機械式定着鉄筋

1 . 　は じ め に

　鉄筋の定着はフックが原則として使われてきた。鉄筋 が交差する箇所や，狭あい箇所での配筋作業において フックが施工しにくいという問題があり，それに代わる 方法として，機械式定着具や機械式定着鉄筋が開発され てきた。ここでは，工場にてあらかじめ定着具を鉄筋と 一体として製造した機械式定着鉄筋について紹介する。

鉄筋の定着のための定着具を用いるという考えは古くか らあったが，コスト的に成り立つものがなかなか開発で きなかった。近年，機械式定着鉄筋が多く使われるよう になったのは，製造方法の進歩により，製造コストの低 減と，現場施工の容易さの二つの面からメリットが出る ようになったからと思われる。本稿では，主な機械式定 着鉄筋である，プレート定着型せん断補強鉄筋工法（以 降，Head

-

bar と呼ぶ）と，拡径部による機械式定着鉄 筋工法（以降，T ヘッド工法と呼ぶ）について紹介する。

2 . 　製 造 技 術 2 . 1  Head-bar

　Head

-

bar は，せん断補強鉄筋の端部にプレートを摩擦 圧接工法により接合して定着体としたものである。図-1 に示したように，高速回転させた定着プレートに異形鉄 筋を押し付け，摩擦熱により鉄筋とプレートを完全に一 体化する^1）。摩擦圧接工法は JIS Z 3607 に規定され，自 動車産業等機械工業分野で広く利用される確立された技 術である。この工法によるせん断補強鉄筋と定着プレー トの接合部の強度は，鉄筋母材の強度以上となる。

　また，図

-1

に合わせて示したように，せん断補強鉄 筋としての基本形には，片端プレート付きと両端プレー ト付きの 2 種類があり，プレートとしては矩形と円形が 使用できる^1）。

2 . 2  T ヘッド工法鉄筋

　T ヘッド工法鉄筋は高周波誘導加熱により端部に拡径 部を形成する。異種材料の接合がなく，信頼性が高い工 法である。製造過程は以下の通りである。図

-2

に製造過 程と鉄筋形状を示す。

①鉄筋端部に誘導加熱用コイルをセット

②高周波誘導加熱によって，鉄筋端部を加熱

③成形型を加熱した鉄筋端部に押し当てる

④一体成形加工が完了

3 . 　機械式定着鉄筋の形状寸法 3 . 1  Head-bar の形状寸法

　図

-3

および図

-4

に示したように，定着プレートの寸法 は，せん断補強鉄筋の定着機能の他に主鉄筋の座屈抑止 や帯鉄筋を拘束する機能が確保できるように，せん断補 強鉄筋の径と掛けられる鉄筋の径に応じて，十分な掛り 長が得られる大きさ以上に設定する^1），2）。プレート厚さは せん断補強鉄筋の径より小さいため，半円形フックと比 較してかぶりの確保に有利となる。

