JP2005273392A - Ｐｃ鋼材を用いた橋梁補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡潔な構造により、円滑かつ確実に桁の剛性を確保できるようにしたＰＣ鋼材を用いた橋梁の補強方法を提供する。
【解決手段】 鋼橋またはコンクリート橋の既設床版を打ちかえる際の橋梁の補強方法であって、既設の床版１５を撤去する前に主桁１３の支間中央部にジャッキ１７を設置する共に、主桁１３の両端下部に定着部材４０を設け、ＰＣ鋼棒１８とジャッキ１７の結合部位置がＰＣ鋼棒１８とジャッキ１７の結合部位置よりも下方になるように配置して、ＰＣ鋼棒１８をジャッキ１７と定着部材４０に結合し、ジャッキ１７の伸長によりＰＣ鋼棒１８が緊張することで該ＰＣ鋼棒１８と主桁１３を一体化し、既設の床版１５の撤去による主桁１３の支間中央部の剛性低下を補い、新床版が施工され合成床版となった後、ＰＣ鋼棒１８を撤去することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼製やコンクリート製の既設橋の床版の取換え補修に際し、ＰＣ鋼材を用いて桁を補強する橋梁補強方法に係り、新設橋の桁補強にも適用可能な補強方法に関する。

鋼製やコンクリート製の既設橋においては、床版の劣化、耐久性疲労等による補修に際して、既設床版を撤去して新設の床版を打設するが、桁と床版が一体化することで橋梁の剛性が生じているため、床版を撤去することにより桁の剛性が低下する。特に、片側通行を確保しながら幅員の片側毎に既設の床版を撤去して床版を取り換えて補修する場合などには、片側通行側の床版の側端部を支える中桁の剛性が低下し、特に支間中央部において、車両を含む上部からの自重を支えきれず座屈する不具合が生じることがある。これの対策としては、従来、地盤からベントを建てて中桁の荷重を支持するベント工法が実施されたり、または、桁の下部に外ケーブルを配設する等の方法がある。

しかし、高架橋などではベントを建てたり支保工を組む作業は困難で現実的でない。他方、外ケーブルを緊張する工法にあっては、該外ケーブルにプレストレスを導入する手段が煩雑となる。例えば、鋼桁の場合、鋼桁の支間中央部または端部にＰＣ鋼材取付け用のプレートを溶接しやすいという長所があるが、このＰＣ鋼材のプレストレス導入側端部にプレストレスを導入するための設備が複雑、かつ大型化するという問題がある。前記は鋼橋の場合であるが、コンクリート橋の場合も略同様の問題があり、ＰＣ鋼材のプレストレス導入側端部にプレストレスを導入するための設備が複雑、かつ大型化するという問題がある。

橋梁補強方法に関する特許文献としては、特開平８−４１８２０号公報、特開平９−２５６３２２号公報、特開平１１−２７００２５号公報、特開２００２−２５０００５号公報等がある。

特開平８−４１８２０号公報に開示の技術は、鋼桁橋の両端の桁端対傾溝部にコンクリートによるＰＣケーブルの固定端を設け、これらから鋼桁橋の支間中央部より遠い位置にある他の中間対傾溝部にコンクリートによるＰＣケーブルの緊張端を設け、固定端と緊張端との間に緊張端を設けもので、緊張端にはＰＣケーブル同士を連結し、かつその軸線方向に緊張力を導入するターンバックル構造が示されている。これにより、鋼桁橋をＰＣケーブルで補強するとき、ブラケットやサドルを用いず、偏心力や能力集中の発生を最小にし、均一に補強するものである。

特開平９−２５６３２２号公報に開示の技術は、図心位置より上側に圧縮鋼管を配して鋼桁の上側に引張力を付与し、鋼桁上側の圧縮力を緩和しておき、新床板を敷設し、さらに必要に応じて、鋼桁の下側に圧縮応力を導入してさらに応力の改善を図るというもので、これにより、鋼コンクリート剛性桁の床版取替時に仮支柱を設けたりすることなく、鋼桁の上フランジに生じる圧縮応力を緩和し、鋼桁の座屈を防止するものである。

