JP2007169950A - 橋梁用伸縮体とそれを用いた橋梁伸縮構造 - Google Patents

Abstract

【課題】橋梁の伸縮に伴って伸縮し易い橋梁用伸縮体の提供。
【解決手段】高じん性セメント複合体を主材料としたセメントモルタル系のプレキャスト基盤２に多数本のμ単位の微細幅のひび３を予め導入して、橋梁の伸縮に追随可能な橋梁用伸縮体１とした。基盤２の伸縮方向に導入されるひび３の数を橋梁用伸縮体１の収縮量、膨張量を吸収できる数にした。基盤２をモルタル、コンクリート等に比して小さなヤング係数をもつものとした。前記橋梁用伸縮体１を床版間もしくは床版と橋台間に配置し、モルタル、コンクリート等の後打ち材により連結した。配置された橋梁用伸縮体１の底面とその下の後打ち材との間に付着低減材を設けた。
【選択図】 図１

Description

本願発明は新設もしくは既設の橋梁・高架道路（以下まとめて「橋梁」という。）に使用できる橋梁用伸縮体とそれを床版間もしくは床版と橋台間に配置した橋梁伸縮構造に関するものである。

橋梁の伸縮装置は冬期には橋梁が収縮するために伸びる必要があり、夏期には橋梁が伸張するため縮む必要がある。また、走行する車両の荷重を支持する必要もある。橋梁用の伸縮装置に関する従来製品は伸縮性のあるゴム製品や伸縮可能な鋼構造を主部材とするものが主流であり、一部において埋設ジョイント、高じん性セメント複合材を用いた伸縮装置もある。

従来の伸縮装置は次のような課題があった。
１．ゴムを主成分とする伸縮装置は剛性が低いことから、鋼材を主部材とする伸縮装置は舗装面との材質の差から車両走行によって段差が生じ易く、経年劣化により車両走行時に騒音や振動の発生が社会的な問題となることがある。また、耐久性に劣るため製品寿命が短く、頻繁に取替え作業をしなればならず、維持、改修費がかさむ。
２．ゴムを主成分とする伸縮装置、鋼材を主部材とする伸縮装置は構造が複雑であるため価格が比較的高価であり、維持補修が難しい。
３．従来の埋設ジョイントは前記１、２の課題を解決できるが、構造が複雑であるため損傷し易い。
４．高じん性セメント複合材を用いた従来の伸縮装置は、現場でそれら複合材の練り混ぜを行っているため品質が安定しにくいとか、練り混ぜたセメントモルタルの強度発現に時間がかかるといった課題がある。さらに、伸縮性に乏しいため気温が高くなって橋梁が伸びても縮まず、過大な圧縮力が作用して伸縮装置やその周りの床版にとって望ましくない環境になる。

本願発明の橋梁用伸縮体は、請求項１記載のように、既設又は新設橋梁の床版間もしくは床版と橋台間に配置されて床版もしくは橋台に連結され、橋梁の伸縮に伴って伸縮する橋梁用伸縮体である。その橋梁用伸縮体は高じん性セメント複合体を主材料としたセメントモルタル系のプレキャスト製基盤に多数本の微細幅のひびを意図的に導入し、ひびが基盤の伸縮方向に横並び状態に導入され、基盤の伸縮方向に導入するひびの数を、橋梁の伸縮を吸収できる数とした。床版やモルタル、コンクリート、高じん性セメント複合体を使用したセメントモルタル、樹脂等の後打ち材に比して小さなヤング係数を持つ請求項２記載のように、前記基盤にその伸縮方向に突出するアンカーを設けて、基盤をアンカーにより床版に確実に連結できるようにした。

