JP2564429B2 - 合成床版橋の構築方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は合成床版橋の構築方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】橋軸方向に直交する断面が上向きコ字状
を有する鋼殻の底板部上面に橋軸方向に桁材（Ｔリブ）
を埋設するようにコンクリートを打設して橋を構成する
合成床版橋は、橋自体の重量が嵩むためその死荷重が大
きく、支間１５〜１６ｍ程度が経済性の面から限界とさ
れていた。

【０００３】そこでこの種の合成床版橋の死荷重を軽減
する手段として、合成床版橋内の橋軸方向にパイプを設
置し、このパイプをとり囲むようにコンクリートを打設
してコンクリートの重量の軽減を図るようにしたもの
（実開昭６３−１７１４１６号公報）、あるいは合成床
版橋の引張域を空洞または発泡スチロール等の軽量詰物
を入れ、その上にコンクリート層を形成するようにした
もの（特開昭６３−１８１８０２号公報）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに前者の構築方
法によると、コンクリート層内にパイプが埋設されるの
で、その空間部分に相当するコンクリートの打設量は減
少するが、パイプおよびそれより下位のコンクリート層
は橋の引張域で使用することになるためひび割れが発生
しやすく、雨水等が浸入して鋼殻に錆を発生させ、これ
らにより耐久性に劣る構造となる。またコンクリート打
設時にコンクリートによりパイプが押し上げられ、その
ためパイプの浮上りを防ぐ固定用治具を設けることが必
要となり、付加構造が増して好ましくない。

【０００５】後者の構築方法によると、コンクリート層
の下部が空洞乃至は実質的に橋とは無関係な詰物を入れ
るだけであるから、前者の場合と同様にコンクリート層
から浸入した水が鋼殻の内面に集約され、鋼殻を内面か
ら発錆させて橋の寿命を短かくするという問題がある。

【０００６】本発明はこれに鑑み、現場あるいは工場で
吹付けまたは注入という特別な治具や技術を必要としな
い方法により簡単に硬質ウレタン層を構築し、床版橋の
死荷重を大巾に軽減することができると同時にコンクリ
ートを圧縮域で使用することによりコンクリート層のひ
び割れを防ぎ、また硬質発泡ウレタン層が鋼殻の内面お
よびＴリブの腹板面に密接固着して一体化されることに
より鋼殻への水や空気の接触を完璧に防ぎ、防錆効果を
完遂すると同時に自己の引張強度まで引張荷重を分担
し、これにより支間を伸ばすことができる軽量で経済的
な耐久性の大きい合成床版橋の構築方法を提供すること
を目的としてなされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記従来の技術が有する
問題点を解決するため、本発明は、橋軸方向に直交する
断面が上向きコ字状を有する鋼殻の底板部上面長手方向
に互いに所定の間隔をおいて圧縮断面域に至る高さを有
するＴ形断面のＴリブを溶接等により固着立設したの
ち、このＴリブ間およびＴリブと鋼殻の側板との間に独
立気泡の発泡性硬質ウレタンフォームを注入して発泡固
化させることによりこの硬質発泡ウレタンフォームを鋼
殻の内面およびＴリブの腹板面に接着固化して硬質発泡
ウレタン層を形成し、この硬質発泡ウレタン層の上面に
コンクリートを打設して合成床版とすることを特徴とす
る合成床版橋の構築方法であり、前記硬質ウレタン層内
にガラス繊維材を層状に内設する工程を含むことを請求
項２とするものである。

【０００８】

【作用】上記の構成により、合成床版橋の引張域にはコ
ンクリート層が存在せずに硬質ウレタン層が鋼殻の内面
およびＴリブの腹板面に密接固着されてこの硬質ウレタ
ン層が引張域を構成することになり、コンクリート層に
は圧縮荷重のみが作用し、したがってコンクリート層に
ひび割れが発生せず、また仮にコンクリート層から水が
浸入しても硬質ウレタン層が鋼殻の内面およびＴリブの
腹板面に密接して固着されるので水が鋼殻の内面に到達
することがなく、鋼殻が水から完全に保護され、発錆が
防がれる。また鋼殻の底板部上のＴリブの上端フランジ
がコンクリート層に埋設されるので、スタッドジベルそ
の他適当なコネクタを使用することにより、合成床版と
しての合成効果に支障はなく、鋼板部分、硬質ウレタン
層、コンクリート層の三者が一体となった合成床版橋と
しての挙動を示し、強靭な合成床版橋となるとともに振
動の減衰効果および断熱効果が高く、それでいて死荷重
が大巾に軽減されるので、支間の増大、橋高の低減が図
られる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例を参照して
説明する。

