JP3739046B2 - Construction method of steel PC composite bridge - Google Patents

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    • E01D2101/285Composite prestressed concrete-metal

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼PC合成橋梁の架設方法に関するもので、詳しくは、コンクリート桁に鋼桁が埋め込まれプレストレスが導入された鋼PC合成橋桁からなる、複数径間にわたって連続する鋼PC合成橋梁を架設する方法を対象にしている。
【0002】
【従来の技術】
鋼PC合成橋梁は、橋桁として、鋼桁が埋め込まれプレストレスが導入されたコンクリート桁すなわち鋼PC合成橋桁を用いることで、軽量で強度や耐久性に優れた橋梁を提供するものとして知られている。
特公昭36−23224号公報には、左右の橋脚上でそれぞれ別々に支えられた持出式鋼トラスからなる2本の橋桁を、径間の中央部で互いに接するように架設したあと、それぞれの持出式鋼トラス橋桁において、橋脚個所の支点部から両先端へと順次、鋼トラスを骨格として組立てた型枠内へのコンクリートの打設およびプレストレスの導入を行って、鋼PC合成橋桁からなる全橋梁の施工を行う技術が示されている。
【0003】
さらに、本件特許出願人が先に特許出願し公開された特願2000−170881号(特開2001−348815号公報)には、架設済の橋桁端部に、片持ち状態で、中空鋼管を用いた鋼製トラス骨組からなる橋桁を連結し、鋼製トラス骨組に支持させて設置した型枠内にコンクリートを打設して、鋼桁を埋め込んだコンクリート桁を形成し、中空鋼管を利用してコンクリート桁にPC鋼材を挿通しプレストレスを導入して鋼PC合成橋桁を施工する技術が示されている。施工された鋼PC合成橋桁の先端に順次片持ち状態で新たな鋼PC合成橋桁を施工していくことで、橋梁の全体が架設される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記したような従来における鋼PC合成橋梁の架設技術では、中間橋脚を中心にして左右に片持ち状態で順次橋桁を伸ばしていく架設方法がとられる。この場合、鋼桁および施工中の鋼PC合成橋桁には、支持されている中間橋脚位置で、施工中に極めて大きな曲げモーメントなどの負荷が加わり、このような負荷に耐えうるように、中間橋脚位置の橋桁を桁高の大きなものにしなければならない、という問題がある。
橋梁の架設が完了した段階では、各径間の橋桁は、両側の橋脚や橋台で支持される。力学的には、いわゆる両端支持梁の構造となる。多数の橋脚を連続する橋桁でつなぐ場合には、各橋脚が支持点となる連続梁構造となる。橋梁の設計段階では、当然、このような完成状態での、橋桁および橋桁の上に施工される欄干などの構造物、さらには交通車両を含む重量負荷を考慮して、十分な強度を有するように、橋桁および橋脚の構造寸法が決定されている。
【0005】
しかし、橋梁の架設が、完成状態の構造系を再現するようには実施されずに、完成状態とは異なる構造系で実施される場合には、架設時に発生する曲げモーメントなどの負荷に対しても十分な強度を有するように設計されなければならない。
例えば、河川や渓谷、鉄道、道路などをまたぐ径間では、途中に支保工が施工できない時には、中間橋脚の位置から左右に片持ち状態で橋桁を順次架設する、いわゆる片持ち式架設法が採用されている場合が多い。この場合には、架設作業の途中段階では、橋桁の一部が、完成状態における両端支持状態にならず、橋脚位置から空中に突き出した片持ち支持の状態になる。片持ち状態の橋桁の重量は、支点となる橋脚位置の橋桁に大きな曲げモーメントを負荷することになる。
【0006】
通常のPC橋梁の架設で、径間途中で支保工が施工できない時は、まさしく、これに相当する。鋼PC合成橋梁においても、前記特開2001−348815号公報および特公昭36−23224号公報の何れの先行技術でも、このような状態が発生している。
特定の橋脚位置の橋桁に過大な負荷が加わる場合、その負荷に耐えるように橋脚位置の橋桁においては、桁高を増やしたり、プレストレス導入などの補強構造を追加したりしなければならない。そのため、橋梁全体の重量増加を招き、施工コストを増大させる。橋桁の桁高が部分的に違ってくると、橋梁全体の外観が悪くなり、施工場所の景観を損なうことになる。
【0007】
本発明の課題は、前記した鋼PC合成橋桁による橋梁の架設技術において、架設の途中段階における特定の橋脚位置における局部的な負荷を減少させ、橋桁の桁高の増大を抑制し、施工コストの削減および橋梁外観の向上を図ることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかわる鋼PC合成橋梁の架設方法は、コンクリート桁に鋼桁が埋め込まれプレストレスが導入されてなる鋼PC合成橋桁を、複数径間の橋脚に連続して架設する、連続桁橋または連続ラーメン橋からなる鋼PC合成橋梁の架設方法であって、前記複数径間の全体にわたって連続する連続鋼桁を架設する工程(a)と、前記工程(a)のあと、前記複数径間の橋脚のうち中間に配置された橋脚位置で、連続鋼桁の一部を埋め込むコンクリート桁を形成しプレストレスを導入して鋼PC合成橋桁を構築する工程(b)と、前記工程(b)のあと、連続鋼桁の残りの部分に前記鋼PC合成橋桁を構築して、複数径間にわたり連続する鋼PC合成橋桁を架設する工程(c)とを含む。
【0009】
〔鋼PC合成橋梁〕
鋼桁が埋め込まれたプレストレス・コンクリート橋桁すなわち鋼PC合成橋桁を利用した橋梁であれば、各種構造の橋梁に適用できる。利用目的によって、道路橋、鉄道橋、道路鉄道併用橋、歩道橋などがある。構造上の違いで、連続桁橋、連続ラーメン橋などがある。
基本的に、橋梁は、一定の間隔毎に配置される橋脚と、橋脚間に掛け渡される橋桁とで構成される。橋梁の両端は、通常の橋脚の代わりに、地上面につながる橋台が設置されるが、本発明では、橋台を含めて、橋桁を支持あるいは剛結する構造を橋脚と呼ぶ。
【0010】
一対の橋脚の間を、径間と呼ぶ。本発明では、2径間以上の複数径間を有する橋梁に適用される。
橋桁は、1径間毎に独立した橋桁を架設する場合と、複数の径間に連続する橋桁を架設する場合がある。本発明では、橋梁の少なくとも1個所に、複数径間の橋脚位置で連続して架設される連続橋桁を含む。このような連続橋桁と、1径間分が独立した単独橋桁とを組み合わせて、橋梁全体を構成することもできる。
複数径間の橋脚位置で連続して架設される連続橋桁として、コンクリート桁に鋼桁が埋め込まれプレストレスが導入されてなる鋼PC合成橋桁を採用する。橋梁の一部には、鋼PC合成橋桁ではない通常のPCコンクリート橋桁やコンクリート橋桁なども組み合わせて、橋梁の全体を構成することもできる。
【0011】
鋼PC合成橋桁は、橋脚に対して、剛結すなわち固定支持しておく場合と、水平移動と回転が自由に支持しておく場合、あるいは、回転のみが自由な状態に支持しておく場合とがある。
〔鋼桁〕
通常の鋼橋と同様の材料および構造が採用できる。
基本的には、鋼材を組み合わせ、ボルトやリベット、溶接などで接合して、橋桁の形状を構成する。鋼材として、CT形鋼や山形鋼などの形鋼材が使用できる。中空鋼管や鋼棒、鋼板も使用できる。鋼材を組み合わせてトラス構造や鈑桁、ラーメン構造を構成すれば、強度的に優れた鋼桁が得られる。トラス構造や鈑桁、ラーメン構造を構成する鋼材の配置構造は、通常のトラス橋や鈑桁橋、ラーメン橋と同様の技術が適用できる。
