JP2010095849A - 鋼床版の補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板下面にＵ型リブを備えた鋼床版の補強工法であって、道路橋床版の下面作業を行うことなく、工期を短縮し、コスト・安全性の面からも有利な鋼床版の補強方法を提供する。
【解決手段】鋼板１の上面に、プライマー４ａを塗布し硬化させる。つぎに、該プライマー４ａの上に含浸接着樹脂を使用して連続繊維補強材層４ｂを必要層数分だけ積層・接着して連続繊維補強材を形成し、次に該連続繊維補強材の表面にアスファルト舗装の定着を確実にするために硅砂４ｃを散布し、次いでグースアスファルト層３ａ、普通アスファルト合材層３ｂの順に舗設して、補強を完了する。
【選択図】図４

Description

本発明は、高速道路等の道路橋に用いられる鋼床版の補強方法に関するものである。

鋼床版方式の道路橋は、コンクリート床版方式に比べて高価ではあるが自重が軽くなるため、支間が長い橋梁や桁下の空頭が高い区間に適用されている。鋼板下面にＵ型リブを備えた形式の鋼床版では、通行量や車両重量の増大により局所的に大きな輪荷重が繰り返し載荷されることに起因すると考えられる疲労が進行し、鋼板と下面に熔接したＵリブとの間に亀裂が発生し、床版としての強度低下を招いている。

この損傷の対策としては、亀裂損傷部を再度熔接するか、別の鋼板を当ててボルト結合する方法が取られている。

また特許文献１のように、鋼下面の鋼板とＵ型リブの接合部に、鋼板の代わりに炭素繊維シートや炭素繊維樹脂プレートを接着する方法もある。

さらには、特許文献２または特許文献３のように、Ｕ型リブの内部に注入材を充填して補強する方法や、特許文献４のように、複数のＵ型リブの間に鋼製補強材を熔接する方法もある。

しかし、これらの補強方法はいずれも道路橋床版の下面作業となる。橋梁下面全面に足場を架設し、かつ作業空間の限られた床版下面の足場上での高所作業で橋梁下面の補強工事を行うことは、コストの増加・工期の長期化・労働安全等の諸問題を含んでいる。

また、このような下面からの補強方法の問題点に対応して、表面鋼板上のアスファルト舗装を撤去し、表面鋼板の上面に鋼繊維材等が混入されたコンクリート（いわゆる鋼繊維補強コンクリート）を打設して既設の鋼床版と一体し、該コンクリートの硬化後、表面にアスファルト舗装を行って復旧する上面増厚方法が実施されている。
この方法は一定の補強効果が認められてはいるが、道路面へのコンクリート打設を伴うため、コンクリートが硬化し必要な強度を発現するまで数日の養生期間を要し、その間数日間は道路の車線規制もしくは全面通行止め等の交通規制を余儀なくされるため、長期の交通規制の影響が甚大な都市部の高速道路等では該工法の適用は困難である。

この問題点解消のため、特許文献５または特許文献６のように、プレキャストコンクリート製の補強板を鋼床版表面に貼り付ける方法が発明されたが、このような方法では人力での運搬作業が困難な面積と重量の補強板を使用するために、補強板の運搬や設置にクレーン車等の重機類を必要とし、その分車線規制の幅が拡大されて交通支障の要因となっている。

さらには、鋼床版と補強板との接着性を確保するため、既設鋼床版への滑り止め部品の接着や、鋼床版に孔を開けての固定具の設置や樹脂注入等の煩雑な作業を必要としており、工期の短縮という点からは疑問がある。
特開平９−２４２０２１ 特開２００１−２４８１１４ 特開２００６−７７５２３ 特開２００７−３０８８８１ 特開２００６−２４９７０２ 特開２００７−１０７１９５

