ハーフプレキャスト梁・スラブの組立施工実験

UD.C624012.36 要 約 目 次

lは

じめに

2本

工法の概要

3技

術的課題

1

は じめに 過密化す る都市空間において交通網 の改善 を図 るため, 複 々線 化や 立体交差化 に よる鉄道高架橋 の建設 が各 方面 で計画

,施

工 されている。従来 このよ うな工事 は

,営

業 線 の運行 を優先す るため時間的 ・空間的制約 の も とで行 わなけれ ばな らず

,場

所打 ち コンク リー トに よる段 階施 工によ り施工 されていた。 このため

,作

業用地 が確保 で きない場合のいわ ゆる直上施 工 は特 に困難 で あ り

,大

規 模 支保 工 を要 していた。筆者 らは

,経

済的で耐震性 に優 れた ラー メン形式 の鉄道高架橋 を工場製 作 した柱

,梁

, スラブのプ レキャス ト部材 を用 いて組立 て施 工す る 「鉄 道 ラー メン高架橋 のプ レキャス ト構築 工法」 の開発 を行 った。本 工法 を姑象 とした設計・施 工指針 は

,平

成 11 年 に(財)鉄道総合技術研究所か ら刊行 されているIち 営業線 直上 の高架化 工事 の場合

,一

般 に高架橋 と同時 に整備 され る環境側道用地か らの施工を行 うが

,環

境側 道 用地 の確保 が遅れてい る場合 は軌道 内か らしか施 工で きないので

,限

られた夜 問作業 時間内にお けるハー フプ レキャス ト梁 ・スラブの組立施 工l買序 が工期短縮 を図 る 上 で重要な要素 となる。そ こで

,設

計・施 工指針 で想 定 していた梁架設→ 中詰 めコンク リー ト打設→ スラブ架設 → スラブ コンク リー ト打設 の施 工順序 を

,梁

とス ラブの 連続的な架設 を可能 にす る梁架設→ スラブ架設→ 中詰 め コンク リー ト打設→ スラブ コンク リー ト打設 の施 工順序 に変更す ることを試みた。本施 工順序 の実用性 を見出す た め

,梁

の仮支持金具 と仮 固定治具の考案 を行 うととも 東急建設技術研究所報No 27

ハーフプレキャス ト梁・ スラブの組立施工実験

服部

尚道

*

宮城

敏明

料

三井

真―

キ

ラーメン形式の鉄道高架橋 を対象に

,施 Iの

合理化 ・省力化を目的 として 「鉄道 ラーメン高架橋のブ レキャス ト 構築工法」の開発 を行 つた。営業線直上の高架化工事は

,一

般に高架橋 と同時に整備 され る環境側道用地 を利用 し た段階施工を行 うが

,環

境側道用地の確保が遅れている場合

,軌

道内か らしか施 工できない ことか ら

,プ

レキャス ト梁・スラブの組立施工順序が工期短縮を図る上で重要な要素 となる。そこで

,本

工法を対象 とした設計 ・施工指 針で想定 していた梁架設→中詰めコン→スラブ架設→ スラブコンの施工順序 を

,梁

架設→スラブ架設→中詰めコン → スラブコンの施工順序に変更することを試みた。本施工順序の実用性を見出すため

,梁

の仮支持金具 と仮固定治 具の考案

,ハ

ーフブ レキャス ト梁の解析的検討お よび実物大試験体を用いた施工実験 を実施 した。その結果

,柱

梁 のラーメン構造を構築す る前′すなわち

,中

詰めコンクリー ト打設前にスラブを架設できることを実証 した。 キーワ ド

:

ハーフブ レキャス ト部材・施工順序・施工実験・ね じり・ウエブ転倒

4構

造検討

5施

工実験 6ま とめ 1 柱建込み ブレキャストと i琴 聟 3 スラブ架設 2 梁架設 〉 〉

lii プ

〉

図

1

本 工法 の施 工手順 に

,施

工時にお け るハー フプ レキャス ト梁 の解析的検討 お よび実物大試 験 体 を用 いた施 工実験 を実施 した。

2

本工法の概要 図1に本 工法 の施 工手順 の概要 を示す。 本 工法 は

,予

め工場製作 した柱

,梁

,ス

ラブのプ レキ ャス ト部材 を現 場 で架設 し

,順

次 場所 打 ち コンク リー トに よ り結合 して ラー メン高架橋 を構 築す る もので ある。 プ レキャス ト化 す る柱

:梁 ,ス

ラブの形 状お よび特長 につ いて

,ハ

ー フ ブ レキャス ト方式 を例 として図

2に

示す。 本工法の特長 を以 下 に示す。 ① 工事 の省 力化

型枠支保 工兼用 のプ レキャス ト部材 を用い るた め, 現場 にお け る型 枠お よび支保 工の組 立て,解体作業 が 省力化でき

,特

に営業性直上施 工において効果 がある。 ②工期 の短縮 従 来 の場所 打 ち工法 に比べ て現場 の作業効率 が向上 し

,工

期 の短縮 を可能にす る。 ③ トー タル コス トの低減 工期 の短縮や 工事 の省力化 に よ り

,

トー タル コス ト の低減 を可能 にす る。 ④プ レキャス ト方式 の選択 現場 の状況 に応 じて

,フ

ル プ レキャス ト方式 か場所 打 ち コンク リー トを併用す るハ ー フプ レキ ャス ト方式 が選捉できる。 ⑤安定 した品質 を確保 天候 に左右 され ない工場 でプ レキャス ト部材 を製 作 す るので

,安

定 した品質 を確保で きるD

3.技

術的課題 鉄道営業線直上の複 々線化お よび立体交差化 工事 にお いて

,一

般 に高架橋 と部材 の軽量化 を 目的 としたハー フ プ レキャス ト方式 を適用す る場合

,プ

レキャス ト部材 の 架設お よび場所打 ち コンク リー トの打設は

,高

架橋 と同 時に整備 され る環境側道用地か らの施工を前提 としてい た (表 1(a)参照)。 この場合

,ハ

ー フプ レキャス トス ラ ブの架設 は

,ハ

ー フプ レキャス ト梁 の中詰 コンク リー ト を打設 してか ら

,す

なわ ち柱梁 のラー メン構造 を構築 し てか ら施工す るもの としていた。 しか し

,表

1(b)に示す よ うに環境側道 となる用地 の確保 が遅れているよ うな場 合

,プ

レキャス ト部材 の架設お よび場所打 ちコンク リー トの打設 は軌道 内か らしか施工できないので

,プ

レキャ ス トスラブの架設順序は全体工程 に大 きく影響す るもの となる。そ こで

,表

1に

示す よ うに

,ハ

ー フプ レキャス ト梁 の中詰 コンク リー トを打たず にハーフプ レキャス ト スラブを架設 できる施工順序 に変更 した。 この場合

,鉄

道営業線 の安全性 を確保す るため以下の紺応が必要 とな る。 ①ハー フプ レキャス ト梁 の仮支持金具は

,ハ

ー フプ レ キャス ト梁 自重

,中

詰 コンク リー ト重量お よびハー フプ レキャス トス ラブ 自重 に抵抗す るものでなけれ ばな らな い。 ②ハーフプ レキャス トスラブ架設時にハーフプレキャ ス ト梁に発生する転倒モーメン トに抵抗するため

