JP2008231718A

JP2008231718A - 鋼床版の補強工法

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Publication number: JP2008231718A
Application number: JP2007070440A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takada; 佳彦高田; Hiroaki Sato; 浩明佐藤; Makoto Kawarabayashi; 誠瓦林
Original assignee: NIPPON KYORYO KENSETSU KYOKAI; Hanshin Expressway Co Ltd
Current assignee: NIPPON KYORYO KENSETSU KYOKAI; Hanshin Expressway Co Ltd
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-19
Also published as: JP4945773B2

Abstract

【課題】デッキプレートの底面側に備えた橋軸方向の閉リブと、橋軸直角方向の横リブとで構成した鋼床版における閉リブと横リブの交差部を補強する補強工法を提供する。
【解決手段】デッキプレート１０１と、該デッキプレート１０１の底面側に備えた橋軸方向Ｌの縦リブと、橋軸直角方向Ｗの横リブ２０とで構成した鋼床版１００の補強工法であって、前記縦リブをＵリブ１０で構成するとともに、該Ｕリブ１０と前記横リブ２０との交差部分の前記Ｕリブ１０の底面１０ｂにおけるスカーラップ４２の少なくとも一部を跨いで前記Ｕリブ１０の底面１０ｂと前記横リブ２０とをＬ型アングル５０で連結するスカーラップ閉塞補強工法である。
【選択図】図５

Description

この発明は、例えば、デッキプレートの底面側に備えた橋軸方向の縦リブと、橋軸直角方向の横リブとで構成した鋼床版の補強工法に関する。

軽量で、架設が容易である鋼床版は、施工の容易性もあって、多くの道路橋に採用されている。しかし、道路橋である鋼床版には、自動車車輪荷重が直接載荷されるとともに、その荷重の載荷の繰り返し数が極めて多い。したがって、例えば、縦リブと横リブの交差部のように部材交差部等において局所的に大きな応力が繰り返し発生し、その部分での疲労損傷が生じる可能性が高く、そのような鋼床版の補強工法が提案されている（特許文献１参照）。

上記補強工法は、所定間隔を隔てて橋軸直角方向に複数配置した断面Ｕ型のＵ型鋼材で構成した縦リブの隣接する縦リブとの間に橋軸直角方向の補強リブを溶接やボルトで接続する補強工法である。
しかし、この補強工法はデッキプレートとＵリブとの交差部における亀裂が発生した場合の補強方法であり、鋼床版における縦リブと横リブの交差部を補強するものではなかった。

特開２００６−９７２８３号公報

この発明は、デッキプレートの底面側に備えた橋軸方向の閉リブと、橋軸直角方向の横リブとで構成した鋼床版における閉リブと横リブの交差部を補強する補強工法を提供することを目的とする。

この発明は、デッキプレートと、該デッキプレートの底面側に備えた橋軸方向の縦リブと、橋軸直角方向の横リブとで構成した鋼床版の補強工法であって、前記縦リブを閉リブで構成するとともに、該閉リブと前記横リブとの交差部分の前記閉リブの底面部分におけるスカーラップの少なくとも一部を跨いで前記閉リブの底面と前記横リブとを連結部材で連結する鋼床版の補強工法であることを特徴とする。

前記閉リブは、Ｕリブといわれる断面Ｕ型のＵ型鋼材やトラフリブといわれる断面台形型の台形断面鋼材であることを含む。
前記スカーラップは、橋軸方向に連続する閉リブである縦リブが横リブを貫通する態様で交差する交差部において、縦リブの底面部分において横リブと溶接されていない部分の間隙を示す。
上記構成により、直接載荷される自動車車輪荷重の繰り返しによって発生する部材交差部における局所的に大きな応力による疲労損傷が生じることを防止できる。

この発明の態様として、前記連結部材を、断面Ｌ型のＬ型鋼で構成することができる。
これにより、平面視直交する閉リブと横リブとの交差部において、閉リブの底面と横リブの平面部分との接触面積を容易に確保しながら、両リブをＬ型鋼で連結することができ、施工性が向上する。また、流通量の多いＬ型鋼を連結部材として用いることによって、本補強工法における連結部材の材料費を低減することができる。

