特許 7573461 大スパン構造物の構築方法

(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】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】大スパン構造物の構築方法

(51)【国際特許分類】

   E01D 21/00 20060101AFI20241018BHJP

【ＦＩ】

E01D21/00 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021037398

(22)【出願日】2021-03-09

(65)【公開番号】P2022137748

(43)【公開日】2022-09-22

【審査請求日】2024-02-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】小倉 大季

(72)【発明者】

【氏名】磯田 和彦

【審査官】高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】特開平６－２９９５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３３６２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－１６００２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１３３５００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０１Ｄ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の線材を設置する線材設置工程と、
付加製造装置を前記一対の線材にまたがるように設置しつつ前記線材の延在方向に移動させて、前記付加製造装置から水硬性混合物を吐出して、該水硬性混合物で前記一対の線材を覆うとともに前記一対の線材の間に面材を構築する面材構築工程と、を備える大スパン構造物の構築方法。

【請求項2】

前記線材は緊張力が導入された緊張材である請求項１に記載の大スパン構造物の構築方法。

【請求項3】

前記一対の線材の間に、他の線材を網状に設置する網状線材設置工程を備え、
前記面材構築工程では、前記水硬性混合物で、網状に設置された前記他の線材も覆って前記面材を構築する請求項１または２に記載の大スパン構造物の構築方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大スパン構造物の構築方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、橋梁等の大スパン構造物の構築方法として，張出し架設工法が知られている。地盤に橋脚を立設して、橋台側から橋脚間に橋桁を順次設置していくものである（下記の特許文献１参照）。

【0003】

一方、近年では、３Ｄプリンタ等の付加製造装置を用いて、セメント系材料のコンクリート部材を所定箇所に押し出して、構造物を一気に構築する方法が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－１７１６３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、橋桁建設時には、現場打ち工法の場合は生コンクリートを所定の位置まで運搬して打設したり、ＰＣａ工法の場合はプレキャスト部材を所定の位置まで運搬して設置したりする必要があり、資材及び労務の運搬が作業のボトルネックとなるという問題点がある。

【0006】

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、３Ｄプリンタ等の付加製造装置を用いて施工性良く構築することができる大スパン構造物の構築方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る大スパン構造物の構築方法は、一対の線材を設置する線材設置工程と、付加製造装置を前記一対の線材にまたがるように設置しつつ前記線材の延在方向に移動させて、前記付加製造装置から水硬性混合物を吐出して、該水硬性混合物で前記一対の線材を覆うとともに前記一対の線材の間に面材を構築する面材構築工程と、を備える。

【0008】

このように構成された大スパン構造物の構築方法では、付加製造装置から吐出された水硬性混合物によって、一対の線材を覆うとともに一対の線材の間に面材が構築され、構造物が段階的に構築される。よって、面材を支持する橋脚等の部材を水中内に設置する必要がなく、面材を設置する施工性が良い。なお、「水硬性混合物」とは、種々のセメント系材料（例えば、セメントペースト、モルタル、コンクリートなど）、およびジオポリマー組成物などを含む材料のことである。

【0009】

また、本発明に係る大スパン構造物の構築方法では、前記線材は緊張力が導入された緊張材であってもよい。

【0010】

このように構成された大スパン構造物の構築方法では、線材は緊張力が導入された緊張材であるため、線材を内包する面材に引張力が作用しなくなり剛性と耐力を高めることができる。

【0011】

また、本発明に係る大スパン構造物の構築方法は、前記一対の線材の間に、他の線材を網状に設置する網状線材設置工程を備え、前記面材構築工程では、前記水硬性混合物で、網状に設置された前記他の線材も覆って前記面材を構築してもよい。

【0012】

このように構成された大スパン構造物の構築方法では、一対の線材の間には網状に他の線材が設置され、他の線材も水硬性混合物で覆われている。よって、線材及び他の線材を内包する面材の剛性をさらに高めることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る大スパン構造物の構築方法によれば、付加製造装置を用いて施工性良く構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第一実施形態に係る大スパン構造物の構築方法を示す正面図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係る大スパン構造物の構築方法を示す正面図であり、図１の後工程を示す。

【図3】本発明の第一実施形態に係る大スパン構造物の構築方法を示す正面図であり、図２の後工程を示す。

【図4】本発明の第一実施形態に係る大スパン構造物の構築方法の面材構築工程を示す拡大図である。

【図5】本発明の第一実施形態に係る大スパン構造物の構築方法の構築された面材の断面図である。

【図6】本発明の第二実施形態に係る大スパン構造物の構築方法の面材構築工程を示す拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係る大スパン構造物の構築方法について、図面を用いて説明する。本実施形態では、橋梁を構築する場合の説明を行う。大スパン構造物の構築方法は、線材設置工程と、面材構築工程と、を備えている。

