JP2008308872A - Ｕリブ鋼床版 - Google Patents

Abstract

【課題】ワンサイドボルトを用いることなく、補強部材の取付・取外しを可能として、低コストで信頼性の高い構造を提供する。
【解決手段】デッキプレート１４と、該デッキプレート１４の下面に配設され、内部に密閉ダイヤフラム２２と下面にハンドホール２０Ｈを有するＵリブ２０と、該Ｕリブ２０を外部から拘束する横リブ３０と、前記Ｕリブ２０の横リブ位置であるスリット部３２の橋軸直角方向の変形を低減する、横リブ３０とＵリブ２０下面とを連結した連結補強部材（Ｌ型アングル４０、５０、５２、６０、６２）を備えた鋼床版１０において、前記横リブ３０と密閉ダイヤフラム２２との距離Ｌが所定範囲内であり、前記ハンドホール２０Ｈと密閉ダイヤフラム２２間の距離が手の届く距離であり、前記Ｕリブ２０下面と連結補強部材（４０、５０、５２、６０、６２）との連結部位が、該ハンドホール２０Ｈと密閉ダイヤフラム２２間の位置にある。
【選択図】図１３

Description

本発明は、Ｕリブ鋼床版に係り、特に、橋梁構造物に用いるのに好適な、横リブ拘束位置に亀裂が入る等のトラブルを回避することが可能なＵリブ鋼床版に関する。

従来、橋梁における床版構造として、ＲＣ床版、合成床版、鋼床版等があるが、鋼床版は、軽量であることや、工場において一定の大きさまで製作し、現場に設置することが可能であり、施工工期が短くできる等の特徴のため、多くの実績がある。

しかしながら、鋼床版は、通行荷重の影響を直接受け易く、比較的薄い鋼板の溶接構造であるため、疲労亀裂が発生する事例が見られるようになった。特に、リブの交差部やスリット部等から亀裂が進展する事例が多く見られる。

橋梁構造で用いられる鋼床版構造において、その縦リブ（トラフリブとも称する）構造に、図１に例示する如く、鋼床版１０に、比較的剛性が高く軽量なＵ型の閉断面縦リブ（以下Ｕリブ）構造を採用することが主流となっている。Ｕリブ２０を用いる場合、横リブ３０の間隔Ｌは１〜３ｍ程度と設置するのが一般的である。図において、１４はデッキプレート、１６は主桁である。

又、鋼床版の製作は、陸送の場合、運搬上の制限等により長さ１０ｍ、幅３．５ｍ以内程度を１ブロックとして現場で組み立てる方法が一般的である。海上輸送の場合でも、工場内の取扱やクレーンの能力等から、１０ｍ程度のブロック単位で製作し、工場のヤード内で組み立てた後、一括架設を行なうケースが多い。このため、図２に示す如く、完成した鋼床版構造の長手方向１０ｍ程度毎に現場継手部１１（ヤードでの組立ても含む）が存在する。

又、図３に示す如く、現場継手部１１を構成する添接板１２は高力ボルト１３で固定され、その位置は、曲げ力が比較的小さい位置（横リブスパンＬの１／４、＝２．５ｍ程度とした場合、横リブから７５０ｍｍ）に設けるのが一般的である。

このように、縦リブ構造にＵリブ２０を用いた鋼床版１０の場合、基本的に気密性の高いＵリブ内部は塗装や防錆処理の実施が困難であるため、現場継手部１２で必要となる開口部（ハンドホール２０Ｈやボルト継手部等）からの外気の侵入による内面腐食を防止するため、図３に示す如く、現場ボルト継手部１１のＵリブ２０の両端に、周囲を溶接した鋼製のダイヤフラム（以下密閉ダイヤフラムと称する）２２を設けて、Ｕリブ２０内部の気密性を保っている。

