合成系コンクリート中詰鋼製セグメント
【課題】十分な応力伝達を行うことが可能であり、コンクリートのかぶり代を確保することが可能なセグメントを提供する。
【解決手段】セグメント１は、主桁３、スキンプレート５、主桁上フランジ７ｂ、主桁下フランジ７ａおよびコンクリート１５等から構成される。一対の主桁３は縦リブ１７によって連結される。主桁３の外周側には、主桁上フランジ７ｂが設けられる。主桁上フランジ７ｂは、主桁３の対向面方向にそれぞれ形成される。同様に、主桁３の内周側には、主桁下フランジ７ａが設けられる。主桁下フランジ７ａは、主桁３の対向面方向にそれぞれ形成される。セグメント１の外周面側は、主桁上フランジ７ｂにまたがるようにスキンプレート５が設けられる。縦リブ１７は、主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂに接合される。また、縦リブ１７の内周側には切欠き２１が設けられる。
【解決手段】セグメント１は、主桁３、スキンプレート５、主桁上フランジ７ｂ、主桁下フランジ７ａおよびコンクリート１５等から構成される。一対の主桁３は縦リブ１７によって連結される。主桁３の外周側には、主桁上フランジ７ｂが設けられる。主桁上フランジ７ｂは、主桁３の対向面方向にそれぞれ形成される。同様に、主桁３の内周側には、主桁下フランジ７ａが設けられる。主桁下フランジ７ａは、主桁３の対向面方向にそれぞれ形成される。セグメント１の外周面側は、主桁上フランジ７ｂにまたがるようにスキンプレート５が設けられる。縦リブ１７は、主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂに接合される。また、縦リブ１７の内周側には切欠き２１が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼殻の内部にコンクリートが充填されたセグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールドトンネルを構成するセグメントとして、鋼製の主桁等からなる鋼殻と、鋼殻内部に充填されるコンクリートとから構成されるセグメントが採用されている。
【０００３】
このようなセグメントとしては、たとえば、主桁と、主桁の外周面側を被覆するスキンプレートと、主桁を結合する縦リブと、鋼殻内部に充填されるコンクリートとからなり、コンクリートの充填高さを、主桁との接触面において主桁高さ以下とするコンクリート中詰め鋼製セグメントがある（特許文献１）。
【０００４】
また、ウェブを介して結合された鋼製外側フランジと鋼製内側フランジからなる鋼殻側枠を平行に配置し、鋼殻外側フランジ間をスキンプレートで連結して鋼殻セグメント本体枠を構成し、鋼殻セグメント本体枠の内側に耐火コンクリートを充填した合成セグメントがある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４９８４１号公報
【特許文献２】特開２００７−２９７９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のセグメントは、シールドマシンにおけるテール反力を得るための縦リブが形成されるものの、特許文献２のような主桁フランジが形成されず、十分な強度を得ることができない。
【０００７】
また、特許文献２では、主桁の上下にフランジが形成されるため、高い強度を有するものの、反力等によって生じるセグメント外周面側からの圧縮力に対して、セグメントが変形し、特に下側（トンネル内周側）のフランジに対して必ずしも十分に応力伝達を行うことができない。
【０００８】
また、特許文献２のセグメントにおいて上記変形を抑制するために、鉄筋等で下側フランジ同士を連結する方法がある。しかし、このようにすると、当該鉄筋がトンネル内周面に露出することとなる。このような露出鉄筋に対しては、塗装や吹きつけ等によって別途防食手段を講じる必要がある。すなわち、鉄筋等の鋼材に対して、コンクリートのかぶり代を所定厚さ以上確保することが困難である。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、十分な応力伝達を行うことが可能であり、コンクリートのかぶり代を確保することが可能なセグメント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】
前述した目的を達するために本発明は、少なくとも一対の主桁と、前記主桁を結合する縦リブと、前記主桁の上外周面側に設けられるスキンプレートと、を具備し、両端に形成される前記主桁の下内周面側端部には、前記主桁の対向面方向にそれぞれ主桁下フランジが形成され、前記縦リブの下内周面側端部は、少なくとも一方の端部が前記主桁下フランジと接合されるとともに、前記主桁下フランジとの接合部を除く部位には切欠き部が形成され、前記主桁間にコンクリートが充填されることを特徴とするセグメントである。
【００１１】
前記主桁の上外周面側端部には、前記主桁の対向面方向にそれぞれ主桁上フランジがさらに形成されることが望ましい。
【００１２】
前記切欠き部の深さは、前記主桁下フランジの厚さをｔとすると、前記コンクリートによるセグメントの鋼製部の防食と、前記コンクリートの劣化によるすり減りを考慮して、（２５−ｔ）ｍｍ以上となるように設定されてもよい。前記切欠き部には、前記セグメントの周方向および軸方向に格子状にひび割れ防止筋が配置され、前記ひび割れ防止筋の径をそれぞれｄ１、ｄ２とすると、前記切欠き部の深さは、（２５−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍ以上であってもよい。
【００１３】
少なくとも前記切欠き部を除く部位の前記縦リブには、防食処理が施されてもよい。
【００１４】
前記切欠き部の両端部はテーパ状に形成され、前記切欠き部の中央部には直線部が形成され、前記切欠き部の前記主桁下フランジとの接合部と前記直線部までの軸方向の距離Ａが、前記切欠き部の深さＢ以上であることが望ましい。
【００１５】
本発明によれば、少なくとも主桁下方にフランジが形成されるため、高い強度を確保することができるとともに、縦リブと当該フランジとが接合されるため、反力等によって生じるセグメント外周面側からの圧縮力に対しても、当該フランジに対して十分に応力伝達を行うことができる。
【００１６】
また、縦リブに切欠きが形成されるため、ひび割れ筋等を配置しても、当該切欠きの深さに応じて、コンクリートのかぶり代を確保することができる。このため、十分な防食性を得ることができ、ひび割れ筋や縦リブ全体に別途防食手段を講じる必要がない。
【００１７】
特に、切欠き深さの厚みを（２５−ｔ）ｍｍ以上（ｔ：主桁下フランジの厚さ）とすることで、防食に必要な最低限のコンクリートのかぶり代を確実に確保することができる。さらに、切欠き深さを（２５−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍ以上（ｄ１、ｄ２：ひび割れ防止筋の径）とすることで、ひび割れ筋を格子状に設けても、防食に必要な最低限のコンクリートのかぶり代を確実に確保することができる。
【００１８】
また、切欠き以外の部位の縦リブに防食処理を施すことで、コンクリートのかぶり代を確保できない部位に対しても耐食性を確保することができる。
【００１９】
