特許 7629352 継手構造

(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】2025-02-04

(45)【発行日】2025-02-13

(54)【発明の名称】継手構造

(51)【国際特許分類】

   E04C 5/18 20060101AFI20250205BHJP

   E04B 1/04 20060101ALI20250205BHJP

【ＦＩ】

E04C5/18 104

E04B1/04 D

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021095331

(22)【出願日】2021-06-07

(65)【公開番号】P2022187345

(43)【公開日】2022-12-19

【審査請求日】2023-11-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】玉野 慶吾

(72)【発明者】

【氏名】曽我部 直樹

(72)【発明者】

【氏名】岩本 拓也

(72)【発明者】

【氏名】高橋 周斗

(72)【発明者】

【氏名】十川 貴行

【審査官】齋藤 智也

(56)【参考文献】

【文献】特許第３８１１８５２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】実開平０５－０６７７０３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特公昭５３－０１５９２９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特公昭４５－０３１５８９（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ １／０４

Ｅ０４Ｂ １／１６

Ｅ０４Ｂ １／３８ － １／６１

Ｅ０４Ｃ ２／００ － ２／５４

Ｅ０４Ｃ ３／００ － ３／４６

Ｅ０４Ｃ ５／００ － ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に凹凸を有する一対の補強材を軸方向が平行となるように重ねて配置し、前記補強材の間に充填材を充填した継手構造であって、
前記補強材のかぶり側にカバー材が配置され、
前記カバー材は、
前記補強材のかぶり側に配置された底板と、
前記底板から前記補強材側に突出し、板面を前記補強材の軸方向と平行にして前記補強材の側方に配置される板状の突出部と、
を有することを特徴とする継手構造。

【請求項2】

前記底板において、前記補強材の軸方向の前記一対の補強材の重ね継手の範囲に当たる位置に、前記底板を前記補強材の軸方向の複数個所に分割する目地部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の継手構造。

【請求項3】

複数の前記補強材が、１枚の前記底板の上に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の継手構造。

【請求項4】

前記突出部が、前記一対の補強材の間に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の継手構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、継手構造に関する。

【背景技術】

【0002】

RC（鉄筋コンクリート）構造やSRC（鉄骨鉄筋コンクリート）構造、SC（鉄骨コンクリート）構造は、鉄筋や鋼材をコンクリートの補強材とした構造である。鉄筋や鋼材は、部材に外力が作用した際に引張応力を負担することで、引張に弱いコンクリートを補強し、部材の曲げやせん断に対する耐力を付与できる。

【0003】

これらの構造を構築する際は、施工の観点から鉄筋や鋼材の継手を形成する必要がある。RC構造では鉄筋同士の継手を機械式継手とすることが多いが、太径の鉄筋や高強度の鉄筋の場合には継手が長大化し、設計や施工の課題となる。SC構造においても、RC構造と同様に鋼材を継ぐ作業が生じるが、その継手は溶接継手やボルト継手とするのが一般的であり、施工やコスト上の課題があった。

【0004】

一方、一対の鉄筋や鋼材を平行に重ねて配置し、これらの鉄筋や鋼材の間でコンクリートを介した応力伝達を行う重ね継手の例もあり（例えば特許文献１参照）、施工面等で合理的であり、施工誤差も吸収しやすく有効と考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第6375079号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

重ね継手では、鉄筋や鋼材の表面に凹凸を設けることでコンクリートの付着力が高くなり、応力伝達性能が向上する。しかしながら、鉄筋や鋼材に作用する引張力（引抜力）が大きくなると、その表面から付着割裂が生じ、凹凸を設けた鉄筋や鋼板に対する拘束度が低下することで、コンクリートの付着応力度が低下する。

【0007】

重ね継手におけるコンクリートの付着強度は、鉄筋や鋼材の表面形状、コンクリート強度などの条件に応じた付着強度として実験等で決められているが、上記した付着割裂のため付着強度のポテンシャルを最大限活用できておらず、短い継手長のコンパクトな継手を実現する上での課題となっていた。

