JP2013507547A - 橋梁構造体及び橋梁の歪み特性を変更する方法 - Google Patents

Abstract

デッキプレートの支持構造体を有する橋梁構造体の歪み特性を変更する方法。本方法は、内部空洞内の空気を能動的に排気して内部空洞内において周囲環境に対して負の圧力差を作り出す。橋梁構造体のデッキプレートの支持構造体内に負の圧力差を作る一つ以上のポンプを備えた橋梁構造体が提供される。
【選択図】図２

Description

本発明は、トラフィック橋梁の分野に関する。特に、本発明は、橋梁構造体及び橋梁の歪み特性を変更する方法に関するものである。本発明は、鋼材やコンクリート製の、或いはそれらを直交異方性プレート床の形態の鋼材デッキと組み合わせた桁橋に特に応用され得る。

図１には、本発明が応用され得るトラフィック橋梁１００の一例を部分図で示している。このトラフィック橋梁は、直交異方性プレート床を備えた桁橋である。

トラフィック橋梁１００は、複数の直立部材１（そのうちの一つだけを示している）と、直立部材１間に延びるクロス桁部材２（そのうちの一つだけを示している）とを備えている。直立部材１及びクロス桁部材２はＩ型ビーム（Ｉ型桁）又は別の適当な構造体でもよい。トラフ梁部材４は、トラフィック橋梁１００の長手方向支持体を成している。トラフ梁部材４は、クロス桁部材２間に延びそしてこれらのクロス桁部材２に溶接される。

トラフ梁部材４には鋼材デッキプレート３が溶接される。鋼材デッキプレート３上には、エポキシ樹脂コーティング５が施され得る。エポキシ樹脂コーティング５上にはアスファルトの層（図示していない）が磨耗層として設けられ得る。

年月の経過と共に少しずつ、桁橋は損傷を受ける。その結果、しばしばトラフ梁部材において、クロス桁接続部に、及び／又はデッキプレートにおいて、トラフ梁接続部に、疲労亀裂が生じ得る。疲労亀裂の修理は複雑でコストのかかる作業であり、かかる作業は、橋梁の通行を部分的に又は全面的に止めることを伴い得る。

一つの観点から見て、本発明は、一般的に、デッキプレートの支持構造体を有し、支持構造体及びデッキプレートが相互に密封した内部空洞のそれぞれの一部を画定している橋梁構造体の歪み特性を変更する方法に関し、かかる方法は、内部空洞内を能動的に排気して内部空洞内を負圧にすることからなる。上記方法は、デッキプレートの複数の支持構造体の全てに又はほぼ全てに適用され得る。

別の観点から見て、本発明は、一般的に、デッキプレート及びデッキプレートに接続した支持構造体を有する橋梁構造体に関する。支持構造体及びデッキプレートの両方は、相互に密封した内部空洞の一部を形成し、かかる内部空洞はその周囲環境と異なる負圧にするために能動的に排気している。幾つかの実施形態では、負の圧力差は、少なくとも５０キロパスカル（ｋＰａ）である。他の実施形態では、少なくとも６０ｋＰＡ、少なくとも型７０ｋＰａ、少なくとも８０ｋＰａ、少なくとも９０ｋＰａ、約９５ｋＰａ及び約１００ｋＰａの負の圧力差を含む一層大きな負の圧力差であってもよい。幾つかの実施形態では、負の圧力差は、９５ｋＰａ及び１００ｋＰａの範囲内である。

幾つかの実施形態では、橋梁構造体は桁橋であり、また支持構造体は、桁橋に沿って長手方向に延びるトラフ梁部材である。支持構造体は二つのクロス桁間に延び、また密封した内部空洞は支持構造体のほぼ全長に沿って延びることができる。

幾つかの実施形態では、圧力検出器は前記各内部空洞内の負の圧力差をモニタし、該圧力検出器は、圧力検出器からの出力を受けるコントローラに通信可能に接続され、一つ以上の内部空洞における負の圧力差損失の検出を送信し或いは出力する。

橋梁構造体は、各々特定の負の圧力差で複数の支持構造体を備え得る。幾つかの実施形態では、各支持構造体は、他の支持構造体から分離され、それにより一つの支持構造体における負圧の損失は、他の支持構造体における負圧の損失とはならない。各支持構造体に対して個々の圧力検出器が設けられ得、そしてコントローラは、各圧力検出器から出力を受信してどの支持構造体が負圧を損失しているかを通信する又は表示し出力する。

