JP2005256462A

JP2005256462A - 鋼床版の補修補強工法

Info

Publication number: JP2005256462A
Application number: JP2004070704A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Tominaga; 知徳冨永; Senju Miki; 千寿三木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】重量増加を最小限に抑えて、剛性及び耐力が大きく、発生応力の少ない鋼床版の補修補強工法を提供することを目的とする。
【解決手段】鋼床版のデッキプレート上にデッキプレートの剛性を上げたい方向に波板の波の方向を合せて補強用波板の谷部でデッキプレートとボルトで固着し、前記補強用波板の波の頂部と頂部との間隔を３０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下とし、デッキプレートと補強用波板の間のスペースにコンクリート等の硬化性充填材料を充填することを特徴とする鋼床版の補修補強工法。
【選択図】図４

Description

本発明は、鋼床版の補修補強工法に関する。

図１（ａ）に示されるように、鋼床版箱桁橋は、デッキプレート１の下部にUリブ２、垂直補剛材３、主桁ウェブ４が溶接により固着され補強されている。
このような、鋼床版箱桁橋のデッキプレート１上を車が走行すると、図１（ｂ）〜（ｅ）に示されるように、デッキプレート１上の動荷重によるデッキプレート１の変形が繰り返され、その結果、垂直補剛材３、Ｕリブ２等の溶接部止端から疲労亀裂を発生させる。
従来、このようなデッキプレート１に発生した疲労亀裂の補修工法としては、
（１）溶接補修工法
（２）ボルトを用いた添設板による補修工法
が実施されている。
溶接補修工法は、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、デッキプレート１の下部に溶接したＵリブ２の溶接止端部から疲労亀裂５が発生した場合、疲労亀裂部５をガウジングやグラインダー等により取除き、その取除いた部分を再溶接して補修する工法である。
添設板による補修工法は、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、デッキプレート１の下部に溶接したＵリブ２の溶接止端部から疲労亀裂５が発生した場合、疲労亀裂５の先端部にストップホール６を形成し、疲労亀裂５の進展を止め、デッキプレート１上に補強用の添設板７をボルト８とナット９で固定して補修する工法である。（非特許文献１参照）
阪神高速道路公団技報、１９９３年第１３号、鋼床版トラフリブ疲労亀裂補修前後の応力測定

しかし、（１）の溶接補修工法の場合は、次のような問題が発生する。
（ａ）補修に時間がかかる。
（ｂ）溶接によってかえって疲労的な弱点部が生じ、再び疲労亀裂の発生する可能性を高める。
（ｃ）溶接によって有害な変形が発生する。
（ｄ）コストが高い。
（ｅ）Ｕリブとデッキプレートとの溶接部から、デッキプレート側へ抜けた疲労亀裂の補修は、Ｕリブによる閉断面の存在により、極めて補修が困難。
（ｆ）疲労亀裂の先端を取除き損ねた場合は、かえって構造の寿命に対して悪影響を及ぼす。
また、（２）の添設板による補修工法の場合は、次のような問題が発生する。
（ａ）添設板を厚くしないと剛性が上がらないし、添設板を厚くすると重量が増加する。
（ｂ）図３（ｄ）に示されるように、添設板を固定するためのボルトが、車の走行性を悪化させ、アスファルトからボルトの頭が突出した場合、車のタイヤをパンクさせ、事故を引き起こす可能性がある。
（ｃ）疲労亀裂の先端をストップホールで取り除き損ねた場合は、その後、添設板の内部の見えない状態で疲労亀裂が成長してしまう可能性があり、危険である。

本発明は、従来の補修工法の持つ課題を解消した鋼床版の補修補強工法を提供することを目的とする。

本第１発明は、前記課題を解決するために、鋼床版の補修補強工法において、鋼床版のデッキプレート上にデッキプレートの剛性を上げたい方向に波板の波の方向を合せて補強用波板を固着することを特徴とする。

本第２発明は、本第１発明の鋼床版の補修補強工法において、前記補強用波板の谷部にデッキプレートとの固着用ボルトを配置することを特徴とする。

本第３発明は、本第１又は第２発明の鋼床版の補修補強工法において、前記補強用波板の波の頂部と頂部の間隔を３０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下とすることを特徴とする。