また、この発明の態様として、前記Ｌ型鋼を、前記縦リブ及び前記横リブと高力ボルトで接続することができる。
上記高力ボルトは、引張耐力が非常に高いハイテンションボルトであることを含む。

これにより、高力ボルトによって強く締めつけることで、部材間に生じる摩擦力によって強固に接続することができる。また、先端にピンテールと呼ばれる締付け反力を受けて破断する部分を有するトルシア形の高力ボルトを用いた場合、連結トルクを容易に管理して連結することができ、利用者の利便性が向上する。また、閉リブ及び横リブに連結部材を溶接によって接続する場合と比較して、閉リブ、横リブ、並びに連結部材が溶接による熱の影響を受けることを防止できる。

また、Ｌ型鋼を連結部材として用いた場合、閉リブ及び横リブのそれぞれと連結部材との接触面積を確保できるため、部材間に生じる摩擦力を確実に確保でき、施工の信頼性をより向上することができる。

また、この発明の態様として、前記Ｌ型鋼と前記閉リブとを接続する高力ボルトを表面側である片側からの施工によって締結可能な片側施工ボルトで構成することができる。
上記片側施工ボルトは、二部材に備えたボルト孔を連通させ、該ボルト孔に片側面から片側施工ボルトを挿入し、同じ片側面から該ボルトを締め付け回転することで螺挿できるボルトであり、いわゆるワンサイドボルトといわれるボルトであることを含む。

これにより、外部から閉ざされた閉空間である閉リブの内部でのナットの締め付け固定の必要性がなくなり、前記Ｌ型鋼と前記閉リブとの接続施工を容易にすることができる。また、例えば、閉リブの底面等にハンドホールを設置して開リブ内部に手を入れて上記ナットの締め付け固定をする場合と比較して、構造部材である閉リブに強度低下の要因となり得る断面欠損を設けずにＬ型鋼と閉リブとを接続することができる。また、底面に耐力に十分に余裕のある場合であっても、ハンドホールからは目視できない閉リブ内部での施工が不要となり、Ｌ型鋼と閉リブとの接続施工を容易に行うことができる。

この発明により、デッキプレートの底面側に備えた橋軸方向の閉リブと、橋軸直角方向の横リブとで構成した鋼床版における閉リブと横リブの交差部を補強する補強工法を提供することができる。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
本発明の補強工法の対象となる鋼床版１００の一部の底面側からの斜視図を示す図１、横リブ２０の交差貫通孔４０部分の正面図を示す図２、補強前のＵリブ１０と横リブ２０との交差部の拡大正面図を示す図３、補強後の鋼床版１００の前記交差部の底面側からの拡大斜視図を示す図４、補強後のＵリブ１０と横リブ２０との交差部の拡大正面図を示す図５、補強後のＵリブ１０と横リブ２０との交差部の拡大縦断面を示す図６、前記交差部における応力状態についての確認試験結果を説明する説明図を示す図７、並びに前記交差部における応力状態についての解析結果を説明する説明図を示す図８とともに、スカーラップ閉塞補強工法について説明する。

軽量で、架設が容易かつその施工が速いため、道路橋に多数採用されている鋼床版１００は、表面側のデッキプレート１０１と、該デッキプレート１０１の底面側に溶接接続された橋軸方向Ｌの縦リブであるＵリブ１０と、橋軸直角方向Ｗの横リブ２０と、前記横リブ２０の左右両端でＵリブ１０に対して略平行な垂直補剛材１０２とで構成されている。

Ｕリブ１０は、上面開放の断面略逆台形型のＵ型鋼の側面であるウェブ部１０ａの両上端をデッキプレート１０１の底面に隅肉溶接３１によって接続している。なお、本実施例においては、左右の垂直補剛材１０２の間において橋軸直角方向Ｗに等間隔を隔てて、複数のＵリブ１０を配置している。

