JP2007056564A - 床版構造および鋼床版の補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デッキプレートの下面に複数条の縦リブを並設してなる鋼床版を含む床版構造であって、死荷重が小さく、かつ、荷重が作用する位置にかかわらずデッキプレートと縦リブとの溶接部分などに疲労亀裂が発生し難い床版構造を提供することを課題とする。
【解決手段】デッキプレート１１の下面に複数条の縦リブ１２，１２，…を並設してなる鋼床版１０と、隣り合う縦リブ１２，１２間にある空間を埋めるように配置された補強部材２０，２０，…と、を備える床版構造Ｓとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、床版構造および鋼床版の補強方法に関する。

例えば道路橋の床版は、コンクリート床版と鋼床版とに大別される。このうち、鋼床版については、厚さ１２〜１６ｍｍのデッキプレート（表面鋼板）と、その下面に配置された複数条の縦リブと、この縦リブと交差するように配置された横リブ（あるいはダイヤフラム）とを溶接により互いに接合してなるものが一般的である。

ところで、主として過積載のトラック荷重に起因して、デッキプレートと縦リブとの溶接部分、縦リブと横リブとの溶接部分、縦リブ同士の突合せ溶接部分などに疲労亀裂が発生する虞がある場合には、鋼床版を補強して疲労亀裂の進展を防止する必要がある。

既設の鋼床版を供用後に補強する方法としては、例えば、非特許文献１に記載された方法が知られている。この鋼床版の補強方法は、デッキプレート上のグースアスファルト舗装を剥ぎ取り、デッキプレートの上面にサンドブラストを施して付着物を取り除いたうえで、鋼繊維が混入されたコンクリート（いわゆる鋼繊維補強コンクリート）を打設して既設の鋼床版と一体にするものである。このようにして形成された床版構造によれば、コンクリートによって既設の鋼床版の変形が低減されるので、鋼床版の溶接部分における疲労亀裂の進展を防止することが可能となる。

また、既設の鋼床版を供用後に補強する他の方法として、特許文献１に記載された方法も知られている。この鋼床版の補強方法は、デッキプレートの下面に断面溝形を呈する縦リブを複数条並設してなる鋼床版を補強する方法であって、縦リブの内部空間に充填材を充填するものである。

高森博之，「横浜ベイブリッジ鋼床版舗装検討」，ＪＩＣＥ ＲＥＰＯＲＴ，財団法人国土技術研究センター，２００４年１１月，第６号，ｐ．４６−５１ 特開２００１−２４８１１４号公報

ところが、非特許文献１の鋼床版の補強方法においては、鋼床版の上面の全域に７５ｍｍの厚さで鋼繊維補強コンクリートを打設する必要があるので、得られた床版構造の死荷重が増大するという問題がある。死荷重が増大すると、基礎に作用する荷重も増大するので、基礎に対する補強工事が必要になる場合もある。

なお、コンクリートを現場打ちすると、長期間に亘って乾燥収縮が発生するので、これに起因してひび割れが発生する虞もある。

また、非特許文献１の鋼床版の補強方法においては、鋼床版の上面にコンクリートを現場打ちする必要があることから、コンクリート表面の敷均し作業や養生の分だけ工期が長期化してしまう。工期が長期化すると、例えば道路橋の場合にあっては、全面通行止め等の大規模な交通規制が必要となるので、多大な経済損失を被ることとなる。加えて、コンクリートを現場打ちすると、乾燥収縮に起因するひび割れが発生することから、その耐久性に悪影響を及ぼす虞もある。

なお、コンクリートを現場打ちした場合に発生する上記の問題は、供用が開始された既設の鋼床版をコンクリートで補強する場合に限らず、鋼床版を含む床版構造を新設する場合にも共通して当てはまる問題でもある。

また、スタッド溶接によって鋼床版のデッキプレートにずれ止め部材を固着すると、デッキプレートの下面にまで達する溶接熱によって、デッキプレートの下面や縦リブ等に施した防錆塗装が損傷し、当該部分が腐食してしまうという問題がある。このような問題に対処するためには、スタッド溶接を行った後にデッキプレートの下面などに防錆塗装を施す必要があるが、作業に手間と時間とを費やすことからコストの増大を招来することとなる。なお、鋼床版の裏側に立ち入れない場合や縦リブの断面が閉断面である場合においては、そもそも防錆塗装を行うことができない。

一方、特許文献１の鋼床版の補強方法によれば、前記した問題点は解決されるものの、縦リブだけを補強していることから、隣り合う縦リブ間に繰り返し荷重が作用する場合には、依然として疲労亀裂が発生する可能性がある。すなわち、この補強方法により鋼床版を補強すると、縦リブの剛性が向上するので、縦リブの直上に荷重が作用する場合には、デッキプレートに発生する変位・変形を抑制することができるが、縦リブからずれた位置に荷重が作用する場合には、あまり効果がない。

このような観点から、本発明は、デッキプレートの下面に複数条の縦リブを並設してなる鋼床版を含む床版構造であって、死荷重が小さく、かつ、荷重が作用する位置にかかわらずデッキプレートと縦リブとの溶接部分などに疲労亀裂が発生し難い床版構造を提供することを課題とし、加えて、死荷重の増加を抑えつつ既設の鋼床版を短期間で補強することが可能な鋼床版の補強方法であって、防錆塗装を損なうことがない鋼床版の補強方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決すべく創案された本発明に係る床版構造は、デッキプレートの下面に複数条の縦リブを並設してなる鋼床版と、隣り合う前記縦リブ間にある空間を埋めるように配置された補強部材と、を備えることを特徴とする。なお、鋼床版は、新設のものでも既設のものでもよい。