また、切欠き部の両端部をテーパ状に形成し、切欠き部の中央部に直線部を形成し、切欠き部の主桁下フランジとの接合部と直線部までの軸方向の距離Ａを、切欠き部の深さＢよりも大きくすることで、より確実に、外周側からの応力を内周側の下側フランジに伝達することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、十分な応力伝達を行うことが可能であり、コンクリートのかぶり代を確保することが可能なセグメントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】セグメント１を示す斜視図。
【図２】セグメント１の鋼殻を示す斜視図。
【図３】セグメント１の断面図であり、図１（図２）のＬ−Ｌ線断面図。
【図４】図３のＭ部拡大図。
【図５】セグメント１の外周面に中央載荷荷重が生じた状態を示す模式図。
【図６】従来のセグメント１００の外周面に中央載荷荷重が生じた状態を示す模式図。
【図７】セグメント３０の断面図。
【図８】（ａ）はセグメント４０の断面図、（ｂ）はセグメント５０の断面図。
【図９】（ａ）はセグメント６０の拡大断面図、（ｂ）はセグメント６０ａの拡大断面図。
【図１０】（ａ）はセグメント６０ｂの拡大断面図、（ｂ）はセグメント６０ｃの拡大断面図。
【図１１】セグメントの各部寸法を示す図。
【図１２】セグメントの評価条件を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、セグメント１を示す内面側から見た斜視図であり、図２は、コンクリートを透視した鋼殻を示す斜視図である。また、図３は、セグメント１の断面図であり図１のＬ−Ｌ線（図２のＬ−Ｌ線位置）の上下を逆さに展開した断面図である。セグメント１は、主桁３、スキンプレート５、主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂおよびコンクリート１５等から構成される。
【００２３】
図２、図３に示すように、軸方向の両端部に形成された一対の主桁３は縦リブ１７によって連結される。主桁３の外周側端部（図３の上側端部）には、主桁上フランジ７ｂが設けられる。主桁上フランジ７ｂは、主桁３の対向面方向にそれぞれ形成される。同様に、主桁３の内周側端部（図３の下側端部）には、主桁下フランジ７ａが設けられる。主桁下フランジ７ａは、主桁３の対向面方向にそれぞれ形成される。すなわち、一対の主桁３、主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂは、互いに対向するように略コの字状に形成される。
【００２４】
セグメント１の外周面側（図３の上側）には、主桁上フランジ７ｂにまたがるようにスキンプレート５が設けられる。
【００２５】
縦リブ１７は、セグメント１の周方向に複数形成される。縦リブ１７は、主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂに接合される。また、縦リブ１７の内周側（スキンプレート５とは逆側であり、図３の下側）には切欠き２１が設けられる。すなわち、切欠き２１は、主桁下フランジ７ａとの接合部以外の部位に形成される。なお、スキンプレート５、縦リブ１７には、必要に応じてジベル等を設けてもよい。
【００２６】
また、図２に示すように、セグメント１の両端部には、継手板９が設けられる。継手板９および主桁３には、それぞれ接合部１１、継手部１３が形成される。接合部１１、継手部１３はトンネルの周方向、および、トンネルの延長方向それぞれに配置されるセグメント同士を接続するものである。なお、接合部１１、継手部１３の詳細は図示を省略する。
【００２７】
主桁３、継手板９、スキンプレート５、縦リブ１７等で構成される鋼殻内部にはコンクリート１５が充填される。
【００２８】
図３に示すように、切欠き２１の位置には、必要に応じて、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂが配置される。ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂは、セグメント１の周方向およびトンネルの延長方向、すなわち軸方向に略格子状に配置される。
【００２９】
図４は、図３のＭ部拡大図である。切欠き２１の端部には、テーパ部が形成される。また、切欠き２１の端部以外は直線部となる。なお、図では、テーパ部が直線状に斜めに形成される例を示すが、曲線状のテーパであっても良い。切欠き２１の深さをＢ、切欠き２１の軸方向の距離（主桁下フランジ７ａの端部から切欠き２１の直線部までの軸方向の長さ）をＡとすると、Ａ≧Ｂであることが望ましい。後述する応力伝達を効率よく行うことができるためである。
【００３０】
また、切欠き２１の直線部には、直径ｄ１、ｄ２のひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂが格子状に重ねて配置される。この場合、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂは、切欠き２１の直線部から（ｄ１＋ｄ２）の深さまで配置される。ここで、主桁下フランジ７ａの厚みをｔとすると、切欠き２１の直線部（切欠き底部）から主桁下フランジ７ａの下面（セグメントの内周面）までのコンクリート１５の総深さは（Ｂ＋ｔ）となる。ここで、コンクリート内面（主桁下フランジ７ａの内面）からひび割れ防止筋１９ｂまでの深さ（かぶり代）をＸとすると、Ｘ＝Ｂ＋ｔ−（ｄ１＋ｄ２）となる。
【００３１】
ここで、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂまでの深さＸは、一般の環境下において、ひび割れ、中性化による鋼材腐食等を考慮すると、最低でも２５ｍｍ以上が必要である（２００２年制定 コンクリート標準指方書 ［構造性能照査編］ ９章 一般構造細目）。したがって、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂを図示したように配置するとすれば、Ｂ≧（２５−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍとすることが、耐久性を確保する上で必要となる。
【００３２】
また、上記標準においては、腐食環境においては、かぶり代は４０ｍｍ以上が要求され、さらに厳しい腐食環境においては、かぶり代は５０ｍｍ以上が要求される。したがって、それぞれの使用環境に応じて、Ｂ≧（４０−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍ、またはＢ≧（５０−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍとなるように切欠き２１を設計すればよい。
【００３３】
なお、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂを使用しない場合には、Ｂ≧（２５−ｔ）ｍｍ（使用環境に応じて、（４０−ｔ）ｍｍ以上または（５０−ｔ）ｍｍ以上）とすればよい。
【００３４】
また、使用に伴うコンクリート１５のすり減りを考慮すると、コンクリートのかぶり代はさらに１０ｍｍ程度増やす必要がある。この場合には、前述したＢをさらに１０ｍｍ増やしてもよい。また、すり減り量を考慮して、主桁下フランジ７ａの内面から、当該すり減り量である１０ｍｍ程度内周面側に盛り上がるようにコンクリートを形成しても良い。コンクリート１５を、主桁下フランジ７ａの内面よりも内周側（図中下方）に盛り上げることで、コンクリートのすり減りを考慮しても、切欠き２１の深さＢは、前述の範囲とすればよい。
【００３５】