,仮

固 定治具をハーフプ レキャス ト梁両端に取 り付ける必要が ある。 ③図

3に

示すように

,ハ

ーフプ レキャス トスラブはハ ーフプレキャス ト梁の片側 に支持 させ るので

,上

側開 口 断 面形 状:□形 配 置 鋼 材:軸方 向 鉄 筋 (シー ス に よ り可動) 帯 鉄 筋 特 長:・軸 方 向 り、筋 と基 礎 の 定 着 鉄 筋 と を機 械 的 に接 合 す る た め,軸方 向鉄 筋 位 畳 に シー ス を配 置 ・ 軸 方 向鉄 筋 とシー ス の 間 に は グ ラ ウ トを 注入 して 付 着 を確 保 ・ 打継 面 の 凹 凸 に よ り場 所 打 ち部 と一 体化 (a) ハ ー フプ レキ ャス ト柱 断面形状 「U形 配置鋼材!PC鋼本オ,下禄側 主鉄 筋 側方鉄 筋,スター ラ ップ 特 長:・施工 中の中間支保工 を不要にす るた め,PC鋼材 によ リプ レス トレスを導入 ・ 打継 面の凹凸によ り場所打 ち部 と一体化 一

(b)ハ

ー フプ レキ ャス ト梁 断 面形状:W形 配 置鋼材: 支 問方 向:PC鋼材,下縁側 主鉄 筋 直角方 向 :下 縁側主鉄筋 lルー プ鉄 筋) i 特 長 「 施工 中の中間支保 工 を不要 にす るた め,支問方 向は,C無キオに よ リプ レス トレヌ を導入 打継 面の凹凸によ り場所打 ち部 と一体化

(c)ハ

ー フプ レキャス トスラブ 図

2

各 プ レキャス ト部材 の形状 と特長 表

1

ハーフプ レキャス ト梁

,ス

ラブの施工順序 而 工 順 序 ａ l施 工順序を変えた項 目 l 項 目 施 工 順 序 ｈ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ U形プレキャスト梁架設 柱上端支持点部に仮固定 中詰コンクリート打設 プレキャストスラブ架設 落下防止措置 スラブコンクリート打設 ① ② ⑤ ③ ④ ⑥ 農 と

断面 の梁 にね じ リモー メ ン トが発生す る。梁 のね じれ剛 性 を高 め るこ とを 目的 と したダイヤ フラムの必要性 の有 無 を検討す る必要がある。 ④ き電停止 時間内に準備 工 を含 めた架設作業 を行 うた め

,施

工のサイ クル タイ ムを確認す る必要がある。

4.構

造検討

41

梁の仮支持金具 および仮固定治具 の考案 ハー フプ レキャス ト梁 を柱上端で仮支持お よび仮 固定 す る方法 として

,表

2に

示す よ うな

3方

式 のハー フプ レ キャス ト梁の仮支持金具 と

,図 4に

示すハー フプ レキャ ス ト梁の仮固定治具を考案 した。 仮支持金具 は

,柱

支持 ブ ラケ ッ ト方式 の場合

,ハ

ー フ プ レキャス ト梁端部の下端 を柱 上端に取 り付 けたブラケ ツ トとジ ヤ ンキに よ り支持す る方法で ある。埋込み ブ ラ ケ ッ ト方式Iの場合

,予

めハー フプ レキ ャス ト梁 に埋 め 込 んだブ ラケ ッ トによ り支持す る方法で

,ブ

ラケ ッ トは 柱主鉄 筋 とかみ合 うこ とでずれ止 めの役 割 も果 たす もの で ある。埋込みブラケ ッ ト方式 コの場合

,埋

込 みブ ラケ ッ ト方式Iの機 能 に加 えて

,柱 ,梁

間の施 工誤 差 を若千 吸収 で きる形状 となってい る。 いずれ の方式 において も, 高 さ調整 はブ ラケ ッ ト支持部 の無収縮モル タル にて行 う。 仮 固定治具 は架設前 にハー フプ レキャス ト梁 両端 に予 め取 り付 け