このようにすると、補強部材によって縦リブの面外方向への変位・変形が拘束されるので、デッキプレートに発生する変位・変形も小さくなり、その結果、縦リブからずれた位置に荷重が作用する場合であっても、デッキプレートと縦リブとの溶接部分などに疲労亀裂が発生する可能性が少なくなる。また、本発明に係る床版構造は、鋼床版の隣り合う縦リブ間に補強部材を配置するだけで構築することができる。つまり、本発明に係る床版構造においては、鋼床版の上面にコンクリートを現場打ちする必要がないので、コンクリート表面の敷均し作業や養生を省略することができ、その結果、工期を短縮することが可能となり、道路橋の場合にあっては交通規制を不要とすることが可能となる。

なお、補強部材は、隣り合う縦リブ間に嵌合してもよいし、隣り合う縦リブ間に遊嵌し、鋼床版との間に充填材を介在させてもよい。隣り合う縦リブ間に補強部材を遊嵌した場合であっても、鋼床版と補強部材との間に充填材を介在させることで、縦リブの面外方向への変位・変形を確実に拘束することが可能となる。

充填材は、補強部材の材質や現場の状況等に適合したものを選択すればよいが、例えば、アクリル系樹脂接着剤、エポキシ系樹脂接着剤、セメント系グラウト材、セメント系モルタル、繊維が混入されたセメント系モルタルなどを使用することができる。なお、縦リブが補強部材の「ずれ止め」として機能するので、充填材の付着強度が小さい場合であっても、鋼床版と補強部材とを一体にすることができる。

なお、前記充填材の漏出を防止するシール材を、前記補強部材の前記鋼床版と対向する面の外縁に沿って貼着してもよい。このようにすると、鋼床版と補強部材との間に充填材が確実に留まることになる。

前記補強部材は、その上面が前記鋼床版の下面の形状に沿うように成形されたものであれば、内部が密実なもの（すなわち、ブロック状のもの）であっても差し支えないが、死荷重の増加を防止するという観点からすると、内部が中空なもの（溝型・箱型のものを含む）であることが望ましい。例えば、前記デッキプレートの下面に対向する頂板部と、前記頂板部の両端部に形成され一対の側板部とを備えて構成された補強部材であれば、補強部材の内部を密実にした場合に比べて、死荷重の増加を抑えることが可能となる。なお、この補強部材においては、前記各側板部が前記縦リブの側面に対峙する。

なお、頂板部と一対の側板部とを備える補強部材において、側板部の剛性不足が懸念される場合には、当該一対の側板部を連結するように補強板部を配置すればよい。

前記補強部材は、鋼やアルミニウム合金からなるものでもよいが、コンクリートからなるものであってもよい。

補強部材をコンクリート製とする場合には、硬化体の圧縮強度が１５０〜２００Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあり、曲げ引張強度が２５〜４５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあり、かつ、割裂引張強度が１０〜２５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にある繊維補強コンクリートを用いることが望ましい。このような超高強度の繊維補強コンクリートは、通常の繊維補強コンクリートよりも弾性係数が高く（例えばＥ＝５０〜５５ｋＮ／ｍｍ^２程度）、引張力に対する抵抗力も期待できるので、補強部材の板厚を小さくしても、縦リブの面外方向への変位・変形を抑制することができる。したがって、例えば、供用を開始している既設の鋼床版を補強する場合にあっては、死荷重の増加を抑制しつつ鋼床版の剛性を向上させることが可能となる。

なお、前記したような強度を有する繊維補強コンクリートは、例えば、セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径２．５ｍｍ以下の骨材とを含む紛体に高性能減衰剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで長さが１０〜３０ｍｍの形状を有する繊維を１〜４容積％混入することで得ることができる。

なお、補強部材を鋼製やアルミニウム合金製とする場合には、鋼板やアルミニウム合金板を加工して製作するか、鋳造により製作すればよい。

前記縦リブが、上面が開口する断面溝形の形材からなる場合には、前記デッキプレートの下面と前記縦リブの内面とで囲まれた空間にセメント系材料を充填する構造にするとよい。縦リブ内の閉塞された空間にセメント系材料を充填すれば、硬化したセメント系材料と縦リブとが一体的に結合して剛性が向上するので、デッキプレートに発生する変位・変形をより一層抑制することが可能となる。なお、「溝形」には、例えば、上辺が開口した長方形、逆さ台形、Ｖ字形、Ｕ字形、半円形などが含まれる。

なお、前記縦リブが、上面が開口する断面溝形の形材からなる場合には、前記デッキプレートの下面と前記縦リブの内面とで囲まれた空間の上側の領域に第一のセメント系材料を充填し、前記空間の下側の領域に前記第一のセメント系材料よりも単位体積重量の小さい第二のセメント系材料を充填する構造にしてもよい。このようにすると、死荷重の増大を抑えつつ鋼床版の剛性を向上させることが可能となる。

また、前記した場合においては、前記第一のセメント系材料の弾性係数を、前記第二のセメント系材料の弾性係数よりも大きくするとよい。すなわち、縦リブに発生する疲労亀裂は、デッキプレートに近接した部位に発生しやすいところ、前記した空間の上側の領域に充填される第一のセメント系材料の弾性係数を、下側の領域に充填される第二のセメント系材料の弾性係数よりも大きくしておけば、疲労亀裂の発生し易い部位の変位・変形を効果的に抑制することが可能となる。