【0012】
鋼桁は、橋梁の施工現場で、鋼材を組立て接合して構築することもできるし、予め、工場などで一定区画分の鋼桁を製造しておき、この鋼桁ブロックを施工現場に搬入して順次継ぎ足して所定長さの橋桁を構成することもできる。
鋼桁には、PC鋼材を挿通するシース管を付設しておくことができる。鋼桁を構成する中空鋼管をPC鋼材のシース管として利用することもできる。
鋼桁は、橋脚に対して剛結される場合と、回転自由で、かつ、水平方向に移動自由に支持される場合がある。回転自由で水平方向の移動は阻止される場合もある。ラーメン橋の橋桁の場合は、前者の剛結であり、連続橋の橋桁の場合は、後者の回転自由な状態である。
【0013】
〔コンクリート桁〕
基本的には、通常のコンクリート桁と同様の材料および構造が採用できる。
コンクリート桁は、道路面や欄干その他の上載荷重を支えるための構造を提供するとともに、鋼桁と一体化されることにより、すわわち鋼コンクリート合成桁を構成することにより、橋桁に要求される構造強度を高めることができる。コンクリート桁が鋼桁の外周を完全に覆っていてもよいが、鋼桁の一部がコンクリート桁の外に露出していても構わない。
<コンクリート桁の形成>
コンクリート桁を形成するには、最初に、コンクリート打設用の型枠を、鋼桁の周囲に設置する。型枠の材料および構造は、通常のコンクリート桁と同様の技術が適用できる。型枠や足場などの架設資材ならびに打設されるコンクリートなどの重量を鋼桁に支持させることで、これらの重量を支持するための地上よりの支保工や桁上の大型架設資材を設置する必要がなくなる。型枠資材は、架設された鋼桁を利用して、地上面とつながる側径間の外側などからコンクリート桁の形成位置まで移送すれば、資材移送が行い易い。資材移送のための大がかりな装置設備も不要になる。
【0014】
コンクリート桁は橋脚と剛結しておくことができる。具体的には、コンクリート桁と橋脚部分とを剛結するコンクリート構造を打設することができる。コンクリート桁を橋脚上で単純支持させる場合は、コンクリート桁は橋脚に対して、可動支承や固定支承を介して連結しておくことができる。
コンクリート桁には、プレストレス導入用のシース空間を設けておくことができる。
〔プレストレス〕
コンクリート桁には、プレストレスが導入される。プレストレスは、コンクリート桁に挿通されて引張力が加えられたPC鋼材の復元力で、コンクリート桁に圧縮方向の応力を発生させる。通常、コンクリート桁のうち、橋梁の架設作業の途中、あるいは、架設後の橋梁使用時に、引張方向の負荷が加わる個所に、予め圧縮方向のプレストレスを導入しておく。
【0015】
橋梁に発生する曲げモーメントは、径間方向において、橋桁の上辺側と下辺側とで、引張方向と圧縮方向との逆方向の力を作用させる。コンクリート桁には、上辺側または下辺側で引張力が加わる側に圧縮方向のプレストレスを導入しておけばよい。なお、径間方向と直交する橋桁の幅方向あるいは桁高方向にも、必要に応じて、プレストレスを導入することができる。
鋼コンクリート合成橋桁にプレストレスを導入すれば、鋼PC合成橋桁が得られる。
鋼PC合成橋桁では、コンクリート桁に導入されたプレストレスが、コンクリート桁との接合面を介して鋼桁にも伝達される。鋼桁にもプレストレスが導入されることになる。PC鋼材によるプレストレスを、コンクリート桁と鋼桁とに同時に導入することもできる。具体的には、PC鋼材の圧縮復元力をコンクリート桁に伝達する圧力板を、コンクリート桁と鋼桁との両方に当接させておけばよい。このようにすれば、コンクリート桁と鋼桁との変形挙動が一致するため、接合面の剥がれが防げ、合成強度を向上させることができる。
【0016】
<プレストレスの導入>
基本的には、通常のプレストレスコンクリート橋桁におけるプレストレスの導入技術が適用される。
コンクリート桁あるいは鋼桁に設けられたシース管やPC鋼材用空間の内部にPC鋼材を挿通配置する。PC鋼材は、高張力鋼棒やワイヤなど、通常のプレストレスコンクリート製造と同様の材料が使用される。
PC鋼材に所定の引張力を加えた状態で、PC鋼材の端部を橋桁の端部に固定する。PC鋼材の圧縮方向への復元力が橋桁に加わって、橋桁にプレストレスが導入される。PC鋼材から橋桁への圧縮力は、コンクリート桁に加えてもよいし、コンクリート桁と鋼桁との両方に加えることもできる。
【0017】
プレストレスは、最終的に形成されたコンクリート桁の全長に加えてもよいが、通常は、段階的に形成されるコンクリート桁のブロック毎にプレストレスを導入する。また、橋桁の場所によって、負荷の方向や大きさが異なるので、その場所に加わる負荷に合わせて、プレストレスを導入する位置や強さを変える。そのためにも、一定区間の橋桁毎にプレストレスの導入作業を行うことが望ましい。コンクリート桁を段階的に伸ばして形成する場合、コンクリート桁が伸びる毎に全体を貫通する新たなPC鋼材を挿入してプレストレスの導入作業を行うことができる。
【0018】
プレストレスが導入された橋桁は、鋼PC合成橋桁となり、プレストレスが導入される前よりも構造強度が大幅に増大する。
〔鋼桁の架設工程〕
橋梁の施工は、所定の径間配置に合わせて橋脚を施工したあと、橋脚の上部に鋼桁を架設する。
径間が長い個所では、橋脚間に仮設の橋脚となる支保工を施工しておくこともできる。橋梁の端部では、地上面から橋桁の架設位置あるいは橋台の位置まで作業台や盛土面を施工しておくこともできる。但し、河川などをまたぐ径間では、支保工などの橋桁を支える構造が設置できない場合が多い。
【0019】
〔連続鋼桁〕
複数径間の全体にわたって連続する鋼桁である。構造力学的に、連続梁あるいは連続ラーメンの梁と呼ばれる構造である。
連続鋼桁は、予め工場などで製造されたものを、施工現場の橋脚に架け渡して設置することができる。地上面に通じる橋台から連続鋼桁を空中に押し出すように進めて、間隔をあけて設置された橋脚まで連続鋼桁を到達させることもできる。予め連続鋼桁を製造しておく方法は、橋梁の全長が短い場合に適している。
連続鋼桁を、複数のブロックに分割して製造しておき、橋脚上に設置する前あるいは設置後に、それらのブロックを連結固定して連続鋼桁にすることもできる。製造および輸送に適した長さのブロックを製造しておけば取り扱い易い。
【0020】
橋脚上で、鋼材などを組立てて橋桁ブロックあるいは連続鋼桁を構築することもできる。複数の橋脚位置からそれぞれ鋼桁を伸ばして構築していき、伸ばした鋼桁の先端同士を連結固定することで連続鋼桁を構築することもできる。
〔最初の鋼PC合成橋桁構築〕
複数径間にわたる連続鋼桁が架設されたあと、連続鋼桁のまわりにコンクリート桁を形成し、必要個所にプレストレスを導入するという手順を順次実施すれば、鋼PC合成橋桁が構築できる。
本発明では、通常の片持ち式架設法によるPC橋梁と同様に、最初に、複数個所の橋脚のうち中間に配置された橋脚位置に鋼PC合成橋桁を構築する。引きつづき、これに隣接した所定の部分に鋼PC合成橋桁を構築することもできる。
【0021】
構造力学的に、前記中間の橋脚個所には、他の部分に比べて大きな負荷が加わる。この大きな負荷が加わる中間の橋脚個所で、最初に鋼PC合成橋桁を構築して、その部分の構造強度を高めておく。
連続鋼桁に加わる負荷は、連続鋼桁が架設された段階では、連続鋼桁の重量である。次いで、最初の鋼PC合成橋桁が構築される段階では、型枠や足場などの架設資材ならびに打設されるコンクリートの重量が負荷される。これらの荷重による負荷は全て、連続鋼桁のみで担われる。
