JP2001248114A

JP2001248114A - 鋼床版の補強方法及び鋼床版構造

Info

Publication number: JP2001248114A
Application number: JP2000067200A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ito; 久伊藤; Osamu Yamamoto; 修山本
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼床版の疲労亀裂の発生を抑える。【解決手段】縦リブ６の内部空間に充填材の軽量発泡
コンクリートを注入する。充填された軽量発泡コンクリ
ートは縦リブ６の内部空間で固化する。固化した充填材
によって溶接継手部の疲労強度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、橋梁や高架道路
を建設する際に用いられる鋼床版の疲労亀裂等の発生を
抑えるための鋼床版の補強方法及び鋼床版構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、橋梁や高架道路における床版の構
造としては、鉄筋により補強されたコンクリートによる
いわゆるＲＣ床版と、鋼板を用いる鋼床版とがある。

【０００３】ＲＣ床版は、現場で型枠内に鉄筋を組んで
コンクリートを打設するものであるために作業に手間が
かかり、工期が長くなる。

【０００４】鋼床版は、図１の下側からの斜視図に示す
ように、デッキプレート５の下面に縦方向に連続する閉
断面の縦リブ（Ｕリブ）６が横方向に所定間隔で並設さ
れると共にこれと直交する横方向に横リブ７と当該横リ
ブ７より背の高い横げた８が所定間隔で配設され、その
下面に更に横リブ７及び横げた８を貫いて縦方向の主げ
た９が溶接によって一体に固定されて構成されている。
図１では、縦リブとして断面形状が略Ｕ字状に屈折した
Ｕリブ６を用いている。トラフリブと称されるものもあ
る。鋼床版は、図１に示す状態まで製造工場にて組み上
げた後、施工現場に搬送して橋脚上に据え付けるいわゆ
るプレハブ工法による施工に用いられる。該鋼床版は、
ＲＣ床版に比較して軽量に構成でき、また、施工現場で
の工数が少なく工期も短かくできるという特徴がある。

【０００５】上記に述べた鋼床版が用いられている橋梁
は、これまで多くの建設実績がある。しかしながら、鋼
床版の板厚が概して薄く、通行車両の重量増加や通行量
の増加により、床板のデッキプレートと縦リブとの溶接
継手部に疲労亀裂が発生する事例が見られるようになっ
た。この溶接継手は、１つの橋において１０本以上の縦
リブが全橋長にわたって配置されていることがほとんど
であるため、鋼床版全面に疲労亀裂が発生する懸念があ
る。これまで、このような疲労亀裂を未然に防止するた
めの鋼床版を補強する従来技術の実施例はなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】デッキプレートと縦リ
ブとの溶接継手部で疲労亀裂が発生する箇所は、図３の
断面図に示すように３箇所存在する。補強を行うには、
このうち、符号及びによって示す外部溶接止端側の
箇所は、縦リブ６の外側からグラインダー処理や増し脚
長溶接を行うことにより、疲労強度の補強を図ることが
できる。しかし、符号で示す内部ルート側の箇所は縦
リブの内側であるため上記処理をすることが難しく、且
つ、このような箇所が前述のように極めて多数存在する
ことを考えると事実上補強処理は不可能といってよい。

【０００７】また、別の補強方法として、例えば、縦リ
ブ内部にダイヤフラムを設けて強度を向上させるという
対処方法も既設橋梁には困難である。

【０００８】また、デッキプレートに作用する応力を下
げるために、デッキプレート上面のアスファルト舗装の
厚さを従来の２〜３倍にする方法も考えられるが、路面
全体を舗装するために道路の交通規制が必要であり、制
約が多く、また、路面高さを橋の端部で平滑に連続させ
る造作が必要になり、施工上も手間がかかり、コストも
高いといった問題がある。

【０００９】また、疲労亀裂が発生した場合の補修方法
としては、以下の方法がある。亀裂損傷が発生するのは
符号で示す内部ルート側の箇所が最も多いが、該箇所
を含む溶接部全体をガウジングによって除去した後
に、溶接によって埋め戻す。しかし、該方法は、少数の
箇所の補修には有効であるが、多数の箇所に適用するに
は手間がかかり時間とコストが膨大となり実用的でな
い。

【００１０】また、溶接により補強や補修を行う際には
全面足場を架設することが必要となり工期が長くなり問
題となる。

【００１１】従って、この発明の目的は、上述の問題点
を解決し、デッキプレートと縦リブとの溶接継手部の疲
労強度を、最小限の交通規制において、抜本的に向上さ
せることができる鋼床版の補強方法及び鋼床版構造を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の鋼床版の
補強方法は、デッキプレートの下面に複数条の縦リブが
配設されている鋼床版において、前記縦リブの内部に充
填材を充填することに特徴を有するものである。