通常、この密閉ダイヤフラム２２は、工場内でＵリブ２０内に外周を溶接して設置する。密閉ダイヤフラム２２の設置位置は、架設時に添接板１２をＵリブ２０内に挿入するため、継手部１１から２００〜５００ｍｍ程度の位置が一般的である。従って、継手部１１が横リブ３０から７５０ｍｍの場合、横リブ３０に近い側の密閉ダイヤフラム２２の横リブ３０との距離ｄは２５０〜５５０ｍｍ程度が一般的である。又、板厚は、Ｕリブ２０の板厚と同等の６〜８ｍｍ程度が一般的であるが、Ｕリブ２０の板厚が厚い場合には、１２〜１９ｍｍ程度の鋼板を用いる場合もある。

図４に示すように、デッキプレート１４上を通過する車輪８等により、密閉ダイヤフラム２２配設位置近辺のＵリブ２０にＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きの力Ｆが作用した場合、該密閉ダイヤフラム２２が配設された位置でのＵリブ２０が該断面形状を保ったまま剛体回転し、横リブ３０とＵリブ２０交差部の溶接止端部等、構造詳細部の応力が２倍程度に増加することが非特許文献１に報告されている。

この原因として、図５に示すように、密閉ダイヤフラム２２の剛体的な回転Ｒが、ねじり力として横リブ面２０上Ｕリブ下面の水平変位を誘発し、Ｕリブウェブの局部曲げによるスリット部の回し溶接部に応力集中が発生することが考えられる。この応力集中により横リブ３０とＵリブ交差部２０のスリット部溶接止端等、疲労上の弱点となり得る構造詳細部から疲労亀裂が発生する可能性があった。亀裂の例を図６に示す。図において、ＡはＵリブ側亀裂、Ｂは横リブ側亀裂である。これらの亀裂は、スリット部３２の左右両側に発生している。

鋼床版の補強方法としては、特許文献１に、縦リブの内部空間に充填剤の軽量発泡コンクリートを注入して、溶接継手部の疲労強度を向上することが記載され、特許文献２に、鋼主桁間に補強横桁を締結固定して架設すると共に、該補強横桁の縦リブと対応する位置に支持金具を設け、該支持金具によって縦リブを支持することが記載され、特許文献３に、桁板（開断面バルブプレートの縦リブ）と梁板との溶接接合部分を覆いつつスリット部を含む切込みの長さを超えた高さを有する断面Ｌ形状の添接板を、桁板（開断面バルブプレートの縦リブ）と梁板とにボルト締結することが記載されているが、この特許文献３が示す締結方法では、多用されているＵリブなどの閉断面縦リブに対して適用することは困難である。

又、前記非特許文献１などでは、密閉ダイヤフラムの剛性が影響を与えることを指摘している。

Ｕリブが一定間隔で横リブにより外部拘束され、更に、接合部においては、内部から密閉ダイヤフラムで拘束されていると、ＵリブにＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きの捻り力が作用した場合、特に、該密閉ダイヤフラムが配設された位置でのＵリブが該断面形状を保ったまま変形した場合には、捻り力が増幅されるため、該横リブ拘束位置に亀裂が入る等のトラブルが発生する。この問題点を解決するべく、非特許文献２〜４に、図７に例示する如く、横リブとＵリブ下面とを連結する補強部材（例えばＬ型アングル４０）を設けることが記載されている。図において、３２はスリット部である。

従来、連結補強部材（例えばＬ型アングル４０）を取り付ける場合、図８（Ａ）に示すように、密閉ダイヤフラム２２により閉じた空間となり、高力ボルト３４又はナット３５をＵリブ２０内で締めることができないため、片面から締結が可能なワンサイドボルト３６を用いている。

特開２００１−２４８１１４号公報 特開２００２−１７３９１２号公報 特開２００６−４５８３３号公報 井口ら「鋼床版ＳＦＲＣ舗装施工前の静的載荷試験」土木学会第６０回年次学術講演会（平成１７年９月）ＣＳ１０−０１７、３３３〜３３４頁 山本ら「鋼床版の横リブスリット部の実橋応力計測」土木学会第６１回年次学術講演会（平成１８年９月）Ｉ−３８５、７６７〜７６８頁 高田ら「鋼床版のＵリブと横リブ交差部の疲労き裂に着目したＦＥＭ解析による対策検討」土木学会第６１回年次学術講演会（平成１８年９月）Ｉ−５６３、１１２３〜１１２４頁 平野ら「鋼床版のＵリブと横リブ交差部の疲労き裂に着目した移動輪荷重試験報告」土木学会第６１回年次学術講演会（平成１８年９月）Ｉ−５６４、１１２５〜１１２６頁

