JP2014234642A

JP2014234642A - 鋼製橋梁

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Publication number: JP2014234642A
Application number: JP2013117098A
Authority: JP
Inventors: 岡田　淳; Atsushi Okada; 淳岡田; 克佳中西; Katsuyoshi Nakanishi; 進一三浦; Shinichi Miura
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2014-12-15
Anticipated expiration: 2033-06-03
Also published as: JP5967021B2

Abstract

【課題】現地の気候に応じて桁内空間の腐食の発生や促進を抑止することができる鋼製橋梁を提供すること。【解決手段】床板１を支持する複数の鋼製主桁２を有する鋼製橋梁であって、鋼製主桁２のウェブに該ウェブを貫通した複数の開口部３を設けるとともに、各開口部３を開閉する開閉蓋４を設け、開閉蓋４による全部または一部の開口部３の開閉によって、床板１と外側の鋼製主桁２とによって囲まれる桁内空間の湿度を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、現地の気候に応じて桁内空間の腐食の発生や促進を抑止することができる鋼製橋梁に関する。

飛来塩分が少ない地域において、降雨量や湿度は、耐候性鋼を用いた鋼製橋梁の腐食に大きな影響を与える。特に、降雨時において、雨水が鋼製橋梁の桁上や桁内に滞水したり、湿潤空気が滞留する場合には、腐食が生じやすいという問題が生じる。

このような問題に対して、一般的には防食塗料等を塗装する方法が考えられる。しかし、この場合、数年〜数十年ごとに塗料の塗り替え作業を行う必要があり、人件費や足場仮設などを含めて多大なコストがかかるという問題がある。

これに対し、特許文献１に記載された耐候性に優れた鋼製橋梁では、ウェブの上端から高さ１／３以内の部分に一または複数の開口部を形成することにより、無風時の湿潤空気の滞留を抑制するようにしている。

特開２００８−２６１１７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている耐候性に優れた鋼製橋梁では、開口部からの雨水の浸入や桁内の湿度を調整することができず、気候に対しては成り行きとなるため、気候条件によっては腐食が促進されてしまう場合がある。また、開口部が形成されているウェブの上端から高さ１／３以内の部分とそれ以外の部分では腐食状態が異なり、不均一な腐食が形成されるおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、現地の気候に応じて桁内空間の腐食の発生や促進を抑止することができる鋼製橋梁を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼製橋梁は、床板を支持する複数の鋼製主桁を有する鋼製橋梁であって、鋼製主桁のウェブに該ウェブを貫通した複数の開口部を設けるとともに、各開口部を開閉する開閉蓋を設け、前記開閉蓋による全部または一部の開口部の開閉によって、前記床板と外側の鋼製主桁とによって囲まれる桁内空間の湿度を調整することを特徴とする。

また、本発明に係る鋼製橋梁は、上記発明において、鋼製鈑桁橋または鋼製箱桁橋であることを特徴とする。

また、本発明に係る鋼製橋梁は、上記発明において、雨季と乾季がある地域に架設される橋梁である場合、雨季に前記開閉蓋を閉め、乾季に前記開閉蓋を開けることを特徴とする。

また、本発明に係る鋼製橋梁は、上記発明において、鋼製主桁の外側および／または桁内空間に複数の温湿度センサーを分散配置し、前記温湿度センサーの計測結果をもとに、前記桁内空間の平均相対湿度が８０%以下になるように前記開閉蓋の全部または一部を開閉することを特徴とする。

また、本発明に係る鋼製橋梁は、上記発明において、前記開閉蓋の開閉を駆動する駆動部と、鋼製主桁の外側および／または桁内空間に分散配置された複数の温湿度センサーと、前記温湿度センサーの計測結果をもとに、前記桁内空間の平均相対湿度が８０％以下になるように前記駆動部を駆動させて前記開閉蓋の全部または一部を開閉させる制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、鋼製主桁のウェブに該ウェブを貫通した複数の開口部を設けるとともに、各開口部を開閉する開閉蓋を設け、前記開閉蓋による全部または一部の開口部の開閉によって、床板と外側の鋼製主桁とによって囲まれる桁内空間の湿度を調整するようにしているので、現地の気候に応じて桁内空間の腐食の発生や促進を抑止することができる。

