特許 6853468 コンクリート部材と鋼材との接合構造の構築方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6853468

(24)【登録日】2021年3月16日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】コンクリート部材と鋼材との接合構造の構築方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/32 20060101AFI20210322BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20210322BHJP

   E02D 27/00 20060101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   E02D27/32 Z

   E04B1/58 511H

   E02D27/00 D

【請求項の数】9

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-218531(P2017-218531)

(22)【出願日】2017年11月13日

(65)【公開番号】特開2019-90198(P2019-90198A)

(43)【公開日】2019年6月13日

【審査請求日】2018年3月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000174943

【氏名又は名称】三井住友建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】515079793

【氏名又は名称】株式会社ユーラスエナジーホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】特許業務法人 大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】千々和 伸浩

(72)【発明者】

【氏名】篠崎 裕生

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 智久

【審査官】 石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許第１０５３５０５６４（ＣＮ，Ｂ）

【文献】 特開２０１５−１２９４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許第１０４７９０４２４（ＣＮ，Ｂ）

【文献】 特開２００２−１２９５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０４１８９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ２７／００−２７／３２

Ｅ０４Ｂ １／３８− １／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

常時又は間欠的に水に接触するコンクリート部材と、下端側が前記コンクリート部材内に埋設された鋼材との接合構造の構築方法であって、
前記鋼材の少なくとも一部に、前記コンクリート部材のコンクリート部分に比べて圧縮強度が高くかつ弾性率が低く、１〜５ｍｍの厚さを有する緩衝材を塗布又は貼付によって取り付けるステップと、
前記鋼材に取り付けられた前記緩衝材を埋設するようにコンクリートを打設することにより前記コンクリート部材を形成するステップと
を備えることを特徴する構築方法。

【請求項2】

前記鋼材は、前記コンクリート部材に立設された鋼管を有し、
前記少なくとも一部は、前記鋼管の前記コンクリート部材内に埋設された部分における外周面及び内周面を含むことを特徴とする請求項１に記載の構築方法。

【請求項3】

前記鋼材は、前記コンクリート部材に立設された鋼管と、前記鋼管の下端に設けられて前記コンクリート部材内に埋設されたベースプレートとを有し、
前記少なくとも一部は、前記ベースプレートの上面及び下面を含むことを特徴とする請求項１に記載の構築方法。

【請求項4】

前記鋼材は、前記コンクリート部材内に埋設されたスタッドを含み、
前記少なくとも一部は、前記スタッドの頭部及び／又は軸部を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の構築方法。

【請求項5】

前記鋼材は、前記コンクリート部材内に埋設される部分に貫通孔を含み、
前記少なくとも一部は、前記貫通孔の内周面を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の構築方法。

【請求項6】

前記少なくとも一部は、前記鋼材における前記コンクリート部材内に埋め込まれた部分の全表面であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の構築方法。

【請求項7】

前記緩衝材は、エポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の構築方法。

【請求項8】

前記鋼材は、風力発電用の風車タワーのアンカーリングを含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の構築方法。

【請求項9】

前記緩衝材における前記鋼材の下部を覆う部分の上端は、前記コンクリート部材の上面から突出していることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の構築方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水に接触するコンクート部材と鋼材との接合構造、例えば、風力発電用の風車のコンクリート基礎と風車タワーとの接合構造に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な発電用の風車は、コンクリート基礎に立設された風車タワーと、風車タワーの上端側に取り付けられたブレードとを有する。ブレードが風を受けて回転するため、風車タワーがコンクリート基礎に対して揺動（曲げ振動）する。特許文献１には、２重の鋼管によって風車タワーを構成し、両鋼管の間に粘弾性樹脂を充填することにより、揺動を抑制し、共振を回避することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−３３６５５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

風力発電用の風車では、図７に示す鋼製のアンカーリング１がコンクリート基礎に埋設され、アンカーリング１の上に風車タワー本体が設置される。アンカーリング１には、コンクリート基礎との一体性を高めるためのスタッド２や、貫通孔３が設けられている。

