JP2002356811A

JP2002356811A - 波形鋼板ウェブ桁の継手構造

Info

Publication number: JP2002356811A
Application number: JP2001161933A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nakamura; 哲也中村; Yasuyuki Kurihara; 康行栗原; Hisashi Ito; 久伊藤; Atsutaka Kawabata; 篤敬川畑
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】疲労強度が劣化せず、作業性も良好な波形鋼
板ウェブ桁の継手構造を得る。【解決手段】ウェブ２ａおよび２ｂを重ね合わせ、重
ね合わせ部３を隅肉溶接して継手部を構成し、上下のフ
ランジ不連続部５に隣接してスカラップ６ａおよび６ｂ
を設けた波形鋼板ウェブ桁の継手構造において、上下の
フランジ不連続部５およびスカラップ６ａおよび６ｂ
を、前記重ね合わせ部３を挟んで、重ね合わせ部３から
一定距離離れた対角位置に配置した波形鋼板ウェブ桁の
継手構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、波形鋼板ウェブ桁の
継手構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェブが平板状の鋼板からなる断面Ｉ形
の桁同士を、その長手方向に沿って接続するときには、
両者のウェブを突合わせまたは重ね合わせた上、高力ボ
ルトにより両方のウェブ間の摩擦抵抗を高めて摩擦接合
したり、ウェブの突合わせ部を突合わせ溶接するのが一
般的である。これは、曲げ応力とせん断応力が同時に作
用するため、応力の伝達が十分に行われる必要があるか
らである。

【０００３】しかしながら、図６に示すようなフランス
で開発されたウェブ１０が桁の長手方向に波打っている
波形鋼板ウェブ桁は、ウェブ面内曲げ応力および桁の軸
方向（長手方向）に作用する軸力には抵抗せず、ウェブ
面内せん断力のみを伝達する構造であるため、隅肉溶接
による一面重ね継手構造で安全性は確保できるとされて
いる。実際フランスで建設されたド−ル橋の波形鋼板ウ
ェブ桁の継手構造は、図７に示すように、桁２１同士の
波形ウェブ２２を重ね合わせ、その重ね合わせ部２２ａ
を隅肉溶接（溶接部を太線で示す）した構造となってい
る。なお、隅肉溶接の溶接線と桁２１の上下フランジ２
３および２４とウェブ２２との溶接線が交差する部分
は、施工上の問題により、重ね合わせ部２２ａの上下方
向長さＬ₁は、ウェブ２２の高さＬ₂よりも短くし、かつ
上下フランジ２３および２４とウェブ２２が接続される
部分にスカラップ２５が設けられている。

【０００４】また、上下フランジともフランジ同士は接
続せず、上フランジ２３同士間には不連続部２３ａが、
また下フランジ２４同士間には不連続部２４ａがある。
これは、波形鋼板ウェブ桁の特徴である桁長手方向の変
形を自由に行わせるためである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た波形鋼板ウェブ桁の継手構造は、安全性が十分に検討
されているわけではなく、特に活荷重による繰返し応力
が作用する場合、前述した重ね合わせ継手部のスカラッ
プ２５周辺は、その形状に起因する応力集中部となる。
したがって、その他の場所に発生する応力が低くても、
スカラップ２５周辺には疲労損傷を引き起こすのに十分
な大きさの応力が、繰り返し作用する恐れがある。

【０００６】具体的には、ウェブ面内にせん断荷重が作用する場合車両が通過する際に、ウェブ面内にはせん断応力が交番
して生じ、ウェブ面内では引張主応力が−４５度方向
（垂直に対して反時計回りに４５度方向）に、圧縮主応
力が４５度方向（垂直に対して時計回りに４５度方向）
または引張主応力と圧縮主応力がそれぞれその逆方向に
作用するため、従来構造の場合には、図８（ａ）に示す
ように、１／４円状のスカラップ２５の半径の中心を通
り、垂線に対して４５度傾けて引いた直線と、スカラッ
プ２５の周縁部とが交わる点の接線方向に最大引張また
は圧縮主応力２６が発生する。また、ウェブ２２のスカ
ラップ端とフランジ２３の回し溶接止端部にも、比較的
大きな応力が発生する｛図8（ａ）のスカラップ２５の
四分円の上端とフランジ２３との溶接部｝。