本願発明の橋梁伸縮構造は、請求項３記載のように、既設又は新設橋梁の床版間もしくは床版と橋台間に橋梁用伸縮体が配置され、その橋梁用伸縮体が床版もしくは橋台に連結されて、橋梁用伸縮体が橋梁の伸縮に伴って伸縮する橋梁伸縮構造である。この橋梁伸縮構造では前記ひびが導入された橋梁用伸縮体を床版間もしくは床版と橋台間に配置し、その橋梁用伸縮体をモルタル、コンクリート、高じん性セメント複合体を使用したセメントモルタル、樹脂等の後打ち材により床版もしくは橋台に連結して、床版や後打ち材に比して小さなヤング係数を持つ前記橋梁用伸縮体が橋梁の伸縮に伴って伸縮するようにした。この場合、請求項４記載のように、床版間もしくは床版と橋台間に配置された橋梁用伸縮体の基盤底面とその下の後打ち材との間に、橋梁用伸縮体の基盤と後打ち材との付着を低減する付着低減材を設けて、橋梁用伸縮体の基盤が橋梁の伸縮に伴って伸縮し易くなるようにした。

本願発明の橋梁用伸縮体は次のような効果がある。
１．基盤が、高じん性セメント複合体を主材料としたセメントモルタル系製品であるため、一般の路面用床版に用いられるコンクリート系の床版と同様、車両の荷重を支持することも問題なく、隣接する床版もしくは橋台と段差が無いことから騒音や振動の問題もなく、また部分的な補修や取り壊しも容易に行うことができ、簡単に取替えが出来、品質管理もし易く、急速施工へも対応できる。
２．工場で予め基盤に意図的にひびを導入しておくことで、気温の変化に伴って生ずる橋梁の伸縮に追随して伸縮できる。
３．基盤の伸縮方向に導入されるひびの数を、橋梁の伸縮を吸収できる数としたので、実際に発生する橋梁の伸縮が確実に吸収され、基盤に無理な圧縮力や引張り力が加わらず、基盤の耐久性が向上し、頻繁に交換する必要もない。
４．プレキャスト製品であるため品質管理し易く、現場施工に比して品質が安定する。また、現場へ搬送して直ちに施工できるため急速施工の要望に対応できる。更には、工場で連続体構造として生産しておき、現場の要求に応じて所望長に切断して使用できるため状況の異なる各種現場に対応できる。又、部分補修にも高じん性セメント複合体を用いて対応できる。
５．構造がシンプルであるため価格も安価である。
６．基盤にその伸縮方向に突出するアンカーがあるため、アンカーを介して基盤を床版もしくは橋台に確実に連結できる。
７．基盤が高じん性セメント複合体を主材料としたセメントモルタル系製品であり、しかも、多数本の微細幅のひびが基盤の伸縮方向に横並び状態に導入されているので、床版やモルタル、コンクリート等の後打ち材に比して小さなヤング係数を持ち、橋梁の伸縮に追随して伸縮し易いものとなる。
８．基盤圧縮時には、許容圧縮領域を使用するため、ひびの導入を少なくできる。

本願発明の橋梁伸縮構造は次のような効果がある。
１．床版間もしくは床版と橋台間に配置される橋梁用伸縮体の基盤に予め意図的にひびが導入されており、しかも、基盤の伸縮方向に導入したひびの数が、橋梁の伸縮を吸収できる数であるため、気温の変化に伴って生ずる橋梁の伸縮が確実に吸収される。
２．プレキャストされた橋梁用伸縮体を床版もしくは橋台に設置してその外側に後打ち材を充填するだけで新設床版又は既存床版間もしくは床版と橋台間に施工できるため、新規設置工事や取替え工事を迅速容易に行うことができ、工費の低減も見込める。
３．橋梁用伸縮体が高じん性セメント複合体を主材料としたセメントモルタル系であるため、橋梁のコンクリート床版と一体となり易く、連続性があり、段差が生じないので段差に起因する騒音や振動が発生せず、耐久性が向上し、頻繁な交換が不用になる。
４．橋梁用伸縮体をその側面に突設したアンカーを介して後打ち材により床版もしくは橋台に連結したので、床版もしくは橋台への橋梁用伸縮体の連結が確実になり、段差やがたつきが発生しにくくなる。
５．床版間もしくは床版と橋台間に配置された橋梁用伸縮体の基盤底面とその下の後打ち材との間に、後打ち材との付着を低減するための付着低減材を設けたので、橋梁の伸縮時に橋梁用伸縮体のひびによる伸縮性を阻害することなく、橋梁の伸縮を十分に吸収できる。
６．橋梁用伸縮体が床版や、モルタル、コンクリート等の後打ち材に比して小さなヤング係数を持っているため、橋梁の伸縮に追随して伸縮可能である。

