JP2007211550A - 覆工板 - Google Patents

Abstract

【課題】重量増加を抑えながら高い強度を確保することができ、ひいては長尺化が可能な覆工板を提供する。
【解決手段】上フランジ１１と下フランジ１２とウェブ１３とを備えた型材１０を複数本並列して連結した覆工板１において、両外側に配置される型材１０，１０の下フランジ１２、１２の長手方向中央部に対して、強化材２０にプレストレスを与えて添接することにより鋼板プレストレス強化を施す。
【選択図】 図１

Description

この発明は、土木建築工事に用いられる覆工板に関する。

土木建築工事に用いられる覆工板は、Ｈ形鋼を並列して溶接し、周面を板状の側板で塞いで構成されたものが一般的である。このような覆工板では、幅１ｍ、長さ２ｍまたは３ｍが事実上の規格サイズとなっている。

このような覆工板は、法令によって総荷重重量２５トンに耐えることが求められている。この強度を確保するため、従来、覆工板の底面に補強材を溶接して取り付ける構成や、補強した側板を用いる構成等が提案されている（下記特許文献１，２等）。
特開平８−４１８０９号公報 実開平７−３４００２号公報

ところで、このような覆工板を長尺化することができれば、覆工板を支持する受桁の長スパン化が可能となり、また敷設領域に対する覆工板の必要枚数の低減化を図ることができることから、土木建築工事における利便性を向上させることが予想される。

しかしながら、従来提案されている構成では、覆工板を長尺化した際の十分な強度を確保することが困難であった。

また十分な強度を確保するために大きな補強材を用いれば、覆工板の重量増加を招き、その運搬や設置に大型重機が必要となって施工性を悪化させてしまうという問題も発生する。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、重量増加を抑えながら高い強度を確保することができ、ひいては長尺化が可能な覆工板を提供することを目的とする。

この発明は、以下の手段によって解決される。

［１］上フランジと下フランジとウェブとを備えた型材を複数本並列して連結した覆工板において、両外側に配置される型材の下フランジの長手方向中央部に対して強化材を添接したことを特徴とする覆工板。

［２］前記強化材にプレストレスを与えて添接する鋼板プレストレス強化を施した前項１に記載の覆工板。

［３］前記強化材を前記下フランジの上面側に添接した前項１または２に記載の覆工板。

［４］前記強化材の長さは、型材の全長の８％〜６１％である前項１〜３のいずれかに記載の覆工板。

［５］前記強化材の厚さは、前記下フランジの厚みの２倍以下である前項１〜４のいずれかに記載の覆工板。

前項［１］の発明によれば、複数本並列して連結された型材のうち、両外側に配置される型材の下フランジの長手方向中央部という、覆工板の各部のうちで最も大きな負荷が作用する部位に強化材を添接したため、強化材による重量増加を抑えながら高い強度を確保することができる。これにより従来と比較して覆工板を長尺化することも可能となる。そして、長尺化した覆工板によれば、覆工板を支持する受桁の長スパン化が可能となり、また敷設領域に対する覆工板の必要枚数の低減化を図ることができ、土木建築工事における利便性を向上させることができる。

前項［２］の発明によれば、両外側に配置される型材の下フランジの長手方向中央部に対し、プレストレスを与えた強化材を添接する鋼板プレストレス強化を施したため、この部分の強度を十分に高め、強化材による重量増加を抑えながら高い強度を確保することができる。

前項［３］の発明によれば、強化材を下フランジの上面側に添接したため、強化材が型材の内側に配置され型材の外側に突出することがなく、覆工板の外形寸法をコンパクトに形成することができる。

前項［４］の発明によれば、強化材の長さを型材の全長の８％〜６１％としたため、強化材による重量増加を抑えながら高い強度を確保することができる。

前項［５］の発明によれば、強化材の厚さを下フランジの厚みの２倍以下としたため、強化材による重量増加を抑えながら高い強度を確保することができる。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる覆工板の縦断面図である。図２は、同覆工板の一部切り欠き平面図である。図３は、同覆工板の正面図である。図４は、同覆工板における強化材の取付部分を示す拡大図である。