【0008】

本発明は前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトな継手を実現できる継手構造等を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前述した課題を解決するための本発明は、表面に凹凸を有する一対の補強材を軸方向が平行となるように重ねて配置し、前記補強材の間に充填材を充填した継手構造であって、前記補強材のかぶり側にカバー材が配置され、前記カバー材は、前記補強材のかぶり側に配置された底板と、前記底板から前記補強材側に突出し、板面を前記補強材の軸方向と平行にして前記補強材の側方に配置される板状の突出部と、を有することを特徴とする継手構造である。
前記突出部は、前記一対の補強材の間に配置されてもよい。

【0010】

本発明では、補強材間で充填材を介した応力伝達が行われる重ね継手において、補強材のかぶり側にカバー材を設けることで、補強材から発生する充填材の付着割裂が部材表面まで進展するのを防止でき、カバー材として補強材の側方に配置される突出部を設けることで、補強材から発生する充填材の付着割裂が側方に進展するのを防止できる。このように付着割裂をコントロールすることで、継手構造の材料がもつ付着強度を最大限活用し、継手長が短くコンパクトな継手を実現することができる。

【0011】

また、前記底板において、前記補強材の軸方向の前記一対の補強材の重ね継手の範囲に当たる位置に、前記底板を前記補強材の軸方向の複数個所に分割する目地部が設けられることも望ましい。
これにより、目地部の目開きにより充填材のひび割れを発生させ、充填材の付着応力分布を適正化し、継手構造の応力伝達性能を向上させることができる。

【0012】

複数の前記補強材が、１枚の前記底板の上に配置されることも望ましい。
カバー材を複数の補強材に亘って設けることで、継手構造の施工が容易になる。

【0013】

前記カバー材が、繊維補強セメント系材料により形成されることも望ましい。
これにより、付着割裂の進展をカバー材により確実に防止できる。

【発明の効果】

【0014】

本発明により、コンパクトな継手を実現できる継手構造等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】継手構造１０を示す図。

【図2】継手構造１０の断面を示す図。

【図3】主鋼材１を示す図。

【図4】カバー材３の別の例。

【図5】継手構造１０の施工について説明する図。

【図6】カバー材３’、３”を示す図。

【図7】継手構造１０ａを示す図。

【図8】目地部３１１の効果について説明する図。

【図9】カバー材３ａ’を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0017】

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る継手構造１０を示す図である。継手構造１０は、コンクリートＣによる部材内に設けられる。図１は当該部材のうち継手構造１０を含む一部を示したものである。

【0018】

本実施形態の継手構造１０は重ね継手であり、一対の主鋼材１が、軸方向が平行となるように重ねて配置され、主鋼材１の間に充填材として部材のコンクリートＣが充填される。継手構造１０では、主鋼材１に軸方向の引抜力Ａが作用した際に、一対の主鋼材１間でコンクリートＣを介した応力の伝達が行われる。

【0019】

図２は継手構造１０の断面を示す図である。図２（ａ）は主鋼材１に沿った部材厚さ方向の断面であり、図２（ｂ）は主鋼材１の高さにおける平断面である。

【0020】

主鋼材１は、引張力を負担することで部材のコンクリートＣを補強する補強材であり、重ね継手以外の部分も部材のコンクリートＣに埋設される。主鋼材１の表面には、図３に例示するように凹凸が形成される。また本実施形態では主鋼材１の軸方向と平面において直交する方向に配力鋼材４も設けられる。主鋼材１や配力鋼材４には平鋼やH形鋼などの形鋼が用いられるが、これに限定されることはなく、その他の鋼材を用いることもできる。また部材内の補強材として主鋼材１や配力鋼材４の代わりに表面に凹凸を有する異形鉄筋（主筋や配力筋）等を用いてもよい。

【0021】

継手構造１０において、主鋼材１のかぶり側（部材表面側）には、コンクリートＣの付着割裂をコントロールするためのカバー材３が配置される。主鋼材１のかぶり側とは、主鋼材１の軸方向（図２（ａ）（ｂ）の左右方向に対応する）および主鋼材１の重なり方向（図２（ａ）の紙面法線方向、図２（ｂ）の上下方向に対応する）と直交する方向の側方である。