特開平１１−２７００２５号公報に開示の技術は、円弧状に湾曲するサドル部を有する変更部材を桁材に取付け、この偏向部材のサドル部に桁材の両端部間に緊張するＦＲＢケーブルの途中を添わせて接触させ、このケーブルに緊張力を付加し、このケーブルの緊張力で桁材を曲げ上げて補強する桁材補強装置において、前記偏向部材を桁材にピンを介して揺動自在に取り付け、前記ケーブルの途中を偏向部材のサドル部に添わせて接触させ、このケーブルの緊張に伴う伸びに追従して偏向部材を揺動させることにより、偏向部材のサドル部とケーブルとの強擦を防止して、ケーブルの強度低下および荷重ロスを抑えるようにするものである。

特開平１１−２７００２５号公報に開示の技術は、橋桁から延びるストラッドにケーブルサドルを支持させ、該ケーブルサドルに橋桁から大きく偏心させて外ケーブルを張設する外ケーブルトラスＰＣ橋梁において、ケーブルサドルに外ケーブルを摺動自在に挿通して張設し、さらに、ケーブルサドルは、外ケーブルの配置形状に合わせた曲率を有する二重管で構成し、その内管をスペーサ等の支持手段を介して外管に取付け、該内管の端部をラッパ状に形成することで、軽量で合理的な外ケーブルトラスＰＣ橋梁と簡単に構築できる外ケーブルの張設方法が実現できるというものである。

特開平８−４１８２０号公報 特開平９−２５６３２２号公報 特開平１１−２７００２５号公報 特開２００２−２５０００５号公報

橋床版を打ちかえる補修に際しては、橋の全面通行止めができない場合がある。この場合は、片側を交通規制し、通行車両を片側交互通行で通しながら片側車線毎に施工しなければならないが、橋が３桁の場合、床版の中央分割目地が中桁位置にならざるを得ない。この場合、中桁上の床版を撤去するため該中桁は非合成状態となり、しかも片側交互通行による活荷重の影響を受けるため、支間中央部が座屈するおそれがある。これの対策として、従来は河床よりベントを建てて中桁の荷重を支持し施工を行わなければならないが、高架橋においては、ベントの施工は困難であった。

他の補強方法として、外ケーブル方式による補強方法が従来提案されているが、外ケーブルの配置態様とケーブルへのプレストレス導入手段は、従来技術の延長上にあり、プレストレスを導入のための設備が複雑し、かつ円滑なプレストレスの導入が困難であるという問題があった。

本発明は、橋の補修に際し、簡潔な方法により円滑かつ確実に桁の剛性を確保できるようにしたＰＣ鋼材を用いた橋梁の補強方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、次のように構成する。

第１発明は、鋼橋またはコンクリート橋の既設床版を打ちかえる際の橋梁の補強方法であって、既設床版を撤去する前に桁の支間中央部にジャッキを設置すると共に、前記桁の両端部に設けた定着部と前記ジャッキの間にＰＣ鋼材を張設し、かつ、ＰＣ鋼材とジャッキとの結合部位置がＰＣ鋼材と定着部との結合部位置よりも下方になるように配置し、前記ジャッキの伸長により前記ＰＣ鋼材を緊張することでＰＣ鋼材と桁を一体化して、床版撤去による桁の支間中央部の剛性低下を補い、新床版を施工して合成床版となった後、前記ＰＣ鋼材を撤去することを特徴とする。

第２発明は、第１発明において、前記ジャッキは、上下方向に可動自在に結合された上下の支持枠材からなる支持枠材に支持されていて、前記ジャッキにより前記支持枠材を伸長させるように設けると共に、上側の支持枠材が前記桁に固着されており、かつ、前記ＰＣ鋼材の一端が前記下側支持枠材にピン支点で結合されており、ＰＣ鋼材の他端が前記定着部にピン支点で結合されていることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明において、既設床版は片側通行可能に幅員方向に分割して撤去されると共に、前記ジャッキが設置される桁は、撤去されてない側の床版の側端部を支持する桁であることを特徴とする。

