JP2009287226A - 合成床版とその補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の厚さ（高さ）で所望の曲げ剛性を少ない補強材で得ることができ、設計上最適な寸法が容易に設定でき、フランジ部の下面にコンクリートの空隙ができにくく、切断、穴開け、塗装の加工コストを下げることができる合成床版とその補強方法を提供する。
【解決手段】水平に延びる平板状の底鋼板１２と、底鋼板の上面に互いに平行に間隔を隔てて溶接された複数の補強材２０とを有する合成床版１４。補強材２０は、長さ方向に沿って折り曲げられた矩形鋼板からなり、かつ底鋼板１２に溶接される脚部１２ａから底鋼板に対して垂直に延びるウエブ１２と、ウエブの上端から水平に対し所定の上向き角度で折り曲げられた傾斜フランジ１４とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷間曲げ加工材を用いた合成床版とその補強方法に関する。

鋼橋の床版は、鉄筋コンクリート床版（ＲＣ床版）、プレストレストコンクリート床版（ＰＣ床版）、および合成床版に大別できる。このうち、合成床版とは、鋼とコンクリートで構成され、鋼板パネルを鋼桁上に敷設した後、コンクリートを打ち込み、鋼板パネルとコンクリートとを合成し、一体化を図った床版である。
かかる合成床版は、従来の鉄筋コンクリート床版に比較して、耐荷力が高いため、長い床版支間を薄い床版厚で構成でき、型枠・支保工が省略でき、底鋼板があるためコンクリート片の落下の危険性がないという特徴がある。

図７は、合成床版の模式的断面図である。この図に示すように、合成床版５１は、底鋼板５２とこれに取り付けた補強材５３とからなる鋼板パネル５４の上部に主鉄筋５５を配し、さらにコンクリート５６を打ち込んで一体化したものである。
合成床版５１の厚さ、すなわち底鋼板５２の下面からコンクリート５６の上面までの高さを「床版厚」と呼ぶ。

上述した合成床版として、従来から種々の構造のものが提案されている（例えば、特許文献１、２）。

特許文献１の「鋼底型枠及び床版」は、耐久性を向上させ且つ施工費用を低廉化し、施工期間を短縮できると共に、接合部の強度および耐久性を確保しつつ、さらに施工を容易にすることを目的とする。
そのため、この合成床版６０は、図８に示すように、鋼底型枠６１と、このリブ上に配筋されたループ鉄筋６５と、鋼底型枠６１上に打設されたコンクリートＣとを備えている。また鋼底型枠６１は、底鋼板６２と、この底鋼板６２に概ね逆Ｕ字状を呈するように固定されたＵ型リブ６３とを有している。

特許文献２の「鋼コンクリート合成床版の鋼骨格構造」は、コンクリート打設時にも桁組上に変形することなく自立し得、施工作業性の良い構造を目的とする。
そのため、図９に示すように、コンクリート層と一体化して強度合成された床版７０を形成する鋼骨格７１は、下面を形成する底鋼板７２の上面に結合補強ビーム７３が固定されると共に、底鋼板７２のハンチ部７４の上面と結合補強ビーム７３とが支持板７５によって結合され、ハンチ部７４で全体重量を支持し得るように構成されている。

特開平１１−１９２６１３号明細書、「鋼底型枠及び床版」 特開２００４−１９３８６号明細書、「鋼コンクリート合成床版の鋼骨格構造」

上述した鋼板パネルは、コンクリートを打設する際には、その重量を支持する必要があり、合成床版として完成後には、上部を通過する車両等を支持する必要がある。そのため、合成床版および鋼板パネルは、所定の床版厚で十分高い曲げ剛性（「剛度」とも呼ぶ）を有する必要がある。

上述した主鉄筋（「トラス鉄筋」とも呼ぶ）は、コンクリートに作用する引張力を受ける目的で主に用いられる。

また鋼板パネルの曲げ剛性を高めるために、上述した補強材（「リブ材」とも呼ぶ）が底鋼板の上面に互いに間隔を隔てて溶接等により固定される。さらに、補強材を溶接した鋼板パネル全体は、合成床版の剛性も高める。

従来、底鋼板の補強材として、特許文献１のＵ型リブや、特許文献２の補強ビームが用いられている。Ｕ型リブは逆Ｕ字状の鋼板であり、補強ビームはチャンネル材又はその他の型鋼である。