【００１０】図１に橋軸に対し直交する断面を示し、図
２にその一部の拡大断面を示すように、橋軸方向に対し
直交する断面が上向きの浅いコ字状を有し厚さ６〜９ｍ
ｍ程度の鋼板からなる鋼殻１の底板部１ａの上面に、断
面Ｔ型の鋼板材からなる複数のＴリブ２，２…を所定の
間隔をおいて橋軸方向に溶接等により固着立設し、この
Ｔリブ２，２…の上ウェブ２ａの位置は橋高Ｈの圧縮域
Ｘと引張域Ｙとの中立軸Ｚを超えて圧縮域Ｘに存在する
高さ位置とする。

【００１１】上記のように構成された鋼殻１の側板１ｂ
と、Ｔリブ２との間、および各Ｔリブ２，２…間に独立
気泡の発泡性硬質ウレタンフォームを前記中立軸Ｚを超
える厚みになるように注入発泡させ、硬質ウレタン層３
を形成する。この硬質ウレタンは発泡して固化する際
に、鋼殻１の内面およびＴリブ２，２…の腹板２ｂの表
面に一体的に密接固着される（符号３′部分）。こゝで
使用する独立気泡の発泡性硬質ウレタンとしては、例え
ばポリウレタンフォームが用いられ、硬質で耐圧性が
３．０ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧縮耐荷力を有し、着火性の
低い難燃性で耐熱性に富む性質の材料が選択される。

【００１２】上記硬質ウレタン層３が固化したのちその
上に鉄筋４を組み、コンクリートを打設してコンクリー
ト層５を形成し、その表面にアスファルト等を敷設して
舗装６が施される。またコンクリート層５の橋軸方向両
側部には地覆部７，７を形成し、これに適宜高欄８，８
を設置する。

【００１３】つぎに試験結果について記す。

【００１４】図４のように支間３８００ｍｍの梁試験体
を２点載荷で破壊に至るまで加圧し、終局耐力および破
壊状態を実験した。また繰返し荷重を載荷し、疲労性状
も調べた。試験に用いた梁試験体は、図５に断面形状を
示すように底部鋼板１０（幅４００ｍｍ）の上面中央長
手方向にＴリブ１１を固着立設し、引張域には硬質ウレ
タン１２（厚さ２９０ｍｍ）を、圧縮域にはコンクリー
ト１３（厚さ１６０ｍｍ）を積層し、コンクリート１３
内にＴリブ１１の上端のウェブ１１ａを埋設した本発明
を象徴するタイプ（Ａ）、図６に示すようにすべてコン
クリート１３としたタイプ（Ｂ）、図７に示すように圧
縮域のみをコンクリート１３とし、引張域は空洞１４と
したタイプ（Ｃ）の３種類について行なった。いずれも
Ｔリブ１１のウェブ１１ａの上端から６０ｍｍ下った位
置に１００ｍｍピッチで直径２２ｍｍの孔をあけ、外径
１９ｍｍの鉄筋を通し、この鉄筋のジベル作用、および
Ｔリブ１１とコンクリート１３との結合により鋼板１０
とコンクリート１３との合成作用を期した。

【００１５】上記試験体に使用した材料ならびにその特
性は下記の通りである。

【００１６】底部鋼板１０およびＴリブ１１はＳＳ４１
材、コンクリート１３は早強コンクリート（強度試験結
果３４０ｋｇ／ｃｍ^２）、硬質ウレタン１２は圧縮強度
３．０ｋｇ／ｃｍ^２（比重０．０４ｔ／ｍ^３）を使用し
た。そして試験体のタイプ（Ａ）〜（Ｃ）は載荷点に設
置したロードセル１５により荷重を管理した。

【００１７】その載荷時の荷重に対するたわみ量は、図
８に示すようにタイプ（Ａ），（Ｃ）では５０ｔ程度ま
で荷重とたわみが直線関係を保つのに対し、タイプ
（Ｂ）では１０ｔ程度で直線関係が乱れ、最大荷重も他
のタイプ（Ａ），（Ｃ）より１０％程度小さくなってい
る。