また、すでに構築された鋼PC合成橋桁に隣接して鋼PC合成橋桁が構築される段階では、その施工による負荷は、既に鋼PC合成鋼桁が構築されている部分は鋼PC合成橋桁で、まだ構築されていない部分は連続鋼桁でそれぞれ分担される。
【0022】
鋼PC合成橋桁は、通常の合成桁と同様に、鋼桁、コンクリート桁、PC鋼材とが、それぞれの機能に応じて、加わった負荷を分担する。
また、架設が進行するにつれて、連続鋼桁および鋼PC合成橋桁には、負荷が累加されて行く。
〔残りの鋼PC合成橋桁構築〕
前記中間の橋脚個所における鋼PC合成橋桁の構築が終われば、その後は、作業性などを考慮して、順次、連続鋼桁の残りの部分にも鋼PC合成橋桁を構築すればよい。
【0023】
順次加わって行く負荷の、連続鋼桁と鋼PC合成橋桁との分担の仕方は、前記〔最初の鋼PC合成橋桁構築〕に記述したことと同様である。
通常は、橋脚位置から径間中央に向かってコンクリート桁を伸ばしていくように形成するのが、施工し易く、プレストレスの導入作業も行い易い。
鋼桁の全体にわたって連続した鋼PC合成橋桁の構築が終了すれば、鋼PC合成橋桁が完成する。鋼PC合成橋桁は、少なくとも複数径間に連続する連続梁あるいはラーメンの構造を備えている。
〔その他の作業工程〕
鋼PC合成橋桁が完成した後、必要に応じて、通常の橋梁施工と同様の作業工程を行うことができる。
【0024】
例えば、以降に加わる負荷に対してプレストレスを導入することができる。橋桁上面に道路面の舗装工事や鉄道の敷設工事が行える。欄干の設置、照明設備、電力線、通信線などの敷設も行える。鋼桁の露出部分に対する防食処理や塗装も行われる。側径間の両端に、取付道路の施工も行える。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1〜5に示す実施形態は、3径間の連続桁橋からなる橋梁の架設を、段階的に示している。
図1(a)に示すように、A〜Dで示される4本の橋脚10によって3径間が構成される。
橋脚10Bと橋脚10Cの間が中央径間B−Cであり、橋脚10Aと橋脚10Bの間、および、橋脚10Cと橋脚10Dの間がそれぞれ、側径間A−Bと側径間C−Dである。中央径間B−Cは、側径間A−B、C−Dより広い。例えば、図1(a)において、側径間A−Bの距離LAB=側径間C−Dの距離LCD=40m、中央径間B−Cの距離LBC=60mに設定される。
【0026】
橋梁は、全体が左右対称構造になっている。以後の説明では、図1(a)で、側径間A−Bが含まれる左側部分について主に説明をするが、同じ説明は、側径間C−Dを含む右側部分についてもあてはまる。
〔鋼桁の架設〕
この段階は前記工程(a)に相当する。
図1(a)に示すように、橋脚10Aと10Dの間に3径間連続鋼桁20を架設する。
図1(b)には、鋼桁自重による曲げモーメントの分布を模式的に示している。なお、この曲げモーメントは、以降の工程で発生する曲げモーメントに比べて極端に小さな値である。
【0027】
〔鋼PC合成鋼桁の構築〕
図2〜図3へと、鋼PC合成橋桁の構築作業が進行する。
<コンクリート桁の形成>
この段階は前記工程(b)の一部に相当する。
図2(a)に示すように、橋脚10B、10Cの位置から、鋼PC合成鋼桁となるコンクリート桁30の構築を始める。構造力学的に、橋脚10B、10Cの橋桁は、一般的に最も大きな曲げモーメントなどの負荷を受ける個所であるので、この部分からコンクリート桁30を形成する。図中でハッチングが施された部分のコンクリート桁30が、この段階で施工されるブロックを示す。コンクリート桁30は、橋脚10に対しては、可動支承あるいは固定支承で連結されている。但し、ラーメン橋の場合には、コンクリート桁30を橋脚10のコンクリート構造体と剛結しておくことができる。
【0028】
橋脚10B、10C位置にコンクリート桁30を構築するための資材や装置は、クレーンなどで地表から橋脚10B、10C上の鋼桁20に持ち上げてもよいし、側径間A−B、C−Dよりも外側の地表との連絡路から鋼桁20上を移送してきてもよい。
コンクリート桁30の構築は、従来のコンクリート桁と同様にして施工できる。具体的には、図示を省略しているが、連続鋼桁20のうち、橋脚10B、10C位置の周りを囲んで型枠を設置する。型枠の内部にコンクリートを打設する。コンクリートが硬化すれば、型枠を撤去する。
【0029】
図2(b)は、この段階で3径間連続桁に発生する累計曲げモーメントを模式的に示している。この図に示すように、累計曲げモーメントは、橋脚10B,10Cの位置で負の極大値M2をとり、径間では正となる。
通常の片持ち式架設の場合は、この段階と同じ荷重が片持ち梁先端に作用するため、中間橋脚位置で上記M2よりも大きくなるのは、構造力学上、明らかである。したがって、本発明によれば、中間橋脚位置での曲げモーメントの過大な発生を抑制することができる。
<プレストレスの導入>
この段階は前記工程(b)の一部に相当する。
【0030】
図4に詳しく示すように、橋脚位置のコンクリート桁30にプレストレスを導入する。
例えば、橋脚10B位置のコンクリート桁30では、図4に点線矢印で示すように、コンクリート桁30の上辺側には引張力、下辺側には圧縮力が加わる。プレストレスは、このような曲げモーメントを打ち消すように導入される。
コンクリート桁30の上辺近くで、コンクリート桁30を貫通するPC鋼材40を配置する。コンクリート桁30には予めシース管が埋設されており、シース管にPC鋼材40を通す。PC鋼材40にジャッキ装置などを使って引張力を加える。引張力が加わったままのPC鋼材40を、固定具44を用いてコンクリート桁30の端面に固定する。PC鋼材40の復元力(実線矢印)が、コンクリート桁30の圧縮方向に加わる。コンクリート桁30に、圧縮方向のプレストレスが導入される。
【0031】
コンクリート桁30のうち、負荷によって引張力が加わる上辺側に、圧縮方向のプレストレスが導入されていれば、負荷による引張力が相殺される。連続鋼桁20に加わる曲げモーメント力に相当する大きさのプレストレスを導入すれば、実質的に、橋脚位置の連続鋼桁20には曲げモーメントが加わっていない状態になる。
その結果、材質的に引張力に弱いコンクリート桁30を補強することができる。さらに、その後の施工中および橋梁完成後の使用状態で、コンクリート桁30に前記同様の曲げモーメントが追加された場合にも、コンクリート桁30の上辺側に過大な引張応力が発生することが抑えられる。プレストレスの大きさを、コンクリート桁30の架設完了後、あるいは、橋梁の完成後に加わる曲げモーメントや引張力に対応して設定することもできる。
【0032】
プレストレスが導入されたコンクリート桁30は、鋼PC合成橋桁となる。
<鋼PC合成橋桁の延長>
この段階は前記工程(c)に相当する。
図3(a)に示すように、コンクリート桁30の形成は、橋脚10B、10Cから順次、側径間A−B、B−C、C−Dの全体へと伸ばされていく。図中でハッチングが施された部分のコンクリート桁30が、この段階で施工されるブロックを示している。
図3(b)は、この段階で3径間連続桁に発生する累計曲げモーメントを模式的に示している。この図に示すように、累計曲げモーメントは、橋脚10B,10C位置で負の極大値M3をとり、径間では正となる。
【0033】
通常の片持ち式架設の場合は、この段階と同じ荷重が片持ち梁先端に作用するため、中間橋脚位置では、上記M3よりも大きくなるのは、構造力学上、明らかである。したがって、本発明によれば、中間橋脚位置での曲げモーメントの過大な発生を抑制することができる。