,架

設 時にお いて仮 固定治具 に柱主鉄筋 を貫 通 させ

,ロ

ックナ ッ トに よ り固定す るもので ある。

4.2

梁のね じリモー メン トに対す る検討 ハー フプ レキャス ト梁 を架設後

,梁

両端 を仮 固定す る と,ハー フプ レキ ャス ト梁 ウェブ上端 にハ ー フプ レキ ャ ス トスラブを架設す る時点で

,梁

にね じ リモー メン トが 東急建設技術研究所報No.27 ハークブレキャストスラブ ld:微酎お じリモーメン ト 図

3

ス ラブを支持す るハー フプ レキ ャス ト梁 断面図 平面図 ス ラ 引張 力 を受 け る D32 図

4

ハーフプ レキャス ト梁 の仮 固定治具 ス ラケ ッ ト方式 表

2

ハー フプ レキャス ト梁の仮支持金具 埋込 み ブ ラケ ッ ト方 式 Ⅱ 側面図 側 面 図 ト ブ レ キ ャ ス ト 柱 し キ ャ ス ト 栓 埋 込 み ブ ラケ ッ ト方式I し キ ャ ス ト 柱 側面図

作用す る。 また

,ス

ラブ上での作業荷重 もね じリモー メ ン トを増大 させ る

cそ

こで

_,ね

じ リモー メン トによ リハ ー フプ レキャス ト梁に発生す る斜 め引張応力度 につ いて 梁モデル の面外解析 によ り照査 した。解析対象 とす るハ ー フプ レキャス ト梁の形状お よび寸法は幅

900mm×

高8

50mm,吉

Б材厚

150mm,

スパ ン

6600mmで

あ り

,ハ

ンチ 形状 は無視 した。材料緒元 として

,ハ

ー フプ レキャス ト 梁 に使 用す るコンク リー トの圧縮強度 σ _{ed=50,ON/mm2)} 引張強度推定式 よ り求め られ るコンク リー トの引張強度 は

om=310N/mm2で

ぁる。支′点条件 は梁 の両端 を完全 固定 と した。その結果

,せ

ん断力 とね じリモー メン トに よるコンク リー トの斜 め引張応力度 は

218N/mm'で

あ り, 施 工時の制限値 をコンク リー トの引張強度 σ

td=310N/m

m2に設 定 した場合

,安

全側であったc また

,ハ

ー フブ レキャス ト梁のね じ り岡」性 を高めるこ とを 目的 としたダイヤフラムの必要性 の有無 を確認す る た め

,前

述 の梁に対 して

3次

元

FEM弾

性解析 を実施 し た

cハ

ー フプ レキャス ト梁はスパン中央で対称 となる部 材 で あるので

,片

側 のみをモデル化 (ハンチの影響 は無 視

)し

た。支点条件 は

,ハ

ー フプ レキャス ト梁端部 を完 全 固定 とした。その結果

,図 5に

示す よ うに

,ダ

イ ヤ フ ラム を配置す ることによ リハー フプ レキャス ト梁 ウェブ の コンク リー トのせん断応力度分布が変化す るものの, その最大値 はほ とん ど変わ らなかった。 また