【0022】

カバー材３は、例えば繊維補強モルタルや繊維補強コンクリートなどの繊維補強セメント系材料（繊維補強セメント系複合材料）を用いて形成された引張強度の高いものであり、底板３１と突出部３２を有する。

【0023】

底板３１は、主鋼材１のかぶり側において、主鋼材１の軸方向に沿って配置される平面長方形状の板材である。底板３１は、板面を主鋼材１側に向けて配置される。

【0024】

突出部３２は、底板３１の板面から主鋼材１側に突出する板材である。突出部３２は、その板面を主鋼材１の軸方向と平行にして配置される。突出部３２の高さは、突出部３２の上端が主鋼材１の上端またはそれより高い位置となるように定められる。

【0025】

突出部３２は、底板３１の板面において主鋼材１の両側に設けられ、主鋼材１の側方の突出部３２が、当該主鋼材１とこれに隣接する主鋼材１との間に配置される。また突出部３２は、主鋼材１の軸方向に間隔を空けて複数設けられる。当該軸方向に隣り合う突出部３２の間には配力鋼材４が通される。なお本実施形態では、重ね継手される個々の主鋼材１の両側に突出部３２が設置される場合を例として説明するが、図４に示すように、重ね継手される一対の主鋼材１の間の突出部３２を省略し、これら一対の主鋼材１を一単位としてその両側にのみ突出部３２を設けても良い。

【0026】

カバー材３は、例えば図５に示すように型枠Ｆの上に載置して主鋼材１や配力鋼材４の配置に用いられ、その後、型枠Ｆ上に部材のコンクリートＣを打設する。この際、重ね継手を構成する主鋼材１の周囲にもコンクリートＣが充填され、カバー材３はコンクリートＣに埋設される。これにより、継手構造１０が施工される。

【0027】

本実施形態では、上記のようにカバー材３を設けることにより、部材の曲げ等により主鋼材１に引抜力Ａ（引張力）が作用した際に、部材表面へのコンクリートＣの付着割裂の進展を底板３１により防止し、主鋼材１の側方へのコンクリートＣの付着割裂の進展を突出部３２により防止して隣接する主鋼材１等への付着割裂の貫通を防ぐことができる。

【0028】

このように、カバー材３により付着割裂のコントロールを行うことで、付着割裂による付着応力度の低下を抑制し、継手構造１０の材料がもつ付着強度を最大限活用できる。そのため、継手構造１０における主鋼材１の継手長を短くすることができ、コンパクトな継手構造１０を実現できる。

【0029】

しかしながら、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば継手構造１０は、部材内で主鋼材１同士を継ぐものに限らず、一対のプレキャスト部材から突出する主鋼材１同士を継ぐ場合にも適用でき、プレキャスト部材の間で主鋼材１を前記と同様にカバー材３を用いて配置し、充填材を充填すればよい。充填材も前記したコンクリートＣに限らず、モルタルなどコンクリートＣ以外のセメント系材料を用いることもでき、セメント系材料以外の充填材を用いることも可能である。

【0030】

また本実施形態のカバー材３は、底板３１等が繊維補強モルタル等で形成された高い引張強度を有するものであり、付着割裂の進展を確実に防止できるが、底板３１の材質も特に限定されず、所定の引張強度、例えばコンクリートＣよりも高い引張強度を有するものであればよい。例えば内部に補強部材を配置したモルタルにより底板３１を構成してもよく、炭素繊維製の板材を用いてもよい。あるいは、底板３１として鋼製のメッシュシートなどのシート材を用いることも可能であり、底板３１の主鋼材１側の表面に、コンクリートＣとの一体性を高めるための凹凸が設けられていても良い。

