JP2008280758A - 鋼床版および鋼床版の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】横リブ3に複数の切り欠き3Cが形成され、これらの切り欠き3Cに縦リブ4のウェブ4Aを挿通することで、横リブ3を1枚ものの通しで製作できる。そして、フランジ4Bを切り欠いた縦リブ4を横リブ3の切り欠き3Cに挿通して互いに交差させ、この交差部において横リブ3のウェブ3Aと縦リブ4のフランジ4Bとを添え板6A,6Bを介してボルト接合することで一体化でき、製作に要する工数を削減することができる。さらに、横リブ3と縦リブ4のウェブ3A,4A同士を直接に溶接しなくてもよいため、この接合部に疲労き裂が発生しないようにできる。
【選択図】図3
Description
このような鋼床版に用いられる縦リブとしては、断面U字形のUリブや、上下に延びる平板状の平板リブ、上下に延びる板状の下端部に拡大部を有した断面形状のバルブプレートリブ(バルブリブ)などがあり、これらの縦リブの断面形状に応じて横リブの切り欠き形状および溶接位置が規定されている。すなわち、縦リブがUリブの場合には、Uリブの左右側面に沿った一対の側端縁およびUリブの下面に沿った下端縁がスカラップで連続した切り欠き形状とされ、この切り欠きの一対の側端縁部分とUリブの左右側面とが片面隅肉溶接で接合されるようになっている。一方、平板リブやバルブリブの場合には、上下に延びて下端部にスカラップを有し縦溝状で、かつ平板リブの平板部やバルブリブの拡大部が挿通可能な幅寸法を有した切り欠き形状とされ、この切り欠きの一方の側端縁部分と平板リブやバルブリブの平板部側面とが片面隅肉溶接で接合されるようになっている。
特許文献1に記載された鋼床版では、主桁に架設した横リブとしてのH形鋼の上面に縦リブとしてのCT形鋼を載置して支持させ、このCT形鋼のウェブ上端縁とデッキプレート(16mm以上の厚さ寸法を有した鋼板)とが両面隅肉溶接で接合されるようになっている。この鋼床版の構造は、道路橋等などの架け替えの際の施工の容易さや工期短縮を図るために考案されたもので、H形鋼(横リブ)にCT形鋼(縦リブ)を載置することから、鋼床版全体の高さ寸法が大きくなってしまうという欠点を有している。そこで、横リブにも逆T字形断面を有したCT形鋼を用い、このCT形鋼のウェブに縦リブを溶接接合する構造が考えられ、この場合には、隣接する横リブの間隔寸法(スパン)に応じた長さ寸法の縦リブを用意し、一対の横リブのウェブ側面に縦リブの長手方向両端部を溶接接合することとなる。
また、鋼床版に作用する車輪からの動荷重によってデッキプレート、縦リブ、横リブ等の溶接接合部に発生する疲労き裂についても、既存道路橋の調査を実施した報告がなされている(非特許文献3の図1および表2参照)。この文献によれば、縦リブとデッキプレートとの溶接部や、縦リブ同士の突き合わせ溶接部、縦リブと横リブとの交差部などに疲労き裂の発生が見られ、特に、縦リブ(Uリブ、バルブリブ)と横リブとの交差部における疲労き裂が多数見られることが開示されている。
また、前記非特許文献2によれば、荷重位置が横リブ間の中央近傍の場合に横リブと縦リブとの接合部に発生する応力が最大になることから、横リブ間隔が広くなるほど、横リブと縦リブとの接合部での発生応力が増大し、接合部位置での溶接部に疲労き裂が発生する可能性が一層高くなってしまう。
このような横リブと縦リブとの接合部における発生応力を低減させる方法としては、縦リブや横リブの部材高さ寸法を大きくすることが考えられるものの、従来の縦リブとして用いられるUリブや平板リブ、バルブリブは、その板厚や部材高さ寸法の製造サイズが限られ、特に平板リブでは座屈防止のために自由端の突出長が制限されるために高さ寸法が大きくできない。従って、非特許文献1で規定された2.5mを超えて横リブ間隔を拡大することが困難である。
すなわち、横リブの間隔寸法であるスパンごとに縦リブが切断され、この縦リブ全ての両端部を横リブの側面に溶接することとなるため、溶接箇所数が膨大になるとともに、部材数も多数になることから、部材数量および加工手間が増加して製造コストが大幅に増大してしまう。さらに、縦リブの両端部を横リブの側面に突き合わせた状態でこれらを溶接することから、この溶接部の溶接精度を確保することが困難になり、疲労強度の低下を招く原因になりやすい。そして、このような溶接部の箇所数が膨大であるために、溶接欠陥が発生する可能性も高まり、この点からも溶接部に疲労き裂が発生しやすくなってしまう。