なお、Ｕリブ１０を縦リブとして用いた鋼床版１００は、バルブリブを用いた鋼床版と比較して溶接量が少なく、コスト削減が図れる。また、Ｕリブ１０自体のねじれ剛性が高く、橋軸方向Ｌへの荷重分配作用が大きいため、隣接するＵリブ同士の間隔である縦リブ支間を長くとれ、鋼重量を軽減できる。

さらに、Ｕリブ１０内部は密閉空間であるため、塗装面積が少なく、維持管理が容易等のメリットが多く存在する。したがって、バルブリブ構造の鋼床版に代わってＵリブ１０を縦リブとして用いた鋼床版１００が多く採用されている。

横リブ２０は、Ｔ型断面のＴ型鋼を上下さかさまに配置して構成し、橋軸方向Ｌに所定間隔を隔て、上端をデッキプレート１０１の底面に隅肉溶接３１によって接続している。なお、隅肉溶接３１は後述する円弧切欠４０ａで廻し溶接となり、横リブ２０の表裏面を連続的に溶接している。

なお、横リブ２０には、図２に示すように、Ｕリブ１０が貫通する交差貫通孔４０を所定箇所に設けている。交差貫通孔４０は、Ｕリブ１０の断面外形よりわずかに大きな略逆台形型であり、底面部分を左右及び下方向に拡張するとともに、両隅角部と両側部上端に円弧状の円弧切欠４０ａを備えた貫通孔である。

図３に示すように、前記Ｕリブ１０と横リブ２０とは、上記交差貫通孔４０を貫通する態様で交差し、その交差貫通孔４０の両側面と、対向するＵリブ１０のウェブ部１０ａとを隅肉溶接３１によって接続している。なお、隅肉溶接３１は円弧切欠４０ａでまわし溶接となり、横リブ２０の表裏面を連続的に溶接している。

このようにして、交差貫通孔４０の両側面と、Ｕリブ１０のウェブ部１０ａとを隅肉溶接３１で接続してＵリブ１０と横リブ２０とを一体化するとともに、隅肉溶接３１によってＵリブ１０と接続されていない交差貫通孔４０のその他の部分及び円弧切欠４０ａをスカーラップ４２として機能させている。

なお、スカーラップ４２は、Ｕリブ１０とデッキプレート１０１の底面との隅肉溶接３１による溶接線と、横リブ２０とデッキプレート１０１の底面との隅肉溶接３１による溶接線との交差を避けるとともに、Ｕリブ１０と横リブ２０との交差部における隅肉溶接３１の溶接品質を確保している。

このような構造で構成した鋼床版１００は、１９８０年以降に建造された自動車橋に多く採用されており、昨今の点検整備において、下側の円弧切欠４０ａのスカーラップ４２であり、Ｕリブ１０のウェブ部１０ａと横リブ２０とを接続した隅肉溶接３１の下端である廻し溶接部３１ａから横リブ２０の母材に向けた幅方向の疲労亀裂６０（図３）が多く確認されている。

これは、Ｕリブ１０のねじれ変形が隅肉溶接３１によって溶接された横リブ２０によって拘束されているため、繰返し数が極めて多く自動車輪荷重が直接載荷される鋼床版１００において、応力変動が大きくなるために発生すると考えられる。また、交通量の増加や重量違反者の存在により、局所的に、さらに大きな応力が繰り返し発生し、疲労損傷に繋がると考えられている。

本発明のスカーラップ閉塞補強工法は、上記スカーラップ４２における疲労亀裂６０の発生を抑制、あるいは疲労亀裂６０の発生した鋼床版１００を補強する工法である。
このスカーラップ閉塞補強工法は、Ｕリブ１０と横リブ２０との交差部において、スカーラップ４２を跨ぐ態様のＬ型アングル５０でＵリブ１０の底面１０ｂと横リブ２０とを連結するものである。