また、縦リブ１７の少なくともテーパ部および主桁下フランジ７ａに対応する部位は、防食処理を施すことが望ましい。テーパ部よりも外側においては、内部の鋼材に対して、前述したコンクリートのかぶり代を確保することができないためである。当該部位を防食処理することで、セグメント内周面全体の防食性が確保でき、耐食性に優れたセグメントを構成することができる。
【００３６】
次に、セグメント１の応力伝達について説明する。図５は、セグメント１の外周面側から中央載荷荷重が作用した際の応力伝達を示す模式図である。図５（ａ）に示すように、シールドマシンのテール反力によって、セグメントの外周面側から荷重が付与される場合がある（図中矢印Ｎ方向）。
【００３７】
このような荷重を受けると、図５（ｂ）に示すように、セグメント１は、内周側の主桁３が開くように変形する。しかし、本発明のセグメント１は、縦リブ１７が主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂと接合されているため、外周面側からの応力を、縦リブ１７を介して確実に主桁下フランジ７ａに伝えることができる（図中矢印Ｏ）。
【００３８】
一方、図６は従来のセグメント１００の一例を示す図である。セグメント１００は、主桁１０３が縦リブ１１７で連結される。また、主桁１０３の上下端部には、主桁下フランジ１０７ａ、主桁上フランジ１０７ｂがそれぞれ設けられる。また、主桁１０３、主桁下フランジ１０７ａ、主桁上フランジ１０７ｂ、縦リブ１１７等で構成される鋼殻にはコンクリート１１５が充填される。
【００３９】
図６（ａ）に示すように、従来のセグメント１００は、縦リブ１１７と主桁下フランジ１０７ａとが接続されていない。したがって、図６（ｂ）に示すように、セグメント１００に図５と同様の応力が付与されると、セグメントが変形する。この際、縦リブ１１７からの応力が主桁下フランジ１０７ａに伝達されない。したがって、主桁下フランジ１０７ａを設けることによる強度向上の効果を十分に得ることができない。
【００４０】
ここで、鋼とコンクリートからなる合成系セグメントでは、鋼殻とコンクリートの一体性を確保することが重要である。また、鋼殻自体の剛性も重要である。
鋼を構成する鉄は、容易に破断しない靭性と引張強度が高いという特性を有する。また、コンクリートは、圧縮強度が高いという特性を有する。一般的に、鉄は、細長比（径と長さの比）がある一定限度を超えると座屈や撓み等の曲がりが生じる。これに対し、鉄筋コンクリート等の鋼製コンクリートの合成構造では、コンクリートが鉄の周囲を拘束する。このため、鉄の曲がりを抑制することができる。一方、コンクリートは曲げや引張に対して脆い特性を有するが、鉄がこの弱点を補うようにバランスを保つ。さらに、鉄は腐食しやすいが、コンクリートは腐食しにくいという特性がある。すなわち、鋼製コンクリートの合成構造は、コンクリートと鉄とが互いの弱点を補完する構造となる。
【００４１】
図６に示す構造では、主桁下フランジ１０７ａは、セグメント１００の鋼殻自体の剛性を高め、鋼殻とコンクリート１１５との一体性を確保するために作用する。つまり、図６（ｂ）に示すように、セグメント外周面側から荷重Ｎが付与されて、下向きに凸状に変形を生じるような場合、鋼殻内部のコンクリートは靭性が低いため、鋼殻内側から突出する方向に、鋼殻から剥離しようと作用するが、主桁下フランジ１０７ａがこの突出を抑制することで、一体性が保持される。しかし、コンクリート１１５が突出しようとする方向の力を主桁下フランジ１０７ａで受けるため、主桁下フランジ１０７ａが変形しやすい。また、この際、主桁下フランジ１０７ａとコンクリート１１５とが部分的に剥離する恐れがある。この場合には、剥離した部位の鋼部分に水分が浸透し、腐食が発生する等、セグメントの品質が低下する恐れがある。
【００４２】
これに対し、本発明のセグメント１では、縦リブ１７が主桁下フランジ７ａに接合されているため、セグメントの外周面からの荷重に対して鋼殻とコンクリート１５との一体性が保持できるとともに、主桁下フランジ７ａの変形を抑制することができる。このため、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５との部分的な剥離を低減することができる。このように、本発明のセグメント１は、セグメントの変形時の主桁下フランジ７ａと鋼殻内部のコンクリート１５との相対的な変形を抑制し、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５とが剥離することを防止することができる。例えば、繰り返し荷重が作用するような条件下であっても、品質を維持することができる。
【００４３】
なお、縦リブ１１７の高さをセグメント１００の厚み方向全体にわたるように形成してしまうと、前述のように、コンクリートのかぶり代を確保することができない。したがって、ひび割れ防止筋１１９や縦リブ１１７全体を防食処理する必要がある。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態のセグメント１によれば、上下の主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂによって、高い強度を得ることができる。特に、縦リブ１７の両端部が主桁下フランジ７ａと接続され、縦リブ１７を介して、セグメント１の外周面側からの応力を、主桁下フランジ７ａに対して効率よく伝達することができる。
【００４５】
また、縦リブ１７には、主桁下フランジ７ａとの接続部以外に切欠き２１が設けられるため、切欠き２１の深さに応じてコンクリートのかぶり代を確保することができる。したがって、縦リブ１７およびひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂ等に対しての防食処理を削減することができる。
【００４６】
特に、切欠き２１の形状を最適化することで、応力伝達の効果を効率よく得ることができるとともに、防食性を考慮した必要なコンクリートのかぶり代を、確実に確保することができる。
【００４７】
次に、第２の実施形態について説明する。図７は、セグメント３０を示す断面図である。なお、以下の説明において、セグメント１と同様の機能を奏する構成については、図１〜図３と同様の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００４８】
セグメント３０は、セグメント１と略同様の構成であるが、主桁上フランジ７ｂが設けられない点で異なる。前述のとおり、セグメント３０の外周面側からの応力を、縦リブ１７を介して、主桁下フランジ７ａに対して効率よく伝達することが重要である。したがって、本発明では、セグメントの外周面側の強度が十分であれば（スキンプレート５からの応力を十分に縦リブ１７および主桁３で受けることができれば）、必ずしも主桁上フランジ７ｂはなくても良い。
【００４９】
なお、主桁上フランジ７ｂを設けない場合には、スキンプレート５は、主桁３に直接接合すればよい。このように、セグメント３０によれば、セグメント１と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載され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。
【００５１】
たとえば、セグメントの形状や大きさ、縦リブ等の設置数等は、図示した例に限られない。図８（ａ）は、他の実施形態にかかるセグメント４０を示す図である。セグメント４０は、主桁３が両端と中央の３列形成されたものである。この場合でも、各主桁３間に切欠き２１を有する縦リブ１７を設ければよい。
【００５２】