（橋梁用伸縮体の実施形態１）
図１の橋梁用伸縮体１は高じん性セメント複合体を主材料としたセメントモルタル系のプレキャスト製であり、工場で連続体として製造され、決められた設計長に調整して出荷できるようにしてある。図１の橋梁用伸縮体１の基盤２は橋軸方向の長さＬ＝１ｍ程度、橋幅方向の幅Ｗ＝１０ｍ程度（橋幅と同じ）の横長にしてある。基盤２には図１、図２のように多数本の微細幅のひび３が意図的に導入されている。ひび３は基盤２の橋幅方向（図１のＷ方向）に細長であり、基盤２の橋軸方向（伸縮方向：図１のＬ方向）に横並び状態に多数本導入されて基盤全体にほぼ均等に分散している。基盤２にはアンカー４が取り付けられている。

前記高じん性セメント複合体は、引張応力作用下で、ひび割れ発生後も応力の低下がなく、見かけのひずみ増加に伴って応力が増加するひずみ硬化特性と、無数の微細幅（５０μｍ程度）のひび３が分散するマルチプルクッラク特性の２つの特性を備えた材料である。この材料はセメントと水の結合体に直径数十〜数百μｍのポリエチレン繊維、ビニロン繊維、鋼繊維が体積比で１〜２％程度混入されていて、セメントモルタルの弱点であった引張抵抗性の改善が図られ、数％の引張ひずみまでの耐荷性能を備えたものである。

前記アンカー４は図３（ａ）、（ｂ）のように床版５間へ設置された橋梁用伸縮体１の基盤２を床版５へ強固に連結（接合）するためのものである。アンカー４には表面にエポキシ樹脂塗装（防錆剤）を施した鉄筋が使用されている。アンカー４は基盤２の伸縮方向に配置され、一端が伸縮体１に内蔵されて他端側が基盤２の伸縮方向両側面より外側に突出している。図４（ａ）のアンカー４は基盤２の上下に平行に配置されており、上のアンカー４は基盤２内をその伸縮方向に貫通した一本ものであり、下のアンカー４は基盤２内を貫通しない左右別々のものである。上下のアンカー４は図４（ｂ）のように共に基盤２内をその伸縮方向に貫通する一本ものとすることもできるが、基盤２の伸縮機能を阻害しないように適切に配置する必要があるため、図４（ｃ）のように上下のアンカー４を左右別々の鉄筋とすることもできる。アンカー４が鉄筋の場合はその本数は１本でもよく、３本以上とすることもできる。アンカー４は基盤２の上下に平行に配置するのではなく、上下の位置を基盤２の橋幅方向（図１のＷ方向）にずらして配置することもできる。アンカー４にはＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）、炭素繊維、ボルト等、任意のものを使用することができる。