本発明の目的は、道路橋床版の下面作業を行うことなく、工期を短縮し、コスト・安全性の面からも有利な鋼床版の補強方法を提供することにある。

上記課題を達成するための本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
（１）鋼板下面にＵ型リブを備えた鋼床版の補強工法であって、鋼板上面に連続繊維補強材を含浸接着樹脂を用いて接着することを特徴とする鋼床版の補強方法。
（２）前記連続繊維補強材として、ヤング係数が２４５〜６４０ｋＮ／ｍｍ^２、目付量が２００〜６００ｇ／ｍ^２の範囲内である炭素繊維シートを使用する（１）に記載の鋼床版の補強方法。
（３）前記連続繊維補強材として、ヤング係数が７９〜１１８ｋＮ／ｍｍ^２、目付量が２３５〜８３０ｇ／ｍ^２の範囲内であるアラミド繊維シートを使用する（１）に記載の鋼床版の補強方法。
（４）前記連続繊維補強材として、補強繊維方向が一方向からなる連続繊維補強材を使用し、該補強繊維方向をＵ型リブの長手方向と略直角に接着させることを特徴とする、（１）から（３）のいずれかに記載の鋼床版の補強方法。
（５）接着樹脂として早硬性接着剤を使用する（１）から（４）のいずれかに記載の鋼床版の補強方法。
（６）前記早硬性接着剤が早硬性のアクリル系接着剤である（５）に記載の鋼床版の補強方法。

本発明によれば、道路橋床版の下面作業を行うことなく、工期を短縮し、コスト・安全性の面からも有利な鋼床版の補強方法を提供することができる。例えば、２４時間以内に補強工事が完了できるので、交通規制等の影響を最小限にとどめることが可能となる。

以下、本発明の最良の実施形態の例について、図面を参照しながら説明する。

本発明が補強の対象としている鋼床版方式の道路橋は、図１に示すように、鋼板１の下面にＵ型リブ２が一定の間隔で道路橋の長手方向に沿って取り付けられているとともに、その鋼板１の表面上にアスファルト舗装３が舗設されている。また、鋼床版１０の構造は、図４のように車両走行方向に沿って鋼板１の下面に鋼板１とＵ型リブ２が配置され、鋼板１はＵ型リブ２に支持され、Ｕ型リブ２は図示しない横桁に支持される構造となっている。通行車両２１の輪荷重２２は、通行車両２１の走行にしたがってＵ型リブ２の長手方向と平行に移動する。

このとき、図２（舗装の図示省略）のように、Ｕ型リブ２の間を通行車両２１が走行した場合、Ｕ型リブ２上を通行車両２１が通過しない場合には鋼板１は通行車両２１の輪荷重２２によって下側にたわみ、逆にＵ型リブ２の直上では鋼板１は上側に反るような挙動となる。また、鋼板１は隣接するＵ型リブ２の区間まで連続しているので、この波形の挙動は、隣接区間まで波及していく。

通行車両２１が通過してしまえば、鋼板１は元の水平に戻ろうとし、次の通行車両２１が差し掛かると、また波形の挙動を示すというように、鋼板１に繰り返し変形が発生する。

近来の通行車両の大型化や、通行量の増大に伴い、この波形の挙動が顕著となっており、 この結果として、鋼板１とＵ型リブ２の熔接点１１は、この挙動の繰り返し変形により金属疲労を起こし、一部では破断に至っている。

本発明では、図３のように、一度アスファルト舗装３を撤去し、鋼板１の表面に連続繊維補強材４を繊維方向が道路と直角方向となるように接着し、短時間の養生にて硬化させ、アスファルト舗装３を復旧して交通開放するものである。鋼板１に連続繊維補強材４を接着させ複合材とすることで鋼床版１０全体の曲げ剛性を高め、先述の波形の挙動の振幅を抑制して、鋼板１とＵ型リブ２との熔接点１１の金属疲労の発生を防止させるものである。

従って本発明による補強方法では、連続繊維補強材４の繊維方向を車両走行方向に接着するよりも、車両走行と直角方向即ちＵ型リブ２に直角方向に接着したほうが補強効果が高い。

