１構造部材と前記第２構造部材の連続する方向に離間する複数の支圧部を備えており、第１構造部材側連結部材の前記複数の支圧部と前記第２構造部材側連結部材の前記複数の支圧部が連結方向に互い違いとなるようにかつ連結方向の投影面が重なり合うように配置された状態で、前記第１構造部材側の連結部材と前記第２構造部材側の連結部材同士が固定されていることを特徴するものである。前記第１構造部材側の連結部材と前記第２構造部材側の連結部材同士を連結ボルト等の固定手段によって固定することができる。

前記固定手段による固定が解除された状態では、前記第１構造部材側の連結部材の前記複数の支圧部と前記第２構造部材側の連結部材の前記複数の支圧部が、それぞれの支圧部間の領域内で前記第１構造部材と前記第２構造部材の連結方向に変位可能とすることで、地震時の変形能力およびエネルギー吸収能力を有し、想定し得る範囲内で最大規模の地震に対して対応が可能であり、また、この範囲を超える想定外の大地震に対しては、前記支圧部が想定外の変位を阻止するストッパー機能を有することにより、崩落等の致命的な損傷を未然に防止することができる。

また、互い違いに連結された前記第１構造部材側の連結部材の支圧部と前記第２構造部材側の連結部材の支圧部のうち、隣接する支圧部同士の少なくとも１つが、前記固定手段として前記第１構造部材と第２構造部材の連結方向に配置された連結ボルトによって固定することで、任意に連結部の強度を設定できる。連結部の要求によっては、本体部分と同等以上の強度を備えた連結部とすることができる。

また、互い違いに連結された前記第１構造部材側の連結部材の支圧部と前記第２構造部材側の連結部材の支圧部のうち、互いに隣接しない第１構造部材側の連結部材の支圧部と第２構造部材側の連結部材の支圧部同士が、前記固定手段として前記第１構造部材と第２構造部材の連結方向に配置された連結ボルトによって固定される部材間の連結部とすることもできる。

また、連結部に対して、破壊荷重の設定および損傷誘導をしない場合は、前記第１構造部材側の連結部材と前記第２構造部材側の連結部材の支圧部間に間詰め材が充填されてもよい。また、前記前記第１構造部材側の連結部材と前記第２構造部材側の連結部材としては、前記第１構造部材と第２構造部材との連結方向と直交する方向の断面は特に限定しないが、入手が容易な溝形断面またはＨ形断面に形成された部材等が考えられる。

本発明によれば、互いに連結される構造部材のそれぞれの連結端部に取り付けられた連結部材の支圧部が構造部材間の連結方向に互い違いに位置し、かつ前記支圧板間の領域(間隙)内で連結方向に変位するように連結されていることで、地震時の変形能力およびエネルギー吸収能力がきわめて高く、想定し得る範囲内で最大規模の地震に対して対応が可能であり、また、この範囲を超える想定外の大地震に対しては、支圧部が想定外の変位を阻止するストッパー機能((フェイルセーフ機能))を有することにより、崩落等の致命的な損壊を未然に防止することができる。

また、前記支圧板部同士を連結ボルトで構造部材間の連結方向に一体的に連結するか、または各支圧部間にモルタル、コンクリートの間詰め材を充填ことにより、本体部分と同等の強度を備えた連結部とすることができる。