橋梁用伸縮体１の基盤２への微細幅（５０μｍ程度）のひび３の導入は、工場で基盤２に引張応力を導入して（加えて）行う。ひび３の長さや幅は多少のバラツキがあるがほぼ同じである。基盤２には伸縮装置としての使用時に橋梁の温度変化に伴って生ずる縮み（図５の収縮量）と伸び（図５の膨張量）を吸収できる伸縮量が必要である。その必要伸縮量は基盤２の伸縮方向（図１のＬ方向）に導入されるひび３の数で対処する。基盤２の伸縮方向に導入される全てのひび３のトータル伸縮量が設計伸縮量とあうようにする。基盤２が伸びる場合はひび３の数が増え、収縮する場合はひびの数が減る（ひびの幅が縮小する）ようにする。前記収縮量を吸収するためにはひび３の数を多くして収縮量を吸収できる分だけ基盤２を長くしておき、収縮時にひび３が減少して（縮んで）収縮を吸収できるようにする。このように予め長く設計してある基盤２は、膨張時には許容圧縮領域を利用できる上、ひび３の数が増加して膨張に追随できる。この場合、ひび３の数は図５の目標ひずみ導入量とするのが望ましい。最終的な調整として規準温度時と伸縮装置としての使用時の気温差を考慮して基盤２の橋軸方向の長さを決める。

前記のように、基盤２が高じん性セメント複合体を主材料としたセメントモルタル系製品であり、しかも、多数本の微細幅のひび３が基盤２の伸縮方向に横並び状態に導入された本願発明の橋梁用伸縮体は、床版やモルタル、コンクリート等の後打ち材に比して小さなヤング係数を持ったものとなる。

（橋梁用伸縮体の製造方法）
本願発明の橋梁用伸縮体１は図６のようにして製造する。この製造方法はアンカー４に鉄筋を使用する方法である。この製造方法を以下に説明する。
（１）上方開口の箱型の型枠６内に鉄筋４を上下２段に配置し、それを型枠６の長手方向数箇所に配置する。
（２）型枠６内の幅方向両外側寄りに、例えばφ２０ｍｍ程度の紙製、樹脂製もしくは鋼製等のパイプ７を配置する。
（３）型枠６内に高じん性セメント複合材を主材料としたセメントモルタルを流し込む。
（４）前記セメントモルタルの養生後、脱型して橋梁用伸縮体１を取り出す。セメントモルタルの半硬化時又は完全硬化後に前記パイプ７を抜き取って抜き跡を貫通孔７ａ（図１０ａ、ｂ）とする。

（橋梁用伸縮体の基盤へのひび導入方法）
橋梁用伸縮体１の基盤２にひび３を導入する方法は各種考えられる。その一例を図７、図８に基づいて説明する。
（１）図７のように、基盤２の底面の伸縮方向両端寄りを２本の角棒状の支持具８で支持し、基盤２の上面であって幅方向中間部（２つの支持具８の中間部上面）にプレス機のヘッド９を宛がい、そのヘッド９をプレス機で下方に加圧して基盤２の中央部を下方に湾曲させて、基盤２に図１、図２のように微細幅のひび割れ２を多数本導入する。
（２）次に、図８のように、基盤２の上面の幅方向両端寄りを２本の角棒状の支持具８で支持し、基盤２の底面であって幅方向中間部（２つの支持具８の中間部底面）にヘッド９を宛がい、その下からプレス機で上方に加圧して基盤２の中央部を図７と反対側に湾曲させて、基盤２に図１、図２のように微細幅のひび割れ２を多数本導入する。この場合、基盤２を裏面側から上方に加圧するのではなく、基盤２を裏返しにして裏面を上にし、その状態で図７と同様に上から加圧してひび３を導入することもできる。

（橋梁用伸縮体の基盤の長さ調節）
前記のようにひび３を導入した基盤２は長さ調節する。この長さ調節方法も各種考えられるが、Ｌ型鋼、Ｈ型鋼を使用する場合について図９、図１０を参照して説明する。
（１）図１０（ａ）、（ｂ）のように橋梁用伸縮体１の基盤２の上面と底面の夫々に２本のＬ型鋼１０を平行にセットし、ボルト１１を上のＬ型鋼１０の貫通孔７ａから基盤２の貫通孔７ａに差込み、更に下のＬ型鋼１０の貫通孔７ａを貫通し、そのボルト１１にナット１２を螺合して上下のＬ型鋼１０を基盤２に固定する。なお、Ｌ型鋼１０の側面には施工前に補強リブ１０ａが溶接等の手段で取り付けてある。
（２）図１０（ａ）、（ｂ）のように基盤２の上面と下面の２本のＬ型鋼１０の内側に２本のＨ型鋼１３を配置する。
（３）図９のように基盤２の上の２本のＨ型鋼１３の間の３箇所と、基盤２の下の２本のＨ型鋼１３の間の３箇所に油圧ジャッキ１４を配置する。上下６個の油圧ジャッキ１４は油圧が均等となるように連動させてある。
（４）図９のように油圧ジャッキ１４により上２本のＨ型鋼１３、下２本のＨ型鋼１３を同時に外側に伸ばして基盤２を外側に押す。このとき、基盤２に先に導入されているひび３の幅が基盤２の伸縮方向に広がって基盤２の長さ（図１のＬ）が調節され、所要の設計長になる。