これらの図に示すように、この実施形態にかかる覆工板１は、複数本（この例では５本）の型材１０…が並列した状態で連結して構成されている。この型材１０は、上フランジ１１と、下フランジ１２と、ウェブ１３とを備えた断面Ｈ型のいわゆるＨ型鋼から構成されている。また型材１０…の上下フランジ１１，１２の外側面には、長手方向に伸びる複数本のスジ状の凹凸からなる縞部１４が形成されている。

これら複数本の型材１０…は、隣接する型材１０…の上下フランジ１１，１２同士を長手方向の全長に亘って溶接することで連結されている。

こうして連結された複数本の型材１０…の周囲には、鋼板からなる側板４０，４０，５０，５０が溶接されている。また覆工板１を敷設した際の接地部となる長手方向両端の下面側には、ゴムパッド等からなる緩衝材１５，１５が取り付けられている。

この実施形態の覆工板１は、幅１ｍ、長さ４ｍと従来の事実上の規格サイズより長尺に構成されている。このように覆工板１を長尺化すると、その長さ方向の両端で支持された覆工板１上に荷重が作用したとき、各部に作用する曲げ応力が大きくなる。

図５は、この実施形態にかかる覆工板１に荷重をかけた際、各型材に分配される荷重の割合、すなわち荷重分担率を示したグラフである。

このグラフは、各型材１０…は、長さ３９９２ｍｍ、幅１９７ｍｍ、高さ１９６ｍｍ、上下フランジの厚さ８ｍｍ、ウェブの厚さ６ｍｍ、各型材１０を結合する溶接の深さ４ｍｍとし、側板４０，４０，５０，５０は厚さ３ｍｍとして、格子解析を行って求めたものである。

同図において、Ｇ１〜Ｇ５はそれぞれ覆工板１を構成する型材１０を表しており、Ｇ１とＧ５が両外側、Ｇ３が中央、Ｇ２とＧ４はこれらの間に位置する型材１０である。

同図に示すように、中央の型材１０であるＧ３に載荷されたときは、Ｇ１〜Ｇ５の各型材１０に荷重が分散しており、荷重分担率が最大のＧ３でも０．２１２である。これに対し、外側の型材１０であるＧ１に載荷されたときは、Ｇ１に荷重が偏り、荷重分担率は０．３１２となっている。

このことから、このような覆工板１において最も大きな荷重に晒されるのは両外側に配置される型材１０であることが分かる。

そこで、この実施形態においては、両外側に配置される型材１０，１０の下フランジ１２，１２の長手方向中央部に対して板状の強化材２０、２０を添接することによって強化を図っている。

この実施形態では、強化材２０，２０は、下フランジ１２，１２の上面側に添接している。具体的には、両外側に配置される型材１０，１０の下フランジ１２，１２のうち、ウェブ１３，１３より外側部分に添接している。これにより、強化材２０，２０は型材１０…の内側に配置され型材１０の外側に突出することがない。したがって、覆工板１の外形寸法をコンパクトに形成することができる。

またこの実施形態では、強化材２０，２０による強化手法として、強化材２０にプレストレスを与えて添接する鋼板プレストレス強化を採用している。

この鋼板プレストレス強化では、強化材２０，２０を高張力鋼の板材から構成する。そして、この強化材２０，２０の一端部を強化対象部位である下フランジ１２，１２の長手方向中央より片側に寄った位置に結合させてから、強化材２０，２０をたとえばバーナー等で熱膨張させ、他端部を下フランジ１２，１２の長手方向中央を挟んで前記一端側の結合位置の反対側に結合させる。

強化材２０，２０の下フランジ１２，１２への結合手段として、この実施形態では、強化材２０，２０の両側にそれぞれ３本ずつの高力ボルト（ハイテンションボルト）を用いている。このような高力ボルトを用いることにより、下フランジ１２，１２に対して強化材２０，２０の結合箇所がボルト孔の遊び等によってもずれが生じないようになっている。

このように鋼板プレストレス強化を行えば、強化材２０，２０に予め与えられたプレストレスによって、強化対象部位である下フランジ１２，１２の長手方向中央部に圧縮応力が残留し、覆工板１の自重や覆工板１上に作用する荷重による引張り応力が相殺されるため、下フランジ１２，１２を強化することができる。

