JP2008025196A - 斜張橋 - Google Patents

Abstract

【課題】工費削減と耐風性能向上とを両立できる斜張橋を提供すること。
【解決手段】この発明にかかる斜張橋の床版３は、端部にケーブル５が連結される横桁８上に接合される。横桁８は、主桁９の上方で主桁９と段差を有して接合される。ケーブル５は、その終端部７が、鋼板で構成される定着部６を挟んで横桁８に結合される。斜張橋が上記の構成を有すれば、床版３と主桁９の間には、スリット１２が形成されて、風が抜けやすくなり、斜張橋１の耐風性能が向上する。また、ケーブル５からの橋軸方向荷重が、横桁８、１４と共に床版３に伝わりやすくなる。一方、ケーブル５からの曲げモーメントには、主桁９が対抗するようになる。したがって、主桁９は主に曲げモーメントに対抗できる断面積を有すればよく、橋軸方向荷重と曲げモーメントとの複合荷重への対抗力を主桁が有さねばならない場合に比べて、当該断面積が小さくて済み、経済的となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、斜張橋に関するものであり、床版の支持部材である横桁と主桁とにかかる力やモーメントを分離しやすい構造を有する斜張橋に関する。

海峡横断橋などの長大橋は、工事費が５〜１０百億円／ｋｍと高額であり、国や地方自治体の昨今の財政状況に鑑みれば、事業化は難しくなってきている。また、長大橋は風による揺れ・振動が設計の支配要因であり、耐風安定性確保のために一定量の鋼材が必要であり、鋼材費用を削減するのは困難であった。

そこで、工費削減対策、特に鋼材費削減対策の新たな試みとして、床版の縁部に２主鈑桁（橋支間が長い場合は２箱桁）を設けるエッジガーダー斜張橋や、断面を小さくでき軽量化が図れるコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）斜張橋が検討されるようになった。また、耐風安定性の向上に関しては、床版部分に網状鋼材であるグレーチングを設けたり、整流版設置等の対策が試みられていた（例えば、特許文献１）。

特開２００６−７７４７４号公報

しかしながら、工費削減と耐風安定性を両立させる構造は未だ提案されていない。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、主構造の軸力と曲げモーメントの分担を調整し設計可能な合理的な構造を提供することで、工費削減および耐風安定性を両立可能な斜張橋を実現させることを目的とする。

上述の目的を達成するために、この発明による斜張橋は、床版を横桁と主桁とで支持する斜張橋において、前記床板は、ケーブルが連結される横桁上に接合され、前記横桁は、前記主桁の上方で当該主桁と段差を有して接合され、前記床版と前記主桁との間に隙間が形成されるようにしたものである。

一般の斜張橋において、床版は、下方に設けられる横桁と主桁との双方に接合される。この発明では、床板が、ケーブルが連結される横桁上に接合される。床版は、主桁に直接接合されない。そして、床版に接合されて床版を支持する横桁が、その下方の主桁に接合される。つまり、横桁と主桁の接合態様は、同一平面上での接合ではなく、横桁が、その下方の主桁（横桁は主桁の上方）と段差を有して接合される。

斜張橋がこの構成を有すれば、床版と主桁の間には、スリットが形成されて、風が抜けやすくなる。この構造によって、風への抵抗が減ると共に、整流効果が発生し、渦も出来にくくなり、斜張橋の耐風性能が向上する。これにより、耐風性能向上のための鋼材（主桁、横桁）量を節約することができる。

また、斜張橋を上記構造にすれば、ケーブルからの橋軸方向荷重が、横桁と共に床版に伝わりやすくなり、一方、ケーブルからの曲げモーメントには、主桁が対抗するようになる。したがって、主桁は主に曲げモーメントに対抗できる断面積を有すればよく、橋軸方向荷重と曲げモーメントとの複合荷重への対抗力を有さねばならない場合に比べて、当該断面積が小さくて済む。これにより、重量減少による鋼材のコスト、延いては工費を削減することができる。

