合成構造による港湾施設の建設

Construction of port facilities with composite structures

清宮 理・山田昌郎

Osamu Kiyomiya and Masao Yamada

運輸省港湾技術研究所構造部

Port and Harbour Research Institute, Ministry of Transport

Keywords: steel concrete composite structure, caisson, footing, shear, torsion, loading test

ABSTRACT

Steel concrete composite structures are recently used as structural members of port structures. Caissons of　breakwaters, sea walls, floating piers and immersed tunnels are constructed with open sandwich and sandwich structures. The composite caissons usually have wide footings to cope with soft sea mud or overturn of the caissons. The footings are subjected to large shear force due to waves or earthquakes. The authors investigated the effect of stirrups for shear reinforcement of the composite footings. Uniformly distributed load was applied to the model of the footings. The shear capacities of the models were 1.45 to 1.89 times as large as the predicted values by the formula in the standard specification which is based on tests of concentration loading. Stirrups of 0.20% of cross sectional area ratio were effective for the footings which length-height ratio were 3 to 5. The authors also studied the torsional properties of composite panel members. Torsion occurs when a floating body is towed in waves or a caisson is settled on uneven ground. Open sandwich and RC specimens with various reinforcement ratios and a sandwich specimen were tested for torsion. Initial torsional rigidities of the open sandwich panels were 1.6 times as large as those of the RC panels, hit the torsional cracking moments of the both panels were almost the same. Torsional rigidities of the panels rapidly decreased after cracking. Steel bars yielded and then concrete crushed in all the specimens. Steel plates and studs did not yield. The yield torsional moments depended on the areas of steel bars. Yield torsional moment of the sandwich specimen was predicted conservatively by simple summation of the torsional capacities of the steel plates and the inner concrete.

1. まえがき

合成構造は、鋼材、コンクリート、木質材料などの建設材料を2種類以上合成して製作した構造である。すなわち広い意味では、RC（鉄筋コンクリート）やPC（プレストレストコンクリート）も一種の合成構造である。ただし通常RCやPCは、合成構造の範疇に含まない。現在合成構造と呼ばれるのは、RCの内部に鋼材を用いたSRC（鉄骨鉄筋コンクリート）、銅管の内部にコンクリートを充填した部材、RCと鋼材を合成した合成梁、等の比較的最近開発された構造形式である。

最近、防波堤、護岸、桟橋、沈埋トンネルなどの港湾施設の建設にも合成構造が用いられている。防波堤や護岸用のケーソン、および沈埋トンネルの函体を、綱コンクリート合成版部材を使用して製作している。合成版部材には、?高強度、?高靭性、?水密性、?鉄筋工の省力化ないし不要化、?型枠工の不要化、等の特長がある。構造物の種類や設置場所の条件に応じて、これらの特長を活用した構造物が開発されている。

合成版式ケーソン1）（ハイブリッドケーソン2）とも呼ぶ）では、側壁、底版、フーチング等にオープンサンドイッチ構造を使用する（Fig.1）。オープンサンドイッチ構造は、RC版の片面に銅板を合成した構造である（Fig.2）。銅板に溶植したずれ止め（シアコネクター）が、銅板とコンクリートを一体化させる。ずれ止めとして頭付きスタッドや形綱を用いる。合成版式ケーソンは、昭和63年に横浜大黒埠頭の護岸ケーソンに採用されて以来、現在まで護岸で総延長約1100m、防波堤で総延長約300mが、完成あるいは建設中である。Fig.3に下田港湾口防波堤ケーソン3,4）での合成構造の概要を示す。

沈埋トンネルとしては、大阪南港トンネル5.6）と神戸港島トンネル７）で合成構造が採用されている。大阪南港トンネルでは、下床版と側壁がオープンサンドイッチ構造、上床版がRC構造である。神戸港島トンネルでは、上床版と側壁がサンドイッチ構造、下床版がオープンサンドイッチ構造である。サンドイッチ構造は、銅板の間に高流動コンクリートを充填して製作する（Fig.4）。衣浦港や那覇港での沈埋トンネルでも合成構造の採用が検討されている。

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