JP2014528037A - 大スパン新型アーチ橋及びその建築方法 - Google Patents

Abstract

大梁（２）、中間支点としての中央橋脚（１１）及び両端支点としての二つの補助橋脚（１２，１３）を含む大スパン新型アーチ橋であり、アーチ軸接続体（３）及び上に向かって凸となった二つのアーチ形のアーチ軸曲がり梁（４，５）をさらに含み、アーチ軸接続体（３）が中央橋脚（１１）に設置され、その両端がそれぞれに二つのアーチ軸曲がり梁（４，５）の内側端に端部結合により接続され、二つのアーチ軸曲がり梁（４，５）の外側端がそれぞれに二つの補助橋脚（１２，１３）に設置され、二つのアーチ軸曲がり梁（４，５）と大梁（２）との間が複数のケーブルにより接続されている。また、上記アーチ橋の建造方法も開示されている。双アーチ軸線を用いることにより、大幅に橋アーチの断面曲げ強さを向上させ、中間支点におけるアーチ断面曲げモーメントを低下させ、アーチの腰部における縦方向の変位が小さく、大梁の変形も小さくなるので、橋全体が受ける力が均衡し、実施コストを効果的に低下させることができ、工期を短縮することもできる。【選択図】図１

Description

本発明は橋梁技術領域に関し、具体的に大スパンの組立型アーチ橋及び組立型アーチ橋の建築方法に関する。

アーチ橋の設計は従来の橋梁建築に多く利用されている。アーチ橋は、スパンが大きく、外観が美しく、材料の耐圧性能を十分に利用できるなどの長所を有している。しかし、従来の大スパンアーチ橋には、水平押し力が大きく、横方向の安定性制御が難しく、工事が困難などの欠陥も現れている。

米国特許ＵＳ７４６９４３８号に採用された拱線軸は、有効に前記欠陥を解決でき、アーチ橋の水平押し力を低下させ、横方向の安定性が良好であるが、以下の問題が依然として存在している。
１、アーチ軸線の調整のため、中間支点のところの主アーチ断面の曲げモーメントが大きく、主アーチ断面の材料コストも高い。
２、アーチ軸線がアーチの圧力線から離れるため、大きな曲げモーメントが発生し、アーチの腰部の範囲で縦方向の変位が大きく、大梁の変形も大きくなるので、正常に利用できる機能も達成しがたい。

従来技術における問題に対し、本発明の目的の一つ目は、大スパン新型アーチ橋を提供することであり、双アーチ軸線方法によって有効に主アーチ断面の曲げモーメントを低下させると共に大梁の変形を小さくすることである。

本発明の目的の二つ目は、前記大スパンの組立型アーチ橋の建築方法を提供することである。

前記目的の一つ目を実現するために、本発明は以下の技術的解決手段を採用する。
大スパン新型アーチ橋は、大梁(main beam)、中間支点としての中央橋脚及び両端支点としての二つの補助橋脚を含み、その組立型アーチ橋は、アーチ軸接続体、及び上に向かって凸となった二つのアーチ形のアーチ軸曲がり梁をさらに含み、アーチ軸接続体が中央橋脚に設置され、その両端がそれぞれ二つのアーチ軸曲がり梁の内側端に端部結合により接続され、二つのアーチ軸曲がり梁の外側端それぞれが二つの補助橋脚に設置され、二つのアーチ軸曲がり梁と大梁との間が複数のケーブルにより接続されている。

アーチ軸接続体は下アーチ軸及び上アーチ軸を含み、下アーチ軸が「Ｖ」字形を成しており、その「Ｖ」字形の下端部が中央橋脚に固定され、上アーチ軸が下に向かって湾曲したアーチ形を成しており、上アーチ軸が下アーチ軸の「Ｖ」字形の開口に位置しており、上アーチ軸の両端のそれぞれが下アーチ軸の両端に接続されている。