【００１８】つぎに破壊状況について考察すると、タイ
プ（Ａ）では荷重が２６ｔで底部鋼板１０が降伏応力に
達したのち２９ｔ以上になると硬質ウレダン１２内に亀
裂が生じ、７５ｔでコンクリート１３の上面が破壊し、
終局に至った。タイプ（Ｂ）では、タイプ（Ａ）と同様
にひずみ増加を示すが、３９ｔでスパン中央付近の３箇
所でコンクリート１３の下面より鉛直方向にクラックが
発生した。このクラックは断面の圧縮域にも進展すると
ともに６０ｔを過ぎる段階で底部鋼板１０とコンクリー
ト１３との付着が切れ、７０ｔでコンクリート１３の上
面が破壊した。したがってタイプ（Ａ）はタイプ（Ｂ）
と略同程度の強度を示し、死荷重が小さくて支間の増大
を図れることが実証されている。タイプ（Ｃ）では、引
張域ではタイプ（Ａ）とほとんど同様な挙動を示すが、
これを過ぎると底部鋼板１０のひずみの増加が大きくな
り、底部鋼板１０の降伏で終局を迎える。

【００１９】終局状態直前でのコンクリート１３の上面
の圧壊応力度は、タイプ（Ａ）では３７４ｋｇ／ｃｍ^２
で生じるのに対し、タイプ（Ｃ）では２５３ｋｇ／ｃｍ
^２となっている。そのためタイプ（Ｃ）では圧縮側のコ
ンクリートに余裕があるなかで引張側の鋼板がどんどん
伸びてしまうのに対し、タイプ（Ａ）では硬質ウレタン
が鋼板からコンクリートへの力の伝達の役割を果してお
り、タイプ（Ｃ）と比較して耐荷力も比較的ゆるやかに
破壊に至ることになる。

【００２０】以上の試験結果から把握されることは、硬
質ウレタン１２が底部鋼板１０の急激なひずみの増加を
防ぎ、コンクリート１３にバランスよく力を分配する効
果をもたらしていることである。

【００２１】つぎに版試験体による剪断力の試験結果に
ついてみると、図９のように無筋コンクリート版１６
（厚さ１６０ｍｍ）を硬質ウレタン１７（厚さ３００ｍ
ｍ）の上に載せ、一辺が１１５０ｍｍ、他辺が１０００
ｍｍの版試験体を使用し、四隅を支え、中央に載荷して
コンクリート版１６の剪断耐力を調べたところ、載荷重
１７．２ｔでコンクリート版１６の両端支持部間にそっ
たクラックが走り、破壊した。これにより荷重がコンク
リート版１６の全体に分散されるとともに鉄筋がなくと
も通常の交通荷重に対しては床版としての耐力を有する
ことが確認でき、鉄筋量を減少させ得ることが判明し
た。

【００２２】以上の各試験結果からも明らかなように、
引張域に硬質ウレタン層３を鋼殻１およびＴリブ２の腹
板２ｂに密着固化させることにより、耐荷強度が増すう
え、その上面のコンクリート層５に荷重を分散させ、コ
ンクリート層全体の強度を高めることができる。

【００２３】図３のように硬質ウレタン層３の内部にガ
ラス繊維材１８，１８…を施工時に層状に埋設すること
により硬質ウレタン層３のヤング率および引張耐力を増
強させることができ、さらに好ましい効果を挙げること
ができる。すなわち鋼板が受持っていた引張力の一部を
低い応力レベルであっても硬質ウレタンが分担すること
になり、橋全体の剛性を高めるとともに耐荷力が増大す
る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、施工時において従
来のようにパイプの埋設、空洞部の形成のようにそのた
めに特別な構造あるいは治具類を必要としたものが、本
発明によれば鋼殻を型枠とし、この鋼殻の側板とＴリブ
との間、およびＴリブ間に独立気泡の発泡性硬質ウレタ
ンを吹付けあるいは注入施工して発泡させることにより
鋼床版の内面、Ｔリブの腹板に密接固着し、特別な治具
を用いることなく床版コンクリートの打設が可能とな
り、現場施工の作業性が大巾に改善される。また水道管
や電力ケーブル、通信用回線等を埋設するにも、これら
を並べて配設した後に発泡性硬質ウレタンを注入すれば
よいので、これらの存在に災いされることがなく、この
点においても施工がきわめて容易になる。