詳述すると、交差部において横リブ２０と溶接されていないＵリブ１０の底面１０ｂの面と、スカーラップ４２を介して対向する底面側の横リブ２０とを、スカーラップ４２を跨ぐ態様且つＵリブ１０の底面１０ｂ及び横リブ２０のそれぞれの面に密接するＬ型アングル５０によって、図６に示すように、橋軸方向Ｌの両側から横リブ２０を挟みこんで連結する工法である。

なお、横リブ２０と各Ｌ型アングル５０とは、トルシア型のハイテンションボルト５１で接続している。トルシア型のハイテンションボルト５１は、ボルト頭部が丸く、先端にピンテールと呼ばれる締付け反力を受けて破断する部分を有した引張耐力が非常に高い高力ボルトであり、ピンテールの破断によって高力ボルトの締め付けトルクを管理することができる。

また、Ｕリブ１０の底面１０ｂと各Ｌ型アングル５０とは、ワンサイドボルト型のハイテンションボルト５２で接続している。ワンサイドボルト型のハイテンションボルト５２は、トルシア型のハイテンションボルト５１と同様に、引張耐力が非常に高い高力ボルトであり、Ｕリブ１０の底面側からの締め付け、すなわち片側からの施工のみで締め付けることのできる高力ボルトである。

詳しくは、ワンサイドボルト型のハイテンションボルト５２は、Ｕリブ１０の底面１０ｂとＬ型アングル５０の両方の部材に備え、連通させたボルト孔に、底面１０ｂの下側から挿入し、底面１０ｂの下側から該ボルトを締め付け回転することで底面１０ｂとＬ型アングル５０とを締結することのできるボルトである。

このように、スカーラップ閉塞補強工法は、Ｕリブ１０の底面１０ｂ及び横リブ２０のそれぞれの面に密接するＬ型アングル５０を、ハイテンションボルト５１，５２によって接続しているため、Ｕリブ１０の底面１０ｂ及び横リブ２０とＬ型アングル５０との間で摩擦力が確実に生ずるため、ハイテンションボルト５１，５２による摩擦接続をより堅固なものとすることができ、施工の信頼性をより向上することができる。

また、Ｕリブ１０の底面１０ｂとＬ型アングル５０との接続をハイテンションボルト５２で行うため、密閉空間であるＵリブ１０内部での施工を必要とせず、Ｕリブ１０の底面側からの締め付け施工だけでＵリブ１０とＬ型アングル５０とを接続できる。

上記構成のスカーラップ閉塞補強工法の補強効果確認のための確認試験及び解析結果について以下において説明する。
この確認試験は、鋼床版１００をモデル化した供試体（図示省略）に対して行った静的載荷試験によってスカーラップ閉塞補強工法による応力低減効果を確認する試験である。
上記供試体は、橋軸方向３．８８ｍ×橋軸直角方向２．８１ｍの平面寸法で形成し、４本のＵリブ１０と３枚の横リブ２０を備えている。なお、添接部に隣接する横リブ２０のスカーラップ４２に疲労亀裂６０の発生が集中している事実に基づいて、この供試体の橋軸方向中央付近に添接部（Ｆ点）を再現している。

１１８ｋＮの載荷荷重を、図７（ｅ）に示すように、上記Ｆ点を中心とした橋軸方向の２ｍの範囲において１１箇所（Ａ点〜Ｋ点）で載荷した状態で発生する応力を測定している。なお、Ｃ点，Ｉ点は、横リブ２０の直上の載荷ポイントである。

応力測定位置は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、橋軸直角方向に併設したＮＯ１とＮＯ２の２本のＵリブ１０のうち右側のＮＯ２Ｕリブ１０の左右両側のウェブ部１０ａの下端であり、隅肉溶接３１によって横リブ２０と接続した隅肉溶接３１の下端部分である廻し溶接部３１ａを着目点とした着目点ａに設置した５連式応力集中ゲージによって、疲労亀裂６０が発生する廻し溶接部３１ａに発生する応力を測定している。

また、応力測定結果は、ＮＯ２Ｕリブ１０のＮＯ１側の着目点ａと垂直補剛材１０２側の着目点ａとに発生する応力をスカーラップ閉塞補強工法による補強前と補強後とで測定して比較している。