なお、前記図2(b)および図3(b)に示す曲げモーメントは、鋼PC合成橋桁が順次構築されて行くに従って発生する曲げモーメントを、各架設段階毎に、すなわち前記工程(b)および工程(c)の各工程毎に累計したものを示している。これは、鋼PC合成橋桁が構築されていない部分では、鋼桁のみが、また鋼PC合成橋桁が構築されている部分では、適切にプレストレスが導入された鋼PC合成橋桁がそれぞれ負担して受け持つ。
【0034】
さらに、前記したように、鋼PC合成橋桁は、通常の合成桁と同様に、鋼桁、コンクリートおよびPC鋼材が、それぞれの機能特性に応じて、加わる負荷を分担する。したがって、本発明によれば、合理的な橋桁を創出することができる。前記したように、本発明によれば、中間橋脚位置での桁高の増大の抑制およびプレストレスなどの構造強化の必要性の度合いの低減を図ることができる。結果的に、景観的に優れた、経済的・合理的な橋梁を構築することができる。
〔橋梁の断面構造例〕
図5は、より具体的な橋梁構造の配置構造を示している。
【0035】
図の左半分図5(a)は、径間中央付近に配置される部分の橋梁断面を表している。図の右半分図5(b)は、橋脚10B付近に配置される部分の橋梁断面を表している。何れも基本的な構造は共通しているが、桁高およびプレストレスの導入状態が異なる。
鋼桁20は、断面で矩形枠状をなし、矩形枠の対角線に配置された鋼材も存在する。鋼桁20は、山形鋼、CT形鋼などの形鋼材を接合して構成されている。コンクリート桁30は、断面矩形の鋼桁20を一定の幅で覆う矩形の箱枠状をなしている。但し、鋼桁20を構成する鋼材の一部は、コンクリート桁30の外に露出している。図では、斜め方向の鋼材が、コンクリート桁30の箱構造の内部空間に露出している。
【0036】
コンクリート桁30の上面は、道路面が施工され、幅方向に張り出している。上面には、図示していないが、舗装構造や排水構造、欄干構造などが設置される。
前記図2(b)および図3(b)の曲げモーメント分布において、橋脚10B付近に配置される部分の橋梁断面〔図5(b)〕では、負の曲げモーメントにより上辺側に大きな引張力が発生することが判る。そこで、コンクリート桁30の上辺近くには、多数のPC鋼材40が挿通されてプレストレスが導入されている。なお、一部のPC鋼材42は、コンクリート桁30には埋め込まれておらず、箱形のコンクリート桁30の内部空間に配置されている。この部分のPC鋼材42は、鋼PC合成橋桁が3径間全長にわたって構築された後に載荷される荷重、すなわち、舗装や欄干などの荷重および交通車両の荷重による曲げモーメントに対処するものである。
【0037】
前記図2(b)および図3(b)の曲げモーメント分布において、側径間および中央径間の中央付近に配置される部分の橋梁断面〔図5(a)〕では、正の曲げモーメントにより下辺側に引張力が発生することが判る。そこで、コンクリート桁30の下辺近くに、多数のPC鋼材40が挿通されてプレストレスが導入されている。コンクリート桁30の内部空間にもPC鋼材42が配置されている。このPC鋼材42の配置の目的は、前記橋脚10B付近に配置されるPC鋼材42と同じである。
〔橋梁に加わる負荷の比較〕
同じ鋼PC合成橋梁を架設方法を違えて施工した場合における橋梁の各部に加わる負荷(曲げモーメント)の分布を、3径間連続橋梁を例にとり比較する。
【0038】
架設方法としては、本発明によるもの、具体的には、前記実施形態の図1〜図3に従って架設される方法と、中央径間に地上よりの支保工が設置できない時にしばしば採用される片持ち式架設法とを考える。ここでは、前者を架設法I、後者を架設法IIと称することにする。
図6(a)に架設法IIを示す。橋脚10A、10B、10Cおよび10Dの間に、橋脚10Bおよび橋脚10Cより、左右に重量のバランスを取りながら、鋼桁24およびコンクリート桁30を順次伸ばして行く、片持ち式架設法である。架設される鋼桁24およびコンクリート桁30の荷重は、橋脚10Bおよび10Cを支点とする片持ち梁先端部に負荷されるため、この片持ち梁には負のモーメントが発生し、それは橋脚10Bおよび10Cで負の極大値を持ち、片持ち梁先端では0である。架設が進行してコンクリート桁30が順次伸びて行くにつれて、この曲げモーメントは累加されていく。図6(b)に、この累加された曲げモーメントM4を模式的に示している。
【0039】
図7には、架設法Iと架設法IIとのそれぞれの場合における累計曲げモーメントの分布を示し、橋脚10B,10C位置における曲げモーメントの極大値を、MI〔架設法I〕およびMII〔架設法II〕で示している。これらの曲げモーメントの大きさは、工学的計算によって求めた結果を模式的グラフで示したものである。但し、これらのグラフは、曲げモーメント分布の傾向と相対的な違いを判り易く対比するものであり、個々の位置における厳密な数値量を定量的に厳密に示しているものではない。
架設法IIによる累計曲げモーメントは、片持ち梁先端に荷重が載荷されたものの合計であるから、橋脚10B,10Cの位置では、非常に大きな負の極大値MIIをとり、中央径間中央では0となる。また側径間では、架設法により若干の曲げモーメントとなる場合がある。
【0040】
それに対して、架設法Iによる累計曲げモーメントは、橋脚10B、10C位置で負の極大値をとり、中央径間および側径間では正の分布をとる。
図7では、橋脚10B,10C位置の曲げモーメントに関して、MIがMIIよりも小さいことを示している。
なお、架設法Iにおける累計曲げモーメント分布は、前記工程(a)、(b)、(c)すなわち前記図1(b)、図2(b)および図3(b)それぞれの累計曲げモーメントの合計であり、MIは、M1、M2、M3を足し合わせた値になる。参考のため、図7には、橋脚10B、10Cの位置でのM1、M2、M3も示している。
【0041】
〔評価〕
架設法Iでは、全ての荷重は連続桁に対して作用する。一方、架設法IIでは、同じ荷重が片持ち梁先端に作用することになる。架設法Iにおいても架設法IIにおいても、架設が進行するに従って、これらの荷重による曲げモーメントが累加されて行く。
橋脚10B,10C位置の曲げモーメントに着目すれば、架設法Iにおける連続桁としての曲げモーメントMIは、架設法IIにおける片持ち梁としての曲げモーメントMIIに比べて小さいことは構造力学上明らかである。すなわち、本発明によれば、従来発生し易かった中間橋脚位置での過大な曲げモーメントを減少させることができる。
【0042】
【発明の効果】
本発明にかかわる鋼PC合成橋梁の架設方法は、複数径間の全体にわたって連続する連続鋼桁を架設したあと、中間の橋脚個所に鋼PC合成橋桁を構築し、そのあと、残りの部分に鋼PC合成橋桁を構築する。その結果、従来は過大な負荷が加わり易かった特定の橋脚部分において、コンクリート桁の形成などからなる鋼PC合成橋桁の構築工程で、局部的に大きな負荷が加わることが抑えられる。したがって、鋼PC合成橋桁に導入すべきプレストレスの強さを小さくでき、プレストレスの導入作業を簡単にできる。特定の橋脚などで局部的に構造強度を高めるために桁高を大きくする必要がなくなり、橋梁全体における桁高の違いを少なくして、橋梁全体をスマートで体裁の良い外観にできる。桁高を低くできれば、使用する鋼材やコンクリートなどの資材量も削減でき、施工コストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態となる鋼桁の架設工程を示す模式的構造図(a)と負荷状態図(b)
【図2】 鋼PC合成橋桁の構築工程の初期段階を示す模式的構造図(a)と負荷状態図(b)
【図3】 鋼PC合成橋桁の構築完了状態を示す模式的構造図(a)と負荷状態図(b)
【図4】 橋脚個所でのプレストレスの導入状態を示す模式的構造図