前記縦リブの内部にセメント系材料を充填した場合には、前記セメント系材料に固着されたアンカーを利用して前記補強部材を前記鋼床版に固定するとよい。このようにすると、アンカーが補強部材のずれ止めとして機能するので、鋼床版に曲げ変形が発生した場合であっても、補強部材とデッキプレートとの間にずれが発生し難くなる。

なお、前記アンカーは、前記セメント系材料に埋設される埋設部と、前記縦リブの下面から突出する突出部とを備えることになる。埋設部は、所望の引抜き抵抗力が得られるものであれば、その形状等に特に制限はないが、上下方向に伸びる第一定着部と、前記縦リブの長手方向に伸びる第二定着部とを有しているものであれば、簡易な構成でありながらも高い引抜き抵抗力を得ることができるので好適である。

また、前記アンカーの前記突出部に、前記補強部材を上側に押圧する支圧部材を取り付けてもよい。このようにすると、補強部材と鋼床版とが一体的に挙動することになるので、補強部材による補強効果を向上させることができる。

前記した課題を解決する本発明に係る鋼床版の補強方法は、デッキプレートの下面に断面溝形を呈する縦リブを複数条並設してなる鋼床版を補強する方法であって、前記縦リブの下面に透孔を形成し、当該透孔にアンカーの一端側を挿入する工程と、前記縦リブの内部にセメント系材料を充填し、前記セメント系材料を所定の強度まで硬化させる工程と、前記鋼床版の裏側の形状に沿うように成形された補強部材を隣り合う前記縦リブ間に配置する工程と、前記補強部材の下側に支圧部材を配置する工程と、前記アンカーの他端側に前記支圧部材を締着し、前記支圧部材を前記補強部材に押し付ける工程と、前記鋼床版と前記補強部材との間にある空間に充填材を充填する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋼床版の補強方法によれば、鋼床版の上面の全域にコンクリートを現場打ちする必要がないので、死荷重の増加量が小さく、さらに、コンクリート表面の敷均し作業を行う必要がないので、工期を短縮することが可能となり、道路橋の場合にあっては交通規制を不要とすることが可能となる。また、現場での溶接作業が不要となるので、鋼床版に施されていた防錆塗装が損なわれることがない。

本発明に係る床版構造によれば、荷重が作用する位置にかかわらず鋼床版に生じる変位・変形を抑制することができるので、デッキプレートと縦リブとの溶接部分などに疲労亀裂が発生し難くなる。しかも、本発明に係る床版構造は、デッキプレートの上面の全域にコンクリートを打設する従来の補強方法と比べて、死荷重が小さい。

また、本発明に係る鋼床版の補強方法によると、死荷重の増加を抑えつつ既設の鋼床版を短期間で補強することが可能となり、道路橋の場合にあっては交通規制を不要とすることが可能になる。また、鋼床版に施されていた防錆塗装が損なわれることもない。

以下、本発明に係る床版構造を実施するための最良の形態を、添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。

本実施形態に係る床版構造Ｓは、図１に示すように、既設の鋼床版１０と、この鋼床版１０を補強する補強部材２０と、この補強部材２０を鋼床版１０に固定するための固定治具３０（図２の（ｂ）参照）と備えて構成されている。なお、鋼床版１０は、橋軸方向に沿って配置された箱桁（主桁）Ｍと橋軸直角方向に沿って配置された横桁Ｃとで支持されている。鋼床版１０、箱桁Ｍおよび横桁Ｃは、溶接により互いに接合されている。

鋼床版１０は、鋼板からなるデッキプレート１１と、このデッキプレート１１の下面に並設された複数条の縦リブ１２，１２，…と、縦リブ１２と交差するように並設された複数条の横リブ１３，１３，…とを備えて構成されている。なお、デッキプレート１１、縦リブ１２および横リブ１３は、鋼製であり、溶接により互いに接合されている。

図２乃至図４を参照して、床版構造Ｓを構成する各部材を詳細に説明する。なお、図２の（ａ）は、補強前の鋼床版１０を示す断面図であり、補強後に付加される補強部材２０等は点線により図示している。また、図２の（ｂ）は、鋼床版１０に付加される部材を示す断面図であり、鋼床版１０は点線により図示している。

縦リブ１２は、図２の（ａ）に示すように、上面が開口する断面溝形の形材からなる。なお、図示した縦リブ１２の断面形状は、逆さ台形を呈しているが、これに限定されることはなく、例えば、Ｖ字形、Ｕ字形、半円形を呈するものであってもよい。

本実施形態においては、図２の（ｂ）に示すように、デッキプレート１１の下面と縦リブ１２の内面とで囲まれた空間にセメント系材料１２ａが充填される。セメント系材料１２ａの配合等に特に制限はなく、無収縮モルタル、普通コンクリート、軽量コンクリート、繊維補強コンクリートなどを使用することができるが、自己充填性の高いものを使用するのが望ましい。

補強部材２０は、その鋼床版１０側の面が鋼床版１０の下面の形状に沿うように成形されており、隣り合う縦リブ１２，１２間にある空間を埋めるように配置されている。なお、本実施形態においては、鋼床版１０と補強部材２０との間に充填材４０を介在させてある。

