JP2009007790A - Ｍｍａ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＭＡ樹脂モルタルを敷設するだけで複合鋼床版に発生する応力が低減でき、その施工はブラスト後ＭＭＡ樹脂モルタルを敷設して舗装復旧するシンプルな工程でその工事を完了させる技術を提供する。
【解決手段】複合鋼床版１２と、躯体の上面に設置される主桁１３と、この主桁１３を横方向から支持固定する横桁１４と、前記複合鋼床版１２の左・右端に備えた鉄筋コンクリート製の高欄１５、１５とで構成される。
前記複合鋼床版１２はデッキプレート１２Ａと、このデッキプレート１２Ａの下側に固定した縦リブ等で形成した補剛材１２Ｂとを構成している。該デッキプレート１２Ａの上側にＭＭＡ樹脂モルタル１７を敷設し、さらに該ＭＭＡ樹脂モルタル１７の上面にアスファルト１８で舗装している。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に高架橋や道路橋、桟道橋等に適用されるＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版に関するものである。

最近、高架橋や道路橋に適用する複合鋼床版の疲労亀裂の問題が顕在化し、それらの亀裂は複合鋼床版を構成するデッキプレートとリブの溶接接合部分で発生しており、初期には舗装のひび割れとして発見されるが、その進展が車両通行に危険を及ぼすことが予想されている。このデッキプレートの設計法は、板厚は制限されているものの膜効果を期待することでデッキプレート自体の応力計算は規定されておらず現実問題として疲労亀裂が発生していることから、該デッキプレートには相当の応力が発生し局所的に過大な応力の発生が認められている。ここで、複合鋼床版の舗装は、デッキプレート上面にグースアスファルトを加熱敷設しその上面にアスファルト舗装を敷設している。このような構造では、疲労によりデッキプレートと補剛材との溶接部に金属疲労によるひび割れが発生し問題になっている。この問題に対して、デッキプレートの曲げ剛性を向上させることにより回避しようと上面アスファルト舗装の下面に諸々の発明がなされている。

従来の技術に於ける一つの例としては、図８に示す特開２００６−０９３５３に開示したゴムラテックスモルタル複合鋼床版の技術がある。これについて説明すれば、高架高速道路の橋桁１に、ゴムラテックスモルタル複合鋼床版２を適用した場合の一例である。この高架高速道路の橋桁１は、複合鋼床版２と、この複合鋼床版２の下面の両端付近部に固着されて橋軸方向に延びる主桁３と、複合鋼床版２の下面に橋軸方向に所定間隔おき、橋軸方向と直交する方向つまり橋桁の幅方向へ延びるように配設されて複合鋼床版２に固着された複数の横桁４と、主桁３と横桁４の連結部に設けられた複数のブラケット５とを有する。複合鋼床版２は、車道部Ａと歩道部Ｂに亘る鋼製床版６と、車道部Aにおけるゴムラテックスモルタル層７とアスファルト層８と、車道部Ａの両端側部分の歩道部Ｂにおけるゴムラテックスモルタル層７と均しコンクリート層９とアスファルト層８と、鋼製床版６の両端部に立設された鉄筋コンクリート製の高欄１１とを有する。
鋼製床版６は、鋼板製のデッキプレート６ａと、このデッキプレート６ａの下面に橋軸方向へ延びるように配設され且つ橋軸と直交する幅方向に所定間隔おきに配設されてデッキプレート６ａに溶接されデッキプレート６ａと閉断面を形成する逆台形状の複数の補剛材６ｂとで構成されている。鋼製床版６の上面にはゴムラテックスモルタル層７、アスファルト層８、コンクリート層９を形成する。車道部Ａにおいては、デッキプレート６ａの上面にゴムラテックスモルタル層７が形成されてデッキプレート６ａに一体的に固着され、このゴムラテックスモルタル層７の上面に通常の透水性のアスファルト層８が打設されてゴムラテックスモルタル層７と一体的に固着されている。歩道部Ｂにおいては、デッキプレート６ａの上面にゴムラテックスモルタル層７が形成されてデッキプレート６ａと一体的に固着され、このゴムラテックスモルタル層７の上に均しコンクリート層９が打設されてゴムラテックスモルタル層７と一体的に固着され、この均しコンクリート層９の上面にはアスファルト層８が打設されて均しコンクリート層９と一体的に固着されている。
特開２００６−０９３５３公開特許公報