また、これにより当該連結部を重点的に管理することで、維持管理を効率的に行うことができ、維持管理費の大幅な縮減を実現することができる。

(a)〜(c)は、構造部材間の連結部を図示したものであり、互いに連結された構造部材連結部の平面図である。 構造部材のそれぞれの連結端部に設置される連結金具を図示したものであり、(a)は連結される前の連結金具を、(b)は互いに連結された状態の連結金具を示す斜視図である。 (a)〜(c)は、構造部材間の連結部を図示したものであり、(a),(c)は互いに連結された構造部材連結部の平面図、(b)は連結ボルトが破断した状態を示す構造部材連結部の平面図である。 構造部材のそれぞれの連結端部に設置される連結金具を図示したものであり、(a)は連結される前の連結金具を、(b)は互いに連結された状態の連結金具を示す斜視図である。 (a),(b)は、構造部材間の連結部を図示したものであり、(a)は互いに連結された構造部材連結部の平面図、(b)は連結される前の構造部材連結部の平面図である。 (a),(b)は、構造部材間の連結部を図示したものであり、互いに連結された構造部材連結部の平面図である。 (a)〜(c)は、構造部材間の連結部を図示したものであり、互いに連結された構造部材連結部の平面図である。 従来のPCa部材間の連結部を図示したものであり、(a)は平面図、(b)は断面図である。 鋼製セグメント間の連結部を図示したものであり、(a)は縦断面図、(b)は変形後の縦断面図である。 鋼製セグメント間の連結部を図示したものであり、(a)は縦断面図、(b)は平面図である。

図１と図２は、本発明の一実施形態を図示したものであり、第１構造部材(以下「構造部材」)１と第２構造部材(以下「構造部材」)２が、それぞれの連結端部に取り付けられた第１構造部材側の連結部材(以下「連結金具」)３と第２構造部材側の連結部材(以下「連結金具」)４とを介して構造部材１および２の連続する方向(矢印方向)に連結されている。

第１および第２構造部材１と２はPCa構造またはハーフPCa構造の構造部材であり、連結金具３は構造部材１側に、連結金具４は構造部材２側にそれぞれ配置され、特に、連結金具３は構造部材１の連結端部にそのほぼ全体が埋設された状態で設置され、連結金具４は構造部材２の連結端部にそのほぼ全体が突出した状態で設置されている。

また、連結金具３と連結金具４は、それぞれ構造部材１,２の連結端部に複数のアンカー筋６によって固定されている。

また、連結金具３は支圧部(以下「支圧板」)3aと支圧部(以下「支圧板」)3bを備え、支圧板3aは構造部材１の連結面1aと面一に、支圧板3bは支圧板3aの背面側に支圧板3aと離間してそれぞれ配置され、かつ支圧板3a,3bは、共に構造部材１,２間の連結方向と直交する方向に平行に配置されている。

また、連結金具３は連結板3cを備え、連結板3cは構造部材１,２間の連結方向と平行に配置され、かつ支圧板3a,3bと一体に形成されている。また、連結金具３は支圧板3a,3bと連結板3cとから、構造部材１,２間の連結方向と直交する方向の断面が溝形断面形になるように形成されている。さらに支圧板3a,3bには一または複数の貫通孔3d,3dが構造部材１,２間の連結方向に貫通して形成されている。

連結金具４は支圧部(以下「支圧板」)4aと支圧部(以下「支圧板」)4bを備え、支圧板4aは構造部材２の連結面2aと面一に、支圧板4bは支圧板4aの前方に支圧板4aと離間してそれぞれ配置され、かつ支圧板4a,4bは、共に構造部材１,２間の連結方向と直交する方向に平行に配置されている。

また、連結金具４は連結板4cを備え、連結板4cは構造部材１,２間の連結方向と平行に配置され、かつ支圧板4a,4bと一体に形成されている。また、連結金具４は支圧板4a,4bと連結板4cとから、構造部材１,２間の連結方向と直交する方向の断面が溝形断面形になるように形成されている。さらに支圧板4a,4bには一または複数の貫通孔4d,4dが形成されている。

このように形成された連結金具３,４の支圧板3a,3bと支圧板4a,4bは、支圧板3aの外側面と支圧板4aの内側面、支圧板3bの内側面と支圧板4bの外側面が、それぞれ構造部材１,２間の連結方向に当接する状態で構造部材１,２間の連結方向に互い違いになるように配置されている。

