JP2005083083A - 桁構造、橋桁、波形ウェブ橋、及び、波形板 - Google Patents

Abstract

【課題】連続桁の中間支点や斜張橋のケーブル定着点で床版に発生する付加曲げや、これに起因する局部応力を解消する。
【解決手段】アコーディオン機能を有する波形ウェブ１８を含む桁構造において、中間支点２４や定着点３４の近傍の波形ウェブを構造修正し、中央に行くに従って、漸次波形ウェブのアコーディオン機能を生かすようにする。
【選択図】図１３

Description

本発明は、桁構造、橋桁、波形ウェブ橋、及び、波形板に係り、特に、波形鋼板ウェブとコンクリート床版を有する橋桁の建設や補強に際して、波形ウェブを有する連続桁の中間支点や、斜張橋のケーブル定着点に用いるのに好適な、中間支点やケーブル定着点の付加曲げや、これに起因する局部応力を解消することが可能な桁構造、橋桁、波形ウェブ橋、及び、波形板に関する。

図１に示す如く、上下フランジにコンクリート床版（上床版１４、下床版１６）、ウェブ１８に波形鋼板を用いた波形ウェブ橋１０が知られている。図において２０はコンクリート製の隔壁（コンクリート壁とも称する）、２１は外ケーブルである。

このような波形ウェブ橋１０を用いた、図２（連続桁の側面図）、図３（図２のIII部拡大図）、図４（要部斜視図）に示すような連続桁２９の中間支点２４、あるいは、図５に示すような斜張橋３０のケーブル３２の定着点３４の隔壁２０へ波形ウェブ１８が接続される部分においては、当該接続部分が突然隔壁２０に置き代わる構造となっており、非特許文献１にも記載されているように、その付近で付加曲げが床板に発生し、構造の弱点となる。図において、２２は橋脚である。

即ち、非特許文献１で図６のように示されるとおり、波形ウェブ１８を有する連続桁の中間支点２４では、アコーディオン効果のため、波形ウェブ１８には桁方向の剛性が存在せず、図６（ａ）に示すように、せん断力によって長方形のパネルが平行四辺形に変形しようとする。一方、上下床版１４、１６は、図６（ｂ）に示すように、この変形を拘束しようとするため、図６（ｃ）に示す如く、床版１４、１６には、橋桁全断面にだけではなく、床版に単独に作用する付加曲げのモーメント（付加モーメントと称する）が発生する。

この状態の歪み分布及び内力の状況は、非特許文献２に図７のように示されるとおりである。この付加モーメントにより発生する局部応力の分布が、同じく非特許文献２に図８のように紹介されている。限界状態設計法によって、この部分を含む全体構造の強度性能を考えるとき、この局部応力の発生は明らかに不利であり、構造上の弱点となる。

局部応力に対応する方法としては、床版内の鉄筋サイズのアップ、あるいはピッチの細分化があり、従来はこの手法により局部応力に対する補強がなされてきた。しかしこの方法では、床版とウェブを引き剥がす方向の局部応力を解消することはできず、当該部分が依然として全体構造にとっての弱点となっていた。

一方、材料を効率的に使い、全体使用数量を少なくする目的で、図９に示す如く、波形ウェブ１８の中間支点部の桁高を高くすることが行われている。又、特許文献１には、図１０に示す如く、支間の全長に亘って波形ウェブ１８の成を一定とし、ウェブの成が大きくなる区間において下部コンクリート床版１６からコンクリートウェブ４０を立ち上げ、波形ウェブ１８の下端をコンクリートウェブ４０に接合することにより、波形ウェブ１８の製作を容易とすることが記載されており、前記問題点の解決にも有用である。