,変

形 につ いて も

,ダ

イ ヤ フ ラムの有無 に関わ らず ほぼ 同様 な値 (スパ ン中央の水平変位 :ダ イヤフラム有 り

05mm,ダ

イヤ フラム無 し

04mm)を

示 した。従 って

,今

回配 置 し た ダイヤフラムによるハーフプ レキャス ト梁 のね じ り剛 性 を高める効果はほ とん どないもの と考 え られ る。

43

梁ウ ェブの転倒に対する検討 ス ラブ 自重や スラブ上の作業荷重 に よ り

,ハ

ー フプ レ キャス ト梁にね じリモーメン トが作用す る と同時に, ウ ェブを転倒 させ よ うとす る曲げモー メン トが作用す る。 さらに

,中

詰 コンク リー ト打設時の側圧 は, この 曲げモ ー メン トを増大 させ る。そ こで

,ハ

ー フプ レキャス ト梁 ウェブ下端の曲げ引張応力度について検討 した。その結 果

,梁

自重 十スラブ 自重

+ス

_{ラブ上の作業荷重}

+中

詰 め コンク リー ト側圧作用時におけるハーフプ レキャス ト梁 ウェブ下端の曲げ引張応力度は 1.87N/mm2と な り

_,施

工 時の制 限値 をコンク リー トの引張強度 σ id=3.10N/mm2 とすれ ば安全側であった。 また

,3次

元

FEM弾

性解析 によれば

,図

6に

示す よ うに

,ダ

イヤ フラムを配置す る ことに よ リハーフプ レキャス ト梁 ウェブ下端 の曲げ引張 応 力度分布が変化す るものの

,そ

の最大値 はほ とん ど変 わ らなかった。従 つて

,ダ

イ ヤフラムはハー フプ レキャ ス ト梁 ウェブ下端の曲げ引張応 力度 を低減す る効果 はほ とん どない もの と考え られ る。 剖 コ 如 却 師 抑 Ｗ 部 却 ﹃ 抑_加 神 ヤ_師 呻 ］ 呻 μ

(a)ダ

イ ヤ フ ラム な し

(b)ダ

イ ヤ フ ラム有 り

(a)ダ

イ ヤフ ラムな し

(b)ダ

イ ヤ フラム有 り 図

5

せ ん断応 力 τ v2(N/mrn2) L い 図

6

主応 力 σ2(N/Hlm2)

5

施工実験 試 験体 のイ既要 を表

3に ,各

試験体 の一般 図 を図

7,8

に示す。施工実験は

,図

9に

示 す よ うに

,柱

モデルであ る場所打ち柱

4本

と中詰 コンク リー ト充填梁

1本

が配置 されてい る状態か ら開始 した。 まず

,重

量 が約

70kNで

あるハー フプ レキャス ト梁 の 架設 を行 つた。 ハー フプ レキャス ト梁 の仮支持 方法 は前 述 の埋込 みブ ラケ ッ ト方式

I, Hと

し

,そ

れ ぞれ をハ ー フプ レキャス ト梁両端 に配置 した。ハー フプ レキャス ト 梁 の仮 固定治具 は架設前 に予 め取 り付 け

,架

設 完了後 ロ ンクナ ン トに よ り固定 した。施 工時間は

,玉

掛→架設→ 仮 固定まで約 14分で あつた。 続 いて

,重

量 が約

30kNで

あるハー フプ レキャス トス ラブ

3枚

を順次架設 した。各部材架設後

,ス

ラブの両側 端部 に予 め埋 め込んだ

M16イ

ンサー ト (図

8参

照

)に

金具 を取 り付 け

,ず

れ止 め措置 を取 つた。施 工 時間 は, 玉掛→架設→ずれ止 めまで約

4分

/枚

で あつた。 表

3

試験体 の概 要 各 重 量 場 所 打 ち柱 中詰コンクリート 充填梁 ハーフフ・レキャストン鵞 約 70kN ハーフフ°レキャストスラフ゛ 糸勺30kN 側 面 園 断 面 図 東急建設技術研究所報No.27 Stcpl柱

