JP2007077658A - 橋桁の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンクリートの床版と鋼ウェブとを有する橋桁において、鋼ウェブを形成するための溶接作業及び鋼板材から部材を切り出す作業を低減し、製作費用の低減及び後期の短縮を図る。
【解決手段】 圧延によって断面がＩ型又はＨ型に形成された型鋼３０のウェブ部分３１を、２つの対向するフランジ３２，３３との接合部付近から台形状のウェブ板が交互に突き出すように切断する。切断分離された二つフランジの双方からは、台形状のウェブ板３１’が突き出しており、これらのウェブ板の頂部を互いに接合する。これにより、上下のフランジ間に鼓型又は蝶型の鋼板からなるウェブが軸線方向に間隔をあけて配列された鋼桁が得られる。この鋼桁の上フランジ及び下フランジにそれぞれ一体となるようにコンクリートの上床版及び下床版を形成し、断面が箱形の橋桁が形成される。
【選択図】 図５

Description

本願発明は、道路橋、鉄道橋、歩道橋等に用いられる橋桁に係り、特に、コンクリートからなる上床板と、鋼ウェブとを有する橋桁の構築方法に関する。

コンクリート、特にプレストレストコンクリートで形成される橋桁は、一般にコンクリートの上床版と、この下側に連続して形成されるウェブと、このウェブの下端部において断面を拡大するように形成される下フランジとを備えている。下フランジは、複数のウェブの下端部を互いに連結し、下床版として全体を箱形の断面とすることも多く行われている。このようなコンクリートで構築される橋桁では重量が大きく、軽量化による基礎や下部構造への負担軽減が望まれており、ウェブをコンクリートに代えて鋼部材で構成することが提案されている。

また、ウェブは橋桁の軸線方向に連続するように形成されるのが一般的であるが、軸線方向の連続していると、コンクリートの上床版又は下フランジ（下床版）にプレストレスを導入しようとしたときに、上床版又は下フランジが橋桁の軸線方向に変形しようとするのをウェブが拘束することになり、効率よくプレストレスを導入できない場合が生じる。

このため、特許文献１には、コンクリートの上床版と下床版と鋼ウェブとを有する橋桁であって、鋼ウェブを橋桁の軸線方向に分割して設ける橋桁が提案されている。
この橋桁が備える鋼ウェブは、複数の板状部材を橋桁の軸線方向に配列したものであり、この板状部材の各々は、高さ方向の中位より上床版と接合される上辺及び下床版と接合される下辺に近づくにしたがって、軸線方向の長さが徐々に拡大されたものとなっている。そして、板状部材の上辺及び下辺に沿って鋼フランジが接合され、このフランジに植設されたスタッドジベルを上床板又は下床版のコンクリートに埋め込んで接合する。また、橋桁に作用するせん断力によって斜めに圧縮力が作用する方向には、板状部材の側面にスタッドジベルが植設され、該スタッドジベルを埋め込むように、コンクリート製のリブが形成されている。

この橋桁では、ウェブを鋼部材とし、その特徴的な形状により軽量化することができる。また、独立した板状部材を配列してウェブを形成するので、現場でウェブを連続した状態に組み立てるための溶接が不要となり、橋桁の構築が容易となってコストが低減される。また、ウェブが軸線方向の変形を拘束することが少なくなり、上床板又は下床版のプレストレスを有効に導入することが可能となる。
特開２００２−２２０８１２号公報

しかしながら、上記の橋桁では、その構築方法において次に示すような解決が望まれる課題がある。
鋼製のウェブは、一般に工場において製作されるが、その特徴的な形状を鋼板材から切り出すのに作業工数が多くなり、効率の改善が望まれる。また、鋼板材を有効に利用するための板取り等を改善してより低価格での製作が望まれている。さらに、鋼製のウェブとコンクリート床版とを接合するための鋼フランジは、溶接によって鋼ウェブと接合することになり、溶接に多くの作業工程及び費用を要している。特に、小規模の橋梁や歩道橋等の橋桁を対象とした場合、部材寸法が小さく、鋼重量も小さくなるため、溶接による接合及び鋼板材の切断に要する費用の割合が増加し、これらの費用の削減、工期の短縮が求められている。