また、デッキプレートと、該デッキプレートに接続した支持構造体とを有し、デッキプレート及び支持構造体の両方が負圧にある相互の内部空洞の一部を形成し、さらに圧力センサと、内部空洞の負圧をモニタし、該内部空洞における負圧の損失を出力又は通信するコントローラとを有する橋梁構造体が提供される。

幾つかの実施形態では、橋梁構造体は、各々デッキプレートと共に相互の内部空洞の一部を形成する複数の支持構造体を有し、圧力センサ及びコントローラは複数の各支持構造体の内部空洞における圧力をモニタする。幾つかの実施形態では、複数の各支持構造体の内部空洞は互いに分離され、ある内部空洞における負圧の損失が別の内部空洞における負圧の損失とならないようにしている。

また、デッキプレートと、デッキプレートと共に相互に密封した内部空洞を画定しているデッキプレート支持構造体とを有する橋梁構造体の損傷亀裂についてモニタする方法が提供される。上記方法は、内部空洞内に負圧を発生しそして内部空洞内の負圧の損失をモニタすることからなる。

また、一部をデッキプレートでまた一部を支持構造体で画定した複数の密封した内部空洞を形成するように、デッキプレートを複数のデッキプレート支持構造体に溶接すること、複数の各支持構造体の内部空洞内に負圧を能動的に発生すること、を特徴とする橋梁構造体の製造方法が提供される。

また、鋼材デッキプレートと、該鋼材デッキプレートと共に相互に密封した内部空洞のそれぞれの一部を画定する複数の鋼材デッキプレート支持構造体とを有する橋梁構造体の一部の酸化の進度を低下させるために橋梁構造体を変更する方法が提供される。該方法は、複数の各支持構造体の内部空洞内に負圧を発生すること特徴とする。

また、デッキプレートと、デッキプレートと共に相互の内部空洞のそれぞれ一部を画定する複数のデッキプレート支持構造体とを有する橋梁構造体の保全性を評価する方法が提供される。該方法は、複数の各支持構造体の内部空洞内に正圧を能動的に発生し、そして内部空洞内の負圧の損失をモニタすることを特徴とする。この方法は、内部空洞が橋梁構造体の歪み特性を変更するのに十分な負圧に耐えることができるかどうかを評価する圧力テストで完了され得る。

本発明の種々の特徴及び上記複数の段落に記載した特徴の別の実施形態は、以下の記載及び／又は添付図面から明らかとなろう。

本発明が適用され得る桁橋の一例を示す（先行技術）。 負圧システムを備えた二つの直立部材間の桁橋構造体の一部を示す。 歪み計を備えたトラフ梁部材を示す。

同じ構成要素を同じ参照番号で示す添付図面を参照して本発明の複数の実施形態について説明する。

図２を参照すると、桁橋２００が部分的に示されている。桁橋２００は、図１を参照して説明した桁橋１００と同じ形式のものである。桁橋２００は、直立部材１と、直立部材１間に延びるクロス桁部材２と、クロス桁部材２間に延びるトラフ梁部材４とを有している。橋梁の表面には、鋼材デッキプレート３と、エポキシ樹脂コーティング５と、アスファルトの層６とが設けられている。

各トラフ梁部材４は内部空洞７を画定している。内部空洞７の端部は、クロス桁部材２及びクロス桁部材２にトラフ梁部材４を接続している溶接部で閉じられている。各トラフ梁部材４には、例えば穴あけ及びタッピング（ネジ立て）によって穴８が形成される。この穴８は適当には、クロス桁部材２間の中央位置でトラフ梁部材４に形成され得る。穴８は、バルブ９並びにパイプ及び／又はホース接続部１１を介して真空ポンプ１０に接続される。図２には、空洞７に負圧（すなわち大気圧以下の圧力）を供給するのに用いた単一の真空ポンプ１０が示されているが、他の実施形態においては、複数のポンプを設けることもできる。例えば、トラフ梁部材４はｎ個のポンプに相当するｎ個のグループに分割され得、各ポンプは一グループのトラフ梁部材に応動できるようにし得る。複数のポンプは、異なるトラフ梁部材に同じ圧力或いは異なる圧力を適用し得る。トラフ梁部材のグループは各々単一トラフ梁部材、二つのトラフ梁部材、又は三つ以上のトラフ梁部材を備え得る。これらのグループは、等しい数又は異なる数のポンプを備えてもよく、これらのポンプは異なる数のトラフ梁部材に応動し得る。