従来の技術は、叙上した構成であるので次の課題が存在した。
上述した特開２００６−０９３５３公開特許公報に開示した従来の技術に於ける構成によれば、高架高速道路の橋桁１に於いて、車道部Ａでは、鋼製床版６のデッキプレート６ａの上面にゴムラテックスモルタル層７が形成され、該デッキプレート６ａに一体的に固着されさらにこのゴムラテックスモルタル層７の上面に通常の透水性のアスファルト層８が打設され該ゴムラテックスモルタル層７と一体的に固着されている。そして、この場合、アスファルト層８やコンクリート舗装のたわみ分布（図示せず）を試算したところ、アスファルト層８がデッキプレート６ａと補剛材６ｂを含む鋼製床版６の全体剛性への関与が比較的小さい夏季に於いてはたわみが最大値で約１．４ｍｍ程度であり、冬季がその約４９％程度となりたわみが大きい事が判明した。
そして、この際、リブ、すなわち補剛材６ｂに加わる最大引張応力は約２１４Ｎ／ｍｍ^２で、その圧縮応力は約２１6ｋＮ／ｍｍ^２であった。応力分布（図示せず）によれば補剛材６ｂ間の中央で引張りと圧縮が逆転し該デッキプレート６ａは板作用として輪荷重に抵抗する。しかしながら、前記したデッキプレート６ａや補剛材（リブ）６ｂに引張り力と圧縮力が繰り返し作用するので、該デッキプレート６ａや補剛材６ｂの溶接部に例えば幅が０．１（ｍｍ）以下、長さが数ｍｍのひび割れ現象が発生し、金属疲労を招来し、構造物としての橋梁複合鋼床版に於ける耐久性や車両の走行上の安全性に欠けるという問題点があった。

本発明に係るＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版は上述した課題を解決すべくＭＭＡ樹脂モルタルを敷設するだけで鋼床版に発生する応力が低減でき、その施工は舗装を撤去し、ブラスト後ＭＭＡ樹脂モルタルを敷設して舗装復旧するシンプルな工程でその工事を完了させるに加えて特殊な施工器具を必要としないことを特徴とし、またＭＭＡ樹脂モルタルは速硬性を有しており、屋外での短時間施工に有利であること及び該ＭＭＡ樹脂モルタルは冬季の低温時にも硬化し、施工時期を選定せず施工が可能となり、橋梁等構造物が特殊構造や設計条件による大きな引張力に対して補強の際には、該ＭＭＡ樹脂モルタル内に連続繊維補強材（ＣＦグリッド）を挟み込み、鋼製床版のひずみを防止する技術を提供することを目的としたものであって、次の構成、手段から成立する。

すなわち、請求項１記載の発明によれば、躯体上面に設置されてあって橋軸方向に延在する主桁と、該主桁に直交する方向に設置した横桁とを備え、該主桁及び横桁の上面に設置された複合鋼床版と、該複合鋼床版の左・右端に備えた高欄とでなる橋梁に於いて前記複合鋼床版は橋幅方向に設置したデッキプレートを備え、該デッキプレートの下側に縦リブで形成した補剛材を有すると共に該デッキプレートの上側にＭＭＡ樹脂モルタルを敷設し、さらに該ＭＭＡ樹脂モルタルの上面にアスファルトで舗装したことを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、躯体上面に設置されてあって橋軸方向に延在する主桁と、該主桁に直交する方向に設置した横桁とを備え、該主桁及び横桁の上面に設置された複合鋼床版と、該複合鋼床版の左・右端に備えた高欄とでなる橋梁に於いて前記複合鋼床版は橋幅方向に設置したデッキプレートを備え、該デッキプレートの下側に縦リブで形成した補剛材を有すると共に該デッキプレートの上側にメタクリル樹脂プライマーを介してＭＭＡ樹脂モルタルを敷設し、さらに該ＭＭＡ樹脂モルタルの上面にアスファルトで舗装したことを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明に於いて、前記デッキプレートの上側に敷設するＭＭＡ樹脂モルタルの中に連続繊維補強材（ＣＦグリッド）を介装したことを特徴とする。