【図5】 橋梁の詳細断面構造図
【図6】 片持ち式架設法による施工状態を示す模式的構造図(a)と負荷状態図(b)
【図7】 異なる施工方法による負荷分布の違いを示す負荷状態図
【符号の説明】
10 橋脚
20 連続鋼桁
24 片持ち式架設法における鋼桁
30 コンクリート桁
A〜D 橋脚位置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for laying a steel PC composite bridge. Specifically, a steel PC composite bridge comprising a steel PC composite bridge girder in which a steel girder is embedded in a concrete girder and prestressed is introduced. It is intended for erection methods.
[0002]
[Prior art]
Steel PC composite bridges are known to provide lightweight, strong and durable bridges by using concrete girders with embedded steel girders and prestressed steel girders, that is, steel PC synthetic bridge girders. Yes.
In Japanese Patent Publication No. 36-23224, two bridge girders made of a steel truss supported separately on left and right piers are installed so as to be in contact with each other at the center of the span. In the steel truss bridge girder, the steel PC composite bridge girder was placed in the formwork assembled with the steel truss as a skeleton, and pre-stress was introduced sequentially from the fulcrum of the bridge pier to the both ends. The technology to construct all bridges is shown.
[0003]
Further, Japanese Patent Application No. 2000-170881 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-348815), which was previously filed by the applicant of the present patent application and published, uses a hollow steel pipe in a cantilevered state at the end of a bridge girder already installed. The bridge girder made of steel truss frames was connected, and the concrete was placed in the formwork that was supported by the steel truss frames to form a concrete girder embedded with the steel girder. A technique for constructing a steel PC composite bridge girder by inserting PC steel into a concrete girder and introducing prestress is shown. By constructing a new steel PC composite bridge girder in a cantilevered state sequentially at the tip of the constructed steel PC composite bridge girder, the entire bridge is installed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional steel PC composite bridge erection technique as described above, an erection method is adopted in which the bridge girder is sequentially extended in a cantilevered state from the middle pier to the left and right. In this case, the steel girder and the steel PC composite bridge girder under construction are subjected to loads such as extremely large bending moments during construction at the supported middle pier positions, so that the intermediate piers can withstand such loads. There is a problem that the bridge girder of the position has to be large.
At the stage where the bridge construction is completed, the bridge girder between the spans is supported by the piers and abutments on both sides. Dynamically, the structure is a so-called both-end support beam. When connecting many bridge piers with continuous bridge girders, each bridge pier has a continuous beam structure as a supporting point. Of course, at the bridge design stage, the bridge girder and the structure such as the balustrade constructed on the bridge girder, as well as the weight load including traffic vehicles, should be sufficient in such a completed state. The structural dimensions of the bridge girder and pier are determined.