図１は、本発明の実施の形態１である鋼製橋梁の概要構成を示す図である。図２は、開閉蓋が開いている状態での桁内空間への外気の流入・流出状態を示す図である。図３は、開閉蓋の開閉機構の一例を示す図である。図４は、開閉蓋の開閉機構の一例を示す図である。図５は、開閉蓋および開口部の配置の変形例を示す図である。図６は、開閉蓋および開口部の配置の変形例を示す図である。図７は、開閉蓋および開口部の形状の変形例を示す図である。図８は、鋼製橋梁の応用例である２主Ｉ桁橋を示す図である。図９は、鋼製橋梁の応用例である多主桁橋を示す図である。図１０は、鋼製橋梁の応用例である箱桁橋を示す図である。図１１は、本発明の実施の形態２である鋼製橋梁の概要構成を示す図である。図１２は、開閉蓋の自動開閉機構の一例を示す図である。図１３は、鋼製橋梁の応用例である箱桁橋への温湿度センサーの配置例を示す図である。図１４は、温湿度センサーを用いた湿度制御の一例を示す図である。図１５は、温湿度センサーを用いた湿度制御の一例を示す図である。図１６は、温湿度センサーを用いた湿度制御の一例を示す図である。図１７は、温湿度センサーを用いた湿度制御の一例を示す図である。図１８は、温湿度センサーを用いた湿度制御の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である鋼製橋梁の概要構成を示す図である。図１に示すように、この鋼製橋梁は、床板１を支持する複数の鋼製主桁２を有する。なお、この鋼製橋梁は、鋼製鈑桁橋である。鋼製主桁２のウェブには、水平方向に貫通する複数の開口部３が設けられている。また、各開口部３には、開口部３を開閉する開閉蓋４が設けられている。開閉蓋４は、ヒンジ４ａを介して鋼製主桁２に結合され、取っ手４ｂを引くことによってヒンジ４ａを中心に開口部３が開放される。また、取っ手４ｂを抑えることによって開口部３は塞がれる。

すなわち、図２に示しように、開閉蓋４が開いている状態では、開口部３が開口し、外気が桁内空間Ｅ１に流入・流出し、複数の鋼製主桁２間を行き来できるようになる。一方、開閉蓋４が閉じている状態では、外気が桁内空間Ｅ１に流入できないようになっている。

図３に示すように、開閉蓋４は、取っ手４ｂを用いて手動で開閉できるようになっており、ヒンジ４ａによって水平方向に開閉できる。また、開口部３の開閉蓋４との接触部分には、パッキン４ｃなどを配置し、雨水などが開口部３に浸入しないようにすることが好ましい。

なお、図４に示すように、ピン５ａを用いて、例えば鉛直方向に開閉蓋４を回転するようにしてもよい。また、これに限らず、開閉蓋４は、開口部３を開閉できる構造であればよい。

また、開閉蓋４および開口部３の配置は、図５や図６に示すように、任意であり、斜めに配置したり、ジグザグに配置してもよい。また、開閉蓋４および開口部３の形状は、円形に限らず、任意であり、例えば図７に示すように、矩形であってもよいし、楕円形であってもよい。ただし、開閉蓋４および開口部３の数および配置は、鋼製主桁２のウェブの耐力に影響を及ぼさないように留意する必要がある。通常、ウェブは、せん断力を分担するように設計されるので、開閉蓋４および開口部３による断面欠損を考慮してウェブの耐力を算定することが好ましい。

さらに、上述した鋼製橋梁の形式は、３主Ｉ桁橋の鋼製鈑桁橋を対象として説明したが、図８に示すように、２主Ｉ桁橋でもよい。また、図９に示すように多主桁橋でもよい。さらに、図１０に示した箱桁橋など他の鋼製橋梁についても同様に適用できる。箱桁橋の場合、箱桁６内の桁内空間Ｅ２にも開閉蓋４を開くことによって桁内空間Ｅ１と同様に外気を流入することができる。

上述した手動の開閉蓋４は、例えば、雨季と乾季がある地域などで、おおよその気候があらかじめ分かっている場合には、雨季に開閉蓋４を閉め、乾季に開閉蓋４を開けるという動作を手動で行うことによって、桁内空間Ｅ１、Ｅ２を乾燥させることができるので、鋼製主桁２の腐食の発生や促進を抑止することができる。

