JP2009235693A - 既設構造物の補強構造及び補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既設構造物の斜材の座屈抑制に好適な補強構造及び補強方法を提供する。
【解決手段】所定方向に間隔を隔てて複数配置された箱断面の鉛直材１、２及びこれら鉛直材１、２の間に配置された斜材３を有する既設構造物を補強する構造であって、鉛直材１の内部にダイヤフラム部材１２を設けると共に、鉛直材１におけるダイヤフラム部材１２の接合部と斜材３の長手方向中間部との間にストラット６を架け渡してなり、ダイヤフラム部材１２は、鉛直材１の箱断面の上記所定方向に直交する直交方向中間部同士を結び上記所定方向に延出する第一荷重支持部材１３と、第一荷重支持部材１３の長手方向中間部と鉛直材１の箱断面の隅部とを結ぶ第二荷重支持部材１４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定方向に間隔を隔てて複数配置された箱断面の鉛直材及びこれら鉛直材の間に配置された斜材を有する既設構造物を補強する構造及び方法に関する。

近年、既設橋梁を耐震補強・補剛することが求められている。図３に示すような、橋軸方向に所定間隔を隔てて複数配置された箱断面の鉛直材１、２及びこれら鉛直材１、２の間に配置された斜材３を有する既設橋梁（トラス橋）の補強構造として、斜材３の座屈を抑制すべく、鉛直材１、２と斜材３の長手方向中間部との間にストラット６を架け渡して設けるものがある。

鉛直材１、２と斜材３の長手方向中間部との間にストラット６を架け渡して設けることにより、斜材３の座屈長を短くし、斜材３の耐圧縮力の増強を図ることが可能である。

なお、特許文献１及び２には、建築物その他の構造物において、地震力や風力等の水平力に抵抗させる構造要素として使用する十字型座屈拘束筋かい部材が記載されている。

特許第３４７４７４３号公報 特開２０００−４５５６２号公報

ところで、ストラット６を取り付ける鉛直材１、２の箱断面の内部にダイヤフラム部材が存在しない場合、当該鉛直材１、２の箱断面の剛性不足により、橋梁が地震力等の水平力を受けた際にストラット６に斜材３の座屈を抑制するのに十分な軸力が発生しないことが懸念される。

また、箱断面の断面積が小さい鉛直材１、２では、鉛直材１、２内外を連通するマンホールの開口も小さく、鉛直材１、２内への大きな補強部材（フルウェブのダイヤフラム部材）の搬入が困難である場合があり、又、箱断面の鉛直材１、２内に大きな補強部材（フルウェブのダイヤフラム部材）を搬入できるスペース（入口のマンホールの大きさや、鉛直材１、２内で作業するスペースの大きさ）を確保できない場合があるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、既設構造物の斜材の座屈抑制に好適な補強構造及び補強方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、所定方向に間隔を隔てて複数配置された箱断面の鉛直材及びこれら鉛直材の間に配置された斜材を有する既設構造物を補強する構造であって、上記鉛直材の内部にダイヤフラム部材を設けると共に、上記鉛直材における上記ダイヤフラム部材の接合部と上記斜材の長手方向中間部との間にストラットを架け渡してなり、上記ダイヤフラム部材は、上記鉛直材の箱断面の上記所定方向に直交する直交方向中間部同士を結び上記所定方向に延出する第一荷重支持部材と、該第一荷重支持部材の長手方向中間部と上記鉛直材の箱断面の隅部とを結ぶ第二荷重支持部材とを有するものである。

ここで、上記第一荷重支持部材及び上記第二荷重支持部材は、上記鉛直材の内外を連通するマンホールを通じて上記鉛直材内に搬入可能な大きさに形成されても良い。

また、上記第一荷重支持部材は、上記鉛直部材の箱断面の直交方向中間部間を架け渡して設けられる第一フレーム部材を有し、上記第二荷重支持部材は、上記鉛直部材の箱断面の隅部に設けられるガセットと、該ガセットの先端と上記第一荷重支持部材の第一フレーム部材の長手方向中間部とを結ぶ第二フレーム部材とを有しても良い。

また本発明は、所定方向に間隔を隔てて複数配置された箱断面の鉛直材及びこれら鉛直材の間に配置された斜材を有する既設構造物を補強する方法であって、上記鉛直材の内部にダイヤフラム部材を設けると共に、上記鉛直材における上記ダイヤフラム部材の接合部と上記斜材の長手方向中間部との間にストラットを架け渡すことからなり、上記ダイヤフラム部材を設ける工程は、第一荷重支持部材を、上記鉛直部材の箱断面の上記所定方向に直交する直交方向中間部間に架け渡して設ける工程と、第二荷重支持部材を、上記第一荷重支持部材の長手方向中間部と上記鉛直材の箱断面の隅部との間を架け渡して設ける工程とを含むものである。