[0005]
However, if bridge construction is not carried out to reproduce the structural system in the completed state, but is carried out in a structural system different from the completed state, it will not be subject to loads such as bending moments that occur during construction. Must also be designed to have sufficient strength.
For example, in spans spanning rivers, valleys, railways, roads, etc., when a support work cannot be performed on the way, a so-called cantilever construction method is adopted in which bridge girders are constructed in a cantilevered state sequentially from the position of the intermediate pier. It is often done. In this case, in the middle stage of the erection operation, a part of the bridge girder is not in the both-end support state in the completed state, but is in the cantilever support state protruding into the air from the pier position. The weight of the cantilever bridge girder will apply a large bending moment to the bridge girder at the pier position as a fulcrum.
[0006]
This is exactly the case when a normal PC bridge is installed and support work cannot be performed in the middle of the span. In the steel PC composite bridge, such a state occurs in any of the prior arts disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-348815 and Japanese Patent Publication No. 36-23224.
When an excessive load is applied to a bridge girder at a specific pier position, the bridge girder at the pier position must be increased in height or added with a reinforcement structure such as prestressing to withstand the load. For this reason, the weight of the entire bridge is increased and the construction cost is increased. If the height of the bridge girder is partially different, the appearance of the entire bridge will be deteriorated and the scenery of the construction site will be damaged.
[0007]
The object of the present invention is to reduce the local load at a specific pier position in the middle stage of construction in the bridge construction technique using the steel PC composite bridge girder described above, suppress the increase in the bridge girder height, and reduce the construction cost. To reduce and improve the appearance of the bridge.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A steel PC composite bridge construction method according to the present invention is a continuous girder bridge in which a steel PC composite bridge girder in which a steel girder is embedded in a concrete girder and prestress is introduced is continuously constructed on a pier between a plurality of spans. A method for laying a steel PC composite bridge comprising a continuous rigid frame bridge, the step (a) of laying a continuous steel girder continuous across the plurality of diameters, and after the step (a), A step (b) of constructing a steel PC composite bridge girder by forming a concrete girder that embeds a part of a continuous steel girder at a pier position arranged in the middle of the piers and introducing prestress; and the step (b) And (c) including constructing the steel PC composite bridge girder in the remaining portion of the continuous steel girder and laying the steel PC composite bridge girder continuous across a plurality of diameters.
[0009]
[Steel PC composite bridge]
Any prestressed concrete bridge girder in which steel girders are embedded, that is, a bridge using steel PC composite girder can be applied to bridges of various structures. Depending on the purpose of use, there are road bridges, railway bridges, road railway combined bridges, and pedestrian bridges. Due to structural differences, there are continuous girder bridges and continuous ramen bridges.
Basically, the bridge is composed of bridge piers arranged at regular intervals and bridge girders spanned between the piers. At both ends of the bridge, an abutment connected to the ground surface is installed instead of a normal pier. In the present invention, a structure that supports or rigidly connects a bridge girder including the abutment is called a pier.
[0010]
The space between the pair of piers is called the span. The present invention is applied to a bridge having a plurality of spans of two or more spans.
As for the bridge girder, there are a case where an independent bridge girder is constructed for each span and a case where a continuous bridge girder is constructed between a plurality of spans. In the present invention, a continuous bridge girder that is continuously installed at a pier position between a plurality of diameters is included in at least one position of the bridge. The entire bridge can also be configured by combining such a continuous bridge girder and a single bridge girder having an independent span.
A steel PC composite bridge girder in which steel girders are embedded in concrete girders and pre-stress is introduced is adopted as a continuous bridge girder that is continuously installed at the pier positions between multiple spans. A part of the bridge can be combined with a normal PC concrete bridge girder or a concrete bridge girder that is not a steel PC composite bridge girder to constitute the entire bridge.
[0011]
The steel PC composite bridge girder is rigidly connected to the pier, that is, fixedly supported, when the horizontal movement and rotation are supported freely, or when only the rotation is supported freely There is.
[Steel Girder]
The same material and structure as a normal steel bridge can be adopted.
Basically, steel beams are combined and joined by bolts, rivets, welding, etc. to form a bridge girder shape. As the steel material, a shape steel material such as CT shape steel or angle steel can be used. Hollow steel pipes, steel bars, and steel plates can also be used. If a truss structure, a girder, and a ramen structure are constructed by combining steel materials, a steel girder excellent in strength can be obtained. The same arrangement as that of ordinary truss bridges, girder bridges, and ramen bridges can be applied to the steel structure that constitutes the truss structure, girder, and ramen structure.
[0012]
Steel girders can be constructed by assembling and joining steel materials at the construction site of the bridge, or steel girders of a certain section are manufactured in advance at a factory and the steel girder block is brought into the construction site. It is also possible to construct a bridge girder having a predetermined length by sequentially adding them.
The steel girder can be provided with a sheath tube through which the PC steel material is inserted. The hollow steel pipe which comprises a steel girder can also be utilized as a sheath pipe of PC steel material.
The steel girder may be rigidly connected to the pier, or may be supported to rotate freely and move in the horizontal direction. In some cases, the rotation is free and horizontal movement is prevented. In the case of the bridge girder of the ramen bridge, the former is rigidly connected, and in the case of the bridge girder of the continuous bridge, the latter is free to rotate.
[0013]
[Concrete girder]
Basically, materials and structures similar to ordinary concrete girders can be adopted.
Concrete girders are required for bridge girders by providing a structure to support road loads, balustrades and other overloads, and by forming a steel concrete composite girder by integrating with steel girders. The structural strength can be increased. The concrete girder may completely cover the outer periphery of the steel girder, but a part of the steel girder may be exposed outside the concrete girder.
<Formation of concrete girders>
In order to form a concrete girder, first, a concrete casting form is placed around the steel girder. For the material and structure of the formwork, the same technology as that of ordinary concrete girders can be applied. By supporting the weight of construction materials such as formwork and scaffolding and cast concrete to the steel girders, it is necessary to install support structures from the ground and large construction materials on the girders to support these weights. Disappears. If the formwork material is transferred from the outside between the side diameters connected to the ground surface to the formation position of the concrete girder using the installed steel girder, it is easy to transfer the material. Large-scale equipment for transferring materials is also unnecessary.
[0014]
The concrete girder can be rigidly connected to the pier. Specifically, a concrete structure that rigidly connects the concrete girder and the pier portion can be placed. When the concrete girder is simply supported on the pier, the concrete girder can be connected to the pier via a movable support or a fixed support.
The concrete girder can be provided with a sheath space for introducing prestress.
[Prestress]
Prestress is introduced into concrete girders. The pre-stress is a restoring force of the PC steel material inserted through the concrete girder and applied with a tensile force, and generates stress in the compression direction on the concrete girder. Usually, a prestress in the compression direction is introduced in advance to a portion of the concrete girder where a load in the tensile direction is applied during the construction of the bridge or when the bridge is used after the construction.