本発明によると、鋼橋、コンクリート橋において、橋の合成床版を取り替えて補修するに際し、床版を撤去する前に支間中央に設置したジャッキでＰＣ鋼材を緊張することにより、床版撤去による桁の剛性低下を補い、桁中央部の座屈を防止でき、新床版を施工しこれが桁と一体化して合成床版となった後、ケーブルを撤去するものであり、桁の中央部に設けたジャッキでＰＣ鋼材を緊張できるので、複雑なプレストレス導入機構を必要としないうえ、簡易な操作で円滑かつ確実に桁を補強しながら橋床版の取換え補修を行うことができる。

次に本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。

本実施形態では、橋床版の取換え補修の施工時において、床版の撤去に伴い主桁に係る応力緩和を行うもので、特に、複雑な補強構造を用いないで桁の剛性を、床版が一体化された合成床版の状態に近づける方法を可能とする工法を実現している。

本実施形態に係る桁補強方法では、（１）桁中央にジャッキを吊し、（２）アウトケーブルの受け台にＰＣ鋼材の端部を定着するピン支点を設け、前記のＰＣ鋼棒を前記のジャッキ下端のピン支点に繋ぐ。（３）ジャッキ下端のピン支点は定着部のピン支点より下げた位置にあり、したがって、ＰＣ鋼棒を中間部が下がるように斜め方向に配置する。（４）橋床版の取換え施工時、ジャッキを伸長するＰＣ鋼材が緊張されて、該ＰＣ鋼材と主桁が一体となり、主桁に圧縮力を加え剛性を向上させる。

図１は本発明の原理を示す模式図で、橋１において支点２で支持された主桁３の支間中央部の下面にジャッキ４が鉛直に配置されていると共に、ＰＣ鋼材５の端部が定着部ピン支点６を介して主桁３の両端部に結合されていると共に、ＰＣ鋼材５とジャッキ４の伸長部がジャッキ部ピン支点７を介して結合されている（なお、図１では、主桁３の下部に平行に配置される外ケーブルと定着部材は省略している）。

前記において、ジャッキ４を矢印（イ）方向に伸長させることにより、ＰＣ鋼材５が緊張し、ジャッキ部ピン支点７を介してＰＣ鋼材５に矢印（ロ）方向の力が作用し、さらに定着部ジャッキ部ピン支点６を介して主桁３に矢印（ハ）方向の力が作用して該主桁３に圧縮力を導入でき、その剛性が向上する。

コンクリート橋、鋼橋の床版の取換えによる補修に際し、橋床版を撤去する前に前記の補強工法により主桁３の支間中央を支持、補強することにより、床版撤去による主桁３の剛性低下を補い、新床版が施工され合成床版となり主桁３の剛性が回復した後、ＰＣ鋼材５を撤去することができる。この原理は、鋼製橋の場合もコンクリート橋の場合も同じである。

図２は、本発明の実施形態を示す概念図である。鋼製橋１１における既設橋梁１２は、２つの外桁１３ｂと１つの中桁１３ａからなる鋼製の３桁の主桁１３で構成されて橋脚１４で支持されており、主桁１３の上部にコンクリートの床版１５が構築され、床版１５と主桁１３が一体化されることで合成床版となり該主桁１３の剛性が保持されている。床版１５の両側には高欄１６が構築されている。

前記の鋼製橋１１において、既設の床版１５が疲労、劣化ときは該床版を打ち変えるが、この場合、橋の全面通行止めができないことがある。このような場合は、図２（ｂ）に示す幅員の中央部（ニ）の片側を交通規制し、通行車両を片側交互通行で通しながら交通止めした片側車線毎に既設の床版１５を取換え施工しなければならない。このとき、図のように橋梁が２つの外桁１３ｂと１つの中桁１３ａからなる３桁の場合、床版１５の中央分割目地が、中桁１３ａの上部位置にならざるを得ない。つまり施工時は、中桁１３ａ上の床版１５を撤去するため、この中桁１３ａと片側の外桁１３ｂは非合成状態となり、特に、中桁１３ａは片側交互通行による活荷重の影響を受ける。この場合従来は、河床よりベントを建てで中桁１３ａに掛る荷重を支持し施工を行わなければならないが、高架橋においては、足場の確保が困難なことからベント工法での施工は困難である。