また、支圧板3a,3bと支圧板4a,4bの貫通孔3d,4dに固定手段(以下「連結ボルト」)５が連通して締結されている。

このような構成において、構造部材１,２間の連結部に作用する引張力は、連結ボルト５によって伝達される。特に、連結金具３と４が複数の支圧板を備えていることにより、連結金具３,４自体の曲げ剛性が非常に大きく、また、複数の支圧板3a,3bと支圧板4a,4bが連結ボルト５で構造部材１,２間の連結方向に一体的に連結されていることで、本体部分と同等の強度を備えた連結部とすることができる。

また、支圧板3aと支圧板4a間の領域(間隙)ｗ内に間詰め材７を充填することにより、連結部の一体化と強度をより一層高めることができる(図1(b)参照)。なお、間詰め材７にはモルタルやコンクリート等が用いられている。

さらに、支圧板3a,3bと4a,4bが構造部材１,２間の連結方向に互い違いとなるように位置し、かつ連結ボルト５が破断した際には、各支圧板3a,3bと支圧板4a,4b間の領域(間隙)ｗ内で構造部材１,２間の連結方向に変位するように、連結金具３と４が互いに連結されていることで、想定し得る範囲を超える想定外の大地震時に連結ボルト５が破断したとしても、支圧板3a,3bと支圧板4a,4bが想定外の変位を阻止するストッパーの機能(フェイルセーフ機能)を有することにより、崩落等の致命的な崩壊を未然に防止することができる。

また、連結ボルト５を省略し、支圧板3aと支圧板4a間の領域(間隙)ｗ内に間詰め材７を充填することで(図1(c)参照)、本体部分と同等の強度を有する連結部とすることも可能であり、特に超大型の構造部材であるために分割して運搬する必要がある場合等に、現地で一体的に連結することができる。なおその際、仮ボルトを用いることにより構造部材１,２間の位置合わせを簡単に行うことができる。

図３と図４は、本発明の他の実施形態を図示したものであり、図3(a)は連結金具３,４の支圧板3aと4aのみ、図3(c)は連結金具３,４の支圧板3bと4bのみがそれぞれ連結ボルト５によって連結されている構造部材間の連結部の構造を図示したものである。

このような構成において、支圧板3a,3bと支圧板4a,4bが構造部材１,２間の連結方向に互い違いとなるように位置し、かつ連結金具５が破断した際には各支圧板3a,3bと支圧板4a,4b間の領域(間隙)ｗ内で構造部材１,２間の連結方向に変位するように、連結金具３と連結金具４が互いに連結されていることで、想定し得る範囲を超える想定外の大地震時に連結ボルト５が破断したとしても、支圧板3a,3bと支圧板4a,4bが想定外の変位を阻止するストッパーの機能(フェイルセーフ機能)を有することにより(図3(b)参照)、崩落等の致命的な損壊を未然に防止することができる。

図５は本発明の他の実施形態であり、構造部材１,２間が図1,２で説明した複数の連結金具３,４によって連結されている構造部材間の連結構造を図示したものである。

連結金具３,４は、構造部材１,２のそれぞれの連結端部に、それぞれ構造部材１,２間の連結方向と直交する方向に離間して複数配置され、各対の連結金具３,４間は連結ボルト５によって互いに連結されている。

図6(a),(b)は、同じく本発明の他の実施形態を図示したものであり、このうち、図6(a)は、構造部材１,２間が、図1(a),(b)で説明した連結金具３に代わる第１構造部材側の連結部材(以下「連結金具」)８と図1(a),(b)で説明した２個の連結金具４,４によって連結されている。また、図6(b)は、図１の実施形態において、連結金具３,４の支圧板3aと4bが複数段に配置された複数の連結ボルト５によって連結されている。支圧板3a,3bおよび支圧板4a,4bは連結ボルト５の本数に応じて最適な高さ(成)および幅に形成されている。