【０００７】ウェブ面内に曲げ荷重が作用する場合引張主応力または圧縮主応力が鉛直方向に作用するた
め、従来構造の場合には、図８（ｂ）に示すように、ス
カラップ２５が設けられているウェブ２２と上フランジ
２３との溶接の止端部２７に鉛直方向の最大引張または
圧縮主応力２８が発生する。

【０００８】また、従来構造では、重ね合わせ部とスカ
ラップが隣接していることにより、次のような問題が発
生する。

【０００９】ウェブの重ね合わせ部には、ウェブ同士
を引き離すような板厚方向への変形が生じる。この変形
は拘束力が弱いスカラップ周辺に、特に集中して生じ
る。その結果、スカラップの重ね合わせ部の回し溶接
｛図８（ｂ）のＡ｝には、板厚方向に大きな応力勾配が
生じ、局所的に大きな応力が集中する。

【００１０】スカラップ内における重ね合わせ部の回
し溶接を行う際に、溶接棒をフランジ側から当てる必要
があり施工性が悪い。また、それを回避するためにスカ
ラップ寸法もある程度（半径５０ｍｍ）大きくする必要
があり、スカラップが大きいことにより、発生する応力
が増大する。さらには、床版を先に打設してから、継手
部の溶接を行う場合もあり、その場合にはさらに作業性
が劣化する。

【００１１】この発明は、従来技術の上述のような問題
点を解消するためになされたものであり、疲労強度が劣
化せず、作業性も良好な波形鋼板ウェブ桁の継手構造を
提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る波形鋼板
ウェブ桁の継手構造は、ウェブを重ね合わせ、重ね合わ
せ部を隅肉溶接して継手部を構成し、上下のフランジ不
連続部に隣接してスカラップを設けた波形鋼板ウェブ桁
の継手構造において、上下のフランジ不連続部およびス
カラップを、前記重ね合わせ部を挟んで、重ね合わせ部
から一定距離離れた対角位置に配置したものである。

【００１３】また、前記スカラップが前記上下のフラン
ジの不連続部で開口しており、かつ不連続部の片側方向
にのみ膨らんだ形状となっているものである。

【００１４】スカラップと重ね合わせ部とが異なる位置
にあるので、スカラップ内にウェブの重ね合わせ部の回
し溶接がなくなり、応力集中がなくなる。また、重ね合
わせ部とスカラップの回し溶接が必要でなくなるため、
現場施工性が向上し、スカラップ内の溶接ビ−ド形状に
よる応力集中も解消される。さらには、スカラップ形状
に対する制限がなくなるので、任意の形状のスカラップ
が採用できる。

【００１５】また、施工現場での桁同士の位置決めが容
易に行える。

【００１６】また、前記スカラップが前記上下のフラン
ジの不連続部で開口しており、かつ不連続部の片側方向
にのみ膨らんだ形状にすることにより、そこに最大応力
の発生位置を移動させ、ウェブとフランジとの溶接止端
部に作用する応力を低下させることができる。なお、一
般に、母材（この場合、スカラップ）に応力が作用した
場合、同じ応力が溶接止端部に作用する場合と比較し
て、疲労寿命が長いことが知られている（参考文献ＪＳ
ＳＣ等）。したがって、本発明の継手構造を採用するこ
とにより、ウェブ全体として疲労寿命を延ばすことがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照して説明する。

【００１８】図１は本発明の波形鋼板ウェブ桁の継手構
造の実施の形態の説明図であり、（ａ）は継手構造の側
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。この波形
鋼板ウェブ桁の継手構造は、桁１Ａのウェブ２ａの端部
と桁１Ｂのウェブ２ｂの端部を重ね合わせて、重ね合わ
せ部３を設け、重ね合わせ部３の周縁部を隅肉溶接して
いる。