【００１３】請求項２記載の鋼床版構造は、デッキプレ
ートの下面に複数条の縦リブが配設されている鋼床版に
おいて、前記縦リブの内部空間に充填材が充填され固化
していることに特徴を有するものである。

【００１４】縦リブの内部空間に軽量発泡コンクリート
等の充填材を注入し、固化した充填材によって縦リブの
断面疲労強度を向上させ溶接継手部を補強する。これに
より、疲労亀裂が発生する箇所が補強される。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を図
面を参照しながら説明する。

【００１６】図１は、鋼床版の一例の基本構造を示す図
面であり下方から矢視した斜視図、図２は、この発明の
実施の形態に係る鋼床版の側面図である。デッキプレー
ト５は上面にアスファルトの舗装１を備える（図２参
照）。デッキプレート５の下面に複数条配設された縦リ
ブ（Ｕリブ）６には、その内部を横断するダイヤフラム
１０が、約１０ｍ程度の間隔で配設されている。ダイヤ
フラム１０以外には縦リブ６の横断面材はない。かくし
て、デッキプレート５と、縦リブ６と、ダイヤフラム１
０とによって１つの内部空間が形成されている。鋼床版
は、図１に示す基本構造物をボルトと添接板によって連
設した連続構造になっているため、この内部空間は、縦
リブ６の全長にわたって存在する。

【００１７】本発明の実施の形態の補強方法を説明す
る。

【００１８】図２に示すように、縦リブ６の側面に孔２
及び孔３を設ける。２箇所のうちの１つの孔２は充填材
注入用、もう１つの孔３は空気抜き用又は空気強制吸引
用として使用する。図２では、孔２及び孔３は縦リブ６
の側面に設けられているが、その位置は、縦リブ６の底
面や側面との組み合わせなど適宜の位置を選択できる。

【００１９】孔２から縦リブ６の閉空間に充填材を注入
する。注入は、孔３から閉空間内の空気を抜きつつ行
う。充填後、孔２、孔３を塞ぎ板などで塞ぐ。充填され
た充填材は、縦リブ６の内部空間で固化する。

【００２０】このような鋼床版の補強方法により、固化
した充填材によって縦リブ６の内部空間が満たされ、図
３に符号で示す溶接継手の内側の箇所の疲労強度が向
上する。

【００２１】充填材としては、軽量発泡コンクリート、
高流動性コンクリート、軽量発泡骨材を混錬したコンク
リート等を用いる。軽量発泡コンクリートは、建築材料
として知られている、起泡材を用いて発泡させたコンク
リート（「ＡＬＣ」という）である。その製法は、珪
石、セメント、石灰等の粉末を水に分散してスラリーと
し、これに発泡用のアルミニウム粉末を加えてから速や
かに縦リブ内に注入し、該アルミニウム粉末が石灰等の
アルカリと反応して発生するガスによりスラリーを膨脹
させて固化させることにより得られる。表１に、本実施
の形態に係る軽量発泡コンクリートの一例を示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】本発明の鋼床版の補強方法は、縦リブ６の
側面又は底面に注入孔（孔２）及び排気孔（孔３）を設
け、コンクリートポンプ車等のコンクリート供給装置に
接続された圧送ホースを縦リブ６の注入孔（孔２）に接
続し、該コンクリート供給装置から圧送ホースを介して
縦リブ６の内部に軽量発泡コンクリートを圧送して注入
する等の手段により実施する。注入しながら、孔３から
排気する。充填後、孔２及び孔３を塞ぎ板で塞ぐ。充填
された軽量発泡コンクリートは、縦リブ６の内部で固化
し、当該箇所が補強される。

【００２４】本発明の鋼床版は、前記の補強方法によっ
て、縦リブ６の内部空間が充填材で充填され固化してい
る鋼床版であり、疲労強度が向上した鋼床版である。

【００２５】次に、この発明による鋼床版の疲労強度の
向上作用をモデル化して説明する。

【００２６】縦リブ６の内部に充填する材料は、近似と
してデッキプレート５を支える分布ばねの役割を果たす
（図４）。そこで、充填材４による疲労強度の向上作用
を単純化した解析モデルで検討した（図５）。即ち、図
４のＡ、Ｂ点におけるデッキプレート５の曲げ変形を図
５に示すようなモデルに置き換え、更に、図６に示す片
持ち梁モデルのＡ点に作用する曲げ応力として解析し
た。

【００２７】図６において、支持点Ａは、図４、図５の
Ａ点（又はＢ点）に相当する。荷重Ｐが作用したとき
に、δなる撓みが生じたとすると、荷重Ｐはばねの反力
ｋδと梁の曲げによる反力、（３ＥＩ／ｌ³）δ、の合
計と釣り合うため、次式が成立する。