【0016】

まず、線材設置工程を行う。
図１に示すように、両岸に、一対の橋脚１１及び橋台１２を設置する。橋脚１１は、両岸または両岸近辺の水中に設置すればよく、一対の橋脚１１の間には他の橋脚を水中に設置しなくてよい。橋脚１１と橋台１２との間に、ブレース（引張材）１３を設置する。

【0017】

橋脚１１の上部どうしの間に、ＰＣケーブル（ＰＣ鋼材、線材、緊張材）１４を設置する。ＰＣケーブル１４の延在方向をＸ方向とする。橋梁１の延在方向は、Ｘ方向となる。

【0018】

ＰＣケーブル１４は、橋梁１の幅方向（Ｙ方向とする）に離間して一対設置する（図４参照）。一対のＰＣケーブル１４は、略平行またはその一部が略平行に配置されている。この際には、ＰＣケーブル１４を、ドローン（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）等の飛行体や船で運搬して架設してもよい。

【0019】

ＰＣケーブル１４には、緊張力が導入されている。ＰＣケーブル１４を橋脚１１の頂部１１ｕに固定すると、ＰＣケーブル１４は、懸垂曲線（カテナリー曲線）となる。ＰＣケーブル１４は荷重の増加に伴い撓むため、ＰＣケーブル１４を緊張させて撓みを制御する。

【0020】

図４に示すように、ＰＣケーブル１４の外周は、鞘管１５で被覆されている。鞘管１５はＰＣケーブル１４とともに設置してもよいし、ＰＣケーブル１４設置後に橋脚１１の頂部１１ｕから順次送り出すようにしてもよい。鞘管１５で被覆されたＰＣケーブル１４を、ケーブル体１６と称する。

【0021】

次に、面材構築工程を行う。
図２に示すように、ＰＣケーブル１４を内包するように、下弦材２０を構築する。面材構築工程の詳細については、後述する。

【0022】

次に、下弦材２０上に、鉛直方向に延びる束材３１を設置する。複数の束材３１を、橋脚１１の間に互いに離間して設置する。束材３１は、下弦材２０上で３Ｄプリンタによって製造したコンクリート製であってもよい。束材３１は、鋼製であって、下弦材２０上を運搬車で運搬して設置してもよく、鋼製の束材３１をモルタルで被覆してもよい。隣り合う一方の束材３１の上部と他方の束材３１の下部とを、ブレース３２で連結する。

【0023】

隣り合う束材３１の上部どうしを、上弦材３３で連結する。上弦材３３は、Ｈ鋼のような単材でも、トラス組材でもよい。なお、上弦材３３は両端が橋台１２まで延伸され、橋台１２とはローラー支承（可動）としてよい。

【0024】

図３に示すように、上弦材３３上に、床版３６を設置する。床版３６は、両岸まで設置する。床版３６は、橋脚１１の上部及び束材３１の上部に支持されている。床版３６は、コンクリート製であって、プレキャストコンクリートであって順次設置してもよいし、現場で打設してもよい。

【0025】

面材構築工程について、詳しく説明する。
本実施形態では、図４に示すＸ方向の一方側（Ｘ２側とする）から他方側（Ｘ１側とする）に向かって、下弦面材（面材）２２を構築していくものとする。Ｘ１方向が進行方向となる。

【0026】

一対のケーブル体１６間に、支持板５をＸ２側からＸ１側に向かって順次設置していく。支持板５は、Ｘ方向に連続して複数設置される。

【0027】

図５に示すように、支持板５は、一対のケーブル体１６上に架設されている。平板部５１を有している。平板部５１は、平板状に形成されている。平板部５１の板面は、鉛直方向を向いている。平板部５１のＹ方向の両端部近傍には、上方に膨らむ凸部５２が形成されている。凸部５２の内部には、ケーブル体１６と対応した形状の挿通孔５３が形成されている。挿通孔５３には、ケーブル体１６が挿通される。

【0028】

次に、付加製造装置４を用いて、下弦面材２２を施工する。付加製造装置４は、一対のケーブル体１６にまたがるように設置され、ケーブル体１６上を走行しながら、コンクリート流動体（水硬性混合物）２１を吐出して下弦面材２２を形成する。