また本発明は、所定方向に間隔を隔てて複数配置された箱断面の鉛直材及びこれら鉛直材の間に配置された斜材を有する既設構造物を補強する方法であって、ガセットを、上記鉛直材の箱断面の隅部に取り付け、第一フレーム部材を、上記鉛直部材の箱断面の上記所定方向に直交する直交方向中間部間に架け渡して設けると共に、第二フレーム部材を、先端が上記ガセット側に向くようにして上記第一フレーム部材の長手方向中間部に取り付け、上記ガセットと上記第二フレーム部材とを連結し、ストラットを、上記鉛直部材における上記第一フレーム部材の接合部と上記斜材の長手方向中間部との間に架け渡すものである。

本発明によれば、既設構造物の斜材の座屈抑制に好適な補強構造及び補強方法を提供することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、図３のＩ−Ｉ線矢視図であって、本発明の一実施形態に係る補強構造が適用される橋梁主塔の平断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。

橋梁（既存構造物）は、橋軸方向（橋梁長手方向）に所定間隔を隔てて複数配置された箱断面（中空の矩形断面）の鉛直材１、２と、これら鉛直材１、２の間に配置された箱断面の斜材３とを備えたトラス橋であり、橋軸方向に隣接する鉛直材１、２同士は箱断面の上弦材４及び下弦材５（図３参照）により連結される。

本実施形態は、橋軸方向に所定間隔を隔てて複数配置された鉛直材１、２の内、橋台７（図３参照）上に載置された主塔１及びその主塔１に隣接する斜材３に適用したものである。

図１及び図２に示すように、主塔１は、幅方向が橋軸直交方向（橋梁幅方向）に指向されるウェブ８と、幅方向が橋軸方向に指向されるフランジ９とから箱断面に形成されており、主塔１のウェブ８内面及びフランジ９内面にはそれぞれ、内面補強リブ１０、１１が設けられる。例えば、内面補強リブ１０、１１はそれぞれ鋼板からなる。

本実施形態に係る既設橋梁の補強構造は、主塔１（鉛直材）の内部に設けられたダイヤフラム部材１２と、主塔１におけるダイヤフラム部材１２の接合部と斜材３の長手方向中間部との間に架け渡して設けられたストラット（水平ストラット）６とを有する。

本実施形態では、ダイヤフラム部材１２は主塔１の長手方向（高さ方向）に所定間隔を隔てて複数設けられる（図２参照）。

本実施形態に係るダイヤフラム部材１２は、主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部同士を結び橋軸方向に延出し、軸力（ストラット軸力）を箱断面の主塔１の一側から他側に伝える第一荷重支持部材１３と、第一荷重支持部材１３の長手方向中間部と主塔１の箱断面の隅部とを結び、第一荷重支持部材１３から主塔１に力を伝える第二荷重支持部材１４とから構成される。第一荷重支持部材１３及び第二荷重支持部材１４は、主塔１の内外を連通するマンホール（図示せず）を通じて主塔１内に搬入可能な大きさに形成される。

詳しくは、第一荷重支持部材１３は、複数のフレーム部材（第一フレーム部材）１５、１５を添接板１６を介してボルト・ナット１７により接合してなり、各フレーム部材１５はチャネル材１８と板材１９とを溶接等により接合してなる。各フレーム部材１５は、チャネル材１８が主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部に固定された仕口（取付金具）２０にボルト・ナット（図示せず）により連結されて、主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部間に架け渡される。添接板１６の外面には、補強用リブ２１が突設される。例えば、チャネル材１８は鋼板を略コ字状に折り曲げてなり、添接板１６、板材１９及び補強用リブ２１はそれぞれ鋼板からなる。板材１９は図１に示す形状には限定はされないが、板材１９を図１に示すように平面視で箱断面中心側に凹む形状にすると、当該凹んでいる部分に作業スペースを確保することができる。

また、第二荷重支持部材１４は、複数のフレーム部材２２、２３を添接板２４を介してボルト・ナット２５により接合してなる。これらフレーム部材２２、２３の内、主塔１の箱断面の隅部に固定された仕口（取付金具）２６に連結されるフレーム部材２２はガセット（板材）２７からなり、主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部に固定された仕口２０に連結されるフレーム部材（第二フレーム部材）２３はチャネル材２８と板材２９とを溶接等により接合してなる。フレーム部材２２（ガセット２７）は、添接板３２を介して、主塔１の箱断面の隅部に固定された仕口２６にボルト・ナット３３により連結される。フレーム部材２３は、チャネル材２８が主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部に固定された仕口２０にボルト・ナット（図示せず）により連結される。また、フレーム部材２３は、チャネル材２８と第一荷重支持部材１３のフレーム部材１５のチャネル材１８とでスペーサ３０を挟み込んだ状態で、当該チャネル材２８が第一荷重支持部材１３のフレーム部材１５のチャネル材１８にボルト・ナット（図示せず）により連結されて、ガセット２７の先端と第一荷重支持部材１３のフレーム部材１５の長手方向中間部との間に架け渡される。添接板２４の外面には、補強用リブ３１が突設される。例えば、チャネル材２８は鋼板を略コ字状に折り曲げてなり、添接板２４、ガセット（板材）２７、板材２９及び補強用リブ３１はそれぞれ鋼板からなる。板材２９は図１に示す形状には限定はされないが、板材２９を図１に示すように平面視で箱断面中心側に凹む形状にすると、当該凹んでいる部分に作業スペースを確保することができる。