上アーチ軸の両端のそれぞれが下アーチ軸の両端と内接していると共に、上アーチ軸と二つのアーチ軸曲がり梁とが端部結合して滑らかな曲線を形成している。

アーチ軸曲がり梁の外側端が補助橋脚に接続される二つの曲がり梁支持脚として成形されている。

アーチ軸曲がり梁は複数の曲がり梁のセグメントが順次端部結合されて形成されている。

前記目的の二つ目を実現するために、本発明は以下の技術的解決手段を採用する。
前記大スパン新型アーチ橋の建築方法は、以下のステップを含む。
ステップＡ：中間に位置している中央橋脚及びそれぞれが両端に位置している補助橋脚を含む橋脚を設置する。
ステップＢ：中央橋脚にアーチ軸接続体をセグメント毎に設置し、前記アーチ軸接続体の各セグメントの間を内管位置決め方式により仮接続する。
ステップＣ：上に向かって凸となったアーチ形のアーチ軸曲がり梁を設置する。
前記ステップＣは、下記の前後順位を問わずに行える二つのステップを含み、
ステップＣｌ：設置されたアーチ軸接続体の端部から、アーチ軸曲がり梁のセグメントを内から外へ順次端部結合する。
ステップＣ２：補助橋脚から外から内へアーチ軸曲がり梁のセグメントを順次端部結合する。
ステップＤ：アーチ軸曲がり梁の閉鎖セグメントの両端を、前記ステップＣｌ、Ｃ２で設置されたアーチ軸曲がり梁の節点部分にそれぞれ端部結合することで、アーチ軸曲がり梁の閉鎖を実現し、隣接する各アーチ軸曲がり梁のセグメントに対して溶接を実施する。
ステップＥ：二つの補助橋脚から内へ向けて順次大梁のセグメントを設置すると共に、中央橋脚からその両側へ向けて順次大梁のセグメントを設置し、二つの補助橋脚から内へ向けて順次大梁のセグメントを設置するとき、設置された大梁のセグメントをケーブルによってアーチ軸曲がり梁に接続する。
ステップＦ：大梁を閉鎖してから、隣接する大梁のセグメントを溶接する。

前記ステップＡにおいて、設置された中央橋脚上及び補助橋脚上にタワークレーンを設置し、
前記ステップＣは、中央橋脚上のタワークレーンによりアーチ軸曲がり梁のセグメントを持ち上げ、アーチ軸曲がり梁の複数のセグメントをアーチ軸接続体の外側端部を起端として一つずつ端部結合により組み付け、アーチ軸曲がり梁のセグメントを一つ毎に組み付けてから、当該アーチ軸曲がり梁のセグメントを中央橋脚のタワークレーンに鋼線により仮接続するステップＣ１と、
補助橋脚にアーチ軸曲がり梁の外端部支持脚を起端として内へ向けてアーチ軸曲がり梁のセグメントを一つずつ端部結合して設置すると共に、アーチ軸曲がり梁の各セグメントを補助橋脚のタワークレーンに鋼線により仮接続する過程において、アーチ軸曲がり梁の各セグメントを補助橋脚上のタワークレーンによって組み付けるステップＣ２とを含む。

前記ステップＤにおいて、搬送船によってアーチ軸曲がり梁の閉鎖セグメントをアーチ軸曲がり梁の閉鎖位置の下に搬送してから、吊り具によってアーチ軸曲がり梁の閉鎖セグメントを組み付ける。

本発明の有効な効果は以下のとおりである。
本発明は、二つのアーチ軸曲がり梁の双アーチ軸線により、大幅に橋アーチの断面曲げ強さ（sectional-flexural strength）を向上させ、中間支点のところのアーチ断面曲げモーメントを低下させ、アーチの腰部（waist-section）における縦方向の変位が小さく、大梁の変形も小さくなるので、橋全体の受ける力が均衡する。また、本発明の方法によれば、有効に実施コストを低下させ、工期を短縮できる。