【００２５】また硬質ウレタン層の支持力が大きい（３
ｋｇ／ｃｍ^２程度）ため、床版コンクリート層への配筋
数が少なくてすみながらコンクリート床版部分の耐久性
の増大を図ることができ、配筋数が少なくてすむことか
ら現場施工の作業も容易になる。そして硬質ウレタン層
の引張強度が断面抵抗に効果的に作用し、前述の試験結
果からも明らかなようにコンクリート層の下部を空洞と
した場合には底部鋼板が降伏して崩壊するのに対し、本
発明によれば鋼板の降伏後に抵抗を示し、耐荷力が大巾
に増大している。また疲労試験においてもコンクリート
のみを充填した場合には底部鋼板付近により鉛直方向に
クラックが発生して耐力が低下するものが、本発明によ
れば、疲労試験実施後も変化がみられず、耐力の低下も
みられなかった。これはコンクリートを断面引張域で使
用しないため繰返し載荷に対する耐久性に優れていると
いえる。

【００２６】一方、前述のように硬質ウレタン層は鋼殻
の内面およびＴリブの腹板に密接して固着すること、お
よび硬質ウレタン自体独立気泡で透水性がないことによ
って水や空気が硬質ウレタン層の下部の鋼殻の内面やＴ
リブの腹板に接触することがなく、防錆効果がきわめて
高く、これら部材の耐久性の向上に大きく寄与する。

【００２７】さらに硬質ウレタンを使用してもその比重
はコンクリートに比して小さく、従来と同様に死荷重の
軽減が図れ、低桁高で経済的な合成床版橋とすることが
できる。

【００２８】硬質ウレタン層内にガラス繊維材を層状に
内設するようにすれば、硬質ウレタン層の引張強度をさ
らに強化するとともにヤング率を大巾に増大することが
でき、この場合でも硬質ウレタンを層状に施工する段階
にガラス繊維材を置いて行くことにより容易に実施する
ことができ、施工性を損なうことがない。このようにす
れば、鋼板部分にプラスして硬質ウレタン部分の引張抵
抗に関する割合が高くなり、橋全体の剛性を高めること
ができるとともに低桁高の橋梁を得ることが可能とな
り、同断面の場合には耐力を増大させることができるな
どの種々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による合成床版橋の橋軸に直交する断面
図。

【図２】図１の一部の拡大図。

【図３】本発明の他の実施例を示す図２相当図。

【図４】試験用梁試験体の正面図。

【図５】本発明に相当する梁試験体の断面図。

【図６】コンクリート層のみの場合の梁試験体の断面
図。

【図７】コンクリート層と空洞とで構成される場合の梁
試験体の断面図。

【図８】図５〜図７の試験体の荷重−支間中央たわみ曲
線図。

【図９】剪断力試験体の斜視図。

【符号の説明】

１ 鋼殻 １ａ 底板部 １ｂ 側板 ２ Ｔリブ ２ａ ウェブ ２ｂ 腹板 ３ 硬質ウレタン層 ５ コンクリート層 １０ 底部鋼板 １１ Ｔリブ １２ 硬質ウレタン １３ コンクリート １８ ガラス繊維材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−70807（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】橋軸方向に直交する断面が上向きコ字状を
   有する鋼殻の底板部上面長手方向に互いに所定の間隔を
   おいて圧縮断面域に至る高さを有するＴ形断面のＴリブ
   を溶接等により固着立設したのち、このＴリブ間および
   Ｔリブと鋼殻の側板との間に独立気泡の発泡性硬質ウレ
   タンフォームを注入して発泡固化させることによりこの
   硬質発泡ウレタンフォームを鋼殻の内面およびＴリブの
   腹板面に接着固化して硬質発泡ウレタン層を形成し、こ
   の硬質発泡ウレタン層の上面にコンクリートを打設して
   合成床版とすることを特徴とする合成床版橋の構築方
   法。
2. 【請求項２】前記硬質発泡ウレタン層内にガラス繊維材
   を層状に内設する工程を含む請求項１記載の合成床版橋
   の構築方法。