また、縦リブのフランジを切り欠いたことで、横リブに設ける切り欠きの幅寸法を縦リブのフランジ幅とは無関係に設定することができる。従って、横リブの切り欠きの幅寸法を縦リブのウェブを挿通させるのに必要な最小限の寸法に設定することで、横リブとデッキプレートとの溶接部における発生応力を低減することができる。さらに、縦リブのウェブ上端縁とデッキプレートとを両面隅肉溶接で接合することで、縦リブとデッキプレートとの溶接部における疲労損傷も防止できる。
また、縦リブとして略逆T字形または略L字形の断面を有した鋼材を用いたことで、従来のUリブや平板リブ、バルブリブ等のような部材高さ寸法の制約がなくなり、縦リブの高さ寸法を適宜設定することで、横リブ同士の間隔寸法を長くすることができ、このような横リブ間隔の大スパン化によって、部材数を削減することができる。
ここで、横リブ同士の間隔(横リブのスパン)を8m以下に設定したのは、大型車両の前後輪間隔が8m程度であることから、横リブの1スパン内に前後輪の両方が位置しないようにするためであり、このような条件下であれば、横リブや縦リブ、デッキプレート、これらの溶接接合部に発生する応力は、前記非特許文献2等で報告されたものから大きく乖離することがなく、前述した本発明の作用効果を得ることができる。
また、本発明の鋼床版では、前記横リブの切り欠きの下端部には、前記縦リブのフランジよりも大きな幅寸法を有した幅広のスカラップが形成され、前記切り欠かれた縦リブのフランジ同士が前記スカラップに挿通された添え板を介して連結されていてもよい。
さらに、本発明の鋼床版では、前記横リブのウェブと前記縦リブのウェブとが添え板を介して接合されていてもよい。
このように横リブのウェブと縦リブのフランジとを接合する前記添え板に加えて、縦リブのフランジ同士あるいは横リブおよび縦リブのウェブ同士を接合する添え板を設ければ、縦リブや横リブに発生する応力が添え板により分散されるとともに、接合強度を向上させることができる。ここで、縦リブや横リブと添え板との接合は、ボルト−ナット接合によるものが好ましい。
このような構成によれば、前述と同様に、横リブと縦リブとの組み立てに要する工数を削減することができるとともに、縦リブと横リブとの接合部における疲労き裂の発生をなくし、縦リブおよび横リブとデッキプレートとの溶接部における発生応力を低減することができる。
さらに、本発明の鋼床版の製造方法では、前記横リブの切り欠きに前記縦リブのウェブを挿通してから、前記横リブのウェブと前記縦リブのウェブとを添え板を介して接合してもよい。
このような構成によれば、縦リブや横リブに発生する応力が分散されるとともに、接合強度を向上させることができる。
図1は、本発明の実施形態に係る鋼床版1を用いた道路橋の一部を示す斜視図である。 図1において、道路橋は、図示しない基礎や支柱からなる下部工と、支柱間に渡って架設される鋼製の主桁2と、一対の主桁2間に支持される中間部の鋼床版1および主桁2の両側方に支持される片持ち状の鋼床版1とを有して構成されている。そして、鋼床版1は、主桁2に支持される複数の横リブ3と、この横リブ3に交差して支持される複数の縦リブ4と、これらの横リブ3および縦リブ4の上側に溶接固定されるデッキプレート5とを備えて構成されている。
図2および図3において、鋼床版1の横リブ3は、上下に延びるウェブ3Aと、このウェブ3Aの下端部に一体化されたフランジ3Bとを有した略逆T字形に形成されており、横リブ3のウェブ3Aには、上方に開口して下方に延びる複数の切り欠き3Cが形成されている。また、縦リブ4は、上下に延びるウェブ4Aと、このウェブ4Aの下端部に連続するフランジ4Bとから略逆T字形(または略L字形)の断面を有して形成されている。この縦リブ4のフランジ4Bは、横リブ3の切り欠き3Cに対応した位置おいて切り欠かれ、この切り欠かれた切欠部4Cを挟んで左右に分割されている。
横リブ3の切り欠き3Cは、縦リブ4のウェブ4Aの板厚よりも所定寸法(例えば、15〜35mm)だけ大きく、かつ縦リブ4のフランジ4Bの幅寸法よりも十分に小さな幅寸法を有した溝状に形成されている。そして、切り欠き3Cの下端部には、スカラップ3Dが形成されている。
図5〜図7は、それぞれ本実施形態における鋼床版1の変形例を示す断面図である。