つぎの発明による斜張橋は、前記斜張橋において、前記床版と前記主桁との間であって、前記横桁と前記床版との接合部から、当該主桁上部の間には、橋軸方向補剛材が設けられるようにしたものである。

この発明では、床版が横桁に直接支持される。このため、ケーブルから伝わる橋軸方向荷重は、まず橋軸に直角方向に長い横桁に伝わる。このとき、橋軸方向荷重によって横軸がたわみすぎないように、橋軸方向補剛材が設けられる。橋軸方向補剛材は、横桁のフランジ部にリブを設けるものでもよいし、橋軸方向で横桁の幅以上に鋼板を接合するものでもよい。

つぎの発明による斜張橋は、前記斜張橋において、前記橋軸方向補剛材は、波形鋼板であるようにしたものである。

波形鋼板はアコーディオン効果を生ずる。すなわち、橋軸方向の剛性が小さく、波形断面に直角となる方向には高い剛性を有する。橋軸方向荷重は、この小剛性の方向にかかるので、横桁が適度にたわみ、床版に橋軸方向荷重が伝わりやすくなる。これによって、橋軸方向荷重は床版に、曲げモーメントは主桁に、と分担させやすくなる。

つぎの発明による斜張橋は、前記斜張橋において、前記主桁は、波形鋼板で構成されるようにしたものである。

波形鋼板の剛性がその方向によって異なる点は上記の通りである。この発明では、主桁に波形鋼板を採用する。主桁には、主に曲げモーメントを負担させたいが、横桁と主桁が一部組み合わさった態様であれば、橋軸方向荷重の伝達を完全に回避することはできない。その場合に主桁が波形鋼板であれば、主桁に伝達される軸方向荷重が、波形鋼板の橋軸方向の縮みによって逃がされるようになるので、主桁の断面積を大きくせずに済む。

つぎの発明による斜張橋は、前記斜張橋において、前記横桁は、前記主桁と棒状部材で貫通結合され、当該棒状部材は、橋軸方向に遊びを有するようにしたものである。

横桁は、主桁とピンやボルトのような棒状部材で貫通結合されるが、棒状部材は、橋軸方向に遊びがあるので、橋軸方向にすべりやすくなる。これにより、横桁を介して主桁に伝達される軸方向荷重が、当該遊びによって逃がされるようになるので、主桁へ橋軸方向荷重が伝わりにくくなる。したがって、主桁の断面積を大きくせずに済む。

つぎの発明による斜張橋は、前記斜張橋において、前記横桁は、前記主桁と支承で結合されるようにしたものである。

横桁と主桁との間にゴム等の支承が介在すれば、主桁が橋軸方向にわずかに遊び（自由度）を有するようになる。これにより、横桁を介して主桁に伝達される軸方向荷重が、当該遊びによって逃がされるようになるので、主桁へ橋軸方向荷重が伝わりにくくなる。したがって、この場合も主桁の断面積を大きくせずに済む。

以上説明したように、この発明に係る斜張橋によれば、建設工費、特に鋼材費の削減と、および耐風安定性の向上とを両立することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１−１は、斜張橋全体を示す正面図、図１−２は、斜張橋の主塔を示す正面図である。斜張橋１は、主塔２からのケーブル５が床版３に対して斜めに張設される橋である。

図２は、この発明の実施例に係る桁構造を示す断面図である。同図は、斜張橋の橋軸方向の断面を示している。この発明にかかる桁構造は、床版３と横桁８と主桁９とを有する。床版３は、端部にケーブル５が連結される横桁８上に接合される。横桁８は、主桁９の上方で主桁９と段差を有して接合される。ケーブル５は、その終端部７が、複数の鋼板で構成される定着部６を挟んで横桁８に結合される。図示したように、横桁８の座屈を防止する機能を強化するためには、床版３の一部１０を横桁８に被覆させるのが好ましい。なお、同図では、床版３が、コンクリートで構成されているが、これに限らず、鋼材とコンクリートとの合成床版、鋼床版でもよい。