補強部材２０は、デッキプレート１１の下面に対向する頂板部２１と、この頂板部２１の両端部に形成され一対の側板部２２，２２と、縦リブ１２の下面に沿って張り出す張出部２３と、一対の側板部２２，２２を連結するように配置された補強板部２４と、を備えて構成されている。

側板部２２は、縦リブ１２の側面に対峙する部位であって、頂板部２１の側端部から縦リブ１２の側面に沿って斜め下方に垂れ下がっていて、もう一方の側板部２２とハ字状に対峙している。

張出部２３は、側板部２２の下端部から外側に向かって水平に張り出していて、縦リブ１２の下面の略半分を覆っている。

補強板部２４は、図３の（ｂ）に示すように、側板部２２の面外方向への変形を抑制する仕切板２４ａと、張出部２３を補強する突出板２４ｂとを備えている。仕切板２４ａは、頂板部２１と側板部２２，２２とにより形成された下向きに開口する「溝」を仕切るように配置されていて、その下端部が張出部２３よりも下方に突出している。突出板２４ｂは、仕切板２４ａの下端部から側方に向かって張り出しており、その先端が張出部２３の側縁まで延出している。

本実施形態においては、複数の補強板部２４，２４，…が縦リブ１２の長手方向（本実施形態においては橋軸方向）に間隔をあけて並設されているが、補強板部２４の数は、図示のものに限定されることはなく、増減させても差し支えない。また、側板部２２の剛性が高い場合には、補強板部２４を省略してもよい。

図３の（ａ）に示すように、補強部材２０には、鋼床版１０（図１参照）と対向する面の外縁に沿って、充填材４０（図２の（ｂ）参照）の漏出を防止するシール材２５が貼着されている。なお、本実施形態においては、頂板部２１の上面、側板部２２の外側面および張出部２３の上面が「鋼床版１０と対向する面」に相当する。シール材２５は、天然ゴム、合成ゴム（水膨張性のものを含む）などからなり、接着剤等を用いて補強部材２０に接着されている。

補強部材２０は、繊維補強コンクリートからなり、頂板部２１、側板部２２，２２、張出部２３および補強板部２４は、一体的に成形されている。

繊維補強コンクリートとしては、硬化体の圧縮強度が１５０〜２００Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあり、曲げ引張強度が２５〜４５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあり、かつ、割裂引張強度が１０〜２５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあるものを用いることが望ましい。このような超高強度の繊維補強コンクリートは、通常の繊維補強コンクリートよりも弾性係数が高く（例えばＥ＝５０〜５５ｋＮ／ｍｍ^２程度）、引張力に対する抵抗力も期待できるので、補強部材２０の板厚を小さくしても、縦リブ１２の面外方向（図２においては左右方向）への変位・変形を抑制することができる。

なお、前記したような強度を有する繊維補強コンクリートは、例えば、セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径２．５ｍｍ以下の骨材とを含む紛体に高性能減衰剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで長さが１０〜３０ｍｍの形状を有する繊維を１〜４容積％混入することで得ることができる。ここで、ポゾラン系反応粒子とは、例えば、シリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグのほか、カオリンの誘導体から選定した化合物、沈降シリカ、火山灰、シリカゾル等からなる粒子のことである。

補強部材２０は、前記した各種材料を混練してなるフレッシュなコンクリートを所定の寸法形状に成形された型枠に打設し、所定の強度が発現した後に、脱型した状態で熱養生を行うことにより製造される。熱養生を行うと、セメント中の遊離石灰とポゾラン系反応粒子のシリカやアルミナが結合して安定的で硬い物質が早期に形成され、セメント系マトリックスの組織が緻密になるので、乾燥収縮がなく、したがって、乾燥ひび割れ等もほとんど発生しない。

補強部材２０の長さ寸法は、図４の（ａ）に示すように、横リブ１３，１３の間隔（あるいは、横桁Ｃと横リブ１３の間隔）の整数分の１（本実施形態では３分の１）程度に設定されている。このようにすると、補強部材２０の取り扱いが容易になるので、人力あるいは簡易な機械での施工が可能となる。なお、図示は省略するが、補強部材２０の長さを、横リブ１３，１３の間隔（あるいは、横桁Ｃと横リブ１３の間隔）と同等にしても差し支えない。

なお、図２の（ｂ）に示すように、本実施形態においては、箱桁ＭのウェブＭ１と縦リブ１２との間にある空間を埋めるように補強部材２０’が配置されている。補強部材２０’は、隣り合う縦リブ１２，１２間に配置される補強部材２０と同様の構成を備えているが、ウェブＭ１に面する側の側板部２２’が頂板部２１の側端部からウェブＭ１に沿って垂直に垂れ下がっている点と、ウェブＭ１に面する側に張出部２３がない点が異なっている。

図４の（ａ）に示すように、固定治具３０は、セメント系材料１２ａに定着されたアンカー３１と、補強部材２０の下側に配置される支圧部材３２と、この支圧部材３２をアンカー３１に固定するためのナット３３とを備えて構成されている。

アンカー３１は、Ｌ字状に折り曲げられた異径鉄筋からなり、セメント系材料１２ａに埋設される埋設部３１１と、縦リブ１２の下面から突出する突出部３１２とを備えている。埋設部３１１は、図４の（ｂ）に示すように、上下方向に伸びる第一定着部３１１ａと、縦リブ１２の長手方向（図４において左右方向）に伸びる第二定着部３１１ｂとを有している。第二定着部３１１ｂは、アンカー３１の引抜耐力を向上させる目的で設けられたものである。なお、突出部３１２には、ねじ山が螺刻されている。