白谷宏司、池田博之、今井義明、加納宏一「波形鋼板ウェブ複合橋中間支点部の曲げ・せん断強度特性に対する基礎研究」土木学会論文集Ｎｏ．７２４／Ｉ−６２，４９−６７，２００３．１ 加藤久人、西村宣男「波形鋼板ウェブを有する連続桁及び斜張橋の実用解析法」土木学会論文集Ｎｏ．７３１／Ｉ−６３，２３１−２４５，２００３．４ 特開２０００−３５５９０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたように下部コンクリート床版１６からコンクリートウェブ４０を立ち上げる方法では、コンクリート床版１６の厚みが大きくなるだけでなく、下床板１６のみを強化して作用力に抵抗しようとするものであるため、通常の波形ウェブ橋と同様に、ウェブのアコーディオン効果により上床板１４、波形ウェブ１８、下床板１６の３部材が独立に機能し付加モーメントが生じるため、十分に強度が高められない。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、桁高を高くしたり、構成を複雑化することなく、連続桁の中間支点や斜張橋ケーブル定着点の付加曲げや、これに起因する局部応力を解消することを課題とする。

本発明は、アコーディオン機能を有するウェブ板を含む桁構造において、中間支点や定着点の近傍のウェブ板を構造修正し、中央に行くに従って、漸次ウェブ板のアコーディオン機能を生かすようにして、前記課題を解決したものである。

又、前記ウェブ板の中間支点や定着点の近傍を、コンクリートにより補強するようにしたものである。

又、前記ウェブ板の波高さを、該ウェブ板の中間支点や定着点の近傍を低く、中央に行くに従って漸次高くなるようにして、該ウェブ板のアコーディオン機能を漸次生かすようにしたものである。

本発明は、又、前記のウェブ構造を備えたことを特徴とする橋桁を提供するものである。

又、前記の橋桁を備えたことを特徴とする波形ウェブ橋を提供するものである。

又、中間支点や定着点の近傍では波高さが低く、中央に行くに従って波高さが漸次高くなるようにされた、ウェブ構造用の波形板を提供するものである。

一般の平板ウェブの場合には、ウェブにも桁方向の剛性が存在するため、アコーディオン機能が無く、波形ウェブのような状況は発生せず、その歪み分布と内力の状況は図１１のとおり、断面の平面保持の仮定に従うことになり、付加モーメントや、これに起因する局部応力は発生しない。本発明は、この点に着目してなされたものである。

なお、ここではアコーディオン効果を次のように定義している。

即ち、板の形状を直線状の波が繰り返される形状とした波形板において、波の山または谷の方向の直線に直交する方向に引張力あるいは圧縮力を作用させた場合、板はこれらの作用力に殆ど抵抗することなく、伸びたり、縮んだりして容易に長さを変更し、変形する。

波形形状の無い平板について同様の外力を作用させた場合、板は抵抗し、殆ど長さを変更せず、変形しない。ただしこの場合、圧縮力については板に座屈が生じれば、抵抗機能を逸することになるが、ここでは平板は座屈に対して十分補剛され、座屈を生じないことを前提とする。

前述の波形形状を有する板が作用力に対して抵抗を示さず、変形する機能を楽器アコーディオンの蛇腹部分の動きと相似したものと解釈し、アコーディオン効果と定義する。

本発明によれば、桁高を高くしたり、構成を複雑化することなく、従来構造の若干の修正で、床版の曲げに対する剛性が徐々に増加し、接合点において上下の床版が一体化するようにしたので、ウェブから床版へのせん断力の円滑な移動に優れ、連続桁の中間支点や斜張橋のケーブル定着点で発生する付加曲げや、これに起因する局部応力を解消し、全体構造の弱点となることを防止することが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図１２（側面図）及び図１３（一部を切り欠いて示す斜視図）に示す如く、上下フランジにコンクリート床版１４、１６、ウェブを波形ウェブ１８とした波形ウェブ橋１０において、橋脚２２によって支持される中間支点２４に向かって、その近傍から追加コンクリート５０によりコンクリート床版１４、１６の厚さを徐々に厚くし、中間支点２４に至ってウェブが全てコンクリート壁となるような形状を波形ウェブ１８に重ねたものである。