,梁

配置 Stcp2 梁架設 Stcp3 ス ラブ

I架

設 Stcp4ス ラブ Ⅱ架設

stcp5 スラブШ架設

図

9

プ レキ ャス トスラブ試験体一般 図 (a)梁試験体 (b)スラブ試験体 (C)ハーフプ レキャス ト梁

,ス

ラブ架設完了

@

ミ イ 平 面 目 図

7

プ レキャス ト梁試験体一般 図 側 面 図 F i 国 央 中 面 ン 断 ス

こ

螂

脚

平 面 園 数 量 構 造

4体

RC RC

1体

RC

1体

3体

PC FI 図

8

プ レキャス トスラブ試験体一般 図 写真

1

試 験体 と施工実験完 了状況

写真

1に

試験体 と施工実験状況 を

_,写

真

2に

梁の仮支持 金具 と仮 固定治具 を示す。 また

,ハ

ー フプ レキャス トスラブ架設時において

,仮

固定治具 を介 して柱 主鉄筋

D32(図 4参

照

)に

作用す る 引張力 を測定 した。その結果

_,ハ

ー フプ レキャス トスラ ブ

3枚

を架設完 了 した状態で最大約 1 57kN(鉄筋応 力 換算os≒

200N/mm2/本

)が

作用 していた。 また

,梁

両 側 で固定 している柱主鉄筋

2本

に作用する引張力の平均 は約0 98kN(σs≒1.23N/11lm2)で ぁった。 これに対 し, 圧縮側 は仮 固定金具 を介 して コンク リー トに負担 させ, 引張側 は柱主鉄筋

1本

に負担 させ るとした

RC断

面計算 に よ り得 られ る鉄筋の引張応力度 は

,

σ

s=124N/mm2と

な り計測値 と一致 した。 そ こで

,机

上検討 において

,荷

重条件 としてプ レキ ャス トスラブを必要枚数

(6枚

)を

並べ

,作

業荷重 を 1 50kN/m2と して考慮 した場合

,RC

断面計算 に よる柱主鉄筋 の引張応力度 は σ

s=470N/m

m2と

な った こ とか ら

,構

造 上 問題 ない レベルで ある と 考 え る。 に寄与す る。 今回 の施 工実験ではハーフプ レキャス ト梁 に ダイヤ フ ラム を配置 したが

,解

析的検討 によ リダイヤ フラムがね じり剛J性 を高 める効果が無い ことが明 らかになかった こ とか ら

,部

材製 作における施工性や経済性 を考慮 して, 今後 ダイヤ フラムを廃す ことが妥当である。

:i! :

基

(a)埋

込 み ブ ラケ ッ トI

6

ま とめ 解析検討 お よび施 工実験の結果

,柱

梁 のラー メン構造 を構築す る前

,す

なわ ち,ノ ヽ― フプ レキャス ト梁の中詰 コンク リー トを打設す ることな くハーフプ レキャス トス ラブの架設 を行 えることが確認 できた。 これ によ り

,以

下の効果が見込 める。 安全性 :ハ ー フプ レキ ャス ト梁

,ス

ラブ上 を足場 として 利 用で きる。施工性 :中 詰 コンク リー トを打設時の足場 組立が不要 にな る。経済性 :足 場不要によ リコス ト低減 (b)埋込 み ブ ラケ ッ トⅡ 付 記 本研 究は

,川

田建設(株)との共同研 究 として行われ た ものである。 (c)仮固定 治 具 写真

2

梁の仮支持金具 と仮 固定金具 参考文献

1)(財)鉄

_{道総合技術研究所 :「ハーフプ レキャス トエ法を用いた鉄道ラーメン高架橋の設計・施工指針」,19993}

TRIAL CONSTRUCTION OF HALF PttCAST BEAⅢ

生

S AND SLABS

H.Hattori,T.Mサa」 and s.Tamが

The construction mcthOd using the prccast mcmbcrs for thc clcvatcd rail、 vay has bccn dcvclopcd for thc puipose of

radonalization and labor saving Of construcdon and its guidchne has bccn authorizcd and Publishcd ln gcncral,thc construction of thc clcvatcd rttlway abovc thc cxisting one requircs enough work sitcjust bcddc thc r洒 _{lway so that hc structurcs arc co,ュ structcd}

wihin hc c適sting railway area at苗ght whcrc hcl・ e is■o addttional works arca nearby.It is cmpha前 zcd that hc usc of plccast bcatns and siabs is most cffcctivc to shortcn thc construction schcdulc.Bttcd on the nc、 v construction scqucncc dcvclopcd by thc authors thc filll scalc cxpcrirncntal studicd havc bccn catricd out and havc conflrlncd the applicability to thc actual construction proJcct hc studics rcsultcd thatthc prccast slabs could bc constmctcd bcforc constRIC10n ofthc bcams and thc columns