【0029】

付加製造装置４は、本体支持部４１と、自走部４２と、ノズル支持部４３と、ノズル４４と、ホース４５と、を有している。

【0030】

本体支持部４１は、一対のケーブル体１６の間に配置されている。自走部４２は、本体支持部４１のＹ方向の両側に設けられている。自走部４２の車輪４２ａは、ケーブル体１６の上側に配置された支持板５の凸部５２上をケーブル体１６の延在方向（Ｘ方向）に走行可能とされている。ノズル支持部４３は、本体支持部４１の上面に設けられている。ノズル４４は、ノズル支持部４３の先端部に設けられている。ノズル支持部４３は、ノズル４４を所望の位置に移動可能である。ノズル４４には、未硬化状態のコンクリート流動体２１が流通するホース４５が接続されている。ホース４５には、未硬化状態のコンクリート流動体２１が収容された不図示のタンクが接続されている。ノズル４４は、コンクリート流動体２１を吐出して、支持板５上にコンクリート流動体２１を平板状に積層する。付加製造装置４の構成は、特に限定されない。付加製造装置４は、遠隔操作可能であってもよい。

【0031】

自走部４２を、一方の岸からケーブル体１６上をＸ１側に移動させる。ノズル４４は、Ｘ２側を向いている。ノズル４４は、コンクリート流動体２１を吐出して積層することで、一対のケーブル体１６の上方を覆うとともに一対のケーブル体１６の間に下弦面材２２を構築する。自走部４２がＸ１側に移動するにともなって、下弦面材２２がＸ１方向に構築されていき、両岸間に構築される。

【0032】

下弦面材２２は、板状に形成されている。下弦面材２２は、一対の鞘管１５を覆う幅をしている。

【0033】

図５に示すように、ＰＣケーブル１４は鞘管１５に被覆され、鞘管１５は支持板５の挿通孔５３に挿通されている。ＰＣケーブル１４と鞘管１５との間には、わずかに隙間ｓ１が形成されている。このように、ＰＣケーブル１４と下弦面材２２とは、アンボンド状態である。下弦材２０を施工していくと自重により下弦材２０が撓むため、橋脚１１の頂部１１ｕでＰＣケーブル１４を逐次緊張して撓みを制御することができる。

【0034】

水硬性混合物の一例のコンクリート流動体２１は、種々のセメント系材料（例えば、セメントペースト、モルタル、コンクリートなど）、およびジオポリマー組成物などを含む材料のことである。

【0035】

このように構成された大スパン構造物の構築方法では、付加製造装置４ら吐出されたコンクリート流動体２１によって、一対のＰＣケーブル１４を覆うとともに一対のＰＣケーブル１４の間に下弦面材２２が構築され、構造物が段階的に構築される。よって、下弦面材２２を支持する橋脚等の部材を水中内に設置する必要がなく、下弦面材２２を設置する施工性が良い。

【0036】

また、ＰＣケーブル１４は緊張力が導入された緊張材であるため、ＰＣケーブル１４を内包する下弦面材２２に引張力が作用しなくなり剛性と耐力を高めることができる。

【0037】

また、施工時に設置した下弦材２０の上を作業ロボットや車両等が走行したりすることができる。

【0038】

また、下弦材２０にＰＣケーブル１４を被覆する下弦面材２２を付加することで断面性能が向上し、鉛直方向と水平方向とも、高耐力及び高剛性となる。よって、上載荷重による下弦材２０の撓みを小さくすることができる。

【0039】

また、下弦材２０にコンクリートを用いると引張り時にひび割れてコンクリート部分の耐力と剛性が期待できない可能性があるが、ＰＣケーブル１４を緊張することでコンクリートが圧縮状態となり全断面が有効になる。よって、下弦材２０にコンクリート部分の耐力及び剛性が付与される。さらに、束材３１やブレース３２を介して上弦材３３と一体化することで、橋梁構造物の耐力及び剛性が飛躍的に増大し、図３に示す工程以降はより大きな載荷重に耐え、撓みの小さい橋となる。

【0040】

また、ＰＣケーブル１４で緊張力を導入することで、下弦材２０の撓みを制御しながら施工するため、工事中も大きな変位を生じず安全に施工できる。また、竣工後にクリープなどにより撓みを生じた場合でも、再緊張することで対処できる。

【0041】

（第二実施形態）
次に、本発明第二実施形態に係る大スパン構造物の構築方法について、主に図６を用いて説明する。なお、下記に示す実施形態において、第一実施形態と略同一の構成の箇所については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