このような強化材２０，２０の厚みとしては、重量増加を抑える観点から、下フランジ１２，１２の厚みの２倍以下であることが望ましく、さらに１．５倍以下であることがより望ましい。特に下フランジ１２，１２に一体的に添接できる観点から、下フランジ１２，１２と同等以下の厚みであることが望ましい。

図６は、この実施形態にかかる覆工板１の最も外側に配置される型材１０の下フランジ１２において、長手方向各部に作用する引張り応力を示すグラフである。

同図においては、上記において求めた外側の型材１０が荷重分担率０．３１２の場合とともに、荷重分担率を０．４に仮定した場合について、外側の型材１０に法令が求める２５トンの荷重が作用したときの各部の引張り応力を表している。なおこの荷重分担率０．４とは最も安全側に想定した値である。

ここで下フランジ１２，１２の材料特性に基づいて設定される許容応力値を１８５．０Ｎ／ｍｍ²とすると、荷重分担率０．３１２の場合、長手方向中央部の３２０ｍｍ部分に許容応力値を越えた応力が作用している。また、荷重分担率０．４の場合、長手方向中央部の２０４０ｍｍ部分に許容応力値を越えた応力が作用している（値は１０ｍｍ単位に丸め上げており、以下の数値も同様である）。

このような場合、強化材２０による強化を行うべき範囲、すなわち強化材２０の長さは、荷重分担率が０．３１２の場合であっても作用する引張り応力が許容応力値を越える長手方向中央部の３２０ｍｍ以上であり、型材１０の全長（４０００ｍｍ）に対する割合としては、８％（０．０８）以上であることが必要である。

また、このような許容応力値を超える部分に確実に強化を施すためには、当該部分の両側に、それぞれ型材１０の高さ（２００ｍｍ）分の長さ程度を加えた範囲を設定することが望ましい。すなわち、強化材２０の長さは、７２０ｍｍ以上、型材１０の全長に対する割合としては、１８％（０．１８）以上であることが望ましい。

また、強化を行うべき範囲、すなわち強化材２０の長さの上限としては、荷重分担率を最も安全側に０．４と仮定した場合に許容応力値を越える領域に、さらに確実な強化のために型材の高さ分（２００ｍｍ）を加えた範囲の２４４０ｍｍ以下であり、型材１０の全長に対する割合としては６１％（０．６１）以下であることが望ましい。この例では、これ以上の長さの強化材２０，２０は過剰な強化となり、過度の重量増加を招いてしまうためである。

また、強化材２０の長さの上限は、荷重分担率を最も安全側に０．４と仮定した場合に許容応力値を越える２０４０ｍｍ以下、すなわち型材１０の全長に対する割合としては、５１％（０．５１）以下であることがさらに望ましい。

次に、この実施形態にかかる覆工板１の具体例を、側板を補強した比較例と対比して説明する。

この具体例は、上述した強化材２０，２０の長さの考察に基づいて、強化材２０，２０を長さ１２００ｍｍ、幅７５ｍｍ、厚さ６ｍｍの５９０Ｎ級の高張力鋼によって構成した。側板４０，４０，５０，５０は、厚さ３．２ｍｍのＳＳ４００を用いている。この場合、上述したとおり、最も負荷の大きな部位である両外側の型材１０，１０の下フランジ１２，１２の長手方向中央部分を強化して、法令に求められる強度を確保することができ、その重量は８０５．６ｋｇとなった。

これに対し、側板４０，４０，５０，５０を厚くすることによって覆工板の必要な断面性能を求める場合、側板の厚さは規格品寸法では６．０ｍｍが必要であり、この場合重量は８４０．０ｋｇとなった。

このようにこの実施形態にかかる覆工板１では、具体例において検討したように、側板を強化する比較例に対して約４％の重量軽減を図ることができることが分かる。

以上のように、この実施例にかかる覆工板１によると、複数本並列して連結された型材１０…のうち、両外側に配置される型材１０，１０の下フランジ１２，１２の長手方向中央部という、覆工板１の各部のうちで最も大きな負荷が作用する部位に強化材２０，２０を添接したため、強化材２０，２０による重量増加を抑えながら高い強度を確保することができる。