真空ポンプ１０は、内部空洞７から空気を排気するように作動される。圧力ゲージ１２は各内部空洞７に発生した負圧を表示する。一つ以上の圧力ゲージ１２でパイプ及び／又はホース接続部１１内の負圧を表示することもできる。内部空洞７内を負圧にすることによって、トラフ梁部材４を鋼材デッキプレート３に接続する溶接部は、負圧の付加前に現存している圧縮に対して圧縮にされる。橋梁構造体の歪み特性の変更はこれら溶接部のまわりの疲労ストレスを低減し得る。トラフ梁部材４をクロス桁部材２に接続する溶接部も同様に圧縮される。

内部空洞に印加した負圧は、必要に応じて変えることができる。しかし、約９０〜９５ｋＰａの負圧又はそれ以上の圧力が適当である。本発明が適用されることになる橋梁の構造及び必要に応じて、例えば約５０〜６０ｋＰａの範囲の比較的低い負圧も有効であり得る。また、負圧に対する基準は、図１及び図２に示すタイプの橋梁では大気圧を参照して決められる。複数の空洞、例えば圧縮を必要とするジョイントが内部空洞内にあるネスト（嵌め合わせ型）空洞を備える他の橋梁の場合には、負圧に対する基準は、空洞を取り巻く圧力を参照して決められる。言い換えれば、本発明は関連した空洞の内側と外側との間に差圧を作り出す。

幾つかの実施形態では、内部空洞７内の負圧は、必要な歪み変化を達成するように設定され得る。この目的のために、トラフ梁部材４のまわりに歪み計１３（図３参照）が設けられ得る。図３にはまた、トラフ梁部材４と鋼材デッキプレート３との間の溶接部１４が示されている。真空ポンプ１０は、歪み計１３が必要な変化を計測するまで、すなわち実際の又は設定した最大の負圧に到達するまで、内部空洞７内の負圧の大きさをある時間間隔に亘って増大するように作動され得る。歪みの変化は、例えば数時間、一日の一部、或いは数日に亘って測定した平均変化であり得、それで例えば負圧は、約５０又は６０ｋＰａの負圧で始まり、そして平均歪みにおいて必要な変化が検出されるまで、数時間、数日間或いはより長期間に亘ってステップ状に或いは傾きをもって高くなり得る。一つ以上のセンサにおける微小な歪みの変化は、約５０又はそれ以上であり得る。他の実施形態では、微小な歪みの変化は７０以上、１００以上、１５０以上或いは約２５０であり得る。歪み計１３はまた、内部空洞７とそれの周囲環境と間の負圧差の損失を検出することに加えて或いはかかる損失を検出する代わりに、変更した歪み特性の損失を検出するのにも用いられ得る。

トラフ梁部材４の周りの溶接部の圧縮に加えて、内部空洞７への負圧の付加は、疲労亀裂の発生の前兆をもたらし得る。圧力ゲージ１２は内部空洞７内の圧力を測定する。熱的影響をもたらし得る負圧の大きさの減少は、疲労亀裂の発生を示唆し得る。コントローラ５０、例えば簡単なマイクロプロセッサに基づく装置、各圧力ゲージ１２から信号を受信し、一つ以上のトラフ梁部材４内の負圧の損失を示す信号を送る送信機５１（或いはモデム等の他の通信装置）を制御するマイクロコントローラ或いはプログラム可能な論理装置が設けられ得る。簡明にするために、図２においては、コントローラ５０は圧力ゲージ１２の一つだけに接続して示されているが、コントローラ５０は、モニタ要求に応じて、任意の又は全ての圧力ゲージ１２に接続され得る。圧力ゲージ１２とコントローラ５０との間の接続は、有線又は無線であってよい。図示した実施形態では、コントローラ５０は橋梁５０に対して遠隔にあり、送信機５１は、信号の送信又は放送を行う。代わりの実施形態では、圧力ゲージ１２は、例えば通信ネットワーク或いはネットワークを介して問い合わせできるモデム又はネットワーク上で通信可能なその他え装置を備え得る。

幾つかの実施形態では、各トラフ梁部材４に対して圧力ゲージが設けられる。また、トラフ梁部材４は、例えば図２に示すバルブ９によって互いに分離され得る。このようにして、局所化した疲労モニタ操作が達成でき、一つのトラフ梁部材４における負圧の損失は必ずしも全てのトラフ梁部材４における負圧の損失とはならない。代わりに、トラフ梁部材４は分離されずにすなわち単に複数のグループに分けられ、その場合には、トラフ梁部材の任意の一つ或いはグループのトラフ梁部材における任意の一つにおける疲労亀裂を検出するのに単一の圧力ゲージで足り得る。