しかしながら、ワンサイドボルトは、一般のボルトに比べ高価であることや、疲労強度・耐久性が未解明の部分が多く、使用に際して留意が必要である。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ワンサイドボルトを用いることなく、補強部材の取付・取外しを可能として、低コストで信頼性の高い構造を提供することを課題とする。

本発明は、デッキプレートと、該デッキプレートの下面に配設され、内部に密閉ダイヤフラムと下面にハンドホールを有するＵリブと、図８（Ｂ）に示すように、該Ｕリブ２０を外部から拘束する横リブ３０と、前記Ｕリブの横リブ位置であるスリット部の橋軸直角方向の変形を低減する、横リブとＵリブ下面とを連結した連結補強部材（例えばＬ型アングル４０）を備えた鋼床版において、前記横リブ３０と密閉ダイヤフラム２２との距離ｄが所定範囲内であり、前記ハンドホール２０Ｈと密閉ダイヤフラム２２間の距離が手の届く距離であり、前記Ｕリブ下面と連結補強部材との高力ボルト３４及びナット３５による連結部位が、該ハンドホール２０Ｈと密閉ダイヤフラム２２の間の位置にあり、しかも密閉ダイヤフラム２２が横リブ３０とのせん断力の影響を受けない位置にあることにより、前記課題を解決したものである。

前記補強部材は、雄ねじが切られた軸部と頭部からなるボルトと、内面にタップが切られたナットを共に締めて使用するボルト部材（例えば高力ボルト３４）で止めることができる。

前記所定距離は３０ｍｍ〜１００ｍｍとすることができる。

密閉ダイヤフラムと横リブとのせん断力の影響を受けるのを避けて、密閉ダイヤフラムの最適な設置位置を決定するため、横リブ板厚中心から密閉ダイヤフラム板厚中心までの距離ｄを０、２０、３０、５０、７５、２４６ｍｍとしたパラメトリック解析を実施した。図９に、図５の横リブ３０とＵリブ交差部２０のスリット部溶接止端（載荷側）を基準点とし、Ｆ法（鋼構造物の疲労設計指針・同解説、日本鋼構造協会、１９９３．４ Ｐ２８９など）により算出したホットスポットストレス（以下、ＨＳＳ）と密閉ダイヤフラムと横リブの位置関係のグラフを示す。又、図１０には、図４の載荷状態におけるＵリブ表面のミーゼス応力コンター図を示す。更に、図１１に、同じく図４の載荷状態における、載荷側の横リブとＵリブ交差部のスリット部溶接止端付近の主応力ベクトル図を示す。これらの検討結果から、スリット部溶接止端近傍のＨＳＳに関して、以下のことが言える。

（１）横リブ上に密閉ダイヤフラムを設置した場合（ｄ＝０ｍｍ）にＨＳＳが最小となり、密閉ダイヤフラムと横リブの距離が離れるほど大きくなる傾向にある。この原因として、横リブから離れるほど曲げによる鉛直変位が大きくなるが、鉛直変位の大きな位置に密閉ダイヤフラムを設置することで、密閉ダイヤフラムの回転角度が大きくなり、ねじり力が増大し、ＨＳＳが増大している、と考えられる。

（２）ｄ＝３０ｍｍの付近で、図９に示すように、ＨＳＳの値が一次的に増加している。この原因として、密閉ダイヤフラムと横リブ間隔が２０〜３０ｍｍと近い場合は、図１０（ａ）（ｄ＝２０ｍｍの例）に示すように、Ｕリブ表面の高い応力の分布範囲が狭くなっており、図１１に示すように、主応力方向が橋軸方向に向く傾向があることから、密閉ダイヤフラムと横リブ間でせん断力が卓越している、と推定できる。