特に強化材２０を覆工板１の全長ではなく、長手方向中央部にのみ配置したため、過剰な強化による重量増加を抑えることができる。

これにより従来と比較して覆工板１を長尺化することが可能となった。そして、長尺化した覆工板１によれば、覆工板を支持する受桁の長スパン化が可能となり、また敷設領域に対する覆工板の必要枚数の低減化を図ることができ、土木建築工事における利便性を向上させることができる。

また、両外側に配置される型材１０，１０の下フランジ１２，１２の長手方向中央部に対する強化手法として、プレストレスを与えた強化材２０，２０を添接する鋼板プレストレス強化を採用したため、当該部分を十分に強化して、強化材２０，２０による重量増加を抑えながら高い強度を確保することができる。

また、強化材２０，２０を下フランジ１２，１２の上面側に添接したため、強化材２０，２０が型材１０，１０の内側に配置され型材１０，１０の外側に突出することがなく、覆工板１の外形寸法をコンパクトに形成することができる。

以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲で適宜変更可能であり、たとえば下記のように構成してもよい。

（１）上記実施形態では、型材１０…をＨ型鋼から構成したが、上フランジ、下フランジおよびウェブを有する型材であれば、例えばコの字型断面の鋼材等から構成してもよい。

（２）上記実施形態では、型材１０…同士を溶接によって結合したが、他の結合方法を採用してもよい。たとえば型材１０…を横断する横桁を配置し、各型材をこの横桁に結合させることにより、この横桁を介して各型材１０…を結合させてもよい。

（３）上記実施形態では、両外側の型材１０，１０の下フランジ１２，１２にのみ強化材２０，２０を添接したが、外側から２番目の型材１０，１０の下フランジ１２，１２や両外側の型材１０の上フランジ１１，１１等にも強化材を添接して強化を施すようにしてもよい。

（４）上記実施形態では、強化材２０，２０の下フランジ１２，１２への結合手段として、強化材２０，２０の両側の３本の高力ボルト３０…を用いたが、溶接等、他の結合手段を採用してもよい。またボルト結合を行う場合であっても、その本数や配置は限定されない。

（５）上記実施形態では、強化材２０，２０として、５９０Ｎ級の高張力鋼を例示したが、これよりさらに強度が高い材料、あるいは強度が低い材料を採用してもよい。

（６）上記実施形態では、両外側の型材１０，１０の下フランジ１２，１２の強化手段として鋼板プレストレス強化を用いたが、強化材を添接する強化方法であれば、他の方法を採用してもよい。

（７）上記実施形態では、覆工板１の全長を従来の事実上の規格サイズより長尺の４ｍに構成したが、覆工板１の全長は、従来と同等としてもよく、この場合には従来品に比べて強度向上や軽量化を図ることができる。

本発明の一実施形態にかかる覆工板の縦断面図である。 本発明の一実施形態にかかる覆工板の一部切り欠き平面図である。 本発明の一実施形態にかかる覆工板の正面図である。 本発明の一実施形態にかかる覆工板における強化材の取付部分を示す拡大図である。 本発明の一実施形態にかかる覆工板を構成する各型材の荷重分担率を示すグラフである。 本発明の一実施形態にかかる覆工板の最も外側に配置される型材の長手方向各部に作用する曲げ引っ張り応力を示すグラフである。

符号の説明

１０ 型材（Ｈ型鋼）
１１ 上フランジ
１２ 下フランジ
１３ ウェブ
２０ 強化材
３０ 高力ボルト
４０ 側板
５０ 側板

Claims (5)

1. 上フランジと下フランジとウェブとを備えた型材を複数本並列して連結した覆工板において、両外側に配置される型材の下フランジの長手方向中央部に対して強化材を添接したことを特徴とする覆工板。
2. 前記強化材にプレストレスを与えて添接する鋼板プレストレス強化を施した請求項１に記載の覆工板。
3. 前記強化材を前記下フランジの上面側に添接した請求項１または２に記載の覆工板。
4. 前記強化材の長さは、型材の全長の８％〜６１％である請求項１〜３のいずれかに記載の覆工板。
5. 前記強化材の厚さは、前記下フランジの厚みの２倍以下である請求項１〜４のいずれかに記載の覆工板。
   

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