幾つかの実施形態では、圧力ゲージ１２は、真空ポンプ１０（或いは制御下に一つ以上存在する場合には複数の真空ポンプ１０）の動作を制御するポンプコントローラ５３へ信号を出力し得、そして負圧の大きさが閾値量だけ設定点以下に下がる場合には、ポンプコントローラ５３はポンプを作動させて、負圧を設定点まで戻すように増加させる。真空ポンプ１０の作動頻度は、圧力ゲージ１２の直読によってなされ得る表示に加えて、或いはその代わりとして、トラフ梁部材４の周りの疲労進度を表示し得る。ポンプコントローラ５３は、有線又は無線接続を含む任意の適切な機構によって圧力ゲージ１２に伝達的に接続され得る。コントローラ５２と同様に、簡明にするために図２においては単に一つだけのかかる接続が示されている。コントローラ５０及びポンプコントローラ５２は、幾つかの実施形態では、同一の物理的装置で設けられ得る。

幾つかの実施形態では、トラフ梁部材４の内部空洞７は、負圧が加えられる前にテストされる。かかるテストは、内部空洞７を正圧に加圧し、そして圧力が一定に保たれるかどうかを測定することによって実行され得る。例えば、内部空洞７は大気圧以上の１５ｋＰａまで加圧され得、そして２４時間の間、正圧を保持するかをチェックされ得る。真空ポンプ１０は、可逆であり、パイプ及び／又はホース接続部１１を介してか或いはテストを行うために設けた別個の接続部を介して正圧テストを行うのに用いられ得、テストを行うために別個の接続部を設けた場合には、パイプ及び／又はホース接続部１１を設ける前にテストすることができる。代わりに、圧力テストのために異なるポンプを用いてもよい。かかるテスト操作は、トラフ梁部材４が、負圧を加えた際にその負圧を保持できるどうかを表示し得る。テストで不合格即ちあらゆるテスト操作を通しても負圧を保持できないと分かったトラフ梁部材４は除去され得る。これらのトラフ梁部材４の周りの領域は他の方法を用いて疲労に対して補強され得、或いは空気の侵入領域を密封するための作業が行われ得る。

トラフ梁部材４内からの空気の排気は、トラフ梁部材４の酸化速度を低減する付加的な利点をもたらし得る。

当該技術における当業者には十分理解されるように、桁橋には種々の構造がある。上述の記載は、例として一つの可能な構造に関連して行ってきた。本発明は、接続部を圧縮することにより、接続点における応力を低減するために負圧を付加できる適切に位置しかつ密封した空洞を備えた他の橋梁構造体に適用する。

例えば、橋梁構造体は、異なった形状のトラフ梁部材、例えば図面に示す台形形状の代わりに長方形状を画定するトラフ梁部材を有し得る。トラフ梁部材は、付加的な補強又はその他の目的のために内部構造を備え得る。単一トラフ梁部材は、互いに密封した二つの空洞を備えることができ、これら二つの空洞は、分離して維持されしかも負圧に別々に維持され得るか或いは例えば各々に穴をあける又はタッピングしそしてこれら穴をパイプ及び／又はホースに接続することによって互いに短絡され得る。

また、記載した実施形態では、内部空洞は、一部トラフ梁部材によって、一部デッキプレートによって、また一部クロス桁部材によって形成される。代わりの実施形態では、トラフ梁部材の端部は、クロス桁部材以外の手段によって、例えばトラフ梁部材の端部（付加的なプレートに対して空間をあけることのできる任意のクロス桁部材終端部である）に溶接した付加的なプレートによって密封され得る。

橋梁構造体のその他の実施形態では、内部圧力を変化させるトラフ梁部材は、長手方向に延びるトラフ梁部材の内部圧力を変化させることに加えて或いはその代わりとして橋梁を横切って延びてもよい。橋梁構造体が横方向及び縦方向に対して斜めに延びるトラフ梁部材を備える程度に、本発明はかかる橋梁構造体にも適用し得る。

本明細書に記載し説明した本発明は明細書又は図面に記載した又はそれらから明らかな個々の特徴の二つ以上の全ての組み合わせに及ぶことが理解されよう。これら種々の組み合わせの全ては本発明の種々の代わりの特徴を構成する。