本発明に係る大スパン新型アーチ橋の構成概略図である。 図１におけるアーチ軸接続体の構成概略図である。 図１におけるＡのところの拡大図である。 本発明に係る他の大スパン新型アーチ橋の構成概略図である。 本発明における建築方法の概略図であり、橋脚及びタワークレーンによる設置を示している。 本発明における建築方法の概略図であり、アーチ軸接続体の設置を示している。 本発明における建築方法の概略図であり、アーチ軸曲がり梁の設置を示している。 本発明における建築方法の概略図であり、大梁の設置を示している。

以下、図面及び具体的な実施形態を参照しながら本発明をさらに説明する。
図１に示されているように、本発明に係る大スパン新型アーチ橋であり、大梁２、中央橋脚１１、及び二つの補助橋脚１２、１３が含まれ、中央橋脚１１が組立型アーチ橋全体の中間支点とし、二つの補助橋脚１２が両端の支点として、中央橋脚１１にアーチ軸接続体３が固定設置され、中央橋脚１１と二つの補助橋脚１２との間にそれぞれ一つのアーチ軸曲がり梁４、５が接続されているため、アーチ軸曲がり梁４、５はそれぞれに一つのアーチ軸線を有し、アーチ軸曲がり梁４、５が対称に設置され、両者とも上に凸となったアーチ形を成しており、そして、複数のアーチ軸曲がり梁のセグメントが順次端部結合されることによって形成されている。

図２、３を参照し、アーチ軸接続体３は、下アーチ軸３１と上アーチ軸３２を含み、下アーチ軸３１は「Ｖ」字形を成しており、その底端が中央橋脚１１ｂに固定され、「Ｖ」字形の開口が上に向かっている。上アーチ軸３２は下へ凹のアーチ形を成しており、下アーチ軸３１の「Ｖ」字形の開口内に位置され、その両端がそれぞれに下アーチ軸３１の「Ｖ」開口の両端と内接接続されている。アーチ軸曲がり梁５の内側端とアーチ軸接続体３の対応する端部とが結合され、アーチ軸曲がり梁５の外側端が分岐して二つの曲がり梁支持脚５１、５２を形成し，その二つの曲がり梁支持脚５１、５２が安定性を補強するように補助橋脚１２に接続されている。上記アーチ軸曲がり梁４とアーチ軸曲がり梁５の構成は同じであり、それと補助橋脚１３との接続方式も上記と同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。

上記のアーチ軸曲がり梁４、５と上アーチ軸３２の結合点が円滑に過渡するように、滑らかな曲線が形成される。アーチ軸曲がり梁４、５がそれぞれに複数のケーブルにより大梁２と接続されている。アーチ軸曲がり梁４、５のいずれも複数のセグメントにより順次端部結合されることで形成されている。

本発明の別実施形態に係る組立アーチ橋は、上記の中央橋脚が中間位置に位置している構成以外、図４に示されているように、中央橋脚が中央に位置にしておらず、対応する二つのアーチ軸曲がり梁のスパンも異なる。