[0015]
The bending moment generated in the bridge causes a force in the opposite direction of the tension direction and the compression direction to act on the upper side and the lower side of the bridge girder in the span direction. The concrete girder may be prestressed in the compression direction on the side where the tensile force is applied on the upper side or the lower side. In addition, a prestress can be introduce | transduced as needed also in the width direction or the height direction of a bridge girder orthogonal to a span direction.
If prestress is introduced into a steel concrete composite bridge girder, a steel PC composite bridge girder can be obtained.
In the steel PC composite bridge girder, the prestress introduced into the concrete girder is transmitted to the steel girder through the joint surface with the concrete girder. Prestress will also be introduced to steel girders. Prestress due to PC steel can also be introduced simultaneously into concrete girders and steel girders. Specifically, a pressure plate that transmits the compression restoring force of the PC steel material to the concrete girder may be brought into contact with both the concrete girder and the steel girder. If it does in this way, since the deformation behavior of a concrete girder and a steel girder corresponds, peeling of a joint surface can be prevented and synthetic strength can be improved.
[0016]
<Introduction of prestress>
Basically, technology for introducing prestress in ordinary prestressed concrete bridge girders is applied.
PC steel material is inserted and arranged inside a sheath tube or PC steel material space provided in a concrete girder or steel girder. The PC steel is made of the same material as that used in normal prestressed concrete production, such as high-strength steel bars and wires.
The end of the PC steel is fixed to the end of the bridge girder in a state where a predetermined tensile force is applied to the PC steel. The restoring force of the PC steel in the compression direction is applied to the bridge girder, and prestress is introduced to the bridge girder. The compression force from the PC steel material to the bridge girder may be applied to the concrete girder, or may be applied to both the concrete girder and the steel girder.
[0017]
The prestress may be added to the total length of the concrete girder that is finally formed, but usually, prestress is introduced for each block of concrete girder that is formed in stages. Moreover, since the direction and magnitude of the load vary depending on the location of the bridge girder, the position and strength at which prestress is introduced are changed according to the load applied to the location. Therefore, it is desirable to perform prestress introduction work for each bridge girder in a certain section. When a concrete girder is extended and formed in stages, a new PC steel material penetrating through the entire PC girder can be inserted every time the concrete girder is extended.
[0018]
The bridge girder in which prestress is introduced becomes a steel PC composite girder, and the structural strength is significantly increased as compared with that before prestress is introduced.
[Steel girder erection process]
For the construction of the bridge, after the pier is constructed according to the predetermined span arrangement, a steel girder is installed on the upper part of the pier.
In places where the span is long, it is also possible to construct a support work to be a temporary pier between the piers. At the end of the bridge, a work table or embankment surface can be constructed from the ground surface to the bridge girder installation position or the abutment position. However, there are many cases where a structure that supports bridge girders such as support works cannot be installed in spans across rivers.
[0019]
[Continuous steel girder]
It is a steel girder that is continuous over a plurality of diameters. Structurally, it is a structure called a continuous beam or a continuous ramen beam.
A continuous steel girder can be installed by pre-fabricating a steel girder at a construction site. It is also possible to push the continuous steel girder from the abutment that leads to the ground surface into the air, and to reach the bridge piers installed at intervals. The method of manufacturing a continuous steel girder in advance is suitable when the total length of the bridge is short.
The continuous steel girder can be manufactured by dividing it into a plurality of blocks, and these blocks can be connected and fixed to form a continuous steel girder before or after installation on the pier. If a block having a length suitable for manufacturing and transportation is manufactured, it is easy to handle.
[0020]
On bridge piers, steel beams can be assembled to construct bridge girder blocks or continuous steel girders. It is also possible to construct a continuous steel girder by building steel girders from a plurality of pier positions and connecting and fixing the ends of the steel girders.
[First steel PC composite bridge girder construction]
A steel PC composite bridge girder can be constructed by sequentially implementing a procedure in which a concrete girder is formed around a continuous steel girder and a pre-stress is introduced at a necessary location after a continuous steel girder spanning multiple spans is installed.
In the present invention, a steel PC composite bridge girder is first constructed at a pier position arranged in the middle among a plurality of piers, similarly to a PC bridge by a normal cantilever construction method. Subsequently, a steel PC composite bridge girder can be constructed at a predetermined portion adjacent to the steel PC composite bridge girder.
[0021]
In terms of structural mechanics, a larger load is applied to the intermediate pier portion than to other portions. A steel PC composite bridge girder is first constructed at the middle pier where this large load is applied, and the structural strength of that part is increased.
The load applied to the continuous steel girder is the weight of the continuous steel girder when the continuous steel girder is installed. Next, at the stage where the first steel PC composite bridge girder is constructed, the construction materials such as molds and scaffolds and the weight of the concrete to be cast are loaded. All these loads are carried only by continuous steel girders.
In addition, at the stage where the steel PC composite bridge girder is constructed adjacent to the already constructed steel PC composite bridge girder, the load due to the construction is the steel PC composite bridge girder where the steel PC composite bridge girder has already been constructed. The parts that have not yet been constructed are shared by continuous steel girders.
[0022]
In the steel PC composite bridge girder, the steel girder, the concrete girder, and the PC steel material share the applied load according to their respective functions in the same manner as a normal synthetic girder.
Moreover, as construction progresses, loads are continuously applied to the continuous steel girders and the steel PC composite bridge girders.
[Construction of remaining steel PC composite bridge girder]
When the construction of the steel PC composite bridge girder at the intermediate pier portion is completed, the steel PC composite bridge girder may be constructed sequentially in the remaining portions of the continuous steel girder in consideration of workability and the like.
[0023]
The method of sharing the load applied sequentially between the continuous steel girder and the steel PC composite bridge girder is the same as that described in [First steel PC composite bridge girder construction].
Usually, it is easy to perform construction and to perform prestress introduction work so that the concrete girder is extended from the pier position toward the center of the span.
When construction of the continuous steel PC composite bridge girder is completed over the entire steel girder, the steel PC composite bridge girder is completed. The steel PC composite bridge girder has at least a continuous beam or rigid frame structure that is continuous between a plurality of diameters.
[Other work processes]
After the steel PC composite bridge girder is completed, if necessary, the same work process as ordinary bridge construction can be performed.
[0024]
For example, pre-stress can be introduced for a load applied thereafter. The road surface can be paved and railways can be laid on the bridge girder. Installation of balustrades, lighting equipment, power lines, communication lines, etc. is also possible. Anticorrosion treatment and painting are also applied to the exposed parts of steel girders. Installation roads can also be constructed at both ends between the side diameters.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment shown in FIGS. 1 to 5 shows the erection of a bridge composed of continuous girder bridges with three diameters in stages.
As shown to Fig.1 (a), 3 spans are comprised by the four piers 10 shown by AD.
Between the pier 10B and the pier 10C is the center span BC, between the pier 10A and the pier 10B, and between the pier 10C and the pier 10D, respectively, between the side span AB and the side span CD. It is. The center span BC is wider than the side spans AB and CD. For example, in FIG. 1A, the distance L between the side spans AB. AB = Side distance CD distance L CD = 40m, distance L between central span BC BC = 60 m.