　表

-1

にせん断補強鉄筋とプレートの径と材質の組合せ，

表-2

に軸方向鉄筋とプレートの径と材質の組合せ，お よび表

-3

に異形鉄筋の種類が SD 345，定着プレートの 材質が SM 490，コンクリートの強度が 21～30 N/mm²の 場合のプレートの寸法の一覧を示す。

3 . 2  T ヘッド工法鉄筋の形状（図-5） ，寸法

　T ヘッド工法鉄筋の各鉄筋呼び名に対する寸法規格を 特集／平成のコンクリート技術開発／1．構造・工法分野における技術開発／1

. 1 土木の事例

機械式定着鉄筋

石　橋　忠　良

^＊

＊  いしばし・ただよし／ジェイアール東日本コンサルタンツ㈱ 取締 役会長，技術本部本部長（正会員）

定着プレート  高速 回転  

押し つける  

完全に一体化  

片端プレート＋

他端半円形フック 両端プレート

図-1 Head-bar

T ヘッド 工法鉄筋

半円形フック

② ③ ④

①

図-2 T ヘッド工法鉄筋の製造過程

プレート長辺長

a：（ 掛けられる鉄筋の径＋両節高さ）×3/4＋バリ量 10 mm b：（鉄筋径＋節高さ）/2

c：プレート短辺長/2 せん断補強鉄筋

c

プレート短辺長

a バリ量

b

32 t×120×140

D 25

96 200

9 t×40×70

せん断筋D 16

D 32

128 357

16 t×60×90

f'ck＜30 N/mm²未満の場合

主筋D 22 D 51

D 51

150

408

図-3 プレート最小寸法^2） 図-4 プレートの掛り状態の例^2）

表-1 せん断補強鉄筋または中間帯鉄筋の種類とプレート材料の組合せ^2）

呼び名 D 13 D 16 D 19 D 22 D 25 D 29 D 32 D 35 D 38 D 41 D 51 プレート材質 鉄筋の種類

SD 295 － ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ SM 490，S 35 C，S 45 C SD 345 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ SM 490，S 35 C，S 45 C

SD 390 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ SM 490，S 45 C

SD 490 － － － － ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ SM 490，S 45 C

○：適用可，－：適用不可，疲労部材への適用は SD 345 の D 13～D 19 に限る

表-2 軸方向鉄筋の種類とプレート材料の組合せ^2）

呼び名 D 13 D 16 D 19 D 22 D 25 D 29 D 32 D 35 D 38 D 41 D 51 プレート材質

鉄筋の 種類

SD 295 － ○ ○ ○ ○ ○ ○ － － － － S 35 C

SD 345 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ － － － － S 35 C

SD 390 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ － － － － S 45 C

SD 490 － － － － ○ ○ ○ － － － － S 45 C

○：適用可，－：適用不可

表-3 定着プレートの寸法

せん断補強鉄筋呼び径 D 13 D 16 D 19 D 22 D 25 D 29 D 32 D 35 D 38 D 41 D 51

掛けられる鉄筋の呼び径

（標準プレート 　　　適用範囲） D 13～

D 38 D 13～

D 35 D 13～

D 41 D 13～

D 38 D 13～

D 41 D 13～

D 38 D 13～

D 32 － － － －

標準 プレート寸法

長さ 9 9 12 16 16 19 19 22 25 25 32

長辺 70 70 80 80 90 90 90 － － － －

短辺 40 40 45 50 60 65 70 80 85 95 120

︵太径鉄筋の使用時︶＊

1

D 13 長辺 80 90 95 110

D 16 長辺 85 90 95 115

D 19 長辺 85 90 100 115

D 22 長辺 90 95 100 120

D 25 長辺 95 95 105 120

D 29 長辺 95 100 105 125

D 32 長辺 100 100 110 125

D 35 長辺 95 100 105 110 130

D 38 長辺 75 95 105 105 115 130

D 41 長辺 75 75 85 95 100 105 110 115 135

D 51 長辺 80 85 85 90 100 105 105 115 120 125 140

＊1　プレート長辺長をせん断補強鉄筋と掛けられる鉄筋の呼び径から決定。（図-3）

＊ 　鉄筋種類が SD 345，プレート材質が SM 490 以外，コンクリート強度が 30 N/mm²以上の場合は審査証明の詳細に従う。

拡径部径0 1.2 ^※

拡径部厚さ

※

※  は公称直径

図-5 T ヘッド工法鉄筋の形状

表-4

に示す。鉄筋呼び名 D 10 からD 51までを対象とする。

拡径部直径　D0：2

.

5 d≦D0≦2

.

8 d　　（d：公称直径）

拡径部厚さ　t：0

.

8 d≦t≦1

.

2 d （d：公称直径）

4 . 　適 用 方 法

　この 2 工法とも，せん断補強筋の半円形フックに変え て使うことができることが各種の実験により確かめられ ている。以下にそれぞれの使用方法について紹介する。

4 . 1  Head-bar

　図

-6

，図

-7

に示すように，Head

-

bar は，従来配筋で 両側半円形フックあるいは，両側半円形フックのラップ 配置となるせん断補強鉄筋の片側の定着体に適用する。

定着プレートは，コンクリート表面に最も近い鉄筋に掛 け，せん断補強鉄筋が掛ける鉄筋と接触するまで近づけ て配置することを原則とする^2）。

　「建設技術審査証明（土木系材料・製品・技術）2015.