１：直立部材
２：クロス桁部材
３：鋼材デッキプレート
４：トラフ梁部材
５：エポキシ樹脂コーティング
６：アスファルトの層
７：内部空洞
８：穴
９：バルブ
１０：真空ポンプ
１１：パイプ及び／又はホース接続部
１２：圧力ゲージ
１３：歪み計
１４：トラフ梁部材４と鋼材デッキプレート３との間の溶接部
５０：コントローラ
５１：送信機
５３：ポンプコントローラ
２００：桁端

Claims (24)

1. デッキプレートの支持構造体を有し、支持構造体及びデッキプレートが相互に密封した内部空洞のそれぞれの一部を形成している橋梁構造体の歪み特性を変更する方法において、
   内部空洞内を能動的に排気して内部空洞と周囲環境との間に負の圧力差を作り維持することを特徴とする方法。
2. 負の圧力差が少なくとも５０ｋＰａであることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 負の圧力差が少なくとも約９０ｋＰａであることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 負の圧力差が少なくとも約９５ｋＰａであることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 負の圧力差が９５ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 負の圧力差が約１００ｋＰａであることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. さらに、圧力センサを内部空洞に接続することを含み、圧力センサが前記負の圧力差の減少又は損失の少なくとも一方を検出したことを表す信号出力を発生するようにされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 橋梁構造体が前記複数の支持構造体を備え、各支持構造体がデッキプレートと共にそれぞれの密封した内部空洞の一部を形成し、前記負の圧力差を各支持構造体に同時に加えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
9. 橋梁構造体を形成する前記支持構造体のほぼ全てに、前記負の圧力差を同時に加えることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記内部空洞の第１の内部空洞を前記内部空洞の第２の内部空洞から分離することを含み、前記内部空洞の第１の内部空洞における前記負の圧力差の損失が前記内部空洞の第２の内部空洞における負の圧力差の損失を生じさせないようにすることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の方法。
11. 前記内部空洞を能動的に排気する前に、前記各内部空洞を圧力テストすること及び圧力テストの終了後に前記内部空洞を能動的に排気するステップを単に実施することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. デッキプレート及びデッキプレートに接続した支持構造体を有し、支持構造体及びデッキプレートの両方が、相互に密封した内部空洞の一部を形成し、内部空洞と周囲環境との間に少なくとも５０ｋＰａの負の圧力差が存在することを特徴とする橋梁構造体。
13. 負の圧力差が少なくとも約６０ｋＰａであることを特徴とする請求項１２記載の橋梁構造体。
14. 負の圧力差が少なくとも約７０ｋＰａであることを特徴とする請求項１２記載の橋梁構造体。
15. 負の圧力差が少なくとも約９０ｋＰａであることを特徴とする請求項１２記載の橋梁構造体。
16. 負の圧力差が約１００ｋＰａであることを特徴とする請求項１２記載の橋梁構造体。
17. 橋梁構造体が桁橋であり、支持構造体が桁橋に沿って長手方向に延びるトラフ梁部材であることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の橋梁構造体。
18. 支持構造体が二つのクロス桁部材間に延び、支持構造体の端部がクロス桁部材で閉じられることを特徴とする請求項１７記載の橋梁構造体。
19. 内部空洞が支持構造体の長手方向のほぼ全長に沿って延びることを特徴とする請求項１７又は請求項１８記載の橋梁構造体。
20. 内部空洞の負の圧力差をモニタするようにされかつ接続された圧力検出器を有し、圧力検出器が、圧力検出器からの出力を受け、内部空洞における負の圧力差の損失の検出を送信し或いは出力するコントローラに通信可能に接続されることを特徴とする請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の橋梁構造体。
21. 各々前記ほぼ同じ負の圧力差にある複数の支持構造体を有することを特徴とする請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の橋梁構造体。
22. 複数の支持構造体を有し、支持構造体の少なくとも二つが少なくとも５０ｋＰａの異なる負の圧力差にあることを特徴とする請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の橋梁構造体。
23. 各支持構造体が他の支持構造体から分離され、それにより一つの支持構造体における負の圧力差の損失が、他の支持構造体における負の圧力差の損失とならないことを特徴とする請求項２１又は請求項２２記載の橋梁構造体。
24. 各支持構造体に対して個々の圧力検出器を有し、圧力検出器は、関連した支持構造体が出力トリガーレベルに低減した負の圧力差又は損失した負の圧力差のいずれか又は両方にあることを表す信号を送信又は出力するようにされていることを特徴とする請求項２３記載の橋梁構造体。

Images