図6(a)に図示する実施形態について、さらに詳しく説明すると、連結金具８は構造部材１側の連結端部に、２個の連結金具４,４は構造部材２側の連結端部にそれぞれ配置され、特に連結金具８は、構造部材１の連結端部にそのほぼ全体が埋設された状態で設置され、連結金具４は構造部材２の連結端部にそのほぼ全体が突出した状態で設置されている。また、それぞれ構造部材１と２にアンカー筋６によって固定されている。

また、連結金具８は支圧部(以下「支圧板」)8aと支圧部(以下「支圧板」)8bを備え、支圧板8aは構造部材１の連結面1aと面一に、支圧板8bは支圧板8aの背面側に支圧板8aと離間してそれぞれ配置され、かつ支圧板8a,8bは、共に構造部材１,２間の連結方向と直交する方向に平行に配置されている。

また、連結金具８は連結板8cを備え、連結板8cは構造部材１,２間の連結方向と平行に配置され、かつ支圧板8a,8bと一体に形成されている。また、連結金具８は支圧板8a,8bと連結板8cとから、構造部材１,２間の連結方向と直交する方向の断面がＨ形断面形となるように形成されている。さらに、支圧板8aと8bの同じ位置に構造部材１,２間の連結方向に貫通するボルト貫通孔(図省略)が形成されている。

２個の連結金具４,４は連結金具８の両側に対称に配置され、また、連結金具８,４の支圧板8a,8bと4a,4bは、支圧板8aの外側面と支圧板4aの内側面、支圧板8bの内側面と支圧板4bの外側面が、それぞれ構造部材１,２間の連結方向に当接する状態で、構造部材１,２間の連結方向に互い違いとなるように配置されている。また、支圧板8a,8bと支圧板4a,4bの貫通孔に連結ボルト５が連通して締結されている。

このような構成において、構造部材１,２間の連結部に作用する引張力は、連結ボルト５によって伝達される。特に、連結金具４と連結金具８が複数の支圧板を備えていることにより、連結金具４,８自体の曲げ剛性が非常に大きく、また、複数の支圧板4a,4bと支圧板8a,8bが連結ボルト５によって構造部材１,２間の連結方向に一体的に連結されていることで、本体部分と同等の強度を備えた連結部とすることができる。

また、支圧板4a,4bと支圧板8a,8bが構造部材１,２間の連結方向に互い違いとなるように位置し、かつ連結ボルト５が破断した際に、各支圧板4a,4bと支圧板8a,8b間の領域(間隙)ｗ内で構造部材１,２間の連結方向に変位するように、連結金具４と連結金具８が互いに連結されていることで、想定し得る範囲を超える想定外の大地震時に連結ボルト５が破断したとしても、支圧板4a,4bと支圧板8a,8bが想定外の変位を阻止するストッパーの機能(フェイルセーフ機能)を有することにより、崩落等の致命的な崩落を未然に防止することができる。

図７は、本発明の他の実施形態を図示したものであり、図7(a)は連結金具８,４の支圧板8aと支圧板4aのみ、図7(b)は連結金具８,４の支圧板8bと支圧板4bのみがそれぞれ連結ボルト５によって連結されている構造部材間の連結部の構造を図示したものである。

このような構成において、支圧板8a,8bと支圧板4a,4bが構造部材１,２間の連結方向に互い違いとなるように位置し、かつ連結ボルト５が破断した際には、各支圧板8a,8bと支圧板4a,4b間の領域(間隙)ｗ内で構造部材１,２間の連結方向に変位するように、連結金具８と連結金具４が互いに連結されていることで、想定し得る範囲を超える想定外の大地震時に連結ボルト５が破断したとしても、支圧板8a,8bと支圧板4a,4bが想定外の変位を阻止するストッパーの機能(フェイルセーフ機能)を有することにより、崩落等の致命的な崩壊を未然に防止することができる。