支圧部材３２は、補強部材２０を上側に押圧するものであり、アンカー３１の突出部３１２に取り付けられている。本実施形態に係る支圧部材３２は、前後左右に隣接する複数の補強部材２０，２０，…の端部（本実施形態では張出部２３）に跨って配置され、これらを一括して鋼床版１０側に押圧する。なお、補強部材２０と支圧部材３２をアクリル樹脂系接着剤やエポキシ系樹脂接着剤などの接着剤を介して接着してもよい。

図３の（ｃ）を参照して支圧部材３２の構成をより詳細に説明する。支圧部材３２は、やや肉厚の平板状を呈していて、その中央部に挿通孔３２ａが形成されている。挿通孔３２ａには、アンカー３１の突出部３１２（図３の（ａ）参照）が挿通される。また、支圧部材３２の上面には、挿通孔３２ａを挟んで平行する二条の係合溝３２ｂ，３２ｂが凹設されている。係合溝３２ｂには、補強部材２０の突出板２４ｂ（図３の（ａ）参照）が嵌め込まれる。

支圧部材３２は、鋼板を利用して製作してもよいし、繊維補強コンクリートにより製作してもよい。繊維補強コンクリートを用いる場合には、例えば、硬化体の圧縮強度が１５０〜２００Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあり、曲げ引張強度が２５〜４５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあり、かつ、割裂引張強度が１０〜２５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にある繊維補強コンクリートを用いることが望ましい。

図３の（ａ）に示すナット３３は、アンカー３１の突出部３１２に形成されたねじ山に螺合し、支圧部材３２を補強部材２０に押し付ける。

なお、図２の（ｂ）に示すように、補強部材２０’の側板部２２’側を押圧する支圧部材３２’は、ウェブＭ１に突設された板材（水平リブ）Ｍ２に支持されている。なお、支圧部材３２’と板材Ｍ２との間には、スペーサ３４が介設されている。

充填材４０は、鋼床版１０と補強部材２０との間、より詳細には、デッキプレート１１と頂板部２１との間、縦リブ１２の側面と側板部２２との間および縦リブの下面と張出部２３との間に充填される。充填材４０は、補強部材２０の材質や現場の状況等に適合するものであって、鋼床版１０と補強部材２０の間に充填可能な程度の流動性を有するものであれば、その材質等は問わないが、例えば、鋼床版１０と補強部材２０との隙間が小さい場合には、アクリル系樹脂接着剤やエポキシ系樹脂接着剤などの接着剤が好適であり、隙間が大きい場合には、流動性の高いセメント系グラウト材、セメント系モルタル材、鋼繊維などの繊維が混入されたセメント系モルタル材などが好適である。なお、前記したセメント系材料に膨張性物質を混入するとよい。このようにすると、実質的に無収縮な状態を長期間に亘って維持することが可能となる。また、前記したセメント系材料に、カルシウムアルミネートやシリカ質微粉末を主体とする結合材、凝結促進剤、膨張性物質等を混入するとよい。このようにすると、材齢１〜２時間程度で実用的な強度（３０〜５０Ｎ／ｍｍ^２）を発現させることが可能となる。

なお、縦リブ１２が補強部材２０の幅方向（図２の（ｂ）においては左右方向）の「ずれ止め」として機能するので、充填材４０の付着強度は、小さくても差し支えない。

次に、床版構造Ｓの構築方法（すなわち、鋼床版１０の補強方法）を、図５および図６を参照して説明する。

図５の（ａ）に示すように、縦リブ１２の下面の幅方向の中央に透孔１２ｂを形成し、透孔１２ｂにアンカー３１の一端側を挿入する。つまり、アンカー３１の埋設部３１１を縦リブ１２の内部に挿入し、適宜な方法により位置決めをする。

次に、図５の（ｂ）に示すように、縦リブ１２の内部にセメント系材料１２ａを充填し、セメント系材料１２ａを所定の強度まで硬化させる。なお、充填作業に先立って、縦リブ１２の適所に注入孔となる図示せぬ透孔を形成するとともに、必要に応じて、空気抜き孔となる図示せぬ透孔を形成しておくとよい。

セメント系材料１２ａが所定の強度に達したら、図６の（ａ）に示すように、隣り合う縦リブ１２，１２間に補強部材２０を配置する。具体的には、デッキプレート１１と隣り合う縦リブ１２，１２とで形成される溝状の空間に、補強部材２０の頂板部２１と側板部２２，２２とを挿入し、頂板部２１をデッキプレート１１の下面に対向させ、各側板部２２を縦リブ１２の側面に対向させればよい。このとき、補強部材２０に貼着したシール材２５（図３の（ａ）参照）をデッキプレート１１の下面、縦リブ１２の側面および下面に当接させて、鋼床版１０と補強部材２０との間に隙間を形成する。なお、箱桁ＭのウェブＭ１と縦リブ１２との間には、補強部材２０’を配置する。

次に、補強部材２０の下側に支圧部材３２を配置する。本実施形態においては、互いに隣り合う複数の補強部材２０，２０…の境界部分の下側に支圧部材３２を配置する。つまり、隣り合う張出部２３，２３…を跨ぐように支圧部材３２を配置する。なお、支圧部材３２を補強部材２０の下側に配置する場合には、係合溝３２ｂ，３２ｂ（図３の（ｃ）参照）を縦リブ１２の長手方向に直交する方向（図６において左右方向）に合せつつ支圧部材３２の挿通孔３２ａにアンカーの突出部３１２を挿通し、係合溝３２ｂに補強部材２０の突出板２４ｂを嵌め込めばよい。