連続繊維補強材４の補強効果は、該補強材固有のヤング係数と補強材の目付量により決まっている設計厚さの積である引張剛性によって支配される。

本発明に用いる連続繊維補強材４は、上記の点を鑑みて、高引張剛性の連続繊維補強材を使用することが好ましい。特に軽量で高引張剛性が得られやすい繊維として、炭素繊維やアラミド繊維を用いることが好ましい。

炭素繊維の場合にはヤング係数が２４５〜６４０ｋＮ／ｍｍ^２の範囲、またはアラミド繊維の場合にはヤング係数が７９〜１１８ｋＮ／ｍｍ^２の範囲にあることが、それぞれ好ましい。ヤング係数が下限値を下回ると十分な引張剛性が得られず、また上限値を上回ると施工中に繊維が破断する等取り扱いが困難な点で好ましくない。

また、連続繊維補強材４としては、前述したように車両走行方向に直角方向に繊維が配列されるよう、一方向の連続繊維補強材を用いることが好ましい。

また、連続繊維補強材４の目付量は、炭素繊維の場合には２００〜６００ｇ／ｍ^２の範囲、またはアラミド繊維の場合には２３５〜８３０ｇ／ｍ^２の範囲であることがそれぞれ好ましい。下限値を下回ると連続繊維補強材４に含浸させる樹脂量が増大し、補強材としての十分な引張剛性が得られず、上限値を上回ると、逆に樹脂含浸が困難となり安定した施工品質を得られない点で好ましくない。設計した目付量が上記範囲を上回る場合には、前述の範囲内に収まるように連続繊維補強材４を２層以上積層して、設計した目付量に合わせるように施工することができる。

本発明による補強方法は、詳しくは図５のように鋼板１の表面にプライマー４ａを塗布し、次いで含浸接着樹脂（図示せず）を使用して連続繊維層４ｂを必要層数分だけ積層・接着し、次に連続繊維補強材４の表面にアスファルト舗装の定着を確実にするために硅砂４ｃを散布し、次いでグースアスファルト層３ａ、普通アスファルト合材層３ｂの順に舗設して、補強を完了する。

連続繊維補強材４を積層して補強層とする場合、１層目の含浸接着樹脂が指触硬化状態になり、補強体として安定するまで一定の養生時間を待ってから２層目の施工に着手する。 本発明で用いる含浸接着樹脂としては、早硬性接着剤を用いることが好ましい。後述するように、工期を短縮する上では、接着剤の硬化時間（養生時間）を短縮させることが効果的である。早硬性が得られる接着剤であれば特に限定されるものではないが、取扱性の容易さ、コストの面からは、早硬性アクリル系接着剤を用いることが特に好ましい。早硬性アクリル系接着剤を用いると、エポキシ系接着材を使用した場合に比べ約１／４程度の硬化時間に短縮することができる。

本発明では、プライマー、含浸接着樹脂として早硬性アクリル系樹脂を使用することで、１層あたり作業開始から１時間程度で硬化して次層の施工が可能となるため、例えば連続繊維補強材４を５層積層する場合、鋼板接着用のプライマー層や不陸修正層と合わせても１２時間程度の所要時間で済み、舗装の撤去、復旧を加算しても２４時間の交通規制時間内で、十分な補強作業が可能となる。すなわち、本発明は、舗装を一時撤去した鋼床版１０の表面に補強材として連続繊維補強材４を積層接着させ硬化させた後、直ちに舗装復旧することで、短期間のうちに補強工事が完了できる。

以下に実施例によって、本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
一般の鋼床版に使用されている鋼板１と同等の材質ＳＳ４００で厚さ１２ｍｍの鋼板を用意し、気温２０℃の環境下にて施工時間の計測を行った。