図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。同図は、斜張橋の橋軸に対して直角方向の断面を示している。車両１１または鉄道車両が往来する床版３の下方で、かつ横桁がない場所では、主桁９との間にスリット（空間）１２が形成される。これは、床版３が横桁に支持され、その横桁が段差を有して主桁に支持される構造だからである。

図４は、図２のケーブル定着部の断面を示す断面図である。図３と比較すると分かるように、床版３より上はケーブル定着部でも図３の一般部と同様であるが、横桁１４にケーブル５の終端部７が結合され、当該横桁１４と段違いに主桁９が設けられる。なお、ケーブルが結合される部分の横桁１４と主桁９との境界１３は、互いに接合されることなく、ケーブル５からの荷重が直接主桁に伝わらないようにしておく。

図５は、図２の中間横桁部の断面を示す断面図である。これも図３と比較すると分かるように、床版３より上は、中間横桁部でも図３の一般部と同様であるが、横桁１４があるために、この部分にスリットは形成されない。横桁１４は、主桁９の上方で主桁９と段差を有して接合される。

一般の斜張橋において、床版３は、下方に設けられる横桁８、１４と主桁９との双方に接合される。それと異なり、この発明では、上述したように、横桁８、１４と主桁９とが同一平面上で組まれない。斜張橋が上記の構成を有すれば、床版３と主桁９の間には、スリット１２が形成されて、風が抜けやすくなる。この構造によって、風への抵抗が減ると共に、整流効果が発生し、風が橋を通り抜ける際の渦も発生しにくくなり、斜張橋１の耐風性能が向上する。これにより、耐風性能向上のための鋼材（主桁、横桁）量を節約することができる。

また、ケーブル５からの橋軸方向荷重が、横桁８、１４と共に床版３に伝わりやすくなる。一方、ケーブル５からの曲げモーメントには、主桁９が対抗するようになる。したがって、主桁９は主に曲げモーメントに対抗できる断面積を有すればよく、橋軸方向荷重と曲げモーメントとの複合荷重への対抗力を有さねばならない場合に比べて、当該断面積が小さくて済む。これにより、重量減少による鋼材のコスト、延いては工費を削減することができる。

ここで、斜張橋に係る荷重について説明する。図６−１は、斜張橋全体を示す正面図であり、図６−２は、図６−１に対応させた位置の橋軸方向荷重の大きさを示す説明図であり、図６−３は、図６−１に対応させた位置の曲げモーメントの大きさを示す説明図である。既述したように、斜張橋は、主塔２から張設されるケーブル５に床版３が吊り支えられる構造を有する。

ケーブルは斜めに張設されるので、図７に示すように、ケーブル５から横桁１５を介して床版３にかかる荷重Ｐは、橋軸方向成分Ｐｈと、それに直角な成分Ｐｖに分けて考えることができる。後者の成分Ｐｖは、床版３のせん断荷重となるので、それに対しては、床版の横弾性係数が大きくなるようにコンクリート床版、合成床版、鋼床版を構築する。図６−２に示すように、斜張橋は、ケーブル５ａ、５ｂ、５ｃで主塔２の方向に引っ張られるため、床版３と主桁９等の床組には橋軸方向成分として圧縮力が発生し、その大きさは、主塔２に最も近いケーブル５ｃで引っ張られる部分ａが、ケーブル５ａで引っ張られる部分ｃの圧縮力と、ケーブル５ｂで引っ張られる部分ｂの圧縮力との累積により、最も大きくなる。この圧縮力の違いに対抗するためには、圧縮力の大きい部分の床版厚さを大きくする等の工夫を加えることが好ましい。