（橋梁用伸縮体の基盤へのひずみ導入量）
橋梁用伸縮体１の基盤２へのひずみ導入量の一例を以下に説明する。この一例は橋梁の支間長３０ｍの場合である。道路橋示方書Ｉにより、設計伸縮量ΔＬは、ΔＬ＝０．７２×３０＝２２ｍｍとなる。支間の伸縮は、支間両端の２つの橋梁用伸縮体１で吸収するため、夫々の橋梁用伸縮体１の伸縮量は、２２／２＝１１ｍｍとなる。ここで、１１ｍｍの伸縮量を、１ｍの長さの本願発明の橋梁用伸縮体１で調整する場合、ひずみεはε＝１１／１０００＝０．０１１となる。つまり、１．１％のひずみの変動が設計値とされる。ここで、図５に示すように余裕量と収縮量を加えたひずみ導入量について、余裕量を０．４％とした場合、１．５％程度のひずみとなる。ここで、圧縮側で０．２％のひずみを負担すると仮定すると、橋梁用伸縮体１の基盤２を１０００×（０．０１５−０．００２）＝１３ｍｍ伸ばすことになる。ひび３の幅を５０μｍとすると、ひび割れの個数は１３／０．０５＝２６０であり、その数のひび３を基盤２の橋軸方向に分散する必要がある。

前記のようにひび３が形成され、長さ調節された橋梁用伸縮体１は、水分の浸透を防止するために基盤２の上面に浸透防止剤を塗布し、その後に製品検査されて出荷可能となる。

（橋梁伸縮構造の実施形態１）
本願発明の橋梁用伸縮体１を設置した橋梁伸縮構造の一例を図１１（ａ）、（ｂ）に示す。図１１（ａ）、（ｂ）は既存の橋梁の伸縮装置を本願発明の橋梁用伸縮体１に交換する施工例である。その施工手順を以下に説明する。
（１）既存の橋梁の交換箇所の伸縮装置とその周りの舗装１５や床版コンクリート５を取り除く。
（２）予め、高さを計測した後、モルタルスペーサーを用いて伸縮体１の設置高さを決定して、床版や後打ち材に比して小さなヤング係数をもつ橋梁用伸縮体１を床版５の間の橋桁１７の上（橋梁の橋軸方向端部では橋台の上）に据付ける。このとき、後打ち材１８と接触する基盤２の底面に付着力の減少を目的として付着低減材（例えば、摩擦の影響を低減するための塗装）１９を塗布しておく。付着低減材１９が塗布されていると、基盤２は床版５の伸縮変動に伴う伸縮が阻害されることなく伸縮し易くなる。また、基盤２の設計長は設置時の気温を考慮した値とする。
（３）前記橋桁１７と床版５と橋梁用伸縮体１の間の空間に超早強繊維補強モルタル、セメントモルタル、コンクリート、樹脂等の後打ち材１８を後打ちする。橋梁用伸縮体１の基盤２が長い場合は分割してその間に高じん性セメント複合体もしくはモルタルを充填して分割伸縮体を結合することもできる。この場合、アンカー４が後打ち材１８に内蔵されるため橋梁用伸縮体１が床版５へ確実に連結される。後打ち材１８の打ち込み状況は基盤２に形成されている貫通孔７ａから確認することができる。貫通孔７ａは後打ち材の充填時の空気抜き用の機能もある。
（４）橋梁用伸縮体１を床版５間に設置するに当たって、橋梁用伸縮体１の高さ調整が必要な場合は、図１１（ｃ）のように、橋梁用伸縮体１の基盤２の下にスペーサー２０を設置することができる。スペーサー２０を設置することにより基盤２の下面に形成される空間にも後打ち材を充填することができる。