続いて、アンカー３１を利用して鋼床版１０に補強部材２０を固定する。すなわち、アンカー３１の他端側（すなわち、突出部３１２）に支圧部材３２を締着し、支圧部材３２を補強部材２０に押し付ける。具体的には、ナット３３をアンカー３１の突出部３１２に螺合して締結すればよい。なお、支圧部材３２を補強部材２０に押し付けると、補強部材２０に貼着したシール材２５（図３の（ａ）参照）がデッキプレート１１の下面等に密着し、鋼床版１０と補強部材２０との間に密閉された空間が形成されることになる。

その後、図６の（ｂ）に示すように、鋼床版１０と補強部材２０との間にある空間に充填材４０を充填すると、鋼床版１０の補強が完了する。本実施形態においては、補強部材２０にシール材２５が貼着されているので、鋼床版１０と補強部材２０との間に充填材４０が確実に留まることになる。なお、充填材４０の充填は、前記した空間の最も低い部分に連通する図示せぬ注入管を介して行えばよいが、より好適には、前記した空間の最も高い部分に連通する図示せぬ空気抜き管から空気を排出しながら行うのがよい。なお、前記した空間が狭小である場合には、前記した空気抜き管を真空ポンプに接続し、当該真空ポンプで前記した空間内の空気を強制的に排出しながら充填材４０を充填するとよい。

以上説明した本実施形態に係る床版構造Ｓによると、補強部材２０によって縦リブ１２の面外方向への変位・変形が拘束されるので、デッキプレート１１に発生する変位・変形も小さくなり、その結果、縦リブ１２からずれた位置に荷重が作用する場合であっても、デッキプレート１１と縦リブ１２との溶接部分などに疲労亀裂が発生する可能性が少なくなる。また、床版構造Ｓを構築する際に鋼床版１０の上面にコンクリートを現場打ちする必要がないので、コンクリート表面の敷均し作業や養生を省略することができ、その結果、工期を短縮することが可能となり、道路橋の場合にあっては交通規制を不要とすることが可能となる。

また、本実施形態においては、内部が中空になった「箱型」の補強部材２０を使用しているので、死荷重の増加を抑えつつ鋼床版１０の剛性を向上させることが可能となる。

しかも、超高強度の繊維補強コンクリートで形成した補強部材２０は、各部の肉厚が通常のコンクリートで形成した場合よりも小さい。つまり、本実施形態に係る補強部材２０は、通常のコンクリートで形成されたものよりも軽量であり、したがって、死荷重の増加を抑えつつ鋼床版１０の剛性を向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、縦リブ１２内に充填されたセメント系材料１２ａによって縦リブ１２の剛性を向上させたので、デッキプレート１１に発生する変位・変形がより一層効果的に抑制されることになる。

また、支圧部材３２を用いて補強部材２０を鋼床版１０に押し付けたので、鋼床版１０と補強部材２０とが一体的に挙動する。

また、本実施形態においては、アンカー３１と支圧部材３２とが補強部材２０のずれ止めとして機能するので、鋼床版１０に曲げ変形が発生した場合であっても、デッキプレート１１と補強部材２０との間にずれが発生し難くい。特に、本実施形態においては、支圧部材３２に係合溝３２ｂを設け、この係合溝３２ｂに補強部材２０の突出板２４ｂを係合させたので、鋼床版１０に橋軸方向（縦リブ１２の長手方向）の曲げ変形が発生した場合であっても、デッキプレート１１と補強部材２０との間にずれが発生し難い。

さらに、本実施形態に係る鋼床版１０の補強方法によると、現場での溶接作業が不要となるので、鋼床版１０に施されていた防錆塗装が損なわれることがない。

図７乃至図１０を参照して、本実施形態に係る床版構造Ｓの効果を具体的に説明する。図７乃至図１０は、本実施形態に係る床版構造Ｓの補強効果を評価するために実施した三次元ＦＥＭ弾性解析の結果である。各図において、（ａ）は、補強前の鋼床版１０に輪荷重を作用させた場合の変位応答を示す図であり、（ｂ）は、補強後の鋼床版１０（すなわち、床版構造Ｓ）に輪荷重を作用させた場合の変位応答を示す図である。

解析モデルの数値データを以下に示す。
（１）鋼床版１０は、シェルモデルでモデル化し、デッキプレート１１の厚さを１２ｍｍ、縦リブ１２の厚さを８ｍｍとした。
（２）補強部材２０は、繊維補強コンクリート製とし、ソリッドモデルでモデル化した。頂板部２１、側板部２２および張出部２３の厚さを２０ｍｍ、補強板部２４の厚さを３０ｍｍとした。
（３）セメント系材料１２ａは、軽量コンクリートとし、ソリッドモデルでモデル化した。単位体積重量を１．５Ｎ／ｍ^３、弾性係数を１７ｋＮ／ｍｍ^２、圧縮強度を４５Ｎ／ｍｍ^２とした。
なお、解析モデルの側端部における境界条件は「固定」とした。