本第４発明は、本第１〜第３発明のいずれか１つの発明の鋼床版の補修補強工法において、デッキプレートと補強用波板の間のスペースにコンクリート等の硬化性充填材料を充填することを特徴とする。

本第５発明は、本第１〜第４発明のいずれか１つの発明の鋼床版の補修補強工法において、前記硬化性充填材料を膨張性のものとし、硬化性充填材料の膨張によりケミカルプレストレスト力を発生させ硬化性充填材料の拘束力を高めるようにすることを特徴とする。

本第６発明は、本第１〜第４発明のいずれか１つの発明の鋼床版の補修補強工法において、前記硬化性充填材料を軽量コンクリートとすることを特徴とする。

本第７発明は、本第４〜第６発明のいずれか１つの発明の鋼床版の補修補強工法において、補強用波板に複数の孔を形成し硬化性充填材料の充填性を向上する共に、硬化性充填材料と補強用波板との合成化作用を得るようにすることを特徴とする。

本第８発明は、本第４〜第７発明のいずれか１つの発明の鋼床版の補修補強工法において、前記補強用波板に形成される複数の孔の内、補強用波板の波の頂部に空気抜きの機能を有する小径の孔を形成し、補強用波板の側面に硬化性充填材料の流動性の確保および補強用波板と硬化性充填材料の合成化の機能を有する大径の孔を形成することを特徴とする。

本第９発明は、本第８発明の鋼床版の補修補強工法において、前記補強用波板の側面に形成された大径の孔に鉄筋を挿通して補強用波板と硬化性充填材料の合成化効果を向上することを特徴とする。
尚、本発明でいう補強用波板の波の方向とは、１つの波の頂部又は谷部の伸びている方向を指す、即ち、隣り合う波の頂部同士、又は隣り合う波の谷部同士を結ぶ方向と直角の方向を指す。

補強用波板により、少ない鋼材量で最小限の死荷重増加のもと、著しくデッキプレートの補強される部分の剛性を高め、発生応力を減少させ、疲労強度を向上させる。
硬化性充填材をデッキプレートと補強用波板との間のスペースに充填し硬化することにより、剛性はさらに増加し、発生応力を低下させる。
補強用波板の谷部にボルトを配することにより、補強用波板上に敷設される舗装用アスファルトの流動を補強用波板で拘束し、ボルトの露頭を防ぐことができる。
硬化性充填材として軽量コンクリートを用いることにより、拘束力を利用して十分な剛性及び耐力を得ながら重量増加を最小限とする。
硬化性充填材として膨張コンクリート等の膨張性のものを用いることにより、コンクリートの乾燥収縮等による不慮の拘束力の低下を避け、十分な剛性及び耐力を確保する。
補強用波板に小径、大径の孔を適切に形成することにより、コンクリートの打設作業が容易となり、施工時間を大幅に短縮でき、さらに剛性及び耐力を十分に確保できる。
鉄筋の配置により、更に剛性及び耐力が向上する。

本発明の実施形態を図により説明する。図４に示されるように、鋼床版のデッキプレート１の下部に設置されているＵリブ２の溶接部止端部に疲労亀裂５が発生した場合、その補修方法として、先ず、疲労亀裂５の先端にストップホール（図示せず）を削孔し、疲労亀裂の進展を止める。次に、デッキプレート１上の補強部分に補強用波板１０を固定する。補強用波板１０は、その波の方向（図４に垂直な方向）をデッキプレート１の剛性を高めたい方向に合せ、補強用波板１０の谷部１２でボルト８、ナット９で固定する。補強用波板１０の波の頂部１１と波の頂部１１の間隔は、３０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下とすることが好ましい。３０ｍｍ未満では、補強用波板１０の波と波の間隔が狭く、波板の製造・加工性が悪くなることから現実的ではなく、１８０ｍｍ以上に広がると、車にもよるがタイヤ幅より大きくなるケースが増え、アスファルトからボルトの頭が突出した場合に、タイヤをパンクさせ、事故を引き起こす可能性があるためである。