本願発明の橋梁用伸縮体の一例を示す斜視図。 本願発明の橋梁用伸縮体の表面ひび割れの様子を示す写真による平面図。 （ａ）は本願発明の橋梁伸縮構造の斜視図、（ｂ）は（ａ）の側面図。 (ａ)〜(ｃ)は本願発明の橋梁用伸縮体の異なる例の説明図。 ひびによる橋梁用伸縮体の設計長の決め方の説明図。 本願発明の橋梁用伸縮体の製造方法の一例を示す説明図。 本願発明の橋梁用伸縮体上面にひびを導入する場合の説明図。 本願発明の橋梁用伸縮体底面にひびを導入する場合の説明図。 本願発明の橋梁用伸縮体の伸縮方向の長さを調節する場合の説明図。 （ａ）は本願発明の橋梁用伸縮体の伸縮方向の長さを調節装置の説明図、（ｂ）は（ａ）の長さ調節装置の組み立て説明図。 （ａ）、（ｂ）は本願発明の橋梁伸縮構造の施工手順の説明図、（ｃ）は本願発明の橋梁伸縮構造の他の施工方法の説明図。

符号の説明

１ 橋梁用伸縮体
２ 基盤
３ ひび
４ アンカー
５ 床版
６ 型枠
７ パイプ
７ａ 貫通孔
８ 支持材
９ ヘッド
１０ Ｌ型鋼
１０ａ 補強リブ
１１ ボルト
１２ ナット
１３ Ｈ型鋼
１４ 油圧用ジャッキ
１５ 舗装
１７ 橋桁
１８ 後打ち材
１９ 付着低減材
２０ スペーサー

Claims (4)

1. 既設又は新設橋梁の床版間もしくは床版と橋台間に配置されて床版もしくは橋台に連結され、橋梁の伸縮に伴って伸縮する橋梁用伸縮体において、橋梁用伸縮体は高じん性セメント複合体を主材料としたセメントモルタル系のプレキャスト製基盤に多数本の微細幅のひびが導入され、ひびが基盤の伸縮方向に横並び状態に導入され、基盤の伸縮方向に導入されるひびの数が、橋梁の伸縮に伴う伸縮を吸収できる数であることを特徴とする橋梁用伸縮体。
2. 請求項１記載の橋梁用伸縮体において、基板にその伸縮方向に突出するアンカーが設けられたことを特徴とする橋梁用伸縮体。
3. 既設又は新設橋梁の床版間もしくは床版と橋台間に橋梁用伸縮体が配置され、その橋梁用伸縮体が床版もしくは橋台に連結されて、橋梁用伸縮体が橋梁の伸縮に伴って伸縮する橋梁伸縮構造において、床版間もしくは床版と橋台間に請求項１又は請求項２記載の橋梁用伸縮体が配置され、橋梁用伸縮体がそれと床版間もしくは床版と橋台間の後打ち材により床版もしくは橋台に連結されて、床版や後打ち材に比して小さなヤング係数を持つ前記橋梁用伸縮体が橋梁の伸縮に伴って伸縮することを特徴とする橋梁伸縮構造。
4. 請求項３記載の橋梁伸縮構造において、床版間もしくは床版と橋台間に配置された橋梁用伸縮体の基盤底面とその下の後打ち材との間に、橋梁用伸縮体の基盤と後打ち材との付着を低減する付着低減材が設けられたことを特徴とする橋梁伸縮構造。
   
   
   

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