本発明に係るＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版は、叙上の構成を有するので次の効果がある。
すなわち、請求項１記載の発明によれば、躯体上面に設置されてあって橋軸方向に延在する主桁と、該主桁に直交する方向に設置した横桁とを備え、該主桁及び横桁の上面に設置された複合鋼床版と、該複合鋼床版の左・右端に備えた高欄とでなる橋梁に於いて前記複合鋼床版は橋幅方向に設置したデッキプレートを備え、該デッキプレートの下側に縦リブで形成した補剛材を有すると共に該デッキプレートの上側にＭＭＡ樹脂モルタルを敷設し、さらに該ＭＭＡ樹脂モルタルの上面にアスファルトで舗装したことを特徴とするＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版を提供する。
このような構成としたので、従来に於けるコンクリート舗装の場合は、ズレ止めの設置が必要不可欠であるがこの発明ではＭＭＡ樹脂モルタルを使用することにより、付着せん断強度が高く、ズレ止めの設置は不要となり、工事の工程を短くすることが可能である。特に、既存の複合鋼床版の補修・補強工事として片側即日開放などの施工条件に合致する橋梁複合鋼床版を提供できるという効果がある。
また、ＭＭＡ樹脂モルタルは、硬化剤の添加により外気温−１５℃〜＋３５℃の範囲での硬化時間は３０〜９０（分）と比較的短く補修・補強工事において工程短縮に大いに貢献する橋梁を提供できる効果がある。
また、デッキプレートの下縁に於ける応力度や付着せん断応力度を比較した結果、ＭＭＡ樹脂モルタルをデッキプレートの上面に敷設したとき、従来のアスファルト舗装より改善され、曲げ剛性は著しく向上し、その弾性係数がコンクリートより低いため通過車両による耐撃や振動が緩和されるという効果がある。

請求項２記載の発明によれば、躯体上面に設置されてあって橋軸方向に延在する主桁と、該主桁に直交する方向に設置した横桁とを備え、該主桁及び横桁の上面に設置された複合鋼床版と、該複合鋼床版の左・右端に備えた高欄とでなる橋梁に於いて前記複合鋼床版は橋幅方向に設置したデッキプレートを備え、該デッキプレートの下側に縦リブで形成した補剛材を有すると共に該デッキプレートの上側にメタクリル樹脂プライマーを介してＭＭＡ樹脂モルタルを敷設し、さらに該ＭＭＡ樹脂モルタルの上面にアスファルトで舗装したことを特徴とするＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版を提供する。
このような構成としたので上述した請求項１記載の発明の効果に加えてデッキプレートの上面にメタクリル樹脂プライマーを施すので橋梁複合鋼床版の防水性が向上するという効果がある。

請求項３記載の発明によれば、前記デッキプレートの上側に敷設するＭＭＡ樹脂モルタルの中に連続繊維補強材（ＣＦグリッド）を介装したことを特徴とする請求項１又は２記載のＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版を提供する。
このような構成としたので上述した請求項１又は２記載の発明の効果に加えて複合鋼床版の形状等により該複合鋼床版の上部に大きな引張応力が発生するときにも該連続繊維補強材（ＣＦグリッド）をＭＭＡ樹脂モルタルの中に敷設することで容易にこれを吸収することができるという効果がある。

以下、本発明に係るＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版の実施の形態について添付図面に基づき詳細に説明する。

図１に於いて、Ｃは土木構造物としての橋梁である。該橋梁Ｃは本発明に係る複合鋼床版１２と、例えば、躯体（図示せず）の上面に設置される主桁１３と、この主桁１３を横方向から支持固定する横桁１４と、前記複合鋼床版１２の左・右端に備えた鉄筋コンクリート製の高欄１５、１５とで構成される。１６は複数のブラケットであり、前記主桁１３と横桁１４の連結部に設けている。尚、前記複合鋼床版１２は車道部Ａと左・右の歩道部Ｂとに渉り敷設されている。該車道部Ａは中央点Ｐが存在する。

前記複合鋼床版１２はデッキプレート１２Ａと、このデッキプレート１２Ａの下側に固定した縦リブ等で形成した補剛材１２Ｂとを構成している。該デッキプレート１２Ａの上側にＭＭＡ樹脂モルタル１７を敷設し、さらに該ＭＭＡ樹脂モルタル１７の上面にアスファルト１８で舗装している。前記左・右の歩道部Ｂはその内部をコンクリート１９を充填・固型している。
尚、上記したように複合鋼床版１２（デッキプレート１２Ａ）の上側に直接にＭＭＡ樹脂モルタル１７を敷設することもあるが、図２に示すように該複合鋼床版１２又はデッキプレート１２Ａの上面にメタクリル樹脂プライマー１７ａを介装してＭＭＡ樹脂モルタル１７を敷設する構成としてもよい。この場合、橋梁複合鋼床版１２の防水性を向上させる機能を備えることとなる。