図５に示されるように、補強用波板１０の波の頂部１１には、小径の孔１３が形成され、その側面部には大径の孔１４が形成される。デッキプレート１と補強用波板１０と間のスペースに、コンクリート等の硬化性充填材１５を打設する。打設の際は、硬化性充填材１５は、大径の孔１４、小径の孔１３、補強用波板１０の端部の１ケ所または２ケ所以上から充填する。充填された硬化性充填材１５は、大径の孔１４を通して流れ出て、少なくとも大径の孔が埋まるまで、必要に応じて補強用波板１０の頂部１１が埋まるまで充填される。前記硬化性充填材１５を前記スペースに打設する際、補強用波板１０に形成された小径の孔１３は、充填途中における空気抜き孔としての機能を有し、大径の孔１４は、硬化性充填材１５の打設時の流動性を確保する機能を有する。そのため、硬化性充填材１５の充填が容易となり、施工時間も大幅に短縮する。さらに、小径の孔１３、大径の孔１４は、硬化性充填材１５が硬化した後、補強用波板１０と硬化性充填材１５の合成化作用を得る。

図６に示されるように、硬化性充填材１５として、膨張コンクリート等の膨張性のものを使用すると、デッキプレート１と補強用波板１０とのスペースにケミカルプレストレストが発生し、硬化性充填材１５に拘束力が作用する。また、硬化性充填材１５として軽量コンクリートを使用すると、重量増加を抑制することができる。硬化性充填材１５が硬化後、補強用波板１０上に舗装用アスファルト１６を適宜厚みで敷設する。図６のように、補強用波板１０に大径の孔１４や小径の孔１３を設けない場合には、硬化性充填材１５は補強用波板１０の端部の開口部から充填する。

図７に示されるように、補強用波板１０をデッキプレート１にボルト８とナット９で固定した後、補強用波板１０の側面部に形成された大径の孔１４に鉄筋１７を挿通し、デッキプレート１と補強用波板１０とのスペースと、補強用波板１０の頂部１１まで硬化性充填材１５を打設し、その上に舗装用アスファルト１６を敷設する。
これにより、鉄筋１７を介して補強用波板１０と硬化性充填材１５との一体化を更に促進させることが可能となる。

本発明の補修補強工法による鋼床版の剛性向上効果について、補強無しのケースをベース（比較例１）として、従来法の添設板による補修補強工法（比較例２）での剛性向上効果と比較した検討結果を示す。

図８（ａ）は補強前の鋼床版を示すもので、板厚１２ｍｍのデッキプレート１に５０ｍｍの厚さで舗装用アスファルト１６を敷設したものであり、単位重量は約９０ｋｇ／ｍ^２である。（比較例１）

図８（ｂ）は従来法の添設板７による補修補強工法による鋼床版の状態を示すもので、板厚１２ｍｍのデッキプレート１上に板厚１２ｍｍの添設板７を固着し、その上に３８ｍｍの厚さで舗装用アスファルト１６を敷設したものであり、単位重量は約１９０ｋｇ／ｍ^２である。（比較例２）

図８（ｃ）は、実施例１および実施例２による鋼床版の状態を示すもので、実施例１は、板厚１２ｍｍのデッキプレート１上に板厚１８が１２ｍｍで波長１９が５０ｍｍ、波高２０が３８ｍｍの補強用波板１０を固定したもので、デッキプレート１と補強用波板１０との間のスペースに硬化性充填材１５として、普通コンクリートを充填し、補強用波板１０の上に波の頂部１１からの厚みが１２ｍｍになるように舗装用アスファルト１６を敷設したものであり、単位重量は約２８０ｋｇ／ｍ^２である。

実施例２は、板厚１２ｍｍのデッキプレート１上に板厚１８が１２ｍｍで波長１９が５０ｍｍ、波高２０が３８ｍｍの補強用波板１０を固定したもので、デッキプレート１と補強用波板１０との間のスペースに硬化性充填材１５として、軽量コンクリートを充填し、補強用波板１０の上に波の頂部１１からの厚みが１２ｍｍになるように舗装用アスファルト１６を敷設したものであり、単位重量は約２７０ｋｇ／ｍ^２である。

図８（ｄ）は、実施例３による鋼床版の状態を示すもので、板厚１２ｍｍのデッキプレート１上に板厚１２ｍｍで波長が５０ｍｍ、波高が３８ｍｍ、波の頂部１１に小径の孔１３、側面部に大径の孔１４を形成した補強用波板１０を固定したもので、デッキプレート１と補強用波板１０との間のスペース及び補強用波板１０の頂部１１まで硬化性充填材１５として、普通コンクリートを打設したものであり、単位重量は約（２９０）ｋｇｆ／ｍ^２である。