（実施の形態２）
上述した開閉蓋４は、手動開閉であったが、この実施の形態２では、開閉蓋４を自動開閉できるようにしている。

この実施の形態２では、図１１に示すように、鋼製主桁２の外側や桁内空間Ｅ１内に複数の温湿度センサー１０を分散配置する。一方、図１２に示すように、開閉蓋４のヒンジ４ａには、開閉蓋４を閉じる方向に付勢するコイルばね１３が設けられるとともに、取っ手４ｂにワイヤー１４が接続されている。このワイヤー１４は、駆動部１２がコイルばね１３の付勢力に対抗して引っ張ることによって開閉蓋４を開く。そして、駆動部１２がワイヤー１４を緩めるとコイルばね１３の付勢力によって開閉蓋４は閉じる。制御部１１には、複数の温湿度センサーの計測結果が入力され、制御部１１は、この計測結果をもとに、駆動部１２を制御して開閉蓋４の開閉を自動制御する。そして、この自動制御によって、桁内空間Ｅ１の温度および湿度が自動調整され、温度および湿度がほぼ均一に保持できるようにする。なお、開閉蓋４の自動開閉機構は、上述したワイヤー１４とコイルばね１３とによる機構に限らず、他の構成を用いてもよい。

複数の温湿度センサー１０は、橋梁形式、橋梁諸元、現地の環境条件などを勘案し、橋軸方向、橋軸直角方向、高さ方向に対して、桁内空間Ｅ１の温度および湿度をほぼ均一に保持できるように分散して配置する。

なお、図１３に示すように、箱桁橋である場合も、桁の外部および枠内空間Ｅ１、Ｅ２に温湿度センサー１０が分散配置される。

ここで、図１４を参照して、湿度の調整制御について説明する。桁内空間Ｅ１は、一日の寒暖の変化による結露や下方から上昇してくる湿潤空気の滞留により、腐食が発生しやすくなる。また、橋軸方向の桁端部は、雨天時に浸入した雨水が滞水して、極めて腐食が発生しやすくなる。そこで、晴天時など、外気の温度が高く、湿度が低い場合には、開閉蓋４を開いて風通しを良くし、桁内空間Ｅ１を乾燥させることで、腐食の発生や促進を抑止することができる。一方、雨天時には、開閉蓋４を閉じ、雨水が桁内空間Ｅ１に浸入して滞水するのを防ぐ。これにより、桁内空間Ｅ１の腐食の発生や促進を抑止することができる。

外桁の外側や桁内空間Ｅ１に複数の温湿度センサー１０を分散配置し、現地で得られた計測データをもとにして開閉蓋４の部分開閉を行い、桁内空間Ｅ１の平均相対湿度が所定の値以下になるように調整することによって、腐食の発生を抑止し、保護性さびの形成を促すことができる。

ここで、腐食の発生を抑止し、保護性さびの形成に好適な平均相対湿度は、後述する腐食試験結果より、８０%以下となる。

このため、例えば桁内空間Ｅ１の平均相対湿度が８０%を超えて好適な平均相対湿度範囲より高く、（外桁の外側の平均相対湿度）＜（桁内空間Ｅ１の平均相対湿度）の場合には、開閉蓋４を開いて湿潤空気を外に逃がし、桁内空間Ｅ１の平均相対湿度を下げる。一方、（外桁の外側の平均相対湿度）＞（桁内空間Ｅ１の平均相対湿度）の場合には、外桁の開閉蓋を閉じて内桁の蓋を開き、桁内空間Ｅ１だけで空気を循環させ、平均相対湿度を桁内空間Ｅ１でほぼ均一に保つように調整する。なお、図１５に示すように、箱桁橋の場合も同様に、（外桁の外側の平均相対湿度）＞（桁内空間Ｅ１の平均相対湿度）の場合には、外側の開閉蓋４を閉じて内側の開閉蓋４を開き、桁内空間Ｅ１、Ｅ２だけで空気を循環させる。

また、季節風などの影響で一定の方向から風雨にさらされる環境下や、橋梁に対して部分的にしか日射が生じない環境下においても、図１６〜図１８に示すように、開閉蓋４の部分開放により、橋軸方向、橋軸直角方向、高さ方向に対して、桁内空間Ｅ１の温度および平均相対湿度をほぼ均一に保持することができる。