又、横リブ上に密閉ダイヤフラムを設置することは、横リブと密閉ダイヤフラムの溶接がＵリブウェブに対して十字溶接となるため疲労強度の低下が問題となる。又、横リブと密閉ダイヤフラムの位置がずれると、局部的な応力集中の原因となるため、疲労上好ましくない。又、製作上の精度管理も難しい。

これらの研究成果や施工性及び補強構造との位置関係等を考慮して、密閉ダイヤフラムは、横リブから３０〜１００ｍｍ位置とすることが望ましいと判断される。

ここで、前記所定距離を３０ｍｍ未満とすると、横リブと密閉ダイヤフラムとの干渉による剪断作用が大きくなるので、この剪断力の影響を小さくするためには、この距離を離した方が良い。一方、この距離が１００ｍｍを超えると、横リブと補強部材のボルト位置が離れることにより、拘束効果を下げるため、密閉ダイヤフラムによる横リブスリット部への応力集中の影響が、ほぼ２５０ｍｍ位置に置いた場合と同等となる。

又、ハンドホールと密閉ダイヤフラム間の「手の届く距離」とは、一般的なトルクレンチのソケット中心から握り部までの距離（１．５ｍ）＋成人が上向き作業時において、軽く腕を曲げた時の形から手のひらの中心までの長さ程度（０．５ｍ）と仮定して、最大２ｍ程度、好ましくは１ｍ以内であり、これにより、連結作業を容易化できる。

更に、本発明では、図８（Ｂ）に示すように、ハンドホール２０Ｈから、一般ボルト３４とナット３５による締結が可能となり、低コストで信頼性の高い構造の提供が可能となる。

なお、前記連結補強部材は、鋼床版製作ブロックの両端の横リブ、且つ実橋を模した実物大試験体で横リブスリット部の応力を計測した結果、より高い応力が発生することを確認した主桁に隣接する１本目、又は、１本目と２本目のＵリブにのみ配設することができる。これは、実橋を模した実物大試験体で横リブスリット部の応力を計測した結果、１本目と２本目のＵリブに他のＵリブより高い応力が発生することが明らかとなったためである。

又、前記連結補強部材に、下記の面外拘束リブを設置することができる。

図１２（Ａ）に示すように、車輪８が横リブ３０を横断する際、横リブ３０に面外変形が発生する。これにより、横リブウェブ面に曲げ応力が作用し、スリット部の応力集中が、より大きくなると考えられる。そこで、図８（Ａ）のＬ型アングル４０に面外拘束リブを設置し、横リブの面外曲げ応力を低減することにより図１２（Ｂ）に示すように、横リブウェブ面の面外変形が抑えられるため、更に横リブスリット部の応力低減を図ることができる。

又、前記Ｕリブ鋼床版が勾配を有していても前記連結補強部材の設置が容易なように、前記連結補強部材とＵリブ間及びＵリブとボルト部材の間に、テーパー及びボルト孔を設けたフィラープレートを挿入することができる。

あるいは、前記鋼床版が勾配を有していても前記連結補強部材の設置が容易なように、前記連結補強部材を、２つの連結補強部材を組み合わせて、それらの間をボルト１本又は２本で固定することができる。

本発明によれば、ハンドホールに手を差し込んで作業をすることができ、作業性が良い。更に、設置にワンサイドボルトを用いる必要が無いため、特殊な工具が不要であり、ボルト強度を上げることができる。又、低コストの一般的な高力ボルトを用いて施工できる。従って、低コストで信頼性の高い構造を提供することができる。また、実橋を模した実物大試験体で、施工性と応力低減効果を実際に確認した。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図７に示した従来例と同様の構造において、図１３（Ａ）（横断面図）及び（Ｂ）（縦断面図）に示す如く、密閉ダイヤフラム２２を横リブ３０の板厚中心からｄ＝７５ｍｍの位置に設置すると共に、Ｕリブ２０の下面と横リブ３０の側面を連結するＬ型アングル４０を密閉ダイヤフラム２２設置側に配設し、更に、前記Ｌ型アングル４０のＵリブ２０下面との接合部を、密閉ダイヤフラム２２−横リブ２０間を避けて設けることにより、接合部のハンドホール２０Ｈを利用して、一般的な高力ボルト３４とナット３５によりボルト接合するようにしたものである。なお、高力ボルト３４は、普通ボルトでも良い。