一方、図６−３に示した分布が示すように、ケーブル５に斜めに引っ張られることによって生じる床版３への曲げモーメントは、主塔２や橋脚４の位置Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃で大きくなる。図８は、床版にかかる曲げモーメントと床版の負担を示す説明図である。床版３に下に凸となる曲げモーメントＭが加わると、符号２１に示すように、床版３の表面３ａが圧縮荷重Ｓ_3aを受け、裏面３ｂが引張荷重Ｓ_3bを受ける。しかし、これにケーブルからの橋軸方向荷重（圧縮力Ｐ）２２が加わると、合成荷重は、符号２３に示すように、すべて圧縮となる。

以上の橋軸方向荷重および曲げモーメントの分布、および作用を考えると、橋軸方向荷重を積極的に床版に伝えるこの発明にかかる斜張橋は、床版３が、たとえコンクリート床版であっても、圧縮荷重には強いという性質があるので、非常に合理的な構成となる。したがって、主桁は主に曲げモーメントに対抗するためだけの形状、断面積を有すればよく、断面積自体は、小さく設計することができる。これにより、鋼材の重量を軽減でき、コストも軽減される。

図９は、この実施例に係る斜張橋の橋軸方向断面を示す断面図である。当該断面は、基本的に図２と同様であるので、同一構成部材には、同一の符号を付してある。ここでは、床版３と横桁１４の接合部付近をさらに詳細に説明する。床版３と主桁９との間であって、横桁１４と床版３との接合部から、主桁９上部の間には、橋軸方向補剛材２６が設けられる。当該橋軸方向補剛材は、ケーブル５が横桁１４に結合されることによってケーブル５からの引張り荷重が、横桁１４を過剰に変形させることを防止するために設けられる。なお、横桁１４と床版３との接合部は、横桁１４のスタッドを含むようにコンクリートが打設され、接合される。

図１０は、図９のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。同図に示すように、橋軸方向補剛材２６ａは、リブと同様に、横桁１４に直交するように設けられる。この橋軸方向補剛材２６ａの長さは、横桁１４が、主桁に橋軸方向荷重を伝えないように橋軸方向に多少の弾性変形は許容すべきであることと、横桁１４及び橋軸方向補剛材２６ａが、車両荷重などの鉛直荷重を主桁９に伝える機能をも有すること、から横桁１４のフランジと同等の長さ、またはフランジよりも適当に伸ばした長さにしておけばよい。

図１１は、橋軸方向補剛材の変形例を示す断面図である。ここに示す橋軸方向補剛材２６ｂは、波形鋼板を採用したものである。波形鋼板は、長手方向（図の左右）にいわゆるアコーディオン効果が生じ、直線状の場合に比べて、橋軸方向に弾性変形しやすい。したがって、直線状である場合に比べて、横桁１４が弾性変形しやすくなる。これによって、ケーブルからの力のうち、橋軸方向荷重を床版に、曲げモーメントは主桁９に、伝えやすくなる分力機能をもたせることができる。

図１２は、図９のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。上述したように、この発明は、主桁９が、主に曲げモーメントを負担する構成で、効果が生じる。そのため、それ以外の橋軸方向荷重は、できるだけ負担しない構造にしておくのが好ましい。また、鋼材はコンクリートに比べれば、圧縮力に対して座屈しやすい。そこで、この発明では、主桁９に波形鋼板を採用する。同図に示すように、波形鋼板である主桁９にかかる橋軸方向荷重２７、２８は、波形鋼板がアコーディオン効果によって、斜め方向（符号２９、３０）にかかり、当該鋼板は、橋軸方向に縮む。この作用によって、主桁にかかった橋軸方向荷重は、逃がされ、この発明の特徴である「主桁は主に曲げモーメントを負担する」という機能がより円滑に果たされるようになる。

図１３は、主桁にかかる橋軸方向荷重を逃がす構造を示す断面図である。同図は、橋軸方向の断面を示している。ここに示す構造は、横桁１４と主桁９との接合に特徴がある。横桁１４のフランジと主桁９のフランジ部９ｆとは棒状部材、たとえば、ピンやボルト３１で貫通結合される。横桁１４のフランジと主桁のフランジ部９ｆとは直接結合してもよいし、間にゴム板等の緩衝材３２を挟むようにしてもよい。そして、ピンやボルト３１が貫通される穴３３は、橋軸方向に遊びを設けておく。