本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンクリートの床版と鋼ウェブとを有する橋桁において、鋼ウェブを形成するための溶接作業及び鋼板材から部材を切り出す作業を低減し、製作費用の削減及び後期の短縮を図ることである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、 圧延によって断面がＩ型又はＨ型に形成された型鋼のウェブ部分を、２つの対向するフランジとの接合部付近から台形状のウェブ板が交互に突き出すように切断する工程と、 切断分離された前記フランジの双方から突き出した前記台形状のウェブ板の頂部を互いに接合する工程と、 対向する前記フランジを上下に配置し、上側のフランジと密接するようにコンクリートの上床版を形成する工程とを含む橋桁の構築方法を提供する。

この方法では、型鋼のウェブ部分を切断することにより、フランジから台形状のウェブ板が垂直に突き出した二つの部材が同時に形成される。そして、これらの部材を、上フランジから台形状のウェブ板が下方に突き出した状態、及び下フランジから台形状のウェブ板が上方に突き出した状態に支持し、台形状のウェブ板の頂部同士を突き合わせて接合することにより、型鋼の寸法より大きい高さの桁状の鋼部材が形成される。そして、上下のウェブ板は接合されて、複数の板状の鋼ウェブが橋桁の軸線方向に配列されたものとなる。これらの鋼ウェブは、高さ方向の中位より前記上床版と接合される上辺及び下辺に近づくにしたがって橋桁の軸線方向の寸法が拡大された形状すなわち鼓型又は蝶型となる。このような鋼桁が少なくともコンクリートの上床版と接合され、これらが一体となって曲げモーメント及びせん断力に対して有効に抵抗するものとなる。

また、上記のように鋼ウェブを製作するときに、型鋼の上下のフランジは、鋼ウェブと既に連続したものとなっており、鋼ウェブとフランジを溶接等で接合する必要がなくなる。これにより鋼部材の溶接量が大幅に低減され、製作コストの削減、工期の短縮が可能となる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の橋桁の構築方法において、 前記型鋼の下側のフランジと密接するようにコンクリートフランジを形成する工程を含むものとする。

このようにコンクリートフランジを形成する工程を含むことにより、コンクリートフランジは上床版とともに橋桁の曲げ剛性を大きくすることに寄与し、大きな曲げモーメントに抵抗することが可能となる。また、鋼ウェブが橋桁の軸線方向に間隔をあけて配置されることになるが、コンクリートフランジは鋼ウェブ間でせん断力に対して有効に抵抗するものとなる。
上記コンクリートフランジを形成する工程は、分割した型鋼を接合した後又は接合する前に工場で行うのが望ましく、管理された環境で品質の良好なコンクリートフランジを製作することができる。そして、工場で製作することにより現場での作業が低減され、工期の短縮が可能となる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の橋桁の構築方法において、 前記型鋼の下側のフランジと密接するようにコンクリートの下床版を形成する工程を含み、 コンクリートからなる前記上床版及び下床版と、これらを連結する複数の鋼ウェブとで、断面形状を箱型とする。

形鋼の上フランジに接合されたコンクリートの上床版に加えて、下側のフランジに密接してコンクリートの下床版が形成されることにより、この橋桁の剛性が大きくなり、特に箱形とすることによってねじりに対する剛性が増大する。

以上説明したように、本願発明では、鋼ウェブが軸線方向に分割して配列されている橋桁において、鋼ウェブを構成する部材の溶接量を低減し、橋桁の製作費用を低減するとともに、工期を短縮することが可能となる。

以下、本願発明の実施の形態について説明する。
図１は、本願発明の一実施形態である橋桁の側面図及び断面図であり、図２は、同じ橋桁の下方からの斜視図である。また、図３は、同じ橋桁の桁端付近を示す側面図である。
この橋桁２は、対峙する２基の橋台１ａ、１ｂ間に支持された単純桁となっており、コンクリートからなる上床版１１と、その下方に支持されるコンクリートの下床版１２と、上記上床版１１と下床版１２とを連結し、ウェブとして機能する鋼部材１３とで主要部が構成され、上記上床版１１と下床版１２と鋼部材１３とで箱形の断面となっている。

上記上床版１１は、鋼部材１３上に現場で打設されたコンクリートによって形成されており、この上に路面が形成されるものであり、橋桁と直角方向にＰＣ鋼材（図示しない）が配置されている。そして、これらのPC鋼材を緊張し、コンクリートに定着することによってプレストレスが導入されており、車両等の荷重によって上床版に作用する曲げモーメントに対して抵抗するものとなっている。なお、本例では橋桁の軸線方向にはプレストレスが導入されてないが、橋桁が連続桁、ラーメン構造となる場合には、上床版にもプレストレスを導入することができる。
一方、下床版１２には、橋軸方向にプレストレスが導入され、桁に作用する正の曲げモーメントに対して、下床版のコンクリートに過度の引張応力が生じないようになっている。