【0005】

風車においては、特許文献１に記載の発明のように風車タワーの揺動を抑制することはできても、揺動の発生を完全に防止することは困難である。風車タワーが揺動すると、風車タワーからコンクリート基礎に繰り返しの支圧力が作用する。このような箇所に、外部から水が浸入するとコンクリートが水圧や水流の作用で損傷する。

【0006】

図８は、コンクリート４に下端側が埋設された鋼材５に繰り返しの支圧力が作用し、かつコンクリート４に水が浸入する場合のコンクリート４の損傷の進行のメカニズムを示す。鋼材５は、鉛直方向に延在する本体６と、本体６の下端にフランジを形成するように取り付けられたベースプレート７とを有する。

【0007】

図８ａは、揺動によって、鋼材５に引抜き及び押し込み荷重が作用し、コンクリート４と鋼材５との縁が切れ（コンクリート４と鋼材５との互いに接合していた表面が離間し）、その隙間に雨水等の水が浸入する様子を示す。図８ｂは、コンクリート４と鋼材５との間に比較的大きな支圧力と水流とが同時に作用することにより、ベースプレート７の付け根付近（二点鎖線で丸印を付した部分）を起点にコンクリート４が損傷し、それが拡大する様子を示す。図８ｃ及びｄは、ベースプレート７の上面とコンクリート４との間に隙間が生じて鋼材５自体が大きく上下動可能となる様子を示す。この時、粉砕されたコンクリート片８が水と混ざり、それに水流が加わることで、さらにコンクリート４の表面を削る。図８ｅは、粉砕されたコンクリート片８の破砕片が、水にのってスラッジ９としてベースプレート７の下面側に移動し、ベースプレート７の下面側のコンクリート４の損傷が進行する様子を示す。図８ｆは、スラッジ９が外部に排出されて鋼材５の変位幅が拡大する様子を示す。図８ｇは、二点鎖線で丸印を付した部分でキャビテーションやエロージョンにより破壊が加速する様子を示す。このように、水及び支圧力の双方が存在することによってコンクリート４の損傷が進行する。

【0008】

このような破壊を防止するため、水の浸入口となるコンクリートの外表面と鋼材との間に弾性材料からなるシーリング材を塗布することがあった。しかし、シーリング材は、コンクリートの外表面と鋼材との隙間からの水の浸入を防止することを主眼としており、鋼材及びコンクリート間の縁が切れること自体は防がない。そのため、コンクリート側面のひび割れから水が浸入し、又は、シーリング材が荷重による鋼材の変位に追随できずに剥離することやシーリング材の経年劣化により水が浸入し、上記のコンクリートの損傷が進行するおそれがあった。

【0009】

このような問題を鑑み、本発明は、水が接触するコンクリートと鋼材との接合構造であって、鋼材に繰り返しの荷重がかかってもコンクリートの損傷を防止又は抑制できる接合構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る接合構造（１０）は、常時又は間欠的に水に接触するコンクリート部材（１１）と、下端側が前記コンクリート部材内に埋設された鋼材（１２）との接合構造であって、前記鋼材の前記コンクリート部材内に埋設された部分の少なくとも一部は、前記コンクリート部材のコンクリート部分に比べて圧縮強度が高くかつ弾性率が低い緩衝材（１３）を介して前記コンクリート部材に当接しており、前記緩衝材の厚さが、１〜５ｍｍであることを特徴とする。前記緩衝材は、エポキシ樹脂からなってもよい。また、前記鋼材は、風力発電用の風車タワーのアンカーリングを含んでもよい。

【0011】

この構成によれば、緩衝材の変形追従性、及び剥離抵抗性により、コンクリート部材及び鋼材間に隙間が生じず、コンクリート部材及び鋼材間への水の浸入を防止でき、及び／又は、緩衝材が鋼材の揺動によって生じるコンクリート部材及び鋼材間で応力の伝達を緩やかにするため、コンクリート部材及び鋼材間で局所的に応力が大きくなることが抑制される。よって、水と繰り返しの荷重の双方が存在することによって生じるコンクリート部材の損傷が防止又は抑制される。