また、ストラット６は、長手方向一端部が主塔１のウェブ８外面に取り付けられた仕口（取付金具）３４にボルト・ナット（図示せず）により接合され、長手方向他端部が斜材の長手方向中間部の外面に取り付けられた仕口（仕口３４と同様のもの）にボルト・ナット（図示せず）により接合される。

本実施形態では、第一荷重支持部材１３に軸力が発生した場合、主塔１にねじりモーメントが発生しないように、第一荷重支持部材１３の幅方向（橋軸直交方向）中心を主塔１の幅方向（ウェブ８の幅方向）中心と一致させている。

また本実施形態では、ストラット６に軸力が発生した場合、主塔１及び斜材３にねじりモーメントが発生しないように、ストラット６の幅方向中心を主塔１及び斜材３の幅方向中心と一致させ、且つ、第一荷重支持部材１３の幅方向中心と一致させている。

ダイヤフラム部材１２（第一荷重支持部材１３及び第二荷重支持部材１４）及びストラット６の橋梁（主塔１、斜材３）への取り付けの手順の一例を図４により説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部及び隅部にそれぞれ、ウェブ８或いはフランジ９の内外面を連通する孔を設け（孔あけ）、主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部に、仕口２０をボルト・ナットにより取り付けると共に、主塔１の箱断面の隅部に、仕口２６をボルト・ナットにより取り付ける（仕口取付）。その際、ストラット６を取り付けるための仕口３４を、主塔１のウェブ８外面に、ボルト・ナットで仕口２０と一緒に取り付ける。

次いで、図４（ｂ）に示すように、第二荷重支持部材１４のガセット２７を、添接板３２により主塔１の箱断面の隅部に取り付けた仕口２６に取り付ける（ガセット取付）。

次いで、図４（ｃ）に示すように、第一荷重支持部材１３のフレーム部材１５及び第二荷重支持部材１４のフレーム部材２３を一緒に、主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部に取り付けた仕口２０に取り付けることで、第一荷重支持部材１３のフレーム部材１５を主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部間に架け渡して設けると共に、第二荷重支持部材１４のフレーム部材２３を、先端がガセット２７側に向くようにして第一荷重支持部材１３のフレーム部材１５の長手方向中間部に取り付ける（フレーム部材取付）。

次いで、図４（ｄ）に示すように、第二荷重支持部材１４のガセット２７とフレーム部材２３とを、添接板２４により連結する（添接板取付）。

そして、図４（ｅ）に示すように、隣接する第一荷重支持部材１３のフレーム部材１５同士を、添接板１６により連結する（添接板取付）。また、ストラット６を仕口３４に取り付けることで、ストラット６を主塔１におけるフレーム部材１５（第一荷重支持部材１３）の接合部と斜材３の長手方向中間部との間に架け渡す。

このようにして、ダイヤフラム部材１２が主塔１の内部に設けられ、ストラット６が、主塔１におけるダイヤフラム部材１２の接合部と斜材３の長手方向中間部との間に架け渡して設けられる。

なお、図４に示す手順以外の手順でダイヤフラム部材１２（第一荷重支持部材１３及び第二荷重支持部材１４）及びストラット６を橋梁（主塔１、斜材３）に取り付けるようにしても良い。

ここで、本実施形態では、ダイヤフラム部材１２が、主塔１の箱断面の橋軸直交方向中間部同士を結び橋軸方向に延出する第一荷重支持部材１３と、第一荷重支持部材１３の長手方向中間部と主塔１の箱断面の隅部とを結ぶ第二荷重支持部材１４とを有する。第一荷重支持部材１３で主塔１の箱断面を補剛したことにより、ストラット６を介する主塔１から斜材３への力の伝達がスムーズになり、橋梁が地震力等の水平力を受けた際に斜材３が座屈するのを確実に防止し得る。また、第二荷重支持部材１４により主塔１の箱断面の隅部（四隅）を補剛したことにより、第一荷重支持部材１３に作用する荷重を主塔１の箱断面の隅部に分散させることで、主塔１の局所的な曲げ変形を防止することができる。