また、図８（ｂ）に示すセグメント５０のように、主桁３をさらに多数列に形成してもよい。なお、主桁３の間に形成される縦リブ１７の切欠き２１の形状としては、必ずしも、全て同じ切欠き形状とする必要はない。例えば、図８（ｂ）に示すように、少なくとも両端部の主桁３と接続される縦リブ１７にのみ切欠き２１を形成し、中央部（両端部の主桁３と接続されない縦リブ）は、全長に渡って同一高さとしてもよい。この場合には、切欠き２１が形成される縦リブ１７の一方の端部のみが主桁下フランジ７ａと接続されればよい。
【００５３】
また、図９（ａ）に示すセグメント６０のように、主桁下フランジ７ａの内周面側に防食処理部６１を設けてもよい。防食処理部６１は、特に限定されないが、例えばエポキシ系塗料（厚み約０．１ｍｍ）や、エポキシ系塗料（下塗）の上に、エポキシ樹脂系モルタル（厚み約５ｍｍ）により構成すればよい。なお、セグメント６０の内周面は、できるだけ平滑であることが望ましい。したがって、防食処理部６１の厚みと、コンクリート１５の主桁下フランジ７ａからの突出厚さとを略一致させることが望ましい。このようにすることで、防食処理部６１の内面とコンクリート１５の内面とを連続して平滑に形成することができる。なお、防食処理部６１とコンクリート１５との間に段差が形成されてもよい。防食処理部６１を形成することで、腐食に対して弱点となりうる主桁下フランジ７ａの内周面側の腐食対策を行うことができる。
【００５４】
また、図９（ｂ）に示すセグメント６０ａのように、防食処理部６１に代えてコンクリート１５によって主桁下フランジ７ａを被覆してもよい。このようにしても、主桁下フランジ７ａの防食効果を得ることができるとともに、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５との剥離を大きく低減することができる。なお、防食処理部に加えて、コンクリートによって主桁下フランジを被覆してもよい。
【００５５】
また、図１０（ａ）に示すセグメント６０ｂのように、さらに、主桁３の下端を延長してもよい。すなわち、この場合には、主桁下フランジ７ａは、主桁３の下内周面側の完全な端部ではなく、端部から所定距離をあけた位置に形成される。主桁下フランジ７ａから突出する主桁３は、コンクリート１５を保持することができる。したがって、コンクリート１５の角部の欠けを防止することができる。
【００５６】
なお、主桁３の下端部は、コンクリート１５の内周面と一致させてもよく、主桁３の端部よりもコンクリート１５を厚く形成してもよい。この場合には、図１０（ｂ）に示すように、コンクリート１５の角部をテーパ形状などに面取りすることが望ましい。なお、コンクリート１５の内周面に対して、主桁３を突出させる必要はない。主桁３を突出させると、セグメント６０ｃの内周面の平滑性が損なわれ、突出部の防食処理等の問題が生じるためである。
【００５７】
図１１は、各部の形状を示す図である。主桁下フランジ７ａの長さＤは、セグメントの全幅Ｇに対して、Ｄ≦Ｇ／１０の関係満足することが望ましい。Ｄ＞Ｇ／１０の場合には、防食処理が必要な主桁下フランジ７ａ、縦リブ１７の面積が増えるためでる。
【００５８】
なお、主桁下フランジ７ａは、縦リブ１７との接合部よりも延長することもできる。縦リブ１７との接合部からの主桁下フランジ７ａの突出代ＥはＥ≦Ｄ／２であることが望ましい。Ｅ＞Ｄ／２であると、外周面側からの荷重（図５の荷重Ｎ）に対して、その応力を、縦リブ１７を介して確実に主桁下フランジ７ａに伝達することができなくなるためである。また、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５の一体性が保持できなくなるため、主桁下フランジ７ａの周辺において、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５とが部分的に剥離する恐れがあるためである。なお、Ｅ＝０であることが最も望ましい。
【００５９】
なお、主桁下フランジ７ａの内周面にコンクリート１５を設ける場合には、コンクリート１５のかぶり代を確保するため、Ｃ≧２５ｍｍであることが望ましい。但し、前述の通り、主桁下フランジ７ａは、セグメントの外周面からの荷重に対して、鋼殻とコンクリート１５との一体性を保持しているが、コンクリート１５の厚みが厚くなり過ぎると、この効果が小さくなる。したがって、主桁下フランジ７ａの内周面からのコンクリート１５の厚みＣは、Ｃ≦Ｇ／１０であることが望ましい。主桁下フランジ７ａの内周にＣ＞Ｇ／１０の厚さのコンクリート１５を設けると、鋼殻とコンクリート１５との一体性が低くなるためである。
【実施例】
【００６０】
図１２に示すセグメントに対して、荷重に対するコンクリート１５と主桁下フランジ７ａとの剥離の有無をシミュレーションにより評価した。荷重Ｎは、セグメントの長さ（図の奥行方向）１ｍに対して、２０ｔとして、セグメントの幅方向の中心に付加した。セグメントの幅Ｇは１０００ｍｍとした。セグメントの高さＦは２４０ｍｍとした。主桁下フランジ７ａの長さＤは８０ｍｍとし、縦リブ１７に対する非接合部長さＥを、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍとして評価した。
【００６１】
Ｅ＝２０ｍｍ（＝Ｄ／４）、４０ｍｍ（＝Ｄ／２）では、剥離は見られなかった。しかし、Ｅ＝６０ｍｍ（＝３Ｄ／４）では、コンクリート１５と主桁下フランジ７ａとの間に剥離が生じた。したがって、Ｅ≦Ｄ／２であることが望ましい。
【符号の説明】
【００６２】
１、３０、４０、５０、６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ………セグメント
３………主桁
５………スキンプレート
７ａ………主桁下フランジ
７ｂ………主桁上フランジ
９………継手板
１１………接合部
１３………継手部
１５………コンクリート
１７………縦リブ
１９ａ、１９ｂ………ひび割れ防止筋
２１………切欠き
６１………防食処理部
１００………セグメント
１０３………主桁
１０５………スキンプレート
１０７ａ………主桁下フランジ
１０７ｂ………主桁上フランジ
１１５………コンクリート
１１７………縦リブ
１１９………ひび割れ防止筋
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼殻の内部にコンクリートが充填されたセグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールドトンネルを構成するセグメントとして、鋼製の主桁等からなる鋼殻と、鋼殻内部に充填されるコンクリートとから構成されるセグメントが採用されている。
【０００３】
このようなセグメントとしては、たとえば、主桁と、主桁の外周面側を被覆するスキンプレートと、主桁を結合する縦リブと、鋼殻内部に充填されるコンクリートとからなり、コンクリートの充填高さを、主桁との接触面において主桁高さ以下とするコンクリート中詰め鋼製セグメントがある（特許文献１）。
【０００４】
また、ウェブを介して結合された鋼製外側フランジと鋼製内側フランジからなる鋼殻側枠を平行に配置し、鋼殻外側フランジ間をスキンプレートで連結して鋼殻セグメント本体枠を構成し、鋼殻セグメント本体枠の内側に耐火コンクリートを充填した合成セグメントがある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４９８４１号公報
【特許文献２】特開２００７−２９７９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のセグメントは、シールドマシンにおけるテール反力を得るための縦リブが形成されるものの、特許文献２のような主桁フランジが形成されず、十分な強度を得ることができない。