【0031】

突出部３２も、底板３１と同材料で形成されるもののほか、別材料、例えば鋼材や鉄筋で形成されてもよい。また突出部３２の形状も板状に限らず、例えば図６（ａ）のカバー材３’に示すように、鉄筋をトラス状に組み合わせたトラス筋を突出部３２として用いてもよい。さらに、場合によっては突出部３２を省略することも可能である。

【0032】

底板３１に関しても、主鋼材１ごとに設けるものに限らず、図６（ｂ）のカバー材３”に示すように、底板３１を複数の主鋼材１に亘って連続するように設け、これら複数の主鋼材１を、１枚の底板３１の上に配置することも可能である。この場合も、隣接する主鋼材１の間に突出部３２を配置することで、付着割裂が主鋼材１間を貫通するのを防止できる。また複数の主鋼材１に亘る底板３１を設けることで、主鋼材１の位置決めの簡略化など、継手構造１０の施工が容易になり、工期短縮の効果がある。図６（ｃ）は、図４と同様、重ね継手される一対の主鋼材１の間の突出部３２を省略し、これら一対の主鋼材１を一単位としてその両側にのみ突出部３２を設けた例であり、この場合にも底板３１を複数対の主鋼材１に亘って連続するように設けることができる。

【0033】

また主鋼材１についても、重ね継手の範囲に位置する主鋼材１の端部にスタッドや孔あき板等の突起部を設けて凹凸を形成し、コンクリートＣの付着力を高めることが可能であり、主鋼材１の先端にエンドプレートを設けることで、コンクリートＣへの定着性を向上させることも可能である。

【0034】

また主鋼材１に代えて、高強度鉄筋（例えばUSD980など）や繊維強化ポリマー（例えばCFRP）などの高強度材料を補強材として用いてもよい。高強度材料を補強材として使用する場合も、付着割裂を原因として高強度材料のポテンシャルを最大限に活かしきれていないケースが多く、本実施形態のカバー材３を用いることで、付着割裂をコントロールして高強度材料のポテンシャルを活かした合理的な設計が可能となる。

【0035】

［第２の実施形態］
図７（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る継手構造１０ａを示す図であり、図７（ｂ）は主鋼材１に沿った部材厚方向の断面を図２（ａ）と同様に示す図である。

【0036】

第２の実施形態の継手構造１０ａは、カバー材３ａの底板３１において、主鋼材１の軸方向の所定位置に目地部３１１が設けられ、底板３１が目地部３１１で分割される点で第１の実施形態と異なる。

【0037】

目地部３１１は、底板３１（の目地部３１１を除く部分）よりも引張強度の小さな材料、例えば無収縮モルタル等で構成される。目地部３１１は、部材の曲げ等により早期に目開きし、その位置でコンクリートＣのひび割れを誘発するひび割れ誘導目地であり、重ね継手の範囲内のコンクリートＣの付着応力を最適化するために設けられる。

【0038】

すなわち、部材の曲げ等により図８（ａ）に示すように主鋼材１に引抜力Ａが作用した際には、通常、重ね継手の範囲Ｂの主鋼材１の根元部に当たる位置Ｐ１に主鋼材１とコンクリートＣのずれ変位が集中し、当該位置Ｐ１においてコンクリートＣのひび割れが拡大する一方、当該位置Ｐ１より先端側ではずれ変位が小さくなっていることが多い。

【0039】

図８（ｂ）に示すように、コンクリートＣの付着力はずれ変位がある値ｘとなるまではずれ変位の増加とともに大きくなるが、ひび割れの拡大によりずれ変位が当該値ｘを超えると付着力は低下傾向となる。

【0040】

前記したように、引抜力Ａの作用時に主鋼材１の根元部に当たる位置Ｐ１でコンクリートＣのひび割れが拡大し、ずれ変位が上記の値ｘを超えて大きくなり付着力の維持が困難となる一方、当該位置Ｐ１よりも主鋼材１の先端側の位置（図８（ａ）、（ｂ）の符号Ｐ２で例示する）でずれ変位が大きくならないことは、重ね継手の応力伝達性能を制限する結果となる。