このようにして、波形ウェブ１８に徐々にコンクリート構造を重ねることにより、中間支点２４に近づくに従って床版１４、１６それぞれの曲げ剛性を増加させ、最後には上下の床版１４、１６を一体化することによって、上下床版単独の変形を防止し、当該部分における床版１４、１６の曲げ変形を滑らかに行なうことができるようになり、局部応力の発生を抜本的に解消できる。

本実施形態においては、追加コンクリート５０を波形ウェブ１８の外面に設けているので、既設の橋に対する補強が容易である。なお、追加コンクリート５０を設ける位置はこれに限定されず、波形ウェブ１８の内面に設けたり、あるいは内面と外面の両側に設けることが可能である。

次に本発明の第２実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、図１４（要部側面図）及び図１５（図１４のＢ−Ｂ線に沿う横断面図）に示す如く、波形ウェブ１８の波高さを、中間支点２４のコンクリート壁２０に向かって徐々に減少し、中間支点近傍で実質的に平板状のウェブ（平板ウェブと称する）１９になってから、コンクリート壁２０又はケーブル定着点の隔壁に接続するようにしたものである。

このような形状とすることにより、コンクリート壁２０の近傍では床版１４、１６とウェブ１９が図１１に示される一般の平板ウェブの桁の断面となり、接合点において断面の平面保持が成立することから、付加曲げの発生原因である波形形状そのものが無くなり、付加曲げとそれに起因する局部応力の発生が解消される。

前記実施形態においては、いずれも、本発明が連続桁の中間支点に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、図５に示したような斜張橋のケーブル定着点にも同様に適用することができる。

又、前記実施形態においては、いずれも波形鋼板ウェブが用いられていたが、波形ウェブの種類はこれに限定されず、鋼板以外の波形板であってもよい。桁の構成も箱桁に限定されない。

本発明は、連続桁の中間支点や斜張橋のケーブル定着点の補強に有効である。

本発明の適用対象である波形鋼板ウェブコンクリート橋の概念図 同じく連続桁の側面図 図２のIII部拡大図 連続桁の中間支点近傍の一部を切り欠いて示す斜視図 本発明の適用対象である斜張橋の側面図 従来の問題点を説明するための、ウェブのせん断変形に対する床版の拘束の概念図 同じく波形ウェブ桁の内力と歪み分布を示す線図 同じく中間支点の局部応力を示す線図 従来技術の一例を示す側面図 特開２０００−３５５９０７号に記載された従来技術の要部構成を示す側面図 一般の平板ウェブ桁の内力と歪み分布を示す線図 本発明の第１実施形態の中間支点近傍の構成を示す側面図 同じく一部を切り欠いて示す斜視図 本発明の第２実施形態の中間支点近傍を示す側面図 図１４のＢ−Ｂ線に沿う横断面図

符号の説明

１０…波形ウェブ橋
１４…上床版
１６…下床版
１８…波形ウェブ
１９…平板ウェブ
２０…隔壁（コンクリート壁）
２１…外ケーブル
２２…橋脚
２４…中間支点
２９…連続桁
３０…斜張橋
３２…ケーブル
３４…ケーブル定着点
５０…追加コンクリート

Claims (6)

1. アコーディオン機能を有するウェブ板を含む桁構造において、
   中間支点や定着点の近傍のウェブを構造修正し、中央に行くに従って、漸次ウェブ板のアコーディオン機能を生かすようにしたことを特徴とする桁構造。
2. 前記ウェブ板の中間支点や定着点の近傍を、コンクリートにより補強することを特徴とする請求項１に記載の桁構造。
3. 前記ウェブ板の波高さを、該ウェブ板の中間支点や定着点の近傍を低く、中央に行くに従って漸次高くなるようにして、該ウェブ板のアコーディオン機能を漸次生かすことを特徴とする請求項１に記載の桁構造。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の桁構造を備えたことを特徴とする橋桁。
5. 請求項４に記載の橋桁を備えたことを特徴とする波形ウェブ橋。
6. 中間支点や定着点の近傍では波高さが低く、中央に行くに従って波高さが漸次高くなるようにされた、ウェブ構造用の波形板。

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