本発明の実施形態では、ベント工法に代わる主桁１３の補強方法として、ＰＣ鋼棒１８を使用し、かつＰＣ鋼棒１８にプレストレスを導入する手段として、支間中央部配置の油圧ジャッキ１７を配設している。図２に示す実施形態では、中桁１３ａの支間中央部の下面に鉛直に配置したジャッキ１７によりＰＣ鋼棒１８にプレストレスを与え、該中桁１３ａに圧縮力を導入することで当該中桁１３ａの剛性を向上させている。ＰＣ鋼棒１８はジャッキ１７の両側に中桁１３ａの長手方向に沿って配置されている。各ＰＣ鋼棒１８の一端は、中桁１３ａの長手方向の両端部（つまり、橋脚１４に近い部位）に設けた定着部材１９に定着部ピン支点２０で連結されており、各ＰＣ鋼棒１８の他端は、ジャッキ１７の伸長部にジャッキ部ピン支点２１を介して結合されている（詳細構造は、図３〜図５で説明する）。

したがって、中桁１３ａの支間中央部に配置したジャッキ１７を伸長することで、ＰＣ鋼棒１８を介して中桁１３ａの両端から該中桁１３ａを圧縮させる力を作用させて該中桁１３ａに圧縮力を導入し、その剛性を向上させることができる。

次に、図３〜図５は、図２における中桁１３ａの支間中央部にジャッキ１７を配置し、ＰＣ鋼棒１８を張設した態様を具体的構造で示している。

図４に示すように、中桁１３ａはウエブ２２の上下に上フランジ２３と下フランジ２４を設けて構成され、下フランジ２４には、ジャッキ１７を支持する支持枠材２８が取り付けられている。支持枠材２８は上下の支持枠材２６、２７から構成され、上部支持枠材２６に設けた連結ボルト２９を下部支持枠材２２に設けた長孔３０に挿通することで、下部支持枠材２７は、上部支持枠材２６に対し所定の範囲で上下方向に可動自在下な構成となっている。また、上部支持枠材２６はクランプ機構２５により中桁１３ａの下フランジ２４に着脱自在に固着されている。

下部支持枠材２７の下部に設けた支持板３１には、ジャッキ１７の作動部材１７ａを上向きにして配置して、かつ下部支持枠材２７と一体に設けてあり、作動部材１７ａの先端を上部支持枠材２６と一体の支圧板１０に係合させている。上部支持枠材２６と中桁１３ａの下フランジ２４との間には、圧縮薄型荷重計３２が配置されている。支持板３１の下部には、ピン挿入孔３３を有するピン支持プレート３４が一体に設けられている。さらに、下部支持枠材２７の外側には補強リブ３５が設けられている。

ＰＣ鋼棒１８は、端部１８ｂにねじ部を有する複数のＰＣ鋼棒単体１８ａをターンバックル３６により接続して構成される。また、ＰＣ鋼棒１８の両端部には、ピン挿入孔を有する連結金具３７が一体に設けられている。したがって、ジャッキ１７の下部両側において、連結金具３７のピン挿入孔とピン支持プレート３４のピン挿入孔３３を合致させたうえ、両ピン挿入孔に支点ピン３８を挿通することにより、ＰＣ鋼棒１８の一端をジャッキ１７と一体の下部支持枠材２７に結合できる。

他方、中桁１３ａの両端部の下部には、該中桁１３ａと平行に設けた外ケーブル３９の両端を定着する定着部材４０が設けられており、この定着部材４０に図５に示す定着部支点ピン挿入孔４１を設ける。そして、中桁１３ａの両端下部において、ＰＣ鋼棒１８の端部の連結金具３７のピン挿入孔を定着部材４０の支点ピン挿入孔４１に合致させたうえ、両ピン挿入孔に支点ピン４２を挿通することにより、ＰＣ鋼棒１８の他方の端部を定着部材４０に定着し、定着部材４０を介して中桁１３ａに結合できる。