本実施形態によれば、Ｌ型アングル４０を容易に接合できる。又、図１３（Ｂ）に示した如く、作業者がハンドホール２０Ｈに手を差し込んで作業をすることができ、作業性が良い。更に、設置にワンサイドボルトを用いる必要が無いため、特殊な工具が不要であり、ボルト強度を上げることもできる。なお、高力ボルト３４の本数は、２本あるいは３本以上でも良く、高力ボルト３４とナット３５の位置は、上下又は左右を反対としても良い。

次に図１４（Ａ）（横断面図）及び（Ｂ）（縦断面図）を参照して、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、２つのＬ型アングル５０、５２の組み合わせにより、高力ボルト３４とナット３５を用いて、Ｕリブ２０の下面と横リブ３０をボルト接合したものである。

本実施形態においては、Ｌ型アングル５０をＵリブ２０の下面にボルト接合した後、Ｌ型アングル５２と横リブ３０をボルト接合し、最後にＬ型アングル５０と５２をボルト接合する。

本実施形態においては、２つのＬ型アングル５０、５２を用いているので、Ｕリブ２０と横リブ３０の接合の位置の調整が容易である。

又、多少の横断勾配や縦断勾配がある部位で前記実施形態を用いる場合でも、図１５（Ａ）に示すように、補強部材４０とＵリブ下面（外面）およびボルト３４とＵリブ下面（内面）の隙間に、図１５（Ｂ）に示すようなｔ_１〜ｔ_２のテーパー（板厚差）およびボルト孔４３を設けたフィラープレート（挿入板）４２を挿入することで、補強部材４０に特別な加工を施すことなく、設置が可能である。

あるいは、図１５に示す第３実施形態のように、大きな横断勾配や縦断勾配に対応できるよう、横リブ３０とＬ型アングル５２を１本の高力ボルト３４とナット３５で接合することもできる。

２本で固定する場合は、図１７（Ａ）（要部構成）（Ｂ）（Ｌ型アングル５２の構成）に示す第４実施形態のように、Ｌ型アングル５２の横リブ設置側のボルト接合面のボルト孔を、曲線の長孔など、回転が許容できる遊びを設けたボルト孔５３として、部材同士の回転ができる構造とすることができる。

第１〜第４実施形態においては、単純なＬ型アングルを補強に用いていたので、構成が簡略である。なおＬ型アングル４０は、２つの板を溶接で接合して、Ｌ型、もしくは、これに類する形の連結補強部材を製作しても良い。

又、補強部材の構造はこれらに限定されず、図１８に示す第５実施形態の如く、リブ６１を設けたＬ型アングル６０を用いることもできる。

あるいは、図１９（Ａ）（横断面図）及び（Ｂ）（縦断面図）に示す第６実施形態の如く、図２０に示すような、リブ６１を設けた２つのＬ型アングル６０、６２を用いることもできる。他の点は、図１４に示した第２実施形態と同じであるので、説明は省略する。

第５、第６実施形態においては、Ｌ型アングル６０、６２にリブ６１を設けたので、更に強固な連結が可能であり、リブ６１により、横リブ３０に発生する面外変形を、より拘束することができる。

なお、図２１に示す第７実施形態のように、縦断勾配に対応できるよう、横リブ３０とＬ型アングル６２を１本の高力ボルト３４とナット３５で接合することもできる。

Ｌ型アングル等の補強部材６０を設ける位置は、図２２に示す如く、他のＵリブより高い応力が発生する主桁１６から１本目のＵリブ（第１Ｕリブとも称する）又は／及び２本目のＵリブ（第２リブとも称する）のスリット部が効果的であるが、これに限定されず、他のＵリブに設けても良い。