輪荷重は、道路橋示方書に従って１００ｋＮとし、載荷面の寸法は、幅５００ｍｍ、奥行２００ｍｍとした。なお、図中の白抜き矢印は、載荷面の中心を示している。

デッキプレートの変形モードを見ると、補強前においては、局所的な変形が発生しているのに対し、補強後（床版構造Ｓ）においては、局所的な変形が減少し、平坦な変形になっていることが分かる。縦リブの変形モードをみても、補強後に局所的な変形が減少することが分かる。また、最大変形量も、補強前においては１．７４ｍｍ〜２．３７ｍｍであるのに対し、補強後（床版構造Ｓ）においては０．１９ｍｍ〜０．４２ｍｍとなり、補強前に比較して大幅（１／４〜１／１２程度）に減少していることが分かる。なお、図示は省略するが、デッキプレート１１や縦リブ１２に発生する応力や、デッキプレート１１と縦リブ１２との接合部における応力も、補強前に比較して大幅（１／５〜１／１５）に減少するという結果が得られている。

このように、本実施形態に係る床版構造Ｓによれば、デッキプレート１１や縦リブ１２に生じる変位・変形・発生応力が抑制される。

なお、床版構造Ｓの形態は、図示のものに限定されるものではなく、適宜変更しても差し支えない。

例えば、図１１の（ａ）および（ｂ）に示す補強部材２０のように、張出部２３の下面に、突出板２４ｂと直交する第二の突出板２３ａを設けてもよい。このようにすると、張出部２３の剛性が向上するので、補強部材２０をしっかりと鋼床版１０に固定することが可能となる。

なお、補強部材２０を使用する場合には、図１１の（ｃ）に示す支圧部材３２を使用するとよい。支圧部材３２の上面には、平行する二条の係合溝３２ｂ，３２ｂに加えて、係合溝３２ｂと直交する第二の係合溝３２ｃ，３２ｃが凹設されている。第二の係合溝３２ｃ，３２ｃは、挿通孔３２ａを挟んで平行に並んでいて、各々に補強部材２０の第二の突出板２３ａが嵌め込まれる。

このようにすると、アンカー３１と支圧部材３２とが橋軸直角方向のずれ止めとしても機能することになるので、鋼床版１０に橋軸方向（縦リブ１２の長手方向）の曲げ変形が発生した場合だけでなく、橋軸直角方向の曲げ変形が発生した場合であっても、デッキプレート１１と補強部材２０との間にずれが発生し難い。

なお、係合溝のない支圧部材を用いて補強部材２０を鋼床版１０に押し付けてもよいことは言うまでもない（図１２参照）。

また、前記した本実施形態においては、補強部材２０をコンクリート製としたが、鋼製やアルミニウム合金製としてもよい。この場合には、鋼板やアルミニウム合金板を加工して製作するか、鋳造により製作すればよい。鋼板を加工して製作する場合には、所定寸法の鋼板にプレス加工を施して頂板部２１、側板部２２，２２および張出部２３を一体的に成形した後に、別途形成した補強板部２４を溶接により接合すればよい。

また、本実施形態では、補強部材２０として、内部が中空になっている「箱型」のものを例示したが、この形態に限定されることはなく、内部が密実になっているブロック状のものであっても差し支えない。

また、前記した実施形態においては、補強部材２０を、隣り合う二つの縦リブ１２，１２に跨るような幅寸法を有する補強部材２０としたが、これに限定されることはなく、図示は省略するが、三つ以上の縦リブ１２に跨るような幅寸法を有する補強部材としてもよい。つまり、図２の（ｂ）に示す補強部材２０を二つ以上連続させた形態の補強部材を用いて鋼床版１０を補強してもよい。

また、前記した実施形態においては、縦リブ１２の内部に一種類のセメント系材料１２ａを充填したが、図１２に示すように、性質の異なる二種類のセメント系材料１２ｃ，１２ｄを積層して充填してもよい。

なお、デッキプレート１１の下面と縦リブ１２の内面とで囲まれた空間の上側の領域に充填されるセメント系材料１２ｃを「第一のセメント系材料１２ｃ」と称し、前記した空間の下側の領域に充填されるセメント系材料１２ｄを「第二のセメント系材料１２ｄ」と称することとする。

第一のセメント系材料１２ｃは、第二のセメント系材料１２ｄよりも弾性係数が大きくなるように配合された無収縮モルタル、普通コンクリート、繊維補強コンクリートなどからなる。

第二のセメント系材料１２ｄは、軽量骨材を用いたコンクリートや発泡モルタルなどからなり、第一のセメント系材料１２ｃよりも単位体積重量が小さい。

このように第二のセメント系材料１２ｄの単位体積重量を第一のセメント系材料１２ｃの単位体積重量よりも小さくしておけば、死荷重の増加を抑制しつつ鋼床版１０の剛性を向上させることが可能となり、その結果、疲労亀裂の発生を抑制することが可能となる。

縦リブ１２に発生する疲労亀裂は、デッキプレート１１に近接した部位に発生しやすいところ、本実施形態においては、当該部位に充填される第一のセメント系材料１２ｃの弾性係数が、下側の領域に充填される第二のセメント系材料１２ｄの弾性係数よりも大きくなっているので、疲労亀裂の発生し易い部位の変位・変形を効果的に抑制することが可能となる。

なお、前記した実施形態においては、鋼床版１０と補強部材２０との間に隙間を設け、この隙間に充填材４０を介在させたが、これに限定されることはなく、図示は省略するが、鋼床版１０と補強部材２０との間に隙間を設けずに、補強部材２０を隣り合う縦リブ１２，１２間に嵌め込んでもよい。