【００１９】そして、桁１Ａの上フランジ４ａと桁１Ｂ
の上フランジ４ｂとは接続せず、重ね合わせ部３から一
定距離離れた位置に不連続部５が設けられており、不連
続部５に対応するウェブ２ａにはスカラップ６ａが設け
られている。また、桁１Ａの下フランジ７ａとけた１Ｂ
の下フランジ７ｂも接続せず、重ね合わせ部３から一定
距離離れた位置に不連続部８が設けられており、不連続
部８に対応するウェブ２ｂにはスカラップ６ｂが設けら
れている。すなわち、上フランジの不連続部５およびス
カラップ６ａと、下フランジの不連続部８およびスカラ
ップ６ｂとは、重ね合わせ部３を挟んで対角位置に位置
するように配置されている。

【００２０】次に、この波形鋼板ウェブ桁の継手構造を
製作する手順を、図２に基づいて説明する。図２（ａ）
は継手を構成する前の接続される側の桁１Ａの接続端部
と、接続する側の桁１Ｂの接続端部の側面図である。桁
１Ａの上フランジ４ａは、ウェブ２ａのスカラップ６ａ
を設けた位置までしかなく、図中Ｃの長さの区間はフラ
ンジがない状態にしてある。また、桁１Ｂの上フランジ
４ｂは、ウェブ２ｂよりもＤの長さだけ長くなってい
る。そして、両者の重ね合わせ予定部を重ね合わせたと
きに、桁１Ｂの上フランジ４ｂが、不連続部を残して、
桁１Ａのウェブ２ａの上方に位置するようになってい
る。すなわち、Ｃ−Ｄ＝（不連続部の長さ）となってい
る。

【００２１】逆に、桁１Ｂの下フランジ７ｂは、ウェブ
２ｂのスカラップ６ｂを設けた位置までしかなく、図中
Ｅの長さの区間はフランジがない状態にしてある。ま
た、桁１Ａの下フランジ７ａは、ウェブ２ａよりもＦの
長さだけ長くなっている。そして、両者の重ね合わせ予
定部を重ね合わせたときに、桁１Ａの下フランジ７ａ
が、不連続部を残して、桁１Ｂのウェブ２ｂの下方に位
置するようになっている。すなわち、Ｅ−Ｆ＝（不連続
部の長さ）となっている。

【００２２】このように製作された両方の桁の端部を、
図２（ｂ）に示すように、桁１Ｂを桁１Ａの上方から下
ろしてきて、ウェブ２ａとウェブ２ｂとを重ね合わせ、
図２（ｃ）に示すように、ウェブ２ａとウェブ２ｂの重
ね合わせ部３の周縁部と、桁１Ａのウェブ２ａと桁１Ｂ
の上フランジ４ｂとの接合部および桁１Ｂのウェブ２ｂ
と桁１Ａの下フランジ７ａとの接合部を溶接して、継手
を完成させる。

【００２３】なお、桁１Ｂの重ね合わせ部に対応する位
置の上フランジ４ｂとウェブ２ｂとの事前の溶接は、図
３に示すように、桁１Ａのウェブ２ａを重ね合わせる側
と反対の側のみ行い（黒塗りで示す）、重ね合わせる側
の上フランジ４ｂとウェブ２ａ（開先加工がしてある）
および２ｂとの溶接は、重ね合わせた後で溶接（斜線で
示す）する。図示していないが、桁１Ａの下フランジ７
ａとウェブ２ａの溶接も、上述したような要領で行う。

【００２４】図４は、本発明の波形鋼板ウェブ桁の継手
のウェブ面内に荷重が作用する場合の、引張主応力の作
用する位置および作用する方向を示す図であり、（ａ）
はウェブ面内にせん断荷重が作用する場合、（ｂ）はウ
ェブ面外に曲げ荷重が作用する場合である。図におい
て、矢印が最大引張または圧縮主応力の作用する位置お
よび作用する方向を示しており、図４では上フランジ側
に設けたスカラップ６ａに作用する最大引張または圧縮
主応力しか示していないが、下フランジ側に設けたスカ
ラップ６ｂの場合も、同様に最大引張または圧縮主応力
が作用する。このように、スカラップ６ａが上フランジ
の不連続部５で開口しており、かつ不連続部５の片側方
向にのみ膨らんだ形状にすることにより、そこに最大応
力の発生位置を移動させ、ウェブ２ａと上フランジ４ａ
との溶接止端部に作用する応力を低下させることができ
る。なお、一般に、母材（この場合、スカラップ）に応
力が作用した場合、同じ応力が溶接止端部に作用する場
合と比較して、疲労寿命が長いことが知られている（参
考文献ＪＳＳＣ等）。したがって、本発明の継手構造を
採用することにより、ウェブ全体として疲労寿命を延ば
すことができる。