図３は車道部Ａの中央点Ｐからの距離（ｍｍ）に対する複合鋼床版１２にかかる応力（Ｎ／ｍｍ^２）の特性を示す。車道部Ａの舗装を全てコンクリート１９とした場合、またはＭＭＡ樹脂モルタル１７を用いた場合の橋軸直角方向の応力を示したもので、コンクリート１９の舗装ではデッキプレート１２Ａの殆どの位置で引張応力が作用しており、コンクリート１９と完全合成している効果が表れている。この場合の最大応力は１７（Ｎ／ｍｍ^２）程度であり、前述のアスファルト１８の舗装の最大値の約８％まで低下している。ＭＭＡ樹脂モルタル１７ではリブプレート（補剛材１２Ｂ）の直上で最大引張応力が発生しており、その値は６２（Ｎ／ｍｍ^２）程度でアスファルト１８の舗装の最大値に対する比率は約２９％である。

図４は車道部Ａの中央点Ｐからの距離（ｍｍ）に対する複合鋼床版１２にかかる付着せん断応力（Ｎ／ｍｍ^２）の特性を示す。アスファルト１８やＭＭＡ樹脂モルタル１７等の敷設材料とデッキプレート１２Ａとの接合境界面に発生する付着せん断応力を示している。付着せん断応力の値はタイヤ形状の影響を受けて変化しており、アスファルト１８の舗装の最大で１．０９（Ｎ／ｍｍ^２）、コンクリート１９の舗装では１．４８（Ｎ／ｍｍ^２）、ＭＭＡ樹脂モルタル１７が３．３５（Ｎ／ｍｍ^２）という結果である。ＭＭＡ樹脂モルタル１７は付着強度が大きいためと考えられ、コンクリート１９の舗装ではスタッド等のズレ止めによる対応が必要と考えられる。

次に施工手順について説明する。
先ず、デッキプレート１２Ａ上の錆びや塵埃を除去したあと、メタクリル樹脂プライマー１７ａは２００〜３００ｇを塗布する。次に、ＭＭＡ樹脂モルタル１７と細骨材を重量比で実験値にすると６．５：９３．５であり、これをモルタル状にした材料をデッキプレート１２Ａに敷設する。さらに、該ＭＭＡ樹脂モルタル１７の硬化後、上面にアスファルト１８を敷設する。これで施工が完了する。

ところで、デッキプレート１２Ａに発生する応力を比較すれば、図５（ａ）に示すとおりの弾性係数（ＫＮ／ｍｍ^２）であった。そして図１の中央点Ｐにダブルタイヤで荷重９８（ｋＮ）を載荷させたときの橋軸直角方向のデッキプレート１２Ａの下縁の応力値を見ると、
ａ．アスファルト舗装（厚み８０ｍｍ）夏：１４０（Ｎ／ｍｍ^２） 冬：４０（Ｎ／ｍｍ^２）
ｂ．コンクリート舗装（厚み８０ｍｍ）：１７（Ｎ／ｍｍ^２）
ｃ．厚み２０ｍｍのＭＭＡ樹脂モルタル１７に加えて厚み６０ｍｍのアスファルト１８の舗装
とすれば、発生応力は６２（Ｎ／ｍｍ^２）であることが判明した。
以上により発生応力値は上記ａの場合に比べ上記ｂの場合最大約８（％）まで低下し、上記ｃの場合は約２９（％）に低下していることが判明した。

ＭＭＡ樹脂モルタル１７は、メタクリル酸メチルのポリマーであって例えば樹脂の範囲を重量比５〜２５（％）で必要性能に合わせて配合して調整する。コンクリート１９の舗装より低下率が低いのは弾性係数の大きさが約半減していることより、曲げ剛性が低くなっているためであり自明のことである。また、デッキプレート１２Ａに、ＭＭＡ樹脂モルタル１７の曲げ剛性を鋼部材に換算すると、図５（ｂ）に示す換算値（ｍｍ）であった。また付着応力度は図５（ｃ）に示すような数値であった。すなわち、舗装部材とデッキプレート１２Ａの付着せん断応力度を前記ａの場合、ｂの場合と、ｃの場合とで比較を行うと、既往の実験結果によるアスファルトとコンクリートとの直接せん断強度は０．１７（Ｎ／ｍｍ^２）との実験結果が報告されているが、コンクリート強度２４（Ｎ／ｍｍ^２）の時の値が０．８０（Ｎ／ｍｍ^２）である。ＭＭＡ樹脂モルタル１７に関しては付着強度が大きく、一般に１０（Ｎ／ｍｍ^２）を超える値となっている。以上のことから、付着せん断に関して安全側となるのはＭＭＡ樹脂モルタル１７のみとなり、高い剛性と耐久性を有することが判明した。

次に、本発明に係るＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版の実施例について添付図面に基づき説明する。