測定結果を示す図７（ｃ），（ｄ）について説明すると、図７（ｃ）はＮＯ２Ｕリブ１０のＮＯ１側の着目点ａの測定結果を示し、図７（ｄ）は垂直補剛材１０２側の着目点ａの測定結果を示す。そして、図７（ｃ），（ｄ）はともに、橋軸方向の載荷点（Ａ〜Ｋ）毎に発生した応力を示し、（２）、（５）は本工法による補強前の５連式応力集中ゲージの２番端子と５番端子での測定結果であり、（２’），（５’）は対策後の前記２番端子と前記５番端子での測定結果を示す。

このように示した図７（ｃ），（ｄ）から、本工法による補強前では、添接部上であるＦ点載荷時の発生応力が最も高く、Ｃ点載荷時の発生応力の３倍程度であることが確認できる。本工法による補強前は、図７（ｃ）で示す発生応力は全て引張領域であり、図７（ｄ）では全て圧縮領域となっていることからＵリブ１０はねじり力が卓越していると考えられる。

本工法による補強の前後を比較すると、図７（ｃ）の（２）と（２’）において最大値となるＦ点の載荷では１２２Ｎ／ｍｍ^２から２９Ｎ／ｍｍ^２と１／５程度に低下していることが確認できる。一方、補強後Ａ点〜Ｅ点の載荷において、Ｃ点で−２７Ｎ／ｍｍ^２の圧縮応力が発生しており、応力が引張領域から圧縮領域に変化している。しかし、本工法の補強によって、応力範囲は約１／２となり、疲労耐久性は向上すると考えられる。図７（ｄ）においても同様に比較すると、本工法による補強前後で最大−９６Ｎ／ｍｍ^２から４Ｎ／ｍｍ^２、応力範囲が大幅に低下することが確認できる。

このようにして、スカーラップ閉塞補強工法の補強効果確認のための確認試験において、ＮＯ１側の着目点ａ及び垂直補剛材１０２側の着目点ａともに、応力範囲が低減し、明確に本工法による補強効果があることが確認できた。

また、上記確認試験において用いた供試体をモデル化してＦＥＭ解析した結果について説明する。
このＦＥＭ解析においては、着目点ａ近傍をソリッド要素、それ以外の部分をシェル要素とビーム要素でモデル化し、上記Ｆ点に載荷荷重１１８ｋＮを載荷した際に着目点ａに発生する応力を補強前後で比較した。

この着目点ａに発生する補強前後の応力を示す図８からわかるように、補強前の着目点ａに発生していた最大応力１３３ＭＰａが、補強によって１８ＭＰａに低減していることが確認できる。

このように、本発明のスカーラップ閉塞補強工法は、補強効果確認のための確認試験と同様に、ＦＥＭ解析においても、着目点ａにおける発生応力を低減する効果があると評価できる。したがって、スカーラップ閉塞補強工法でＵリブ１０と横リブ２０との交差部分を補強することにより、直接載荷される自動車車輪荷重の繰り返しによって発生するＵリブ１０と横リブ２０との交差部における局所的に大きな応力に起因する横リブ２０に疲労損傷の進行及び新たな発生を防止することができる。

また、単純な形状、且つ流通量が多く安価なＬ型アングル５０でスカーラップ４２を跨ぎ、橋軸方向Ｌの両側から横リブ２０を挟みこんで、Ｕリブ１０の底面１０ｂと横リブ２０と連結することができる。また、Ｕリブ１０の底面１０ｂと横リブ２０の平面部分とをＬ型アングル５０で連結するため、Ｕリブ１０と横リブ２０との交差部を容易に連結して補強することができる。したがって、スカーラップ閉塞補強工法による補強に要する補強費用を材料費及び工費ともに低減することができる。