【０００７】
また、特許文献２では、主桁の上下にフランジが形成されるため、高い強度を有するものの、反力等によって生じるセグメント外周面側からの圧縮力に対して、セグメントが変形し、特に下側（トンネル内周側）のフランジに対して必ずしも十分に応力伝達を行うことができない。
【０００８】
また、特許文献２のセグメントにおいて上記変形を抑制するために、鉄筋等で下側フランジ同士を連結する方法がある。しかし、このようにすると、当該鉄筋がトンネル内周面に露出することとなる。このような露出鉄筋に対しては、塗装や吹きつけ等によって別途防食手段を講じる必要がある。すなわち、鉄筋等の鋼材に対して、コンクリートのかぶり代を所定厚さ以上確保することが困難である。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、十分な応力伝達を行うことが可能であり、コンクリートのかぶり代を確保することが可能なセグメント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】
前述した目的を達するために本発明は、少なくとも一対の主桁と、前記主桁を結合する縦リブと、前記主桁の上外周面側に設けられるスキンプレートと、を具備し、両端に形成される前記主桁の下内周面側端部には、前記主桁の対向面方向にそれぞれ主桁下フランジが形成され、前記縦リブの下内周面側端部は、少なくとも一方の端部が前記主桁下フランジと接合されるとともに、前記主桁下フランジとの接合部を除く部位には切欠き部が形成され、前記主桁間にコンクリートが充填されることを特徴とするセグメントである。
【００１１】
前記主桁の上外周面側端部には、前記主桁の対向面方向にそれぞれ主桁上フランジがさらに形成されることが望ましい。
【００１２】
前記切欠き部の深さは、前記主桁下フランジの厚さをｔとすると、前記コンクリートによるセグメントの鋼製部の防食と、前記コンクリートの劣化によるすり減りを考慮して、（２５−ｔ）ｍｍ以上となるように設定されてもよい。前記切欠き部には、前記セグメントの周方向および軸方向に格子状にひび割れ防止筋が配置され、前記ひび割れ防止筋の径をそれぞれｄ１、ｄ２とすると、前記切欠き部の深さは、（２５−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍ以上であってもよい。
【００１３】
少なくとも前記切欠き部を除く部位の前記縦リブには、防食処理が施されてもよい。
【００１４】
前記切欠き部の両端部はテーパ状に形成され、前記切欠き部の中央部には直線部が形成され、前記切欠き部の前記主桁下フランジとの接合部と前記直線部までの軸方向の距離Ａが、前記切欠き部の深さＢ以上であることが望ましい。
【００１５】
本発明によれば、少なくとも主桁下方にフランジが形成されるため、高い強度を確保することができるとともに、縦リブと当該フランジとが接合されるため、反力等によって生じるセグメント外周面側からの圧縮力に対しても、当該フランジに対して十分に応力伝達を行うことができる。
【００１６】
また、縦リブに切欠きが形成されるため、ひび割れ筋等を配置しても、当該切欠きの深さに応じて、コンクリートのかぶり代を確保することができる。このため、十分な防食性を得ることができ、ひび割れ筋や縦リブ全体に別途防食手段を講じる必要がない。
【００１７】
特に、切欠き深さの厚みを（２５−ｔ）ｍｍ以上（ｔ：主桁下フランジの厚さ）とすることで、防食に必要な最低限のコンクリートのかぶり代を確実に確保することができる。さらに、切欠き深さを（２５−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍ以上（ｄ１、ｄ２：ひび割れ防止筋の径）とすることで、ひび割れ筋を格子状に設けても、防食に必要な最低限のコンクリートのかぶり代を確実に確保することができる。
【００１８】
また、切欠き以外の部位の縦リブに防食処理を施すことで、コンクリートのかぶり代を確保できない部位に対しても耐食性を確保することができる。
【００１９】
また、切欠き部の両端部をテーパ状に形成し、切欠き部の中央部に直線部を形成し、切欠き部の主桁下フランジとの接合部と直線部までの軸方向の距離Ａを、切欠き部の深さＢよりも大きくすることで、より確実に、外周側からの応力を内周側の下側フランジに伝達することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、十分な応力伝達を行うことが可能であり、コンクリートのかぶり代を確保することが可能なセグメントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】セグメント１を示す斜視図。
【図２】セグメント１の鋼殻を示す斜視図。
【図３】セグメント１の断面図であり、図１（図２）のＬ−Ｌ線断面図。
【図４】図３のＭ部拡大図。
【図５】セグメント１の外周面に中央載荷荷重が生じた状態を示す模式図。
【図６】従来のセグメント１００の外周面に中央載荷荷重が生じた状態を示す模式図。
【図７】セグメント３０の断面図。
【図８】（ａ）はセグメント４０の断面図、（ｂ）はセグメント５０の断面図。
【図９】（ａ）はセグメント６０の拡大断面図、（ｂ）はセグメント６０ａの拡大断面図。
【図１０】（ａ）はセグメント６０ｂの拡大断面図、（ｂ）はセグメント６０ｃの拡大断面図。
【図１１】セグメントの各部寸法を示す図。
【図１２】セグメントの評価条件を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、セグメント１を示す内面側から見た斜視図であり、図２は、コンクリートを透視した鋼殻を示す斜視図である。また、図３は、セグメント１の断面図であり図１のＬ−Ｌ線（図２のＬ−Ｌ線位置）の上下を逆さに展開した断面図である。セグメント１は、主桁３、スキンプレート５、主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂおよびコンクリート１５等から構成される。
【００２３】
図２、図３に示すように、軸方向の両端部に形成された一対の主桁３は縦リブ１７によって連結される。主桁３の外周側端部（図３の上側端部）には、主桁上フランジ７ｂが設けられる。主桁上フランジ７ｂは、主桁３の対向面方向にそれぞれ形成される。同様に、主桁３の内周側端部（図３の下側端部）には、主桁下フランジ７ａが設けられる。主桁下フランジ７ａは、主桁３の対向面方向にそれぞれ形成される。すなわち、一対の主桁３、主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂは、互いに対向するように略コの字状に形成される。
【００２４】
セグメント１の外周面側（図３の上側）には、主桁上フランジ７ｂにまたがるようにスキンプレート５が設けられる。
【００２５】
縦リブ１７は、セグメント１の周方向に複数形成される。縦リブ１７は、主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂに接合される。また、縦リブ１７の内周側（スキンプレート５とは逆側であり、図３の下側）には切欠き２１が設けられる。すなわち、切欠き２１は、主桁下フランジ７ａとの接合部以外の部位に形成される。なお、スキンプレート５、縦リブ１７には、必要に応じてジベル等を設けてもよい。
【００２６】