【0012】

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る接合構造は、上記構成において、前記鋼材は、前記コンクリート部材に立設された鋼管（１４）を有し、前記少なくとも一部は、前記鋼管の前記コンクリート部材内に埋設された部分における外周面及び内周面を含むことを特徴とする。

【0013】

この構成によれば、緩衝材の変形追従性、及び剥離抵抗性により、コンクリート部材及び鋼材間に隙間が生じず、コンクリート部材及び鋼材間への水の浸入を防止できるため、コンクリート部材における水の存在が必要条件である損傷が防止又は抑制される。

【0014】

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る接合構造は、上記の最初の構成において、前記鋼材は、前記コンクリート部材に立設された鋼管（１４）と、前記鋼管の下端に設けられて前記コンクリート部材内に埋設されたベースプレート（１５）とを有し、前記少なくとも一部は、前記ベースプレートの上面及び下面を含むことを特徴とする。

【0015】

この構成によれば、緩衝材が鋼材の揺動によって生じるコンクリート部材及び鋼材間で応力の伝達を緩やかにするため、コンクリート部材及び鋼材間で局所的に応力が大きくなることが抑制され、コンクリート部材の損傷が防止又は抑制される。

【0016】

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る接合構造は、上記構成の何れかにおいて、前記鋼材は、前記コンクリート部材内に埋設されたスタッド（１６）を含み、前記少なくとも一部は、前記スタッドの軸部（１８）及び／又は頭部（１９）を含むことを特徴とする。

【0017】

この構成によれば、スタッドによってコンクリート部材と鋼材との一体性が高まるとともに、緩衝材がコンクリート部材とスタッドとの間の力の伝達を緩やかにするため、局所応力の発生が抑制され、それにより水が存在してもコンクリート部材の損傷が防止又は抑制される。

【0018】

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る接合構造は、上記構成の何れかにおいて、前記鋼材は、前記コンクリート部材内に埋設される部分に貫通孔（１７）を含み、前記少なくとも一部は、前記貫通孔の内周面を含むことを特徴とする。

【0019】

この構成によれば、貫通孔によってコンクリート部材と鋼材との一体性が高まるとともに、緩衝材がコンクリート部材と貫通孔の内周面との間の力の伝達を緩やかにするため、局所応力の発生が抑制され、それにより水が存在してもコンクリート部材の損傷が防止又は抑制される。

【0020】

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る接合構造は、上記構成の何れかにおいて、前記少なくとも一部は、前記鋼材における前記コンクリート部材内に埋め込まれた部分の全表面であることを特徴とする。

【0021】

この構成によれば、緩衝材がコンクリート部材及び鋼材間に隙間が生じることを防止して、コンクリート部材及び鋼材間への水の浸入を防止できるとともに、緩衝材が鋼材の揺動によって生じるコンクリート部材及び鋼材間で応力の伝達を緩やかにするため、コンクリート部材及び鋼材間で局所的に応力が大きくなることが抑制される。よって、水と繰り返しの荷重の双方が存在することによって生じるコンクリート部材の損傷が防止される。また、緩衝材が鋼材におけるコンクリート部材内に埋め込まれた部分の全表面を覆うため、鋼材の腐食を防止できる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、水が接触するコンクリートと鋼材との接合構造において、鋼材に繰り返しの荷重がかかってもコンクリートの損傷を防止又は抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施形態に係る接合構造の縦断面図

【図2】第１変形例に係る接合構造の縦断面図

【図3】第２変形例に係る接合構造の縦断面図

【図4】第３変形例に係る接合構造の縦断面図

【図5】第４変形例に係る接合構造の一部を示す縦断面図

【図6】第５変形例に係る接合構造における鋼材の一部を示す斜視図

【図7】従来技術に係る風力発電用の風車タワーのアンカーリングの写真

【図8】従来技術に係る接合構造におけるコンクリートの破壊のメカニズムを示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。実施形態に係る接合構造１０は、コンクリート部材１１と、下端側がコンクリート部材１１に埋設するように立設された鋼材１２と、コンクリート部材１１及び鋼材１２間に挟まれた緩衝材１３とを有する。例えば、コンクリート部材１１及び鋼材１２は、それぞれ、風力発電用のコンクリート基礎及び風車タワーのアンカーリング１（図７参照）である。