【0042】

図６に示すように、本実施形態では、大スパン構造物の構築方法は、線材設置工程と面材構築工程との間に網状線材設置工程を備えている。

【0043】

網状線材設置工程では、一対のケーブル体１６の間に補強線材（他の線材）１８を網状に設置する。網状に設置された補強線材１８の下部に、係止部材６を一体に設ける。係止部材６を、Ｙ方向に間隔を有して複数設ける。

【0044】

係止部材６は、棒状部６１と、係止部６２と、を有している。棒状部６１は、Ｙ方向に延びる棒状部材である。係止部６２は、棒状部６１の両端部に設けられている。係止部６２は、棒状部６１の端部から上方に延び、先端がケーブル体１６の上側に係止可能とされている。

【0045】

ケーブル体１６上を走行する付加製造装置４の下部に設けられた不図示の網状線材敷設装置によって、補強線材１８を進行方向（Ｘ１側）に引張りながら、補強線材１８及び係止部材６をケーブル体１６に取付け敷設していく。

【0046】

係止部材６の係止部６２がケーブル体１６に係止されることで、係止部材６と一体に設けられた網状の補強線材１８が設置される。

【0047】

面材構築工程では、付加製造装置４Ａの自走部４２の車輪４２ａがケーブル体１６の上を走行し、ノズル４４Ａから、コンクリート流動体２１を噴射して吹き付けるように吐出する。一対のケーブル体１６、補強線材１８及び係止部材６を覆うようにして、下弦面材２２を構築する。

【0048】

網状の補強線材１８を付加製造装置４Ａの下端部で引っ張ると、コンクリート流動体２１を打設して補強線材１８も一体化した部分を反力に、補強線材１８が引張応力状態となり、打設自重によりたわむことを抑制できる。

【0049】

このように構成された大スパン構造物の構築方法では、付加製造装置４Ａら吐出されたコンクリート流動体２１によって、一対のＰＣケーブル１４を覆うとともに一対のＰＣケーブル１４の間に下弦面材２２が構築される。よって、下弦面材２２を支持する橋脚等の部材を水中内に設置する必要がなく、下弦面材２２を設置する施工性が良い。

【0050】

また、一対のＰＣケーブル１４の間には網状に補強線材１８が設置され、補強線材１８もコンクリート流動体２１で覆われている。よって、ＰＣケーブル１４及び補強線材１８を内包する下弦面材２２の剛性をさらに高めることができる。

【0051】

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0052】

例えば、上記に示す実施形態では、橋梁１を例に挙げて説明したが、大スパン構造物の構築方法によって、屋根を構築してもよい。

【0053】

また、ＰＣケーブル１４上を走行可能なロボットを使用して、ＰＣケーブル１４以外の複数本の線材を架橋したり、金属や樹脂材を使用した３Ｄプリンティングを行ったりして、ＰＣケーブル１４を増径（例えば、Ｈ鋼形状になるように拡幅）してもよい。コンクリート流動体２１の吐出口はＰＣケーブル１４の上側に配置される構成としたが、ＰＣケーブル１４の下側に配置される構成であってもよい。

【0054】

また、下弦材２０上を移動できるロボットを使用して、コンクリート材料を使用した３Ｄプリンティングを行い、下弦材２０を増厚し剛性を付加してもよい。あるいは、棒材を運搬及び溶接できるロボットで、下弦材２０から立ち上がる方向に棒部材（例えば、束材３１）を溶接していき、アーチやトラスなどの構造を形成する等の立体構造を構築してもよい。部材断面を増大させることで、部材の耐力及び剛性を向上させることができる。このように、構造を成長させることで、重量が大きいロボットを使用できるようになるため、ドローン、小型ロボット、中型ロボット、大型ロボット等の機械を順番に、あるいは追っかけながら同時に使用して、構造を成長させることができる。

【0055】

また、橋脚１１の頂部１１ｕが橋桁（床版３６）よりも高い位置なるようにすれば、下弦材２０の下端高さを高い位置にすることができる。懸垂曲線のライズ（上下方向の高さ）を確保できるため、より大スパンの橋梁１を構築することができる。

【0056】

また、ＰＣケーブル１４の芯の高さを下弦材２０の重心高さよりも高くすれば、橋梁１の下弦材２０の転倒を防止することができる。

【符号の説明】

【0057】

４，４Ａ 付加製造装置
１４ ＰＣケーブル（ＰＣ鋼材、線材、緊張材）
１８ 補強線材（他の線材）
２１ コンクリート流動体（水硬性混合物）
２２ 下弦面材（面材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】