図5において、縦リブ4の切欠部4Cを挟んで分割されたフランジ4B,4B同士は、添え板6Cによって連結されている。この添え板6Cは、フランジ4Bと略同一の幅寸法を有した板材であり、横リブ3のスカラップ3Dに挿通されて横リブ3のウェブ3Aの左右両側に跨って配置されている。この場合、横リブ3のスカラップ3Dは、添え板6Aを挿通可能な幅寸法、つまり縦リブ4のフランジ4Bよりも大きな幅寸法を有した幅広に形成されている。そして、添え板6Cは、その下面に配置された前記添え板6A,6Aと、前記添え板6B,6Bとともにボルト7A、ナット7Bによってフランジ4B,4Bに接合されている。
また、図6において、縦リブ4のフランジ4B,4B同士は、図5と同様の添え板6Cに加えて、フランジ4Bの上面に沿って配置されて横リブ3のスカラップ3Dに挿通される添え板6Dによって連結されている。
以上の図5〜図7に示したように、添え板6C,6Dを用いて縦リブ4のフランジ4B,4B同士を連結したり、添え板6Eを用いて縦リブ4と横リブ3のウェブ3Aとを連結することで、横リブ3および縦リブ4の接合部に発生する応力を分散させることができ、接合強度を向上させることができる。
すなわち、デッキプレート5としては、板厚寸法Tが16〜19mmの範囲に設定され、縦リブ4としては、高さ寸法Hが350〜700mmの範囲に設定され、かつフランジ4Bの幅寸法が200mm程度に設定されていることが好ましい。また、縦リブ4同士の間隔寸法L1が400〜500mmの範囲に設定され、横リブ3同士の間隔寸法(横リブスパン)L2が3000〜8000mm(3m以上かつ8m以下)の範囲に設定されていることが好ましい。ここで、例えば、デッキプレート5、横リブ3および縦リブ4の板厚寸法Tを18mmに設定し、縦リブ4の高さ寸法Hを500mmに設定し、縦リブ4同士の間隔寸法L1を450mmに設定し、横リブ3同士の間隔寸法(横リブスパン)L2を4000mmに設定した場合でも、デッキプレート5や縦リブ4、横リブ3の接合部に過大な応力が発生しないようになっている。すなわち、接合部の発生応力が4kgf/mm2以下となるように、上述の各部寸法が設定されることが好ましい。
特に、近年、使用されるようになってきた超音波を駆動源としたピーニングは、使用性に優れ、また、打撃密度が従来のピーニングなどに比較して極めて大きいために、処理部位の均一性が著しく高く、確実に溶接止端部からの疲労き裂の発生防止に有効である。中でも超音波の周波数帯が20〜60kHzで、ウエーブガイドの先端での振幅が20μm以上、ピン径が1〜6mm程度のものが、処理効率及び効果が共に高いために好適である。
そして、従来のUリブ鋼床版構造では、Uリブが閉断面となっていたために、Uリブとデッキプレートの溶接部は処理が出来なかった。これに対して、本発明の構造は開断面リブを用いており、しかも、従来のUリブ構造よりも縦リブ間隔も横リブ間隔も広がっているために、ピーニングやグラインダーを施す上でも有利であり、基本的に処理のできない部位はない。
ここで、設計モデルは、図8、図9に示すように、前記実施形態の鋼床版1をモデル化した鋼床版M1であり、この鋼床版M1は、主桁2をモデル化した主桁M2と、横リブ3をモデル化した横リブM3と、縦リブ4をモデル化したM4と、デッキプレート5をモデル化したM5とを有して構成されたものである。そして、図8、図9において、縦リブM4同士の間隔寸法がL1、横リブM3同士の間隔寸法(横リブスパン)がL2、縦リブM4の高さ寸法がHで示されている。
第1実施例の設計モデルは、図8に示す鋼床版M1であって、デッキプレートM5、横リブM3および縦リブM4の板厚寸法Tを18mmに設定し、縦リブM4の高さ寸法Hを500mmに設定し、縦リブM4同士の間隔寸法L1を450mmに設定し、横リブM3同士の間隔寸法L2を4000mmに設定したものである。そして、第1実施例の設計モデルでは、前記実施形態の図4に示すように、縦リブ4のフランジ4Bと横リブ3のウェブ3Aとが添え板6A,6Bで連結され、一方、縦リブ4のフランジ4B,4B同士が連結されていない。
第2実施例の設計モデルは、図8に示す鋼床版M1であって、デッキプレートM5、横リブM3および縦リブM4の板厚寸法Tを18mmに設定し、縦リブM4の高さ寸法Hを500mmに設定し、縦リブM4同士の間隔寸法L1を450mmに設定し、横リブM3同士の間隔寸法L2を4000mmに設定したものである。そして、第2実施例の設計モデルでは、前記実施形態の図5に示すように、縦リブ4のフランジ4Bと横リブ3のウェブ3Aとが添え板6A,6Bで連結され、かつ縦リブ4のフランジ4B,4B同士が添え板6Cで連結されている。