上記鋼部材１３は、図４に示すように、鋼ウェブ２１と、その上辺に沿って両側へほぼ直角に張り出した上フランジ２２及び下辺に沿って両側へ張り出した下フランジ２３とで主要部が構成されている。

上記鋼ウェブ２１は、上辺と下辺との中間位置で幅が最も小さく、上辺又は下辺に近づくに従って幅すなわち桁の軸線方向の寸法が直線的に拡大されており、鼓形となっている。上フランジ２２及び下フランジ２３は、上記鋼ウェブ２１の上縁又は下縁に連続しており、上フランジ２３の上面および下フランジ２３の下面には、複数のスタッドジベル２４が植設されている。

上記鋼ウェブ２１の箱形断面の内側となる面にも、せん断力の作用時に圧縮応力が作用する斜め方向に沿って、複数のスタッドジベル２５が植設されている。そして、鋼ウェブ２１を形成する鋼板に密接するとともに、上記スタッドジベル２５を埋め込むようにコンクリート部材２７が形成されている。このコンクリート部材２７は斜め方向の柱状となり、せん断力作用時の斜め圧縮力を負担するものである。

上床版１１および下床版１２のコンクリートは、上記上フランジ２２の上面又は下フランジ２３の下面に密接するとともに、上記スタッドジベル２４を埋め込むように形成されており、これによって上床版１１と鋼部材１３と下床版１２とが一体となっている。

このような橋桁では、鋼ウェブが上下方向の中位部分で軸線方向の寸法が小さく、上辺及び下辺に近づくにつれて拡大された鼓のような形状をしている。したがって、せん断力が作用した時は、図3に示すように、鋼ウェブには斜め方向の引張力Aと、これに交差する方向の圧縮力Bとが作用して、せん断力に対して有効に抵抗する。そして、柱状のコンクリート部材２７は、斜め方向の圧縮力Bの一部を分担し、鋼ウェブ２１の座屈を防止する。

また、鋼部材１３は、鼓形の鋼ウェブ２１が橋桁の軸線方向に分割して配列されているので、軸線方向のプレストレスが導入された時に、鋼ウェブが軸線方向の変形を拘束することが少ない。したがって、少ない緊張材で有効にプレストレスを導入することができる。

次に、上記橋桁の構築方法について説明する。
上記橋桁の構築に用いられる鋼部材１３は、圧延によって形成された型鋼で、一般にＨ型鋼又はＩ型鋼と称されるものを加工して形成されたものである。その製作は、工場又は現場付近に設けられた製作ヤードで行うのが望ましく、次のような工程によって行うことができる。

最初の工程において、図５（ａ）に示すように、圧延によって断面がＩ型又はＨ型に形成された型鋼３０のウェブ部分３１に、切断線３４をマーキングする。この切断線は、２つの対向するフランジの一方３３との接合部付近から反対側のフランジ３２との接合部付近に向けて軸線と斜め方向に切断するように設定する。そして、反対側のフランジ３２との接合部付近を軸線方向に所定長を切断した後、再び反対側のフランジ３３との接合部付近に向けて斜め方向に切断する。その後、フランジ３３との接合部付近を軸線方向に切断し、再び反対側のフランジ３２に向けて斜め方向に切断するものとし、これを繰り返すものである。このとき軸線に沿って切断する長さ及び斜め方向の切断線の角度は、全て同じに設定する。

このように設定された切断線のマーキングに沿ってウェブ部分を切断すると、図５（ｂ）に示すように二つのフランジ３２，３３が分離され、これらのフランジ３２，３３から同じ寸法の台形状のウェブ板３１’が同じ間隔で突き出したものが形成される。切断は、機械的に切断するものであっても良いし、ガス溶断でもよい。このようにして切断された二つの部材の位置を移動し、接合部付近から台形状に交互に突き出したウェブ板３１’の頂部が互いに突き合わされるように配置する。そして、双方のフランジから突き出した台形状のウェブ板３１’の頂部を互いに突きあわせ、これらを接合する。接合は溶接するのが望ましいが、添設板を用いて高力ボルトで接合するものであってもよい。

上記のように一旦二つに分割された型鋼を再度接合することにより，上下二つのフランジ２２，２３と、軸線方向に分割され、間隔を空けた位置で上下のフランジに接合された鋼ウェブ２１とを有する桁状の鋼部材１３が形成される。