また、図２に示すように、セグメント１の両端部には、継手板９が設けられる。継手板９および主桁３には、それぞれ接合部１１、継手部１３が形成される。接合部１１、継手部１３はトンネルの周方向、および、トンネルの延長方向それぞれに配置されるセグメント同士を接続するものである。なお、接合部１１、継手部１３の詳細は図示を省略する。
【００２７】
主桁３、継手板９、スキンプレート５、縦リブ１７等で構成される鋼殻内部にはコンクリート１５が充填される。
【００２８】
図３に示すように、切欠き２１の位置には、必要に応じて、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂが配置される。ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂは、セグメント１の周方向およびトンネルの延長方向、すなわち軸方向に略格子状に配置される。
【００２９】
図４は、図３のＭ部拡大図である。切欠き２１の端部には、テーパ部が形成される。また、切欠き２１の端部以外は直線部となる。なお、図では、テーパ部が直線状に斜めに形成される例を示すが、曲線状のテーパであっても良い。切欠き２１の深さをＢ、切欠き２１の軸方向の距離（主桁下フランジ７ａの端部から切欠き２１の直線部までの軸方向の長さ）をＡとすると、Ａ≧Ｂであることが望ましい。後述する応力伝達を効率よく行うことができるためである。
【００３０】
また、切欠き２１の直線部には、直径ｄ１、ｄ２のひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂが格子状に重ねて配置される。この場合、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂは、切欠き２１の直線部から（ｄ１＋ｄ２）の深さまで配置される。ここで、主桁下フランジ７ａの厚みをｔとすると、切欠き２１の直線部（切欠き底部）から主桁下フランジ７ａの下面（セグメントの内周面）までのコンクリート１５の総深さは（Ｂ＋ｔ）となる。ここで、コンクリート内面（主桁下フランジ７ａの内面）からひび割れ防止筋１９ｂまでの深さ（かぶり代）をＸとすると、Ｘ＝Ｂ＋ｔ−（ｄ１＋ｄ２）となる。
【００３１】
ここで、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂまでの深さＸは、一般の環境下において、ひび割れ、中性化による鋼材腐食等を考慮すると、最低でも２５ｍｍ以上が必要である（２００２年制定 コンクリート標準指方書 ［構造性能照査編］ ９章 一般構造細目）。したがって、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂを図示したように配置するとすれば、Ｂ≧（２５−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍとすることが、耐久性を確保する上で必要となる。
【００３２】
また、上記標準においては、腐食環境においては、かぶり代は４０ｍｍ以上が要求され、さらに厳しい腐食環境においては、かぶり代は５０ｍｍ以上が要求される。したがって、それぞれの使用環境に応じて、Ｂ≧（４０−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍ、またはＢ≧（５０−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍとなるように切欠き２１を設計すればよい。
【００３３】
なお、ひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂを使用しない場合には、Ｂ≧（２５−ｔ）ｍｍ（使用環境に応じて、（４０−ｔ）ｍｍ以上または（５０−ｔ）ｍｍ以上）とすればよい。
【００３４】
また、使用に伴うコンクリート１５のすり減りを考慮すると、コンクリートのかぶり代はさらに１０ｍｍ程度増やす必要がある。この場合には、前述したＢをさらに１０ｍｍ増やしてもよい。また、すり減り量を考慮して、主桁下フランジ７ａの内面から、当該すり減り量である１０ｍｍ程度内周面側に盛り上がるようにコンクリートを形成しても良い。コンクリート１５を、主桁下フランジ７ａの内面よりも内周側（図中下方）に盛り上げることで、コンクリートのすり減りを考慮しても、切欠き２１の深さＢは、前述の範囲とすればよい。
【００３５】
また、縦リブ１７の少なくともテーパ部および主桁下フランジ７ａに対応する部位は、防食処理を施すことが望ましい。テーパ部よりも外側においては、内部の鋼材に対して、前述したコンクリートのかぶり代を確保することができないためである。当該部位を防食処理することで、セグメント内周面全体の防食性が確保でき、耐食性に優れたセグメントを構成することができる。
【００３６】
次に、セグメント１の応力伝達について説明する。図５は、セグメント１の外周面側から中央載荷荷重が作用した際の応力伝達を示す模式図である。図５（ａ）に示すように、シールドマシンのテール反力によって、セグメントの外周面側から荷重が付与される場合がある（図中矢印Ｎ方向）。
【００３７】
このような荷重を受けると、図５（ｂ）に示すように、セグメント１は、内周側の主桁３が開くように変形する。しかし、本発明のセグメント１は、縦リブ１７が主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂと接合されているため、外周面側からの応力を、縦リブ１７を介して確実に主桁下フランジ７ａに伝えることができる（図中矢印Ｏ）。
【００３８】
一方、図６は従来のセグメント１００の一例を示す図である。セグメント１００は、主桁１０３が縦リブ１１７で連結される。また、主桁１０３の上下端部には、主桁下フランジ１０７ａ、主桁上フランジ１０７ｂがそれぞれ設けられる。また、主桁１０３、主桁下フランジ１０７ａ、主桁上フランジ１０７ｂ、縦リブ１１７等で構成される鋼殻にはコンクリート１１５が充填される。
【００３９】
図６（ａ）に示すように、従来のセグメント１００は、縦リブ１１７と主桁下フランジ１０７ａとが接続されていない。したがって、図６（ｂ）に示すように、セグメント１００に図５と同様の応力が付与されると、セグメントが変形する。この際、縦リブ１１７からの応力が主桁下フランジ１０７ａに伝達されない。したがって、主桁下フランジ１０７ａを設けることによる強度向上の効果を十分に得ることができない。
【００４０】
ここで、鋼とコンクリートからなる合成系セグメントでは、鋼殻とコンクリートの一体性を確保することが重要である。また、鋼殻自体の剛性も重要である。
鋼を構成する鉄は、容易に破断しない靭性と引張強度が高いという特性を有する。また、コンクリートは、圧縮強度が高いという特性を有する。一般的に、鉄は、細長比（径と長さの比）がある一定限度を超えると座屈や撓み等の曲がりが生じる。これに対し、鉄筋コンクリート等の鋼製コンクリートの合成構造では、コンクリートが鉄の周囲を拘束する。このため、鉄の曲がりを抑制することができる。一方、コンクリートは曲げや引張に対して脆い特性を有するが、鉄がこの弱点を補うようにバランスを保つ。さらに、鉄は腐食しやすいが、コンクリートは腐食しにくいという特性がある。すなわち、鋼製コンクリートの合成構造は、コンクリートと鉄とが互いの弱点を補完する構造となる。
【００４１】