前記の構成において、中桁１３ａの支間中央部に配置したジャッキ１７を伸長することで、ＰＣ鋼棒１８を介して中桁１３ａの両端から該中桁１３ａを圧縮させる力が作用して該中桁１３ａに圧縮力を導入でき、その剛性を向上できる。したがって、橋床版の取換えにに際して、幅員方向中央から片側の床版を撤去した際、残る片側の床版１５の端部を支持する非合成状態の中桁１３ａの支間中央部に活荷重が作用しても、該中桁１３ａは十分な剛性を保持できて、座屈することがない。ＰＣ鋼棒１８に導入するプレストレスの大きさは、ジャッキ１７の伸長による反力を圧縮薄型荷重計３２で計測することで正確に検知できる。

鋼橋において、外ケーブル３９の定着のため中桁１３ａの両端下部に設けられている定着部材４０には支点ピン挿入孔４１を有する別の部材を溶接してもよい。コンクリート橋の場合は、端部に後打ちコンクリートを打設し、その定着部にＰＣ鋼材をアンカーさせるとよい（図示省略する）。

橋の補修が完了後も引き続き主桁を補強する場合は、ＰＣ鋼棒１８はそのまま残す。その場合、ジャッキ１７を他のものに置き換えるとコストダウンになる。床版１５を取替えるときのみ中桁１３ａを補強するときは、既設の床版１５を撤去した時に、中桁１３ａに必要となる支持力をジャッキ１７で与え、新床版１５を施工した後ジャッキ１７とＰＣ鋼棒１８を撤去する。このように合成床版における床版１５を取り替えるとき、床版１５を撤去する前に前記の補強工法で中桁１３ａの支間中央を支持、補強することにより、床版１５の撤去による中桁１３ａの剛性低下を補い、新床版が施工され合成床版となった後、ＰＣ鋼棒１８を撤去することで円滑な施工が実現できる。補修完成後の、中桁１３ａや外桁１３ｂを含む主桁１３の補強としては、各桁毎に設けた外ケーブル３９にプレストレスを導入するとよい。

本実施形態による施工順をまとめて説明する。
（１）現地計測：足場を設置し、橋面上、下の寸法を計測し、計画と比較検討を行う。

（２）既設の外ケーブル３９を取り替えると共に、ジャッキ１７を取り付ける。また、既設のアウトケーブル３９は、主桁１３の３桁とも軸力を抜く。ジャッキ１７を中桁１３ａの下面に設置させ、ＰＣ鋼棒１８と中桁１３ａを一体化する。

（３）縦横桁、桁端部、ブラケット等を橋梁下面より施工する。舗装撤去し、床版中央カット・・床版撤去前に後死荷重分はなるべく撤去する。
（４）既存床版の半幅員を撤去する。橋長の１／２づつ施工する。この時にジャッキ１７を伸長する。
（５）主桁１３上のジベル９を撤去し、新スタッドジベルを溶植し、ハンチ材を取り付ける。
（６）新床版を設置し目地コンクリートを打設する。目地コンクリートが硬化後、地覆高欄工を行う。

（７）次の施工前に、外ケーブル３９を緊張させ、ジャッキ１７を緩める。
（８）前記の工程を繰り返す。

本実施形態において、橋補修後に主桁１３の補強のため配置するＰＣより線の外ケーブル３９は、通常、主桁１３の下フランジ２４から１５０ｍｍしか離れていないため、細径ケーブルが用いられ、複数の主桁１３に配設の複数本のケーブル全体で必要なプレストレスを確保するのであるが、補修施工時、特に中桁１３ａをこの外フレーム３９を利用して補強しようとすると、該外ケーブル３９のＰＣより線も径を今より大きくする必要があるが、前記のとおり主桁１３の下フランジ２４に近接した配置のため大径ケーブルの使用はできない。