【0025】

コンクリート部材１１は、鉄筋コンクリート又は無筋コンクリートである。コンクリート部材１１は、海底のように常時水に接触する場所や、陸上で雨水等に曝されて間欠的に水に接触する場所に設けられる。

【0026】

鋼材１２は、鉛直方向に延在する鋼管１４と、鋼管１４の下端に溶接等により固定されたベースプレート１５とを有する。鋼管１４の下端側及びベースプレート１５がコンクリート部材１１に埋設されている。ベースプレート１５は、鋼材１２におけるフランジを形成するように、主面が上下方向を向き、円環状をなす。

【0027】

緩衝材１３は、コンクリート部材１１のコンクリート部分に比べて圧縮強度が高くかつ弾性率が低い素材からなる。緩衝材１３として、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。緩衝材１３は、塗布又は貼付によって鋼管１４及びベースプレート１５に取り付けられる。緩衝材１３を鋼材１２に取り付けた後に、現場打ちコンクリートを打設することによりコンクリート部材１１が形成されるため、鋼材１２は、緩衝材１３を介してコンクリート部材１１に当接する。なお、既存の構造を補修する場合には、コンクリート部材１１と鋼材１２との隙間に緩衝材１３を注入してもよい。

【0028】

緩衝材１３は、鋼材１２の揺動に追随して変形するため、また、コンクリート部材１１及び鋼材１２間の応力の伝達を緩やかにするために、１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上の厚さを有する。この厚さは、一般的な防錆目的の塗装の厚さ（０．１〜０．５ｍｍ程度）よりも厚い。一方、緩衝材１３が厚すぎると、コンクリート部材１１による鋼材１２の支持が不安定になるため、緩衝材１３の厚さは、５ｍｍ以下とすることが好ましい。

【0029】

緩衝材１３は、鋼管１４におけるコンクリート部材１１に埋設されている部分の外周面及び内周面の全体、及びベースプレート１５の全体を覆っている。また、緩衝材１３の鋼管１４の下部を覆う部分の上端は、コンクリート部材１１の上面から突出していることが好ましい。

【0030】

本実施形態では、コンクリート部材１１及び鋼材１２間の接合面の全体に緩衝材１３が設けられているため、緩衝材１３の変形追従性、及び剥離抵抗性により、コンクリート部材１１及び鋼材１２間に隙間が生じず、コンクリート部材１１及び鋼材１２間に水が浸入しない。また、緩衝材１３は、鋼材１２の揺動によって生じるコンクリート部材１１及び鋼材１２間の支圧力の方向に直交するように層をなすため、コンクリート部材１１及び鋼材１２間で応力の伝達が緩やかになる。そのため、コンクリート部材１１及び鋼材１２間で局所的に応力が大きくなることが抑制され、そのような箇所におけるコンクリート部材１１の損傷を抑制する。また、コンクリート部材１１内に埋設される部分の全体に緩衝材１３が設けられるため、鋼材１２の腐食が防止できる。

【0031】

図２〜図６は、上記実施形態の変形例を示す。各変形例において、上記実施形態に対応する部分については同じ符号を付し、それらについては上記実施形態と異なる点のみを説明をする。

【0032】

図２〜図４は、それぞれ、第１〜３変形例に係る接合構造１０を示し、これらは、緩衝材１３の配置が上記実施形態と相違する。

【0033】

図２に示す第１変形例に係る接合構造１０では、緩衝材１３が、鋼管１４におけるコンクリート部材１１内に埋め込まれる部分の全体及びその近傍に設けられるが、ベースプレート１５には設けられない。鋼管１４の下部が緩衝材１３で覆われるため、コンクリート部材１１と鋼管１４との間に隙間が生じず、それによって水の浸入が防止される。水の浸入がないため、鋼材１２に繰り返しの荷重がかかっても、ベースプレート１５付近でのコンクリート部材１１の損傷を防止できる。