また、本実施形態によれば、第一荷重支持部材１３及び第二荷重支持部材１４が主塔１の内外を連通するマンホールを通じて主塔１内に搬入可能な大きさに形成されるので、主塔１内へのダイヤフラム部材１２（第一荷重支持部材１３及び第二荷重支持部材１４）の搬入作業が容易となる。

また、本実施形態では、ダイヤフラム部材１２（第一荷重支持部材１３及び第二荷重支持部材１４）の橋梁（主塔１）への取り付けを、主にボルト・ナット１７、２５、３３により行うこととしたので、主塔１の内部での溶接量を軽減し或いは溶接を省略でき、主塔１内での作業性が良くなるという利点がある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上述の実施形態では、橋軸方向に所定間隔を隔てて複数配置された鉛直材１、２の内、橋台７上に載置された主塔１及びその主塔１に隣接する斜材３に適用するとしたが、これには限定はされず、主塔１以外の鉛直材２及びその鉛直材２に隣接する斜材３に適用することも可能である。また、橋梁には限定はされず、本発明を橋梁以外の既存構造物に適用することも可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る補強構造が適用される橋梁主塔の平断面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。 図３は、橋梁の概略図である。 図４（ａ）〜図４（ｅ）は、ダイヤフラム部材及びストラットを橋梁主塔に取り付ける手順を示す図である。

符号の説明

１ 主塔（鉛直材）
２ 鉛直材
３ 斜材
６ ストラット
１２ ダイヤフラム部材
１３ 第一荷重支持部材
１４ 第二荷重支持部材
１５ フレーム部材（第一フレーム部材）
２３ フレーム部材（第二フレーム部材）
２７ ガセット

Claims (5)

1. 所定方向に間隔を隔てて複数配置された箱断面の鉛直材及びこれら鉛直材の間に配置された斜材を有する既設構造物を補強する構造であって、
   上記鉛直材の内部にダイヤフラム部材を設けると共に、上記鉛直材における上記ダイヤフラム部材の接合部と上記斜材の長手方向中間部との間にストラットを架け渡してなり、
   上記ダイヤフラム部材は、上記鉛直材の箱断面の上記所定方向に直交する直交方向中間部同士を結び上記所定方向に延出する第一荷重支持部材と、該第一荷重支持部材の長手方向中間部と上記鉛直材の箱断面の隅部とを結ぶ第二荷重支持部材とを有することを特徴とする既設構造物の補強構造。
2. 上記第一荷重支持部材及び上記第二荷重支持部材は、上記鉛直材の内外を連通するマンホールを通じて上記鉛直材内に搬入可能な大きさに形成される請求項１に記載の既設構造物の補強構造。
3. 上記第一荷重支持部材は、上記鉛直部材の箱断面の直交方向中間部間を架け渡して設けられる第一フレーム部材を有し、
   上記第二荷重支持部材は、上記鉛直部材の箱断面の隅部に設けられるガセットと、該ガセットの先端と上記第一荷重支持部材の第一フレーム部材の長手方向中間部とを結ぶ第二フレーム部材とを有する請求項１又は２に記載の既設構造物の補強構造。
4. 所定方向に間隔を隔てて複数配置された箱断面の鉛直材及びこれら鉛直材の間に配置された斜材を有する既設構造物を補強する方法であって、
   上記鉛直材の内部にダイヤフラム部材を設けると共に、上記鉛直材における上記ダイヤフラム部材の接合部と上記斜材の長手方向中間部との間にストラットを架け渡すことからなり、
   上記ダイヤフラム部材を設ける工程は、第一荷重支持部材を、上記鉛直部材の箱断面の上記所定方向に直交する直交方向中間部間に架け渡して設ける工程と、第二荷重支持部材を、上記第一荷重支持部材の長手方向中間部と上記鉛直材の箱断面の隅部との間を架け渡して設ける工程とを含むことを特徴とする既設構造物の補強方法。
5. 所定方向に間隔を隔てて複数配置された箱断面の鉛直材及びこれら鉛直材の間に配置された斜材を有する既設構造物を補強する方法であって、
   ガセットを、上記鉛直材の箱断面の隅部に取り付け、
   第一フレーム部材を、上記鉛直部材の箱断面の上記所定方向に直交する直交方向中間部間に架け渡して設けると共に、第二フレーム部材を、先端が上記ガセット側に向くようにして上記第一フレーム部材の長手方向中間部に取り付け、
   上記ガセットと上記第二フレーム部材とを連結し、
   ストラットを、上記鉛直部材における上記第一フレーム部材の接合部と上記斜材の長手方向中間部との間に架け渡す、
   ことを特徴とする既設構造物の補強方法。

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