上記組立アーチ橋は、以下の方法で建築すればよい。
Ａ 図５に示されているように、中央橋脚１１及び二つの補助橋脚１２、１３を設置し、実際の要望に合わせて中央橋脚を二つの補助橋脚の間に位置させると共に、その三者が同一線上にあることを担保する。そして、中央橋脚上及び二つの補助橋脚上にはそれぞれタワークレーン６１、６２、６３を設置する。
Ｂ 図６に示されているように、中央橋脚１１に、アーチ軸接続体３の形状に合わせた形状を有する支持体（フルフレーミング）１１１を設置する。そして、支持体１１１によりアーチ軸接続体３の各セグメントを一つずつ順次設置し、アーチ軸接続体３の隣接する二つのセグメントを内管位置決め方式により仮接続する。
Ｃ、上に向かって凸となったアーチ形のアーチ軸曲がり梁４、５を設置し、そのステップを下記の二つのサブステップに分けて同時に行ってもよく、前後順位を問わず二つのサブステップを行ってもよい。
ステップＣ１において、図７に示されているように、中央橋脚１１上のタワークレーン６１によりアーチ軸曲がり梁４、５のセグメント４３、５３を持ち上げ、アーチ軸曲がり梁４、５の複数のセグメント４３、５３を、アーチ軸接続体３の外側端部を起端として一つずつ端部結合により組み付ける。アーチ軸曲がり梁４、５のセグメント４３、５３を一つ毎に組み付けてから、アーチ軸曲がり梁４、５の当該セグメント４３、５３を中央橋脚１１上のタワークレーン６１に鋼線７１により仮接続する。
ステップＣ２において、図７に示されているように、補助橋脚１２、１３にアーチ軸曲がり梁４、５の外端部支持脚を起端として内へ向けてアーチ軸曲がり梁４、５のセグメント４３、５３を一つずつ端部結合して設置する。アーチ軸曲がり梁の各セグメント４３、５３を補助橋脚１２、１３のタワークレーン６２、６３に鋼線７２により仮接続する。そして、その過程において、アーチ軸曲がり梁４、５の各セグメント４３、５３を補助橋脚１２、１３上のタワークレーン６２、６３によって組み付ける。

Ｄ また、図７に示されているように、搬送船８１によってアーチ軸曲がり梁４、５の閉鎖セグメント４４，５４をステップＣｌ、Ｃ２において設置されたアーチ軸曲がり梁４、５の節点部分の真下に搬送してから、予めアーチ軸曲がり梁４、５の節点に設置されている吊具８２によって閉鎖セグメント４４、５４を適切な高度まで吊り上げ、そして、閉鎖セグメント４４、５４をアーチ軸曲がり梁４、５の予め設置された両端節点に端部結合して閉鎖する。最後に、アーチ軸曲がり梁４、５の隣接するセグメントの結合端に対して溶接を実施することでアーチ軸曲がり梁４、５の設置が完了する。
Ｅ 図８に示されているように、二つの補助橋脚１２、１３から内に向けて順次大梁２のセグメント２１を設置すると共に、中央橋脚１１からその両側に向けて順次大梁２のセグメント２１を設置する。二つの補助橋脚１２、１３から内に向けて順次大梁２のセグメント２１を設置すると共に、設置された大梁２の各セグメント２１をケーブル６によってアーチ軸曲がり梁４、５に接続する。中央橋脚１１または補助橋脚１２、１３から離れた位置の大梁２のセグメント２１については、事前に搬送船８１によって当該セグメント２１を仮組み付け位置の真下に搬送し、さらに予めアーチ軸曲がり梁４、５に掛けた綱によりセグメント２１を吊り上げ，適切な高度に達してから端部結合を行う。
Ｆ 大梁を閉鎖してから、隣接する大梁のセグメントを溶接する。

当業者にとっては、以上に記載の技術的解決手段及び設計に基づき、その他の相応する各種の変更及び変形を作り出すことが可能であり、そのすべての変更及び変形は本発明の特許保護範囲に含まれると理解されるべきであろう。

Claims (8)