【0034】

図３に示す第２変形例に係る接合構造１０では、緩衝材１３が、ベースプレート１５の上面及び下面に設けられるが、ベースプレート１５の側面及び鋼管１４に対しては設けらない。第２変形例に係る接合構造１０では、コンクリート部材１１と鋼管１４との間に隙間が生じてそこから水が浸入するおそれがある。しかし、繰り返しの支圧力が作用するベースプレート１５の上面及び下面に緩衝材１３が設けられるため、コンクリート部材１１にベースプレート１５が直接接触している場合に比べて、緩衝材１３が両者間の力の伝達を緩やかにするため、局所応力の発生が抑制され、それにより水が存在してもコンクリート部材１１の損傷が抑制される。

【0035】

図４に示す第３変形例に係る接合構造１０では、緩衝材１３が、ベースプレート１５の上面、下面及び側面に設けられるが、鋼管１４に対しては設けらない。第３変形例に係る接合構造１０は、第２変形例と同様の作用効果を有する。さらに、ベースプレート１５の側面に緩衝材１３が設けられているため、横方向からベースプレート１５の表面への水の浸入を防止し、ベースプレート１５の腐食を防止できる。

【0036】

図５及び図６は、それぞれ、第４及び第５変形例に係る接合構造１０を示し、これらは、コンクリート部材１１との一体性を高めるためのスタッド１６及び／又は貫通孔１７が鋼管１４に設けられている点、並びに、これらに対して緩衝材１３が設けられている点で上記実施形態及び変形例１〜３と相違する。

【0037】

図５に示す第４変形例に係る接合構造１０では、鋼管１４の内周面及び／又は外周面に複数のスタッド１６が取り付けられている。スタッド１６は、基端側が鋼管１４に固定された軸部１８と、軸部１８よりも拡径されて軸部１８の遊端側に設けられた頭部１９とを有する。緩衝材１３は、頭部１９の全体、軸部の側周面、又はその双方に設けられる。これらの箇所には、繰り返しの支圧力が作用するが、コンクリート部材１１に直接接触している場合に比べて、緩衝材１３がコンクリート部材１１と軸部１８及び／又は頭部１９との間の力の伝達を緩やかにするため、局所応力の発生が抑制され、それにより水が存在してもコンクリート部材１１の損傷が抑制される。スタッド１６の全体に緩衝材１３を設けた場合には、スタッド１６の腐食を防止できる。第４変形例は、上記実施形態及び変形例１〜３の何れかと組み合わせてもよい。

【0038】

図６に示す第５変形例に係る接合構造１０では、鋼管１４に貫通孔１７が設けられており、貫通孔１７の内周面に緩衝材１３が設けられている。鋼管１４自体に貫通孔１７を設けることに代えて、又は加えて、孔あき鋼板ジベルを鋼材１２におけるコンクリート部材１１内に埋め込まれる部分に取り付け、孔あき鋼板ジベルの貫通孔１７の内周面に緩衝材１３を設けてもよい。貫通孔１７の内周面には、繰り返しの支圧力が作用するが、コンクリート部材１１に直接接触している場合に比べて、緩衝材１３がコンクリート部材１１と貫通孔１７の内周面との間の力の伝達を緩やかにするため、局所応力の発生が抑制され、それにより水が存在してもコンクリート部材１１の損傷が抑制される。第５変形例は、上記実施形態及び変形例１〜３の何れか若しくは第４変形例、又はそれら組み合わせと組み合わせてもよい。

【0039】

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。本発明は、波板鋼板ウェブ橋のようなコンクリートと鋼材とが接合する土木構造物又は建築物における接合構造や、機械基礎コンクリートと機械の取付金具との接合構造等にも適用できる。また、鉄筋等の埋め込みアンカーに緩衝材を設けてもよい。

【符号の説明】

【0040】

１０：接合構造
１１：コンクリート部材
１２：鋼材
１３：緩衝材
１４：鋼管
１５：ベースプレート
１６：スタッド
１７：貫通孔
１８：軸部
１９：頭部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】