この点に関し、本実施形態では、ＰＣ鋼棒１８の配置をジャッキ１７の下端に結合することにより支間中央が下がるように傾斜させる。つまり、中桁１３ａの支間中央部で１０００ｍｍ離すように配置でき、ＰＣ鋼棒１８を中桁１３ａに圧縮力を作用させる引っ張り部材として、外フレーム３９を回避して円滑に配置でき、かつ桁剛性を上げることができて、施工時中桁１３ａの上フランジ２３のジベル撤去などの際の熱影響による剛性低下の影響も受け難くできる。さらに、ベント工法と同様にジャッキ張力の調整により桁キャンバーの調整ができる。ベント工法の場合、支点の上昇が考えられその対策を必要とするが、本発明の補強工法ではこの問題も発生しない。また、河川の障害にもならない。

本発明のＰＣ鋼材を用いた橋梁の補強方法の原理を示す模式図でである。 本発明の実施形態を示す概念図で、（ａ）は橋の正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、図２における中桁の支間中央部にジャッキを配置し、ＰＣ鋼棒を張設した態様を具体 的構造で示す正面図、（ｂ）は、中桁の概要底面図である。 （ａ）は、図３のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は、同図（ａ）の側面図である。 （ａ）は、図３のＣ−Ｃ断面図、（ｂ）は、同図（ａ）の側面図である。

符号の説明

１ 橋
２ 支点
３ 主桁
４ ジャッキ
５ ＰＣ鋼材
６ 定着部ピン支点
７ ジャッキ部ピット部支点
９ ジベル
１０ 支圧板
１１ 鋼製橋
１２ 既設橋梁
１３ 主桁
１３ａ 中桁
１３ａ 外桁
１４ 橋脚
１５ 床版
１６ 高欄
１７ ジャッキ
１８ ＰＣ鋼材
２０ 定着部ピン支点
２１ ジャッキ部ピン支点
２２ ウエブ
２３ 上フランジ
２４ 下フランジ
２５ クランプ機構
２６ 上部支持枠材
２７ 下部支持枠材
２８ 支持枠材
２９ 連結ボルト
３０ 長孔
３１ 支持板
３２ 圧縮薄型荷重計
３３ ピン挿入孔
３４ ピン支持プレート
３５ 補強リブ
３６ ターンバックル
３７ 連結金具
３８ 支持ピン
３９ 外ケーブル
４０ 定着部材
４１ 支点ピン挿入孔
４２ 支点ピン

Claims (3)

1. 鋼橋またはコンクリート橋の既設床版を打ちかえる際の橋梁の補強方法であって、既設床版を撤去する前に桁の支間中央部にジャッキを設置すると共に、前記桁の両端部に設けた定着部と前記ジャッキの間にＰＣ鋼材を張設し、かつ、ＰＣ鋼材とジャッキとの結合部位置がＰＣ鋼材と定着部との結合部位置よりも下方になるように配置し、前記ジャッキの伸長により前記ＰＣ鋼材を緊張することでＰＣ鋼材と桁を一体化して、床版撤去による桁の支間中央部の剛性低下を補い、新床版を施工して合成床版となった後、前記ＰＣ鋼材を撤去することを特徴とするＰＣ鋼材を用いた橋梁補強方法。
2. 前記ジャッキは、上下方向に可動自在に結合された上下の支持枠材からなる支持枠材に支持されていて、前記ジャッキにより前記支持枠材を伸長させるように設けると共に、上側の支持枠材が前記桁に固着されており、かつ、前記ＰＣ鋼材の一端が前記下側支持枠材にピン支点で結合されており、ＰＣ鋼材の他端が前記定着部にピン支点で結合されていることを特徴とする請求項１記載のＰＣ鋼材を用いた橋梁補強方法。
3. 請求項１または２記載において、既設床版は片側通行可能に幅員方向に分割して撤去されると共に、前記ジャッキが設置される桁は、撤去されてない側の床版の側端部を支持する桁であることを特徴とするＰＣ鋼材を用いた橋梁補強方法。

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