図６及び図７は、橋梁複合鋼床版１２の実施例を示している。図６は土木構造物としての橋梁Ｃに於ける全体側面図を示し、図７は図６の矢印Ｄ−Ｄ線方向から見た水平拡大断面図を示している。
前述した図１に示す場合との相違点は前記ＭＭＡ樹脂モルタル１７の中に連続繊維補強材（ＣＦグリッド）２０を介装又は埋設したことを特徴としている。

該連続繊維補強材（ＣＦグリッド）２０は例えば、その材料が炭素繊維（カーボン）で左右間及び上下間の幅を約７．０（ｍｍ）の矩形断面を有する１本の線材で構成され、この１本の線材を縦長、横長各約５０（ｍｍ）の格子状の網目を作製してなるものである。そして、該連続繊維補強材（ＣＦグリッド）２０はＲＣ構造耐震補強の外部補強材として利用する。

このように構成した実施例によれば、該複合鋼床版１２の上部に大きな引張応力が発生するときにも該連続繊維補強材（ＣＦグリッド）２０をＭＭＡ樹脂モルタル１７の中に敷設することで容易にこれを吸収することができるという働きがある。
尚、図６に示す実施例に於いて外の構成部材は図１に示すものと略同一であり同一番号、符号を付してその説明を省略する。

本発明に係るＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版に於ける実施の形態を示す全体側面図である。 図１に示す複合鋼床版に於いてメタクリル樹脂プライマーを介装した構成を示す部分拡大垂直断面図である。 本発明に係るＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版於いて、車道部Ａの中央点からの距離（ｍｍ）に対する複合鋼床版にかかる応力（Ｎ／ｍｍ^２）の特性図である。 本発明に係るＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版於いて、車道部Ａの中央点からの距離（ｍｍ）に対する複合鋼床版にかかる付着せん断応力（Ｎ／ｍｍ^２）の特性図である。 本発明に係るＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版於いて、各実験値を示すデータであって、（ａ）は橋梁複合鋼床版の各舗装材料に応じた弾性係数（Ｎ／ｍｍ^２）を示す図、（ｂ）はＭＭＡ樹脂モルタルの厚み（ｍｍ）に応じたデッキプレートの換算値（ｍｍ）を示す図、（ｃ）は橋梁複合鋼床版の舗装材料に応じた付着せん断応力度（Ｎ／ｍｍ^２）を示す図である。 本発明に係るＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版の実施例を示す全体構成図である。 図６の矢印Ｄ−Ｄ線方向から見た水平拡大断面図である。 従来の技術に於ける複合鋼床版を示す全体側面図である。

符号の説明

１２ 複合鋼床版
１２Ａ 複合鋼床版のデッキプレート
１２Ｂ 複合鋼床版の補剛材
１３ 主桁
１４ 横桁
１５ 高欄
１６ ブラケット
１７ ＭＭＡ樹脂モルタル
１７ａ メタクリル樹脂プライマー
１８ アスファルト
１９ コンクリート
２０ 連続繊維補強材（ＣＦグリッド）
Ａ 車道部
Ｂ 歩道部
Ｃ 橋梁

Claims (3)

1. 躯体上面に設置されてあって橋軸方向に延在する主桁と、該主桁に直交する方向に設置した横桁とを備え、該主桁及び横桁の上面に設置された複合鋼床版と、該複合鋼床版の左・右端に備えた高欄とでなる橋梁に於いて前記複合鋼床版は橋幅方向に設置したデッキプレートを備え、該デッキプレートの下側に縦リブで形成した補剛材を有すると共に該デッキプレートの上側にＭＭＡ樹脂モルタルを敷設し、さらに該ＭＭＡ樹脂モルタルの上面にアスファルトで舗装したことを特徴とするＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版。
2. 躯体上面に設置されてあって橋軸方向に延在する主桁と、該主桁に直交する方向に設置した横桁とを備え、該主桁及び横桁の上面に設置された複合鋼床版と、該複合鋼床版の左・右端に備えた高欄とでなる橋梁に於いて前記複合鋼床版は橋幅方向に設置したデッキプレートを備え、該デッキプレートの下側に縦リブで形成した補剛材を有すると共に該デッキプレートの上側にメタクリル樹脂プライマーを介してＭＭＡ樹脂モルタルを敷設し、さらに該ＭＭＡ樹脂モルタルの上面にアスファルトで舗装したことを特徴とするＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版。
3. 前記デッキプレートの上側に敷設するＭＭＡ樹脂モルタルの中に連続繊維補強材（ＣＦグリッド）を介装したことを特徴とする請求項１又は２記載のＭＭＡ樹脂モルタルを敷設した橋梁複合鋼床版。

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