最初に電気化学工業株式会社製の鋼板用アクリル系プライマー（ＤＫＰ６３）を０．２ｋｇ／ｍ^２の割合で鋼板表面に塗布し、硬化時間を計測した。その結果、塗布作業開始後４０分で次層を塗布しても支障のない硬化性状を示したため、次層の不陸修正層として同じく電気化学工業株式会社製のアクリル系パテ材（ダイナ）を１．０ｋｇ／ｍ^２の割合で硬化したプライマー層表面に塗布し、硬化時間を計測した。該不陸修正層は、塗布作業開始後６０分で次層の施工に支障のない硬化性状を示した。

次に、炭素繊維シート層の１層目として同じく電気化学工業株式会社製のアクリル系含浸接着樹脂（アクリセーブＲ（登録商標））を０．２ｋｇ／ｍ^２の割合で使用し、東レ株式会社製のヤング係数が４４０ｋＮ／ｍｍ^２、目付量４００ｇ／ｍ^２の中弾性炭素繊維シートＵＭ４６−４０を不陸修正層表面に含浸接着させた。この１層目の炭素繊維シート層は含浸接着施工開始後７５分で次層の施工に支障のない硬化性状を示した。

以後、同様の手順で炭素繊維シートの接着工を繰り返し、合計５層の炭素繊維シート接着工を実施した。ここまでの所要時間は、４０＋６０＋７５×５＝４７５分となり、８時間程度の施工時間があれば、炭素繊維シート５層分の補強工事が可能であることが確認された。
（実施例２）
次に、同様の手順で図５、図６のように鋼板の引張側と圧縮側に炭素繊維シート５層を接着した試験体を作成し、曲げ試験を行った。

その結果、無補強の鋼板と比較して、同等の曲げ荷重時に発生する鋼板表面の伸びひずみは平均３０％低減され、十分な補強効果があることが確認された。

道路橋鋼床版の概要図 車両走行時の鋼床版の挙動模式図 鋼床版上側面への補強材配置図 鋼床版上側面補強後の詳細断面図 鋼板の引張側を補強した曲げ試験図 鋼板の圧縮側を補強した曲げ試験図

符号の説明

１：鋼板
２：Ｕ型リブ
３：アスファルト舗装
３ａ：グースアスファルト層
３ｂ：普通アスファルト合材層
４：連続繊維補強材
４ａ：プライマー
４ｂ：連続繊維層
４ｃ：硅砂
１０：鋼床版
１１：熔接点
１２：鋼板の下側たわみ区間
１３：鋼板の上側たわみ区間
１４：鋼板のたわみ波及区間
２１：通行車両
２２：輪荷重
５１：鋼板
５２：炭素繊維シート
５３：支間
５４：曲げ荷重

Claims (6)

1. 鋼板下面にＵ型リブを備えた鋼床版の補強工法であって、鋼板上面に連続繊維補強材を含浸接着樹脂を用いて接着することを特徴とする鋼床版の補強方法。
2. 前記連続繊維補強材として、ヤング係数が２４５〜６４０ｋＮ／ｍｍ^２、目付量が２００〜６００ｇ／ｍ^２の範囲内である炭素繊維シートを使用する請求項１に記載の鋼床版の補強方法。
3. 前記連続繊維補強材として、ヤング係数が７９〜１１８ｋＮ／ｍｍ^２、目付量が２３５〜８３０ｇ／ｍ^２の範囲内であるアラミド繊維シートを使用する請求項１に記載の鋼床版の補強方法。
4. 前記連続繊維補強材として、補強繊維方向が一方向からなる連続繊維補強材を使用し、該補強繊維方向をＵ型リブの長手方向と略直角に接着させることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の鋼床版の補強方法。
5. 接着樹脂として早硬性接着剤を使用する請求項１から４のいずれかに記載の鋼床版の補強方法。
6. 前記早硬性接着剤が早硬性のアクリル系接着剤である請求項５に記載の鋼床版の補強方法。

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