しかし、従来の合成床版には、以下の問題点があった。
（１） 底鋼板、主鉄筋は断面係数が小さいため、合成床版の曲げ剛性にあまり寄与しない。そのため、補強材の曲げ剛性が低い場合、多数の補強材が必要となり、コストアップとなる。
（２） 形鋼（例えばチャンネル材）は断面係数は大きいが、切断や穴開けなどの加工コストが高い。
（３） 形鋼は規定サイズが決まっているため、設計上最適な寸法が選定できない場合がある。例えば、わずかに強度が不足する場合、１サイズ上げる必要があり、経済的に不利になる場合がある。
（４） 軽量形鋼の場合、フランジ部が直角に曲げられており、コンクリート打設後、フランジ部の下面に空隙ができるおそれがある。
（５） 加工後に防錆のために行う工程である塗装工程が加工工程と別工程になるため、塗装コストが高くなる。

本発明は上述した従来の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、所定の厚さ（高さ）で所望の曲げ剛性を少ない補強材で得ることができ、設計上最適な寸法が容易に設定でき、フランジ部の下面にコンクリートの空隙ができにくく、切断、穴開け、塗装の加工コストを下げることができる合成床版とその補強方法を提供することにある。

本発明によれば、水平に延びる平板状の底鋼板と、
該底鋼板の上面に互いに平行に間隔を隔てて溶接された複数の補強材とを有する合成床版であって、
前記補強材は、長さ方向に沿って折り曲げられた矩形鋼板からなり、かつ底鋼板に溶接される脚部から底鋼板に対して垂直に延びるウエブと、ウエブの上端から水平に対し所定の上向き角度で折り曲げられた傾斜フランジとを有する、ことを特徴とする合成床版が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、補強材の前記脚部は、ウエブの下端面、又はウエブの下端で傾斜フランジ側に水平に折り曲げられた水平部である。

また、前記傾斜フランジは、所定の曲げ剛性を得るように幅が設定された、１枚又は折り重ねた２枚の鋼板からなる。

また本発明によれば、長さ方向に沿って折り曲げられた矩形鋼板からなり、かつ底鋼板に溶接される脚部から底鋼板に対して垂直に延びるウエブと、ウエブの上端から水平に対し所定の上向き角度で折り曲げられた傾斜フランジとを有する複数の補強材を、水平に延びる平板状の底鋼板の上面に、互いに平行に間隔を隔てて溶接する、ことを特徴とする合成床版の補強方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記ウエブには、生コンクリートが通過可能なコンクリート孔が折り曲げ前に設けられ、前記傾斜フランジには、生コンクリート内の空気が通過可能な空気孔が折り曲げ前に設けられる。
前記コンクリート孔は、円形孔、楕円孔又は、端部で折り曲げられた突出部を有する矩形孔である、ことが好ましい。

上記本発明の構成によれば、補強材が、長さ方向に沿って折り曲げられた矩形鋼板からなるので、所定の床版厚に合わせて、補強材の高さ、傾斜フランジの幅、およびその傾斜角度を自由に設定できるので、所定の厚さ（高さ）で所望の曲げ剛性を少ない補強材で得ることができ、設計上最適な寸法が容易に設定できる。

また、傾斜フランジがウエブの上端で水平に対し所定の上向き角度で折り曲げられられているので、フランジ部の下面にコンクリートの空隙ができにくい。

さらに、コンクリート孔と空気孔が、加工工程の折り曲げ前に加工されているので、材料（矩形鋼板）の切断、曲げ、孔明けを同一工程で行えるため加工コストを下げることができる。

また、プレスを用いた折り曲げ加工では長手方向に連続した加工が可能であり、塗装工程（ブラスト、塗装）が長手方向に連続して行うことができ、機械による自動化が可能であり、更にコストを下げることができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による合成床版の第１実施形態図である。この図において、（Ａ）は曲げを受ける横断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ線における矢視図である。
この図において、本発明の合成床版１０は、水平に延びる平板状の底鋼板１２と複数（この図で３本）の補強材２０とを有する。複数の補強材２０は、底鋼板１２の上面に互いに平行に間隔を隔てて溶接され、全体として一体の鋼板パネル１４を構成している。

本発明の合成床版１０は、さらに鋼板パネル１４の上部にほぼ水平に位置する主鉄筋１６と、鋼板パネル１４と主鉄筋１６を埋設して打設されたコンクリート１８を有する。

図２は、図１の鋼板パネル１４の詳細図である。この図において、（Ａ）は図１（Ａ）のＡ部拡大図、（Ｂ）は鋼板パネル１４の斜視図である。
この図において、補強材２０は、長さ方向（図２Ａで紙面に直交する方向）に沿って折り曲げられた矩形鋼板からなる。