【００２５】また、重ね合わせ部のウェブ表面から裏面
への回し溶接がなくなり、溶接ト−チをフランジ側から
当てる必要がなくなるため、溶接時の作業性も良好とな
る。

【００２６】

【実施例】図５に示すように、中心部分に２つの継手１
１を有するウェブ自体の高さが８００ｍｍ、ウェブと上
下フランジおよび床版を模擬した鋼板を合計した高さが
９１２ｍｍ、長さ３６００ｍｍの波形鋼板ウェブ桁１２
の両端を、２個の支持台１３で支持して、荷重試験機１
４により波形鋼板ウェブ桁１２の中心部に７０トンの繰
り返し荷重を付与して、せん断疲労試験を行った。その
結果、継手が本発明の継手構造であるものは、繰り返し
数が２００万回でも継手部にき裂が発生しなかったが、
ド−ル橋に採用された従来の継手構造のものは、繰り返
し数が９７万回で継手部にき裂が発生し、本発明の継手
構造が従来の継手構造に比較して、２倍以上の疲労寿命
があることが分かった。

【００２７】

【発明の効果】本発明により、桁の疲労寿命を延ばすこ
とができるとともに、溶接時の作業性も向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波形鋼板ウェブ桁の継手構造の実施の
形態の説明図であり、（ａ）は継手構造の側面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。

【図２】本発明の波形鋼板ウェブ桁の継手構造を製作す
る手順を示すである。

【図３】本発明の波形鋼板ウェブ桁の継手部分の溶接方
法の説明図である。

【図４】本発明の波形鋼板ウェブ桁の継手のウェブ面内
に荷重が作用する場合の、引張主応力の作用する位置お
よび作用する方向を示す図であり、（ａ）はウェブ面内
にせん断荷重が作用する場合、（ｂ）はウェブ面外に曲
げ荷重が作用する場合である。

【図５】波形鋼板ウェブ桁のせん断疲労試験の説明図で
ある。

【図６】波形鋼板ウェブ桁の平断面図である。

【図７】従来の波形鋼板ウェブ桁の継手構造の側面図で
ある。

【図８】従来の波形鋼板ウェブ桁に荷重が作用する場合
の、最大引張または圧縮主応力の作用する位置および作
用する方向を示す図であり、（ａ）はウェブ面内にせん
断荷重が作用する場合、（ｂ）はウェブ面外に曲げ荷重
が作用する場合である。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ桁２ａ、２ｂウェブ３重ね合わせ部４ａ、４ｂ上フランジ５フランジ不連続部６ａ、６ｂスカラップ７ａ、７ｂ下フランジ８フランジ不連続部１１継手１２波形鋼板ウェブ桁１３支持台１４荷重試験機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤久東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者川畑篤敬東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 2D059 AA05 CC05 GG55 4E081 AA08 BA40 DA06 DA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェブを重ね合わせ、重ね合わせ部を隅
肉溶接して継手部を構成し、上下のフランジ不連続部に
隣接してスカラップを設けた波形鋼板ウェブ桁の継手構
造において、上下のフランジ不連続部およびスカラップ
を、前記重ね合わせ部を挟んで、重ね合わせ部から一定
距離離れた対角位置に配置したことを特徴とする波形鋼
板ウェブ桁の継手構造。
【請求項２】前記スカラップが前記上下のフランジの
不連続部で開口しており、かつ不連続部の片側方向にの
み膨らんだ形状となっていることを特徴とする請求項１
に記載の波形鋼板ウェブ桁の継手構造。