11」では，Head

-

bar をせん断補強鉄筋または中間帯鉄筋

半円形フック 定着体：

Head-bar

正側 負側

−1 000

−800

−600

−400

−200 0 200 400 600 800 1 000

 −150 −120  −90  −60  −30  0  30  60  90  120  150

水平力（kN）

水平変位（mm）

半円形フック 定着体

かぶりコンクリートの剥落  内部コンリートの 破壊（図-10の状態） 

正側

負側

  δ   δ

図-8  柱部材の正負交番繰返し試験水平力−水平変位の  包絡線の比較^3）

表-4 拡径部直径，拡径部厚さおよび偏心量（単位：mm）

項　目 呼び名

D 10 D 13 D 16 D 19 D 22 D 25 D 29 D 32 D 35 D 38 D 41 D 51

D0 最大 27 36 45 53 62 71 80 89 98 107 116 142

t

最小 24 32 40 48 56 64 72 80 87 95 103 127

最大 12 15 19 23 27 30 34 38 42 46 50 61

最小 8 10 13 15 18 20 23 25 28 30 33 41

偏心量 最大 1.9 2.6 3.2 3.8 4.4 5.1 5.7 6.4 7.0 7.6 8.3 10.2 公称直径 9.53 12.7 15.9 19.1 22.2 25.4 28.6 31.8 34.9 38.1 41.3 50.8

0 20 40 60 80 100 120 140

履歴吸収エネルギー（kJ）

靭性率 定着体 半円形フック 1 サイクル目

耐力損失過程

0 20 40 60 80 100 120 140

履歴吸収エネルギー（kJ）

靭性率 定着体 半円形フック 2 サイクル目

耐力損失過程

0 20 40 60 80 100 120 140

履歴吸収エネルギー（kJ）

靭性率 定着体 半円形フック 3 サイクル目

耐力損失過程

1  δ 2  δ 3  δ 4  δ 5  δ 6  δ 7  δ 8  δ 1  δ 2  δ 3  δ 4  δ 5  δ 6  δ 7  δ 8  δ

1  δ 2  δ 3  δ 4  δ 5  δ 6  δ 7  δ 8  δ

図-9 各繰返しサイクルにおける履歴吸収エネルギーの比較

この部位に適用する

鉄筋の

交称径以下 鉄筋がせん断 補強鉄筋また はバリと接触 するまで，奥 に差し込むこ とを原則

外側の鉄筋

図-6 Head-bar の適用事例と配置方法

図-7 定着体と端部の構成

に使用した場合について，以下のように証明されている^2）。

・定着部の引抜耐力および抜出し量（剛性）は半円形フッ クと同等かそれ以上。

・Head

-

bar を用いた部材のせん断補強性能は半円形フッ クと同等。

・Head

-

bar をせん断補強鉄筋または中間帯鉄筋に用い た場合の軸方向鉄筋の座屈を抑止する効果および部材 の靭性が，半円形フックと比較して，破壊までの挙動 を含めて同等。

・高応力繰返し荷重に対する定着性能は半円形フックと 同等かそれ以上。

　Head

-

bar を中間帯鉄筋に用いた柱部材の正負交番繰 返し試験結果の概要を図

-8

，図

-9

に示す^3）。Head

-

bar を 使用した試験体は，水平力－水平変位関係の比較におい て，水平力損失過程で保持される水平力が破壊まで半円 形フックと同等であること，破壊に至る過程でのエネル ギー吸収性能が半円形フックと同等であることがわか

る。加えて，図-10に示したように，水平方向の復元力 が失われるまで定着体が帯鉄筋を拘束していることが確 認できる。

　このことから，Head

-

bar を使用する場合においても，

構造物の破壊までの挙動において軸方向鉄筋の座屈を抑 止する効果および部材の靭性が保持できる。

4 . 2   T ヘッド工法鉄筋（図 -11

，図

-12

）

　タンクの底版と側壁，立坑の側壁，アーチリブ，トン ネル二次覆工，ボックスカルバート，橋脚，フーチング，

鉄道高架橋などのせん断補強鉄筋または中間帯鉄筋等

（ただし，棒部材の外周鉄筋には用いない）に使用する ことができる。また，高サイクル疲労の影響を受ける部 材にも用いることができる。

　杭・柱および橋脚等の軸方向鉄筋のフーチング等のよ うにマッシブなコンクリートへの定着に用いる。

　T ヘッド工法鉄筋をせん断補強鉄筋として用いた梁の 曲げせん断試験体での正負繰返し載荷の実験や，脚柱供 試体での中間帯鉄筋に T ヘッド工法鉄筋を用いた交番載 荷実験の結果が，通常のフックを使用した場合と比較し て報告されている^4）。いずれも，半円形フックを用いた 場合と同様の結果が得られていると報告されている。