（腐食試験結果）
まず、表１に示す成分組成、さらに残部が不可避的不純物及びFeからなる鋼（鋼Ｎｏ．Ａ〜Ｊ）を溶製し、１１５０℃に加熱した後、熱間圧延を行い、室温まで空冷して厚さ１２ｍｍの鋼板を試作した。次いで、得られた鋼板から３５ｍｍ×３５ｍｍ×５ｍｍの試験片を採取した。試験片は、表面を表面粗さＲａが１．６μｍ以下となるよう研削加工し、端面、裏面をテープシールし、表面露出部の面積が２５ｍｍ×２５ｍｍとなるよう表面もテープシールした。

以上により得られた試験片について、乾湿繰り返し腐食試験を行い、耐食性を評価した。腐食試験の条件は以下の通りである。任意の温度、相対湿度の乾燥工程をＸ時間実施し、移行時間を１時間とった後、任意の温度、相対湿度の湿潤工程を（２２−Ｘ）時間実施し、その後１時間移行時間をとり、合計２４時間で１サイクルとした。また、試験片表面に付着する塩分量が０．０３ｍｄｄとなるよう調整した人工海水溶液を週に一回、乾燥工程中に試験片の表面に塗布した。この条件にて、２６週間で１８２サイクルの試験を行った。

腐食試験終了後、試験片を塩酸にヘキサメチレンテトラミンを加えた水溶液に浸漬して脱錆してから重量を測定し、得られた重量と初期重量との差を求めて片面の平均板厚減少量を求めた。この平均板厚減少量が１６μｍ以下であれば、耐食性が優れていると評価した。

表２は、試験条件に対する平均相対湿度および腐食量（平均板厚減少量μｍ）の試験結果を示す表である。表２に示すように、平均相対湿度が８０％以下であるＮｏ．１〜１１、Ｎｏ．１６〜１８、Ｎｏ．２０〜３３は、平均板厚減少量が１６μｍ以下であることから、耐食性が優れていることがわかる。

一方、平均相対湿度が８０％を超えるＮｏ．１２〜１５、Ｎｏ．１９は平均板厚減少量が１６μｍを超えており、先のＮｏ．１〜１１、Ｎｏ．１６〜１８、Ｎｏ．２０〜３３に比べ耐食性が劣っていることがわかる。これにより、平均相対湿度が８０％以下であれば、良好な耐食性が得られることがわかった。

なお、上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。

１床板
２鋼製主桁
３開口部
４開閉蓋
４ａヒンジ
４ｂ取っ手
４ｃパッキン
５ａピン
６箱桁
１０温湿度センサー
１１制御部
１２駆動部
１３コイルばね
１４ワイヤー
Ｅ１、Ｅ２桁内空間

Claims

床板を支持する複数の鋼製主桁を有する鋼製橋梁であって、
鋼製主桁のウェブに該ウェブを貫通した複数の開口部を設けるとともに、各開口部を開閉する開閉蓋を設け、前記開閉蓋による全部または一部の開口部の開閉によって、前記床板と外側の鋼製主桁とによって囲まれる桁内空間の湿度を調整することを特徴とする鋼製橋梁。
鋼製鈑桁橋または鋼製箱桁橋であることを特徴とする請求項１に記載の鋼製橋梁。
雨季と乾季がある地域に架設される橋梁である場合、雨季に前記開閉蓋を閉め、乾季に前記開閉蓋を開けることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼製橋梁。
鋼製主桁の外側および／または桁内空間に複数の温湿度センサーを分散配置し、前記温湿度センサーの計測結果をもとに、前記桁内空間の平均相対湿度が８０%以下になるように前記開閉蓋の全部または一部を開閉することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼製橋梁。
前記開閉蓋の開閉を駆動する駆動部と、
鋼製主桁の外側および／または桁内空間に分散配置された複数の温湿度センサーと、
前記温湿度センサーの計測結果をもとに、前記桁内空間の平均相対湿度が８０％以下になるように前記駆動部を駆動させて前記開閉蓋の全部または一部を開閉させる制御を行う制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼製橋梁。