また、連結ボルト５を省略し、支圧板3aと支圧板4a間の領域(間隙)ｗ内に間詰め材７を充填することで(図7(c)参照)、本体部分と同等の強度を有する連結部とすることも可能であり、特に構造部材１,２が超大型のために分割して運搬する必要がある場合等に、現地で容易に一体的に連結することができる。

本発明は、主として、ユニット化されたPCa部材やハーフPCa部材などの大型構造部材同士の連結に適し、本体部分と同等の強度を有し、かつ大地震時など想定外な荷重時の致命的な崩落等を未然に防止することができる。

１ 構造部材(第１構造部材)
1a 連結面
２ 構造部材(第２構造部材)
2a 連結面
３ 連結金具(第１構造部材側の連結部材)
3a 支圧板(支圧部)
3b 支圧板(支圧部)
3c 連結板
3d 貫通孔
４ 連結金具(第２構造部材側の連結部材)
4a 支圧板(支圧部)
4b 支圧板(支圧部)
4c 連結板
4d 貫通孔
５ 連結ボルト(固定手段)
６ アンカー筋
７ 間詰め材
８ 連結金具(第１構造部材側の連結部材)
8a 支圧板(支圧部)
8b 支圧板(支圧部)
8c 連結板

Claims (7)

1. 連結される第１構造部材と第２構造部材のそれぞれの連結端部に取り付けられた第１構造部材側の連結部材と第２構造部材側の連結部材とを介して連結される部材間の連結構造であって、前記第１構造部材側の連結部材と前記第２構造部材側の連結部材は、それぞれ前記第１構造部材と前記第２構造部材の連続する方向に離間する複数の支圧部を備え、前記第１構造部材側の連結部材の複数の支圧部と前記第２構造部材側の連結部材の複数の支圧部が連結方向に互い違いとなって、前記支圧部間の領域内を連結方向に変位し、かつ前記支圧部間の領域内を超える変位を阻止するストッパーの機能を有するように前記連結部材同士が固定されていることを特徴とする部材間の連結構造。
2. 請求項１記載の部材間の連結構造において、前記第１構造部材側の連結部材と前記第２構造部材側の連結部材同士が固定手段により固定されていることを特徴とする部材間の連結構造。
3. 請求項２記載の部材間の連結構造において、前記固定手段による固定が解除された状態では、前記第１構造部材側の連結部材の前記複数の支圧部と前記第２構造部材側の連結部材の前記複数の支圧部が、それぞれの支圧部間の領域内で前記第１構造部材と第２構造部材の連結方向に変位可能であることを特徴とする部材間の連結構造。
4. 請求項２または３記載の部材間の連結構造において、互い違いに連結された前記第１構造部材側の連結部材の支圧部と前記第２構造部材側の連結部材の支圧部のうち、隣接する支圧部同士の少なくとも１つが、前記固定手段として前記第１構造部材と第２構造部材の連結方向に配置された連結ボルトによって固定されていることを特徴とする部材間の連結構造。
5. 請求項２または３記載の部材間の連結構造において、互い違いに連結された前記第１構造部材側の連結部材の支圧部と前記第２構造部材側の連結部材の支圧部のうち、互いに隣接しない第１構造部材側の連結部材の支圧部と第２構造部材側の連結部材の支圧部同士が、前記固定手段として前記第１構造部材と第２構造部材の連結方向に配置された連結ボルトによって固定されていることを特徴とする部材間の連結構造。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の部材間の連結構造において、前記第１構造部材側の連結部材と前記第２構造部材側の連結部材の支圧部間に間詰め材が充填されていることを特徴とする部材間の連結構造。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の部材間の連結構造において、前記第１構造部材側の連結部材と前記第２構造部材側の連結部材は、前記第１構造部材と第２構造部材との連結方向と直交する方向の断面が溝形断面またはＨ形断面に形成されていることを特徴とする部材間の連結構造。