また、各Ｌ型アングル５０をハイテンションボルト５１，５２で接続したため、Ｕリブ１０の底面１０ｂと各Ｌ型アングル５０、及び横リブ２０と各Ｌ型アングル５０との連結トルクを容易に管理して、Ｕリブ１０と横リブ２０とを連結することができるため、利用者の利便性が向上する。また、Ｌ型アングル５０を溶接によってＵリブ１０の底面１０ｂや横リブ２０に接続する場合と比較して、Ｕリブ１０、横リブ２０並びにＬ型アングル５０に溶接による熱の影響による強度低下することを防止できる。

上述した効果確認試験及びＦＥＭ解析結果からもわかるように、Ｕリブ１０及び横リブ２０を用いた鋼床版１００における疲労亀裂６０は、そのほとんどが縦リブと横リブの交差部で発生しており、疲労亀裂６０が大規模になると施工が大がかりとなるが、本発明のスカーラップ閉塞補強工法によって、従来スカーラップ４２によって連結されていなかったＵリブ１０の底面１０ｂと横リブ２０とを連結することでＵリブ１０と横リブ２０とが、さらに一体化され、これにより、横リブ２０に発生する応力を低減でき、疲労亀裂６０の発生を防止できる。なお、スカーラップ閉塞補強工法は、デッキプレート１０１の底面側のみの施工によって実現できるため、上面側である車道面を交通規制することなく、Ｕリブ１０と横リブ２０との交差部を補強でき、利用者の満足度を向上することができる。

なお、本実施例においては、Ｕリブ１０と横リブ２０との交差部に疲労亀裂６０が既に生じている鋼床版１００をスカーラップ閉塞補強工法で補強したが、疲労亀裂６０が生じていない鋼床版１００を補強してもよい。これにより、疲労亀裂６０の発生を防止することができる。

また、本実施例においては、橋軸方向Ｌの両側から横リブ２０を挟みこむ態様の２枚のＬ型アングル５０でＵリブ１０の底面１０ｂと横リブ２０とを連結したが、橋軸方向Ｌの２枚のＬ型アングル５０のうちいずれか一方のＬ型アングル５０で、Ｕリブ１０の底面１０ｂと横リブ２０とを連結してもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の閉リブは、Ｕリブ１０に対応し、
以下同様に、
連結部材は、Ｌ型アングル５０、及びハイテンションボルト５１，５２に対応し、
Ｌ型鋼は、Ｌ型アングル５０に対応し、
高力ボルトは、ハイテンションボルト５１に対応し、
片側施工ボルトは、ワンサイド型のハイテンションボルト５２に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

鋼床版の一部の底面側からの斜視図。横リブの交差貫通孔部分の正面図。補強前のＵリブと横リブとの交差部の拡大正面図。補強後の鋼床版の前記交差部の底面側からの拡大斜視図。補強後のＵリブと横リブとの交差部の拡大正面図。補強後のＵリブと横リブとの交差部の拡大縦断面。交差部における応力状態についての確認試験結果を説明する説明図。交差部における応力状態についての解析結果を説明する説明図。

符号の説明

１０…Ｕリブ、２０…横リブ、４２…スカーラップ、５０…Ｌ型アングル、５１，５２…ハイテンションボルト、１００…鋼床版、１０１…デッキプレート

Claims

デッキプレートと、該デッキプレートの底面側に備えた橋軸方向の縦リブと、橋軸直角方向の横リブとで構成した鋼床版の補強工法であって、
前記縦リブを閉リブで構成するとともに、
該閉リブと前記横リブとの交差部分の前記閉リブの底面部分におけるスカーラップの少なくとも一部を跨いで前記閉リブの底面と前記横リブとを連結部材で連結する
鋼床版の補強工法。
前記連結部材を、
断面Ｌ型のＬ型鋼で構成した
請求項１に記載の鋼床版の補強工法。
前記Ｌ型鋼を、
前記閉リブ及び前記横リブと高力ボルトで接続した
請求項２に記載の鋼床版の補強工法。
前記Ｌ型鋼と前記閉リブとを接続する高力ボルトを
表面側である片側からの施工によって締結可能な片側施工ボルトで構成した
請求項３に記載の鋼床版の補強工法。