図６に示す構造では、主桁下フランジ１０７ａは、セグメント１００の鋼殻自体の剛性を高め、鋼殻とコンクリート１１５との一体性を確保するために作用する。つまり、図６（ｂ）に示すように、セグメント外周面側から荷重Ｎが付与されて、下向きに凸状に変形を生じるような場合、鋼殻内部のコンクリートは靭性が低いため、鋼殻内側から突出する方向に、鋼殻から剥離しようと作用するが、主桁下フランジ１０７ａがこの突出を抑制することで、一体性が保持される。しかし、コンクリート１１５が突出しようとする方向の力を主桁下フランジ１０７ａで受けるため、主桁下フランジ１０７ａが変形しやすい。また、この際、主桁下フランジ１０７ａとコンクリート１１５とが部分的に剥離する恐れがある。この場合には、剥離した部位の鋼部分に水分が浸透し、腐食が発生する等、セグメントの品質が低下する恐れがある。
【００４２】
これに対し、本発明のセグメント１では、縦リブ１７が主桁下フランジ７ａに接合されているため、セグメントの外周面からの荷重に対して鋼殻とコンクリート１５との一体性が保持できるとともに、主桁下フランジ７ａの変形を抑制することができる。このため、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５との部分的な剥離を低減することができる。このように、本発明のセグメント１は、セグメントの変形時の主桁下フランジ７ａと鋼殻内部のコンクリート１５との相対的な変形を抑制し、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５とが剥離することを防止することができる。例えば、繰り返し荷重が作用するような条件下であっても、品質を維持することができる。
【００４３】
なお、縦リブ１１７の高さをセグメント１００の厚み方向全体にわたるように形成してしまうと、前述のように、コンクリートのかぶり代を確保することができない。したがって、ひび割れ防止筋１１９や縦リブ１１７全体を防食処理する必要がある。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態のセグメント１によれば、上下の主桁下フランジ７ａ、主桁上フランジ７ｂによって、高い強度を得ることができる。特に、縦リブ１７の両端部が主桁下フランジ７ａと接続され、縦リブ１７を介して、セグメント１の外周面側からの応力を、主桁下フランジ７ａに対して効率よく伝達することができる。
【００４５】
また、縦リブ１７には、主桁下フランジ７ａとの接続部以外に切欠き２１が設けられるため、切欠き２１の深さに応じてコンクリートのかぶり代を確保することができる。したがって、縦リブ１７およびひび割れ防止筋１９ａ、１９ｂ等に対しての防食処理を削減することができる。
【００４６】
特に、切欠き２１の形状を最適化することで、応力伝達の効果を効率よく得ることができるとともに、防食性を考慮した必要なコンクリートのかぶり代を、確実に確保することができる。
【００４７】
次に、第２の実施形態について説明する。図７は、セグメント３０を示す断面図である。なお、以下の説明において、セグメント１と同様の機能を奏する構成については、図１〜図３と同様の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００４８】
セグメント３０は、セグメント１と略同様の構成であるが、主桁上フランジ７ｂが設けられない点で異なる。前述のとおり、セグメント３０の外周面側からの応力を、縦リブ１７を介して、主桁下フランジ７ａに対して効率よく伝達することが重要である。したがって、本発明では、セグメントの外周面側の強度が十分であれば（スキンプレート５からの応力を十分に縦リブ１７および主桁３で受けることができれば）、必ずしも主桁上フランジ７ｂはなくても良い。
【００４９】
なお、主桁上フランジ７ｂを設けない場合には、スキンプレート５は、主桁３に直接接合すればよい。このように、セグメント３０によれば、セグメント１と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載され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。
【００５１】
たとえば、セグメントの形状や大きさ、縦リブ等の設置数等は、図示した例に限られない。図８（ａ）は、他の実施形態にかかるセグメント４０を示す図である。セグメント４０は、主桁３が両端と中央の３列形成されたものである。この場合でも、各主桁３間に切欠き２１を有する縦リブ１７を設ければよい。
【００５２】
また、図８（ｂ）に示すセグメント５０のように、主桁３をさらに多数列に形成してもよい。なお、主桁３の間に形成される縦リブ１７の切欠き２１の形状としては、必ずしも、全て同じ切欠き形状とする必要はない。例えば、図８（ｂ）に示すように、少なくとも両端部の主桁３と接続される縦リブ１７にのみ切欠き２１を形成し、中央部（両端部の主桁３と接続されない縦リブ）は、全長に渡って同一高さとしてもよい。この場合には、切欠き２１が形成される縦リブ１７の一方の端部のみが主桁下フランジ７ａと接続されればよい。
【００５３】
また、図９（ａ）に示すセグメント６０のように、主桁下フランジ７ａの内周面側に防食処理部６１を設けてもよい。防食処理部６１は、特に限定されないが、例えばエポキシ系塗料（厚み約０．１ｍｍ）や、エポキシ系塗料（下塗）の上に、エポキシ樹脂系モルタル（厚み約５ｍｍ）により構成すればよい。なお、セグメント６０の内周面は、できるだけ平滑であることが望ましい。したがって、防食処理部６１の厚みと、コンクリート１５の主桁下フランジ７ａからの突出厚さとを略一致させることが望ましい。このようにすることで、防食処理部６１の内面とコンクリート１５の内面とを連続して平滑に形成することができる。なお、防食処理部６１とコンクリート１５との間に段差が形成されてもよい。防食処理部６１を形成することで、腐食に対して弱点となりうる主桁下フランジ７ａの内周面側の腐食対策を行うことができる。
【００５４】
また、図９（ｂ）に示すセグメント６０ａのように、防食処理部６１に代えてコンクリート１５によって主桁下フランジ７ａを被覆してもよい。このようにしても、主桁下フランジ７ａの防食効果を得ることができるとともに、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５との剥離を大きく低減することができる。なお、防食処理部に加えて、コンクリートによって主桁下フランジを被覆してもよい。
【００５５】
また、図１０（ａ）に示すセグメント６０ｂのように、さらに、主桁３の下端を延長してもよい。すなわち、この場合には、主桁下フランジ７ａは、主桁３の下内周面側の完全な端部ではなく、端部から所定距離をあけた位置に形成される。主桁下フランジ７ａから突出する主桁３は、コンクリート１５を保持することができる。したがって、コンクリート１５の角部の欠けを防止することができる。
【００５６】
なお、主桁３の下端部は、コンクリート１５の内周面と一致させてもよく、主桁３の端部よりもコンクリート１５を厚く形成してもよい。この場合には、図１０（ｂ）に示すように、コンクリート１５の角部をテーパ形状などに面取りすることが望ましい。なお、コンクリート１５の内周面に対して、主桁３を突出させる必要はない。主桁３を突出させると、セグメント６０ｃの内周面の平滑性が損なわれ、突出部の防食処理等の問題が生じるためである。
【００５７】
図１１は、各部の形状を示す図である。主桁下フランジ７ａの長さＤは、セグメントの全幅Ｇに対して、Ｄ≦Ｇ／１０の関係満足することが望ましい。Ｄ＞Ｇ／１０の場合には、防食処理が必要な主桁下フランジ７ａ、縦リブ１７の面積が増えるためでる。
【００５８】