【００２８】Ｐ＝｛ｋ＋（３ＥＩ／ｌ³）｝δ・・・（１）但し、Ｐ：荷重 δ：荷重点の撓みｌ：片持梁の長さＥ：片持梁のヤング率（デッキプレートのヤング率）Ｉ：片持梁の断面二次モーメントｋ：ばね定数この荷重のうち、梁の曲げに関係するのは（１）式の第
２項のみであるから、ばねがない場合に比べてばねがあ
る場合は、同じ荷重に対してＡ点の曲げ応力は次式の比
率で低下する。

【００２９】Ｃ＝（３ＥＩ／ｌ³）／｛ｋ＋（３ＥＩ／ｌ³）｝・・・（２）Ｃ：ばねの効果による応力の低下比率いま、一般的な鋼床版の縦リブの場合として、ｌ＝１６
０ｍｍ、Ｅ＝２１０００ｋｇ／ｍｍ²、デッキプレート
の板厚を１２ｍｍとして、Ｉ＝１４４ｍｍ⁴（１ｍｍ幅
当たり）とすると、Ｃ＝２．２１／（ｋ＋２．２１）・・・（３）となる。

【００３０】一方、ｋは簡単のため、図７に示すよう
に、奥行き１ｍｍ当たりｌ／３の長さの充填材が有効に
作用すると考えられ、また、縦リブの深さを２５０ｍｍ
とすると、ｋは次のように求められる。ｋ＝｛（ｌ／３）／２５０｝Ｅ_C＝０．２１３Ｅ_C（１ｍｍ幅当たり）・・・（４）但し、Ｅ_C：充填材のヤング率従って、例えば、Ｅ_C＝１０ｋｇ／ｍｍ²、程度の充填材
を注入すれば、ｋ＝２．１３、となり、（３）式より、
Ｃ＝０．５、となり、Ａ点の曲げ応力が約半分に低下す
ることになる。

【００３１】疲労寿命は応力の、−３乗〜−４乗、に比
例するため、応力が半分になると疲労寿命は、８倍〜１
６倍、に激増し、実用上十分な効果が得られる。更に。
Ｅ_Cを３１ｋｇ／ｍｍ²以上にとれば、疲労寿命は、６４
〜２５６倍、となることから、事実上疲労亀裂発生の心
配は全く無くなる。

【００３２】なお、発泡コンクリート（軽量コンクリー
トなど）では、Ｅ_Cの値にかなりの幅があるが、前記の
数値と比べると、はるかに大きく、Ｅ_C＝１０００ｋｇ
／ｍｍ²、前後であるので、疲労強度上は十分すぎる性
能を有する。

【００３３】以上のことから、充填材としては、Ｅ_C＝
１０ｋｇ／ｍｍ²、程度のかなり柔らかい材料を使用し
ても、鋼床版を補強する効果を十分に発揮できる。ま
た、充填材としては、所定の車両通行荷重に耐えられる
圧縮強度を有する必要がある。

【００３４】上記の充填材としての必要特性の他に、材
料が安価であること、充填施工が容易であることなどか
ら、充填材としては軽量発泡コンクリート（ＡＬＣ）が
好ましい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、以下に示す有用な効果がもたらされる。縦リブ内部で固化した充填材によって縦リブ及びデ
ッキプレートの溶接継手部の局部疲労強度が著しく向上
し、特に、従来、外側からでは補修が困難であった溶接
継手部内側の疲労亀裂の発生を根本的に抑えることがで
きる。縦リブ内部が長距離にわたって通じていることを利
用して１箇所から充填材を注入するという容易な作業に
より鋼床版の補強ができ、効率上及びコスト上有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼床版の一例を示す下方から矢視した斜視図で
ある。

【図２】この発明の実施の形態に係る鋼床版の側面図で
ある。

【図３】デッキプレートと縦リブとの溶接継手部の疲労
亀裂を説明する図である。

【図４】この発明の作用効果に係る説明図である。

【図５】この発明の作用効果に係る説明図である。

【図６】この発明の作用効果に係る説明図である。

【図７】この発明の作用効果に係る説明図である。

【符号の説明】

１舗装２孔（注入孔）３孔（排気孔）４充填材５デッキプレート６縦リブ７横リブ８横げた９主げた１０ダイヤフラム、デッキプレートと縦リブとの溶接継手部の外部
で疲労亀裂が発生する箇所デッキプレートと縦リブとの溶接継手部の内部で疲
労亀裂が発生する箇所

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デッキプレートの下面に複数条の縦リブ
が配設されている鋼床版において、前記縦リブの内部に
充填材を充填することを特徴とする鋼床版の補強方法。
【請求項２】デッキプレートの下面に複数条の縦リブ
が配設されている鋼床版において、前記縦リブの内部空
間に充填材が充填され固化していることを特徴とする鋼
床版構造。