上記鋼部材１３の上フランジ２２の上面、下フランジ２３の下面及び鋼ウェブ２１の側面には複数のスタッドジベル２４、２５を溶接によって植設した後、図６（ａ）に示すようにこの鋼部材１３を横に倒した状態で支持する。そして、鋼ウェブ２１の側面と密着するとともに、この鋼ウェブ２１に植設されたスタッドジベル２５を埋め込むようにコンクリートを打設し、柱状のコンクリート部材２７を形成する。

次に、下側のフランジに密接するようにコンクリートの下床版１２の一部となる部材１２ａを形成する。この工程は、図６（ｂ）に示すように鋼部材１３の上下を逆にして支持し、型枠４１を設けてコンクリートを打設する。このとき、コンクリート部材１２ａからは側方に複数の鉄筋４２が突出するように配置しておく。

コンクリートが硬化した後、上記鋼部材１３を橋桁の架設現場に搬入し、図７に示すように所定の位置に支持する。設置する橋台１上には積層ゴム等からなる支承３を設けておき、この上に載置する。鋼部材１３の据え付けは、製作した工場又は製作ヤード等からトレーラー等で現場に搬入し、大型クレーン車により吊り上げ、所定の位置に架設する。スパンが２０ｍ程度の小規模な橋桁の場合は、運搬及び吊り上げて所定の位置に架設することが可能な限り、支間で連続した桁として製作し、分割製作されたものを接合することは行わない。

工場等で製作された鋼部材１３が架設現場の所定の位置に設置されると、図７に示すように下床版のコンクリートを打設するための型枠を設け、コンクリートを打設して下床版１２を形成する。このとき、予め鋼部材１３と一体に形成されたコンクリート部材１２ａから突き出した鉄筋４２を埋め込むようにコンクリートを打設して、下床版１２を強固に一体とする。その後、図８に示すように上床版を形成するための型枠４４を設け、上フランジ２２に植設されたスタッドジベル２４を埋め込むようにコンクリートを打設し、鋼部材１３と一体となる上床版１１を形成する。その後、必要なプレストレスを導入して橋桁を所定の位置で構築する工程を終了する。

なお、上記実施形態では鋼部材１３の下側には、コンクリートの下床版１２が接合されているが、複数の鋼部材１３についてそれぞれ独立したコンクリートフランジを接合するものであってもよい。また、規模の小さい橋桁では、鋼部材の下フランジ２３で引張力に抵抗するものとして、コンクリートフランジを省略するものであってもよい。

本願発明の一実施形態である橋桁の側面図及び断面図である。 図１に示す橋桁の下方からの斜視図である。 図１に示す橋桁の橋台で支持される部分を示す側面図である。 図１に示す橋桁で用いられる鋼部材の概略斜視図である。 図４に示す鋼部材の製作方法を示す概略図である。 図１に示す橋桁の構築方法を示す概略図である。 図１に示す橋桁の構築方法を示す概略図である。 図１に示す橋桁の構築方法を示す概略図である。

符号の説明

１：橋台、 2：橋桁、 ３：支承、 １１：上床版、 １２：下床版、 １３：鋼部材、 ２１：鋼ウェブ、 ２２：上フランジ、 ２３：下フランジ、 ２４，２５：スタットジベル、 ２７：コンクリー一ト部材、
３０：型鋼、 ３１：型鋼のウェブ部分、 ３２，３３：形鋼のフランジ、 ３４：切断線、
４１：型枠、 ４２：鉄筋、 ４３，４４：型枠、

Claims (3)

1. 圧延によって断面がＩ型又はＨ型に形成された型鋼のウェブ部分を、２つの対向するフランジとの接合部付近から台形状のウェブ板が交互に突き出すように切断する工程と、
   切断分離された前記フランジの双方から突き出した前記台形状のウェブ板の頂部を互いに接合する工程と、
   対向する前記フランジを上下に配置し、上側のフランジと密接するようにコンクリートの上床版を形成する工程とを含むことを特徴とする橋桁の構築方法。
2. 前記形鋼の下側のフランジと密接するようにコンクリートフランジを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の橋桁の構築方法。
3. 前記型鋼の下側のフランジと密接するようにコンクリートの下床版を形成する工程を含み、 コンクリートからなる前記上床版及び下床版と、これらを連結する複数の鋼ウェブとで、断面形状を箱型とすることを特徴とする請求項１に記載の橋桁の構築方法。
   
   
   
   

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