上記構造とすることにより、横桁１４自体がすべりやすくなる。これによっても、主桁９にかかる橋軸方向荷重が逃げやすくなり、この発明の特徴である「主桁は主に曲げモーメントを負担する」という機能がより円滑に果たされるようになる。このように、横桁と主桁とが必ずしも交差接合せずに、横桁の下に主桁が接合されて、段差を有するように接合されるようにしても、この発明は成立し、段差が大きい程、換言すれば接合面積が小さいほど主桁に伝わる橋軸方向荷重が減るので好ましい。

図１４も、主桁にかかる橋軸方向荷重を逃がす構造を示す断面図である。同図は、図１３と同様、橋軸方向の断面を示している。ここに示す構造は、横桁１４と主桁９（主桁フランジ部９ｆ）との間に支承部３５を有することに特徴がある。横桁１４を通じて支承部３５に橋軸方向荷重が伝わった場合、当該支承部３５が、橋軸方向にせん断変形または、すべる。これにより、橋軸方向荷重を逃がすことができ、主桁９に余計な橋軸方向荷重を負担させなくて済むようになる。なお、支承部３５は、ゴム支承や鋼製支承が用いられ、ボルト３４で横桁１４側、および主桁９側に結合される。

以上のように、本発明にかかる斜張橋は、工費削減と耐風性能向上を指向する斜張橋の構築に有用である。

斜張橋全体を示す正面図である。 主塔を示す正面図である。 この発明の実施例に係る桁構造を示す断面図である。 図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図２のケーブル定着部の断面を示す断面図である。 図２の中間横桁部の断面を示す断面図である。 斜張橋全体を示す正面図である。 図６−１の斜張橋の位置に対応する圧縮力の大きさを示す説明図である。 図６−１の斜張橋の位置に対応する曲げモーメントの大きさを示す説明図である。 ケーブルからの荷重を示す説明図である。 床版にかかる曲げモーメントの影響を示す説明図である。 この実施例に係る斜張橋の橋軸方向断面を示す断面図である。 図９のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 橋軸方向補剛材の変形例を示す断面図である。 図９のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。 主桁にかかる橋軸方向荷重を逃がす構造を示す断面図である。 主桁にかかる橋軸方向荷重を逃がす構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 斜張橋
２ 主塔
３ 床版
３ａ 表面
３ｂ 裏面
４ 橋脚
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、 ケーブル
６ 定着部
７ 終端部
８、１４、１５ 横桁
９ 主桁
９ｆ フランジ部
１０ 床版の一部
１１ 車両
１２ スリット
１３ 境界
２６、２６ａ、２６ｂ 橋軸方向補剛材
２７ 橋軸方向荷重
３１、３４ ボルト
３２ 緩衝材
３３ 穴
３５ 支承部
Ｍ モーメント
Ｐ 圧縮力
Ｐ 荷重
Ｐｈ 橋軸方向成分
Ｐｖ 垂直成分
Ｓ_3a 圧縮荷重
Ｓ_3b 引張荷重

Claims (6)

1. 床版を横桁と主桁とで支持する斜張橋において、
   前記床板は、ケーブルが連結される横桁上に接合され、前記横桁は、前記主桁の上方で当該主桁と段差を有して接合され、前記床版と前記主桁との間に隙間が形成されることを特徴とする斜張橋。
2. 前記床版と前記主桁との間であって、前記横桁と前記床版との接合部から、当該主桁上部の間には、橋軸方向補剛材が設けられることを特徴とする請求項１に記載の斜張橋。
3. 前記橋軸方向補剛材は、波形鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の斜張橋。
4. 前記主桁は、波形鋼板で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の斜張橋。
5. 前記横桁は、前記主桁と棒状部材で結合され、当該棒状部材は、橋軸方向に遊びを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の斜張橋。
6. 前記横桁は、前記主桁と支承で結合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の斜張橋。

Images