また、前記した実施形態においては、縦リブ１２が「閉断面リブ」である場合を例示したが、断面逆Ｔ字形やＬ字形を呈する「開断面リブ」であっても、隣り合う縦リブ間に補強部材を配置すれば、鋼床版を補強することが可能となる。

本発明の実施形態に係る床版構造を示す破断斜視図である。 （ａ）は鋼床版を示す断面図、（ｂ）は鋼床版に付加される部材を示す断面図である。 （ａ）は補強部材を示す拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す補強部材を裏返した状態を示す斜視図、（ｃ）は支圧部材を示す斜視図である。 （ａ）は図２の（ｂ）のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 （ａ）（ｂ）は、鋼床版の補強方法の各工程を説明するための断面図である。 （ａ）（ｂ）は、図５の工程に続く工程を説明するための断面図である。 （ａ）は補強前の鋼床版の変形モードを示す模式図、（ｂ）は補強後の鋼床版の変形モードを示す模式図である。 （ａ）は補強前の鋼床版の変形モードを示す模式図、（ｂ）は補強後の鋼床版の変形モードを示す模式図である。 （ａ）は補強前の鋼床版の変形モードを示す模式図、（ｂ）は補強後の鋼床版の変形モードを示す模式図である。 （ａ）は補強前の鋼床版の変形モードを示す模式図、（ｂ）は補強後の鋼床版の変形モードを示す模式図である。 （ａ）は補強部材の変形例を示す拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す補強部材を裏返した状態を示す斜視図、（ｃ）は支圧部材の変形例を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態を示す断面図であって、縦リブ内に二種類のセメント系材料を充填した場合を示す図である。

符号の説明

Ｓ 床版構造
１０ 鋼床版
１１ デッキプレート
１２ 縦リブ
２０ 補強部材
２１ 頂板部
２２ 側板部
２３ 張出部
２４ 補強板部
３０ 固定治具
３１ アンカー
３１ａ 埋設部
３１ｂ 突出部
３２ 支圧部材
４０ 充填材

Claims (14)

1. デッキプレートの下面に複数条の縦リブを並設してなる鋼床版と、
   隣り合う前記縦リブ間にある空間を埋めるように配置された補強部材と、を備えることを特徴とする床版構造。
2. 前記鋼床版と前記補強部材との間に充填材が介在していることを特徴とする請求項１に記載の床版構造。
3. 前記補強部材の前記鋼床版と対向する面に、その外縁に沿って前記充填材の漏出を防止するシール材が貼着されていることを特徴とする請求項２に記載の床版構造。
4. 前記補強部材は、前記デッキプレートの下面に対向する頂板部と、前記頂板部の両端部に形成された一対の側板部とを備えて構成されており、
   前記各側板部が、前記縦リブの側面に対峙していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の床版構造。
5. 前記補強部材は、前記一対の側板部を連結するように配置された補強板部を備えて構成されていることを特徴とする請求項４に記載の床版構造。
6. 前記補強部材が、繊維補強コンクリートからなり、
   前記繊維補強コンクリートは、その硬化体の圧縮強度が１５０〜２００Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあり、曲げ引張強度が２５〜４５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあり、かつ、割裂引張強度が１０〜２５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の床版構造。
7. 前記繊維補強コンクリートは、セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径２．５ｍｍ以下の骨材とを含む紛体に高性能減衰剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで長さが１０〜３０ｍｍの形状を有する繊維を１〜４容積％混入してなることを特徴とする請求項６に記載の床版構造。
8. 前記縦リブは、上面が開口する断面溝形の形材からなり、
   前記デッキプレートの下面と前記縦リブの内面とで囲まれた空間にセメント系材料が充填されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の床版構造。
9. 前記縦リブは、上面が開口する断面溝形の形材からなり、
   前記デッキプレートの下面と前記縦リブの内面とで囲まれた空間の上側の領域に第一のセメント系材料が充填されており、前記空間の下側の領域に前記第一のセメント系材料よりも単位体積重量の小さい第二のセメント系材料が充填されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の床版構造。
10. 前記第一のセメント系材料の弾性係数が、前記第二のセメント系材料の弾性係数よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の床版構造。
11. 前記補強部材は、前記セメント系材料に固着されたアンカーを利用して前記鋼床版に固定されていることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載の床版構造。
12. 前記アンカーは、前記セメント系材料に埋設される埋設部と、前記縦リブの下面から突出する突出部とを有しており、
    前記埋設部は、上下方向に伸びる第一定着部と、前記縦リブの長手方向に伸びる第二定着部とを有していることを特徴とする請求項１１に記載の床版構造。
13. 前記アンカーの前記突出部には、前記補強部材を上側に押圧する支圧部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１２に記載の床版構造。
14. デッキプレートの下面に断面溝形を呈する縦リブを複数条並設してなる鋼床版を補強する方法であって、
    前記縦リブの下面に透孔を形成し、当該透孔にアンカーの一端側を挿入する工程と、
    前記縦リブの内部にセメント系材料を充填し、前記セメント系材料を所定の強度まで硬化させる工程と、
    前記鋼床版の裏側の形状に沿うように成形された補強部材を隣り合う前記縦リブ間に配置する工程と、
    前記補強部材の下側に支圧部材を配置する工程と、
    前記アンカーの他端側に前記支圧部材を締着し、前記支圧部材を前記補強部材に押し付ける工程と、
    前記鋼床版と前記補強部材との間にある空間に充填材を充填する工程と、を備えることを特徴とする鋼床版の補強方法。

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