第3実施例の設計モデルは、図8に示す鋼床版M1であって、デッキプレートM5、横リブM3および縦リブM4の板厚寸法Tを18mmに設定し、縦リブM4の高さ寸法Hを500mmに設定し、縦リブM4同士の間隔寸法L1を450mmに設定し、横リブM3同士の間隔寸法L2を4000mmに設定したものである。そして、第3実施例の設計モデルでは、前記実施形態の図7に示すように、縦リブ4のウェブ4Aおよびフランジ4Bと横リブ3のウェブ3Aとが添え板6Eで連結され、かつ縦リブ4のフランジ4B,4B同士が添え板6C,6Dで連結されている。
第1比較例の設計モデルは、従来のUリブを用いた鋼床版であって、デッキプレートの板厚寸法を12mmに設定し、縦リブとして横幅が320mmのUリブ(U320)を用い、横リブ同士の間隔寸法L2を2000mmに設定したものである。
第2比較例の設計モデルは、図9に示す鋼床版M1であって、デッキプレートM5、横リブM3および縦リブM4の板厚寸法Tを18mmに設定し、縦リブM4の高さ寸法Hを340mmに設定し、縦リブM4同士の間隔寸法L1を450mmに設定し、横リブM3同士の間隔寸法L2を2000mmに設定したものである。そして、第2比較例の設計モデルでは、縦リブ4のウェブ4Aと横リブ3のウェブ3Aとが溶接接合されてる。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
Claims (7)
- 主桁に支持される複数の横リブと、この横リブに交差して支持される複数の縦リブと、これらの横リブおよび縦リブの上側に溶接固定されるデッキプレートとを備えた鋼床版であって、
前記横リブは、上下に延びるウェブを少なくとも有し、このウェブには、上方に開口して下方に延びる複数の切り欠きが形成され、
前記縦リブは、上下に延びるウェブと、このウェブの下端部に連続するフランジとから略逆T字形または略L字形の断面を有し、前記横リブの切り欠きに対応した位置の前記フランジが切り欠かれて形成され、
前記横リブの切り欠きに前記縦リブのウェブが挿通された状態で、当該横リブのウェブと縦リブのフランジとが添え板を介してボルト接合されていることを特徴とする鋼床版。 - 請求項1に記載の鋼床版において、
前記横リブ同士の間隔が3m以上かつ8m以下の範囲に設定されていることを特徴とする鋼床版。 - 請求項1または請求項2に記載の鋼床版において、
前記横リブの切り欠きの下端部には、前記縦リブのフランジよりも大きな幅寸法を有した幅広のスカラップが形成され、
前記切り欠かれた縦リブのフランジ同士が前記スカラップに挿通された添え板を介して連結されていることを特徴とする鋼床版。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の鋼床版において、
前記横リブのウェブと前記縦リブのウェブとが添え板を介して接合されていることを特徴とする鋼床版。 - 主桁に支持される複数の横リブと、この横リブに交差して支持される複数の縦リブと、これらの横リブおよび縦リブの上側に溶接固定されるデッキプレートとを備えた鋼床版の製造方法であって、
前記横リブは、上下に延びるウェブを少なくとも有し、前記縦リブは、上下に延びるウェブと、このウェブの下端部に連続するフランジとから略逆T字形または略L字形の断面を有してそれぞれ形成されたものであり、
前記横リブのウェブに上方に開口して下方に延びる複数の切り欠きを形成し、前記横リブの切り欠きに対応した位置の前記縦リブのフランジを切り欠いてから、前記横リブの切り欠きに前記縦リブのウェブを挿通し、当該横リブのウェブと縦リブのフランジとを添え板を介してボルト接合することを特徴とする鋼床版の製造方法。 - 請求項5に記載の鋼床版の製造方法において、
前記横リブの切り欠きを形成する際に、その切り欠きの下端部に前記縦リブのフランジよりも大きな幅寸法を有した幅広のスカラップを形成しておき、
前記横リブの切り欠きに前記縦リブのウェブを挿通してから、前記切り欠かれた縦リブのフランジ同士を前記スカラップに挿通した添え板を介して連結することを特徴とする鋼床版の製造方法。 - 請求項5または請求項6に記載の鋼床版の製造方法において、
前記横リブの切り欠きに前記縦リブのウェブを挿通してから、前記横リブのウェブと前記縦リブのウェブとを添え板を介して接合することを特徴とする鋼床版の製造方法。
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