比較例と実施例を比較する。比較に際し、ボルト８・ナット９の重量、断面欠損は考慮していない。また、舗装用アスファルト１６の剛性は無視する。普通コンクリートと鋼のヤング率比ｎ＝７、軽量コンクリートと鋼のヤング率比ｎ＝８とする。比重は、鋼７．８５、アスファルト２．２、普通コンクリート２．３５、軽量コンクリート１．７。補強用波板１０の板厚は１２ｍｍ、波長５０ｍｍとしている。

比較の結果を表１に示す。単位重量の増加する割合以上に、単位剛性が本発明の効果により著しく増加しており、従来法である比較例２と比べて、約５〜１０倍の剛性向上効果があることがわかる。

（表１）

補強用波板は、平板の添設板に比べ高さが高く、断面係数を増加し、デッキプレートと補強用波板間に充填される硬化性充填材によっても断面係数が増加する。
デッキプレートと補強用波板を補強用波板の谷部でボルト・ナットで一体化するので、ボルト・ナットの露出を防止する。
硬化性充填材を膨張性を有するものとすることにより、ケミカルプレストレストがデッキプレートと補強用波板との間のスペースにかかるので、硬化性充填材の拘束性が増す。
補強用波板の側面に形成された大径の孔は、硬化後の硬化性充填材と引っかかり、相対的ずれを防止する。
補強用波板の波の頂部に形成した小径の孔は、硬化性充填材の打設時の空気抜き孔として機能する。
補強用波板の側面に形成した大径の孔に鉄筋を挿通することにより、補強用波板と硬化性充填材との一体化を促進する。

（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）鋼床版箱桁橋とデッキプレートの応力による変形状態を示す図。（ａ）（ｂ）（ｃ）従来の溶接補修工法を示す図。（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）従来の添設板補修工法を示す図。本発明の実施形態を示す図。本発明の実施形態を示す図。本発明の実施形態を示す図。本発明の実施形態を示す図。（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明と従来例を比較するための図。

符号の説明

１：デッキプレート
２：Ｕリブ
３：垂直補剛材
４：主桁ウェブ
５：疲労亀裂
６：ストップホール
７：添設板
８：ボルト
９：ナット
１０：補強用波板
１１：補強用波板の波の頂部
１２：補強用波板の谷部
１３：小径の孔
１４：大径の孔
１５：硬化性充填材
１６：舗装用アスファルト
１７：鉄筋
１８：板厚
１９：波長
２０：波高

Claims

鋼床版のデッキプレート上にデッキプレートの剛性を上げたい方向に波板の波の方向を合せて補強用波板を固着することを特徴とする鋼床版の補修補強工法。
前記補強用波板の谷部にデッキプレートとの固着用ボルトを配置することを特徴とする請求項１に記載の鋼床版の補修補強工法。
前記補強用波板の波の頂部と頂部との間隔を３０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼床版の補修補強工法。
前記デッキプレートと前記補強用波板の間のスペースにコンクリート等の硬化性充填材料を充填することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼床版の補修補強工法。
前記硬化性充填材料を膨張性のものとし、硬化性充填材料の膨張によりケミカルプレストレスト力を発生させ硬化性充填材料の拘束力を高めるようにすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼床版の補修補強工法。
前記硬化性充填材料を軽量コンクリートとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼床版の補修補強工法。
前記補強用波板に複数の孔を形成し、前記硬化性充填材料の充填性を向上する共に、硬化性充填材料と補強用波板との合成化作用を得るようにすることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の鋼床版の補修補強工法。
前記補強用波板に形成される複数の孔の内、補強用波板の波の頂部に空気抜きの機能を有する小径の孔を形成し、補強用波板の側面に硬化性充填材料の流動性の確保および補強用波板と硬化性充填材料の合成化の機能を有する大径の孔を形成することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の鋼床版の補修補強工法。
前記補強用波板の側面に形成された大径の孔に鉄筋を挿通して補強用波板と硬化性充填材料の合成化効果を向上することを特徴とする請求項８に記載の鋼床版の補修補強工法。