また、補強材２０は、底鋼板１２に溶接される脚部２１ａから底鋼板１２に対して垂直に延びるウエブ２２と、ウエブ２２の上端から水平に対し所定の上向き角度θで折り曲げられた傾斜フランジ２４とを有する。上向き角度θは、この例では５度であるが、コンクリート打設後、フランジ部の下面に空隙ができない限りで、水平に近く、例えば２度〜１０度の範囲であるのがよい。

この例において、補強材２０の脚部２１ａは、ウエブ２２の下端で傾斜フランジ側に水平に折り曲げられた水平部２５である。補強材２０は、この水平部２５の両側で底鋼板１２に隅肉溶接され、一体の鋼板パネル１４を構成している。
この構成により、水平部２５の下面が底鋼板１２の上面に密着するので、補強材２０の位置決めが容易となる。また、水平部２５の両側の溶接部が水平部２５の長さ（幅）だけ離れるので、溶接による影響（例えば熱歪み）を小さくできる。

傾斜フランジ２４は、この例では所定の曲げ剛性を得るように幅が設定された１枚の鋼板からなる。

上述した構成の鋼板パネル１４は、底鋼板１２の一定幅が一体となり、各補強材２０がある断面２次モーメントＩと断面係数Ｚを有する。図２（Ａ）において、水平線ｚを断面の中立軸、ｅ１，ｅ２を中立軸から最も周辺までの距離とすると、断面係数Ｚは、Ｉ／ｅ１又はＩ／ｅ２で表される。また、横断面の中立軸に関する断面２次モーメントＩは、∫ｙ^２ｄＡで表される。
従って、鋼板パネル１４の断面２次モーメントＩと断面係数Ｚは、同一面積であっても中立軸ｚから遠い位置の断面積が大きいほど、大きくなることがわかる。

図２において、ウエブ２２には、長さ方向に一定のピッチ（例えば３００ｍｍ）で生コンクリートが通過可能なコンクリート孔２２ａが設けられている。このコンクリート孔２２ａは折り曲げ前に加工されている。
また、傾斜フランジ２４には、生コンクリート内の空気が通過可能な空気孔２４ａが長さ方向に一定のピッチ（例えば３００ｍｍ）で設けられている。この空気孔２４ａも折り曲げ前に加工されている。

コンクリート孔２２ａと空気孔２４ａは、長さ方向に位置をずらして設けるのがよい。また、この例で、コンクリート孔２２ａは円形孔（例えば直径６０ｍｍ）、空気孔２４ａも円形孔（例えば直径１０ｍｍ）であるが、他の形状、例えば楕円形であってもよい。

上述した本発明の構成によれば、補強材２０が、長さ方向に沿って折り曲げられた矩形鋼板からなるので、所定の床版厚に合わせて、補強材２０の高さ、傾斜フランジ２４の幅、およびその傾斜角度θを自由に設定できる。これにより、所定の厚さ（高さ）で所望の曲げ剛性を少ない補強材で得ることができ、設計上最適な寸法が容易に設定できる。

また、傾斜フランジ２４がウエブ２２の上端で水平に対し所定の上向き角度θで折り曲げられられているので、フランジ部の下面にコンクリートの空隙ができにくい。

さらに、コンクリート孔２２ａと空気孔２４ａが、加工工程の折り曲げ前に加工されているので、材料（矩形鋼板）の切断、曲げ、孔明けを同一工程で行えるため加工コストを下げることができる。

また、プレスを用いた折り曲げ加工では材料を動かして、機械を移動させずに加工が可能であり、塗装工程（ブラスト、塗装）が長手方向に連続して行うことができ、省スペース、連続作業が可能であり、更にコストを下げることができる。

図３は、図１の補強材２０の連結構造図である。
合成床版１０の全長は例えば１０ｍ以上あり、合成床版を分割する必要があり、現地でそれらを連結する必要が生じることがある。本発明の補強材２０は、ウエブ２２と傾斜フランジ２４の両端部に複数のボルト用の貫通孔（図示せず）を設け、隣接する補強材２０の端部同士を連結金具３０とボルト３２で連結できるようになっている。
なお、ボルトを用いず、連結金具３０の周辺を補強材２０の端部に直接溶接してもよい。
この構成により、合成床版を分割するため補強材を分割し連結する場合でも、補強材２０の連結部の曲げ剛性（断面２次モーメントＩと断面係数Ｚ）を連結部以外の部分と同等以上に高めることができ、合成床版１０より短い補強材２０の使用を可能にすることができる。