5 . 　施 工 事 例

　実際の現場での，配筋のフックから機械式定着鉄筋へ の変更事例を図

-13

に示す。

　この例で示したように，機械式定着鉄筋は，ボックス カルバートでの使用実績が多い。多く使用されるのは，

隅角部等の過密部でなく，上下床版および側壁のせん断 補強鉄筋である。特にせん断補強鉄筋のピッチが細かく，

施工数量が非常に多い場合や，両フックで施工するのに 非常に手間がかかる場合あるいはできない場合に使用さ れる事例が多い。

  7  

2 回目 δ

定着体の掛りが確認できる

図-10 水平力低下時の状態^3）

壁状構造物 梁状構造物 柱状構造物 

せん断補強鉄筋 中間帯鉄筋 

※

※外周鉄筋は適用外 拡径部をかぶりコンクリート内に配置

拡径部をコアコンクリート内で重ね継手

※

※

図-11 「T ヘッド工法鉄筋」の適用例（横方向鉄筋）

杭 柱・橋脚

図-12 「T ヘッド工法鉄筋」の適用例（軸方向鉄筋）

設計 上床版 変更

設計 側壁 変更

設計 下床版 変更

図-13 ボックスカルバートの配筋変更の例

6 . 　終 わ り に

　兵庫県南部地震以後，耐震設計規定の厳格化に伴い，

橋梁やカルバートなどの土木構造物ではせん断補強鉄筋 および中間帯鉄筋量が増加している。鉄筋が高密度化す ることにより，せん断補強鉄筋の標準フックなど，曲げ 加工部分を有する鉄筋の組立が非常に難しくなっており，

配筋作業の施工性の低下を招いている。また，標準フッ ク部などの曲げ加工部分がコンクリート打込み面に多く 存在することとなり，ホースなどの吐出口や締固め用の 棒形振動機の配筋内部への挿入が困難となることもある

（写真

-1

）。このように，鉄筋の高密度化は配筋作業の施 工性低下，コンクリートの充填性の低下の要因となり，

土木構造物の生産性および品質の向上が大きな課題と なっている。また，加工においても鉄筋の高強度化や太 径化により曲げ加工がしにくくなっている。このような 背景から様々な機械式定着工法が開発され，普及をして きた。

　施工性の向上については，T ヘッド工法に関するボック スカルバート型ケーソンの鉄筋工に関する歩掛かり調査に よると，段取り筋や重ね継手部の省略などから労務量は 25％程度削減できることが報告されている^4）。また LNG 地上タンク定番のせん断補強鉄筋に採用した例では，従 来のフックでのせん断補強鉄筋に比べてせん断補強鉄筋 の組立て工期が半減できた例も報告されている^4）。 　また，コンクリート打込み面の半円形フックや重ね継 手部などがなくなることにより，ホースなどの吐出口や 締固め用の棒形振動機の配筋内部への挿入が容易にな り，コンクリートの充填性の向上にも寄与している。

　建設業界は，作業員不足の状況が続いている。そのよ うな状況で，施工の効率化は重要なテーマである。技術 的に問題なくかつコスト面での優位性のある工法が多く 開発されることが望まれており，この定着鉄筋はその期 待に応えた開発と言えるだろう。

　本文をまとめるに当たり，大成建設　武田　均様，清 水建設　吉武謙二様に，資料や助言をいただきましたこ と，誌面を借りてお礼申し上げます。

参考資料

1） VSL ジャパン技術資料「プレート定着型せん断補強鉄筋　Head- bar」カタログ

2） 土木研究センター：建設技術審査（土木系材料・製品・技術）

「Head-bar」，2015. 11

3） 府川　徹・福浦尚之：中間帯鉄筋にヘッドバーを用いた単柱試験 体の正負交番繰返し載荷試験，コンクリート工学年次論文集，

Vol.35，No.2，pp.529～534，2013

4） 木村克彦ほか：T ヘッド鉄筋工法の開発とその施工例，コンクリー ト工学，Vol.42，No.3，2004. 3

写真-1 フックの多い配筋