1. 大梁、中間支点としての中央橋脚及び両端支点としての二つの補助橋脚を含む大スパン新型アーチ橋であり、
   その組立型アーチ橋は、アーチ軸接続体、及び上に向かって凸となった二つのアーチ形のアーチ軸曲がり梁をさらに含み、アーチ軸接続体が中央橋脚に設置され、その両端がそれぞれ二つのアーチ軸曲がり梁の内側端に端部結合により接続され、二つのアーチ軸曲がり梁の外側端それぞれが二つの補助橋脚に設置され、二つのアーチ軸曲がり梁と大梁との間が複数のケーブルにより接続されていることを特徴とする大スパン新型アーチ橋。
2. アーチ軸接続体は下アーチ軸及び上アーチ軸を含み、下アーチ軸が「Ｖ」字形を成しており、その「Ｖ」字形の下端部が中央橋脚に固定され、上アーチ軸が下に向かって湾曲したアーチ形を成しており、上アーチ軸が下アーチ軸の「Ｖ」字形の開口に位置しており、上アーチ軸の両端のそれぞれが下アーチ軸の両端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の大スパン新型アーチ橋。
3. 上アーチ軸の両端のそれぞれが下アーチ軸の両端と内接していると共に、上アーチ軸と二つのアーチ軸曲がり梁とが端部結合して滑らかな曲線を形成していることを特徴とする請求項２に記載の大スパン新型アーチ橋。
4. アーチ軸曲がり梁の外側端が補助橋脚に接続される二つの曲がり梁支持脚として成形されていることを特徴とする請求項１に記載の大スパン新型アーチ橋。
5. アーチ軸曲がり梁は、複数の曲がり梁のセグメントが順次端部結合されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の大スパン新型アーチ橋。
6. 中間に位置している中央橋脚及びそれぞれが両端に位置している補助橋脚を含む橋脚を設置するステップＡと、
   中央橋脚に対してアーチ軸接続体をセグメント毎に設置し、前記アーチ軸接続体の各セグメントの間を内管位置決め方式により仮接続するステップＢと、
   上に向かって凸となったアーチ形のアーチ軸曲がり梁を設置するステップＣであって、 設置されたアーチ軸接続体の端部から、アーチ軸曲がり梁のセグメントを内から外へ順次端部結合するステップＣｌ、及び、補助橋脚から外から内へアーチ軸曲がり梁のセグメントを順次端部結合するステップＣ２、の順番を問わない２つのステップを含むステップＣと、
   アーチ軸曲がり梁の閉鎖セグメントの両端を前記ステップＣｌ、Ｃ２で設置されたアーチ軸曲がり梁の節点部分にそれぞれ端部結合することで、アーチ軸曲がり梁の閉鎖を実現し、隣接する各アーチ軸曲がり梁のセグメントに対して溶接を実施するステップＤと、
   二つの補助橋脚から内へ向けて順次大梁のセグメントを設置すると共に、中央橋脚からその両側へ向けて順次大梁のセグメントを設置し、二つの補助橋脚から内へ向けて順次大梁のセグメントを設置するとき、設置された大梁のセグメントをケーブルによってアーチ軸曲がり梁に接続するステップＥと、
   大梁を閉鎖してから、隣接する大梁のセグメントを溶接するステップＦとを含むことを特徴とする請求項１に記載の大スパン新型アーチ橋の建築方法。
7. 前記ステップＡにおいて、設置された中央橋脚上及び補助橋脚上にタワークレーンを設置し、
   前記ステップＣは、中央橋脚上のタワークレーンによりアーチ軸曲がり梁のセグメントを持ち上げ、アーチ軸曲がり梁の複数のセグメントをアーチ軸接続体の外側端部を起端として一つずつ端部結合により組み付け、アーチ軸曲がり梁のセグメントを一つ毎に組み付けてから、アーチ軸曲がり梁の当該セグメントを中央橋脚上のタワークレーンに鋼線により仮接続するステップＣ１と、
   補助橋脚にアーチ軸曲がり梁の外端部支持脚を起端として内へ向けてアーチ軸曲がり梁のセグメントを一つずつ端部結合して設置すると共に、アーチ軸曲がり梁の各セグメントを補助橋脚のタワークレーンに鋼線により仮接続する過程において、アーチ軸曲がり梁の各セグメントを補助橋脚上のタワークレーンによって組み付けるステップＣ２とを含むことを特徴とする請求項６に記載の建築方法。
8. 前記ステップＤにおいて、搬送船によってアーチ軸曲がり梁の閉鎖セグメントをアーチ軸曲がり梁の閉鎖位置の下に搬送してから、吊り具によってアーチ軸曲がり梁の閉鎖セグメントを組み付けることを特徴とする請求項６に記載の建築方法。

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