図４は、本発明による合成床版の第２実施形態図である。この例において、補強材２０の脚部２１ａは、ウエブ２２の下端面であり、折り曲げられた矩形鋼板の一端（図で下端）の両側で底鋼板１２に隅肉溶接され、一体の鋼板パネル１４を構成している。
この構成では、第１実施形態の水平部２５がなく、ウエブ２２の下端面が底鋼板１２の上面に密着する。第１実施形態の水平部２５は、底鋼板１２に密着するので、曲げ剛性の増加に対し、あまり寄与しない。従って、この構成により、第１実施形態よりも少ない断面積で、同等の曲げ剛性を得ることができ、設計上最適な寸法が容易に設定できる。
なお、その他の構成と効果は、第１実施形態と同様である。

図５は、本発明による合成床版の第３実施形態図である。この例において、補強材２０の傾斜フランジ２４は、所定の曲げ剛性を得るように幅が設定され、かつ折り重ねた２枚の鋼板からなる。
補強材２０の脚部２１ａは、この図では第１実施形態と同一であるが、第２実施形態のように水平部２５を省略してもよい。
この構成により、中立軸ｚから遠い位置にある傾斜フランジ２４全体の断面積を第１実施形態のほぼ２倍に設定できるので、第１実施形態よりも少ない断面積で、同等の曲げ剛性を得ることができ、設計上最適な寸法が容易に設定できる。
なお、その他の構成と効果は、第１実施形態と同様である。

図６は、本発明による合成床版の第４実施形態図である。この図において、補強材２０のコンクリート孔２２ａは、端部で折り曲げられた突出部２２ｂを有する矩形孔である。
このコンクリート孔２２ａと突出部２２ｂも折り曲げ前に加工するのがよい。コンクリート孔２２ａを矩形孔とすることにより、曲げ剛性を下げることなく、開口長さを大きく設定でき、生コンクリートの通過をより容易にできる。
また、突出部２２ｂを設けることにより、硬化後のコンクリートとの結合をより強固にできる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本発明による合成床版の第１実施形態図である。 図１の鋼板パネルの詳細図である。 図１の補強材の連結構造図である。 本発明による合成床版の第２実施形態図である。 本発明による合成床版の第３実施形態図である。 本発明による合成床版の第４実施形態図である。 合成床版の模式的断面図である。 特許文献１の「鋼底型枠及び床版」の構成図である。 特許文献２の「鋼コンクリート合成床版の鋼骨格構造」の構成図である。

符号の説明

１０ 合成床版、１２ 底鋼板、１４ 鋼板パネル、
１６ 主鉄筋、１８ コンクリート、
２０ 補強材、２０ａ 脚部、２２ ウエブ、
２２ａ コンクリート孔、２２ｂ 突出部、
２４ 傾斜フランジ、２４ａ 空気孔、
２５ 水平部、３０ 連結金具、３２ ボルト

Claims (6)

1. 水平に延びる平板状の底鋼板と、
   該底鋼板の上面に互いに平行に間隔を隔てて溶接された複数の補強材とを有する合成床版であって、
   前記補強材は、長さ方向に沿って折り曲げられた矩形鋼板からなり、かつ底鋼板に溶接される脚部から底鋼板に対して垂直に延びるウエブと、ウエブの上端から水平に対し所定の上向き角度で折り曲げられた傾斜フランジとを有する、ことを特徴とする合成床版。
2. 補強材の前記脚部は、ウエブの下端面、又はウエブの下端で傾斜フランジ側に水平に折り曲げられた水平部である、ことを特徴とする請求項１に記載の合成床版。
3. 前記傾斜フランジは、所定の曲げ剛性を得るように幅が設定された、１枚又は折り重ねた２枚の鋼板からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の合成床版。
4. 長さ方向に沿って折り曲げられた矩形鋼板からなり、かつ底鋼板に溶接される脚部から底鋼板に対して垂直に延びるウエブと、ウエブの上端から水平に対し所定の上向き角度で折り曲げられた傾斜フランジとを有する複数の補強材を、水平に延びる平板状の底鋼板の上面に、互いに平行に間隔を隔てて溶接する、ことを特徴とする合成床版の補強方法。
5. 前記ウエブには、生コンクリートが通過可能なコンクリート孔が折り曲げ前に設けられ、前記傾斜フランジには、生コンクリート内の空気が通過可能な空気孔が折り曲げ前に設けられる、ことを特徴とする請求項４に記載の合成床版の補強方法。
6. 前記コンクリート孔は、円形孔、楕円孔又は、端部で折り曲げられた突出部を有する矩形孔である、ことを特徴とする請求項５に記載の合成床版の補強方法。

Images