鋼床版の一部の形状を示す斜視図 同じく側面図 同じく密閉ダイヤフラムの配設状態を示す斜視図 従来の問題点を説明するための、密閉ダイヤフラムに作用する偏心曲げを示す斜視図 同じくＵリブ下面の水平変位を示す断面図 同じく亀裂の発生状況を示す斜視図 従来構造の一例を示す（Ａ）横断面図及び（Ｂ）要部縦断面図 （Ａ）従来構造と（Ｂ）本発明構造における密閉ダイヤフラム、ハンドホール、補強部材の位置関係を比較して示す要部縦面図 密閉ダイヤフラムの位置と発生応力の関係の例を示す図 同じく応力状態を示す斜視図 同じく主応力ベクトル状態を示す図 面外横リブによる補強（Ａ）前（Ｂ）後の挙動を比較して示す側面図 本発明の第１実施形態を示す（Ａ）横断面図及び（Ｂ）縦断面図 同じく第２実施形態を示す（Ａ）横断面図及び（Ｂ）要部縦断面図 （Ａ）前記実施形態の変形例の要部を示す断面図及び（Ｂ）該変形例で用いるフィラープレートを示す斜視図 本発明の第３実施形態を示す要部縦断面図 同じく第４実施形態を示す（Ａ）要部縦断面図及び（Ｂ）Ｌ型アングルの正面図 同じく第５実施形態を示す斜視図 同じく第６実施形態を示す（Ａ）横断面図及び（Ｂ）縦断面図 第６実施形態で用いる補強部材を示す三面図 本発明の第７実施形態を示す縦断面図 補強部材の配設位置の例を示す斜視図

符号の説明

１０…鋼床版
１２…継手部
１４…デッキプレート
１６…主桁
２０…Ｕリブ（縦リブ）
２０Ｈ…ハンドホール
２２…密閉ダイヤフラム
３０…横リブ
３２…スリット部
３４…高力ボルト
３５…ナット
４０、５０、５２、６０、６２…Ｌ型アングル
４２…フィラープレート
４３、５３…ボルト孔
６１…リブ

Claims (7)

1. デッキプレートと、該デッキプレートの下面に配設され、内部に密閉ダイヤフラムと下面にハンドホールを有するＵリブと、該Ｕリブを外部から拘束する横リブと、前記Ｕリブの横リブ位置であるスリット部の橋軸直角方向の変形を低減する、横リブとＵリブ下面とを連結した連結補強部材を備えたＵリブ鋼床版において、
   前記横リブと密閉ダイヤフラムとの距離が所定範囲内であり、
   前記ハンドホールと密閉ダイヤフラム間の距離が手の届く距離であり、
   前記Ｕリブ下面と連結補強部材との連結部位が、該ハンドホールと密閉ダイヤフラム間の位置にあることを特徴とするＵリブ鋼床版。
2. 前記補強部材が、雄ねじが切られた軸部と頭部からなるボルトと、内面にタップが切られたナットを共に締めて使用するボルト部材で止められていることを特徴とする請求項１に記載のＵリブ鋼床版。
3. 前記所定範囲内の距離が３０ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＵリブ鋼床版。
4. 前記連結補強部材が、鋼床版製作ブロックの両端の横リブ、且つ主桁に隣接する１本目、又は、１本目と２本目のＵリブにのみ配設したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＵリブ鋼床版。
5. 前記連結補強部材に、面外拘束リブを設置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＵリブ鋼床版。
6. 前記Ｕリブ鋼床版が勾配を有していても前記連結補強部材の設置が容易なように、前記連結補強部材とＵリブ間及びＵリブとボルト部材の間に、テーパー及びボルト孔を設けたフィラープレートを挿入したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のＵリブ鋼床版。
7. 前記Ｕリブ鋼床版が勾配を有していても前記連結補強部材の設置が容易なように、前記連結補強部材を、２つの連結補強部材を組み合わせて、それらの間をボルト１本又は２本で固定したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のＵリブ鋼床版。