【0041】

そこで、本実施形態では、カバー材３ａの底板３１に、早期の目開きによりコンクリートＣのひび割れを誘発するための目地部３１１を設ける。これにより、目地部３１１の位置でコンクリートＣのひび割れを発生させ、引抜力Ａにより生じるコンクリートＣのひび割れを、主鋼材１の根元部に当たる位置Ｐ１から他へと分散させる。

【0042】

結果、主鋼材１の根元部に当たる位置Ｐ１でのずれ変位が図８（ｂ）の矢印ａ１に示すように小さくなり、付着力を最大化する前記の値ｘに近付く。一方、目地部３１１の位置ではひび割れの集中によりずれ変位が大きくなり、目地部３１１の隣の位置でも主鋼材１とコンクリートＣの間に一定のずれ変位が発生する。そのため、主鋼材１の先端側の位置Ｐ２におけるずれ変位も矢印ａ２に示すように大きくすることができ、付着力を最大化する前記の値ｘに近付けることができる。

【0043】

結果、重ね継手の範囲Ｂで発生するコンクリートＣの付着応力が図８（ｃ）の付着応力分布ｂに示すように、目地部３１１を設けない場合の付着応力分布ｃよりも平均的に高くなる。重ね継手によって伝達できる力は、重ね継手の範囲Ｂにおける付着応力分布の積分値であるため、当該分布を平均的に高くすることは、応力伝達性能の向上、必要継手長の低減に繋がる。なお、付着応力分布ｂにおいて目地部３１１の位置で付着応力の値が小さくなっているのは、当該位置にコンクリートＣのひび割れが集中発生することで、ずれ変位が前記の値ｘを超えて極大化しているためである。

【0044】

ここで、底板３１や目地部３１１については、重ね継手の範囲Ｂの主鋼材１の根元部の位置Ｐ１において底板３１と主鋼材１が負担する引張力の和が、目地部３１１に対応する位置で主鋼材１が負担する引張力の和となるように設定することが望ましく、これにより重ね継手の範囲ＢにおけるコンクリートＣと主鋼材１のずれを最適に平均化できる。また図８（ａ）では目地部３１１を主鋼材１の軸方向に間隔を空けて複数設けているが、その間隔は、重ね継手の範囲ＢにおけるコンクリートＣの曲げひび割れ間隔の計算値以下であるのが望ましい。特に、底板３１には、前述のように付着割裂の進展を防止するために引張強度が高い材料を用いることが好適であるが、その場合、底板３１を設置した重ね継手の範囲Ｂでは曲げひび割れも生じにくくなるため、底板３１の設置個所の境界部、すなわち、重ね継手の境界部に曲げひび割れが集中することが想定される。このような場合でも、底板３１に目地部３１１を設けておくことで、重ね継手の範囲Ｂにおける曲げひび割れを制御、分散することが可能となる。

【0045】

なお、第２の実施形態においても、底板３１や突出部３２の材料、形状等は限定されない。たとえば突出部３２として図６（ａ）で示したようなトラス筋を用いることで、目地部３１１で分割された底板３１を一体化させることが可能であり、カバー材３ａの施工が簡略化される。また図６（ｂ）で示したような複数の主鋼材１に亘る底板３１を設ける場合も、図９のカバー材３ａ’に示すように主鋼材１の軸方向における目地部３１１の位置を揃えることで、これらの目地部３１１を一括施工できる。これは、図６（ｃ）で示したように複数対の主鋼材１に亘る底板３１を設ける場合も同様である。

【0046】

また目地部３１１を部材のコンクリートＣによって構成してもよく、この場合、底板３１の個々の分割部分を隙間を空けて配置し、コンクリートＣの打設時に当該隙間にコンクリートＣが充填されるようにする。その他、主鋼材１に代えて前記した高強度材料を補強材として用いることも可能であり、底板３１に適当な目地部３１１を配置することにより、前記と同様の効果が得られる。

【0047】

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0048】

１：主鋼材
３、３’、３”、３ａ、３ａ’：カバー材
４：配力鋼材
１０、１０ａ：継手構造
３１：底板
３２：突出部
３１１：目地部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】