なお、主桁下フランジ７ａは、縦リブ１７との接合部よりも延長することもできる。縦リブ１７との接合部からの主桁下フランジ７ａの突出代ＥはＥ≦Ｄ／２であることが望ましい。Ｅ＞Ｄ／２であると、外周面側からの荷重（図５の荷重Ｎ）に対して、その応力を、縦リブ１７を介して確実に主桁下フランジ７ａに伝達することができなくなるためである。また、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５の一体性が保持できなくなるため、主桁下フランジ７ａの周辺において、主桁下フランジ７ａとコンクリート１５とが部分的に剥離する恐れがあるためである。なお、Ｅ＝０であることが最も望ましい。
【００５９】
なお、主桁下フランジ７ａの内周面にコンクリート１５を設ける場合には、コンクリート１５のかぶり代を確保するため、Ｃ≧２５ｍｍであることが望ましい。但し、前述の通り、主桁下フランジ７ａは、セグメントの外周面からの荷重に対して、鋼殻とコンクリート１５との一体性を保持しているが、コンクリート１５の厚みが厚くなり過ぎると、この効果が小さくなる。したがって、主桁下フランジ７ａの内周面からのコンクリート１５の厚みＣは、Ｃ≦Ｇ／１０であることが望ましい。主桁下フランジ７ａの内周にＣ＞Ｇ／１０の厚さのコンクリート１５を設けると、鋼殻とコンクリート１５との一体性が低くなるためである。
【実施例】
【００６０】
図１２に示すセグメントに対して、荷重に対するコンクリート１５と主桁下フランジ７ａとの剥離の有無をシミュレーションにより評価した。荷重Ｎは、セグメントの長さ（図の奥行方向）１ｍに対して、２０ｔとして、セグメントの幅方向の中心に付加した。セグメントの幅Ｇは１０００ｍｍとした。セグメントの高さＦは２４０ｍｍとした。主桁下フランジ７ａの長さＤは８０ｍｍとし、縦リブ１７に対する非接合部長さＥを、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍとして評価した。
【００６１】
Ｅ＝２０ｍｍ（＝Ｄ／４）、４０ｍｍ（＝Ｄ／２）では、剥離は見られなかった。しかし、Ｅ＝６０ｍｍ（＝３Ｄ／４）では、コンクリート１５と主桁下フランジ７ａとの間に剥離が生じた。したがって、Ｅ≦Ｄ／２であることが望ましい。
【符号の説明】
【００６２】
１、３０、４０、５０、６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ………セグメント
３………主桁
５………スキンプレート
７ａ………主桁下フランジ
７ｂ………主桁上フランジ
９………継手板
１１………接合部
１３………継手部
１５………コンクリート
１７………縦リブ
１９ａ、１９ｂ………ひび割れ防止筋
２１………切欠き
６１………防食処理部
１００………セグメント
１０３………主桁
１０５………スキンプレート
１０７ａ………主桁下フランジ
１０７ｂ………主桁上フランジ
１１５………コンクリート
１１７………縦リブ
１１９………ひび割れ防止筋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の主桁と、
前記主桁を結合する縦リブと、
前記主桁の上外周面側に設けられるスキンプレートと、
を具備し、
両端に形成される前記主桁の下内周面側端部近傍には、前記主桁の対向面方向にそれぞれ主桁下フランジが形成され、
前記縦リブの下内周面側端部は、少なくとも一方の端部が前記主桁下フランジと接合されるとともに、前記主桁下フランジとの接合部を除く部位には切欠き部が形成され、
前記主桁間にコンクリートが充填されることを特徴とするセグメント。
【請求項２】
両端に形成される前記主桁の上外周面側端部には、前記主桁の対向面方向にそれぞれ主桁上フランジがさらに形成されることを特徴とする請求項１記載のセグメント。
【請求項３】
前記切欠き部の深さは、前記主桁下フランジの厚さをｔとすると、前記コンクリートによるセグメントの鋼製部の防食と、前記コンクリートの劣化によるすり減りを考慮して、（２５−ｔ）ｍｍ以上となるように設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセグメント。
【請求項４】
前記切欠き部には、前記セグメントの周方向および軸方向に格子状にひび割れ防止筋が配置され、前記ひび割れ防止筋の径をそれぞれｄ１、ｄ２とすると、前記切欠き部の深さは、（２５−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載のセグメント。
【請求項５】
少なくとも前記切欠き部を除く部位の前記縦リブには、防食処理が施されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のセグメント。
【請求項６】
前記切欠き部の両端部はテーパ状に形成され、前記切欠き部の中央部には直線部が形成され、
前記切欠き部の前記主桁下フランジとの接合部と前記直線部までの軸方向の距離Ａが、前記切欠き部の深さＢ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のセグメント。
【請求項１】
少なくとも一対の主桁と、
前記主桁を結合する縦リブと、
前記主桁の上外周面側に設けられるスキンプレートと、
を具備し、
両端に形成される前記主桁の下内周面側端部近傍には、前記主桁の対向面方向にそれぞれ主桁下フランジが形成され、
前記縦リブの下内周面側端部は、少なくとも一方の端部が前記主桁下フランジと接合されるとともに、前記主桁下フランジとの接合部を除く部位には切欠き部が形成され、
前記主桁間にコンクリートが充填されることを特徴とするセグメント。
【請求項２】
両端に形成される前記主桁の上外周面側端部には、前記主桁の対向面方向にそれぞれ主桁上フランジがさらに形成されることを特徴とする請求項１記載のセグメント。
【請求項３】
前記切欠き部の深さは、前記主桁下フランジの厚さをｔとすると、前記コンクリートによるセグメントの鋼製部の防食と、前記コンクリートの劣化によるすり減りを考慮して、（２５−ｔ）ｍｍ以上となるように設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセグメント。
【請求項４】
前記切欠き部には、前記セグメントの周方向および軸方向に格子状にひび割れ防止筋が配置され、前記ひび割れ防止筋の径をそれぞれｄ１、ｄ２とすると、前記切欠き部の深さは、（２５−ｔ＋ｄ１＋ｄ２）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載のセグメント。
【請求項５】
少なくとも前記切欠き部を除く部位の前記縦リブには、防食処理が施されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のセグメント。
【請求項６】
前記切欠き部の両端部はテーパ状に形成され、前記切欠き部の中央部には直線部が形成され、
前記切欠き部の前記主桁下フランジとの接合部と前記直線部までの軸方向の距離Ａが、前記切欠き部の深さＢ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のセグメント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２９６０４（Ｐ２０１２−２２９６０４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８９９０９（Ｐ２０１２−８９９０９）
【出願日】平成２４年４月１１日（２０１２．４．１１）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月１１日（２０１２．４．１１）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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