[0026]
The bridge has a symmetrical structure as a whole. In the following description, in FIG. 1A, the left side portion including the side span A-B will be mainly described. However, the same description applies to the right side portion including the side span CD.
[Construction of steel girders]
This step corresponds to the step (a).
As shown to Fig.1 (a), the 3 span continuous steel girder 20 is constructed between bridge piers 10A and 10D.
FIG. 1B schematically shows the bending moment distribution due to the steel girder's own weight. This bending moment is an extremely small value compared to the bending moment generated in the subsequent steps.
[0027]
[Construction of steel PC composite steel girder]
2-3, the construction work of the steel PC composite bridge girder proceeds.
<Formation of concrete girders>
This stage corresponds to part of the step (b).
As shown to Fig.2 (a), construction of the concrete girder 30 used as the steel PC synthetic steel girder is started from the position of the piers 10B and 10C. In terms of structural mechanics, the bridge girder of the bridge piers 10B and 10C is generally a portion that receives a load such as the largest bending moment, and thus the concrete girder 30 is formed from this portion. In the figure, the hatched concrete girder 30 indicates a block to be constructed at this stage. The concrete girder 30 is connected to the pier 10 by a movable bearing or a fixed bearing. However, in the case of a ramen bridge, the concrete girder 30 can be rigidly connected to the concrete structure of the pier 10.
[0028]
Materials and equipment for constructing the concrete girder 30 at the positions of the piers 10B and 10C may be lifted from the ground surface to the steel girder 20 on the piers 10B and 10C with a crane or the like, or between the side spans AB and CD. The steel girder 20 may be transferred from a connection path with the outer surface of the ground.
The construction of the concrete girder 30 can be performed in the same manner as a conventional concrete girder. Specifically, although not shown, a formwork is installed around the bridge piers 10B and 10C in the continuous steel girder 20. Place concrete inside the formwork. Once the concrete has hardened, remove the formwork.
[0029]
FIG. 2B schematically shows the cumulative bending moment generated in the three-span continuous girder at this stage. As shown in this figure, the cumulative bending moment is a negative maximum value M at the positions of the piers 10B and 10C. 2 Is positive in the span.
In the case of normal cantilever construction, the same load at this stage acts on the tip of the cantilever beam, so the above M 2 It is clear from the structural mechanics that it becomes larger. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress an excessive generation of a bending moment at the intermediate pier position.
<Introduction of prestress>
This stage corresponds to part of the step (b).
[0030]
As shown in detail in FIG. 4, prestress is introduced into the concrete girder 30 at the pier position.
For example, in the concrete girder 30 at the position of the pier 10B, as shown by a dotted arrow in FIG. 4, a tensile force is applied to the upper side of the concrete girder 30 and a compressive force is applied to the lower side. Prestress is introduced to counteract such bending moments.
A PC steel material 40 penetrating the concrete girder 30 is disposed near the upper side of the concrete girder 30. A sheath pipe is embedded in the concrete girder 30 in advance, and the PC steel material 40 is passed through the sheath pipe. A tensile force is applied to the PC steel 40 using a jack device or the like. The PC steel material 40 with the tensile force applied is fixed to the end face of the concrete girder 30 using the fixing tool 44. The restoring force (solid arrow) of the PC steel material 40 is applied in the compression direction of the concrete girder 30. Prestress in the compression direction is introduced into the concrete girder 30.
[0031]
If the prestress of the compression direction is introduced into the upper side of the concrete girder 30 where the tensile force is applied by the load, the tensile force due to the load is canceled out. If a prestress having a magnitude corresponding to the bending moment force applied to the continuous steel girder 20 is introduced, the continuous steel girder 20 at the pier position is substantially free of bending moment.
As a result, it is possible to reinforce the concrete girder 30 that is weak in tensile strength in terms of material. Furthermore, even when a bending moment similar to that described above is added to the concrete girder 30 during use after construction and after completion of the bridge, it is possible to suppress the occurrence of excessive tensile stress on the upper side of the concrete girder 30. . The magnitude of the prestress can be set in accordance with the bending moment and the tensile force applied after the concrete girder 30 has been installed or after the bridge is completed.
[0032]
The concrete girder 30 in which the prestress is introduced becomes a steel PC composite bridge girder.
<Extension of steel PC composite bridge girder>
This step corresponds to the step (c).
As shown to Fig.3 (a), formation of the concrete girder 30 is extended to the whole side span AB, BC, and CD sequentially from bridge pier 10B, 10C. In the drawing, the hatched concrete girder 30 indicates a block to be constructed at this stage.
FIG. 3B schematically shows the cumulative bending moment generated in the three-span continuous girder at this stage. As shown in this figure, the cumulative bending moment is a negative maximum value M at the positions of the piers 10B and 10C. Three Is positive in the span.
[0033]
In the case of normal cantilever construction, the same load as this stage acts on the tip of the cantilever beam. Three It is clear from the structural mechanics that it becomes larger. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress an excessive generation of a bending moment at the intermediate pier position.
2 (b) and FIG. 3 (b), the bending moment generated as the steel PC composite bridge girder is sequentially constructed is determined for each erection stage, that is, the steps (b) and The cumulative total for each step of the step (c) is shown. This is because the steel PC composite bridge girder bears only the steel girder where the steel PC composite bridge girder is not constructed, and the steel PC composite bridge girder where the steel PC composite bridge girder is constructed properly. Take charge.
[0034]
Further, as described above, the steel PC composite bridge girder shares the load applied by the steel girder, concrete and PC steel material in accordance with the respective functional characteristics in the same manner as a normal composite girder. Therefore, according to the present invention, a rational bridge girder can be created. As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the increase in the girder height at the intermediate pier position and reduce the degree of necessity for structural reinforcement such as prestress. As a result, it is possible to construct an economical and rational bridge with excellent landscape.
[Cross-section structure example of bridge]
FIG. 5 shows a more specific arrangement structure of the bridge structure.
[0035]
FIG. 5A on the left half of the figure shows a cross section of the bridge at a portion arranged near the center of the span. The right half of the figure, FIG. 5 (b), shows a cross section of the bridge at a portion arranged in the vicinity of the pier 10B. In both cases, the basic structure is common, but the carry height and the prestressing state are different.
The steel girder 20 has a rectangular frame shape in cross section, and there are also steel materials arranged on diagonal lines of the rectangular frame. The steel girder 20 is configured by joining shape steel materials such as angle steel and CT shape steel. The concrete girder 30 has a rectangular box frame shape covering the steel girder 20 having a rectangular cross section with a certain width. However, a part of the steel material constituting the steel girder 20 is exposed outside the concrete girder 30. In the figure, the steel material in the oblique direction is exposed in the internal space of the box structure of the concrete girder 30.
[0036]
On the upper surface of the concrete girder 30, a road surface is constructed and projects in the width direction. Although not shown, a pavement structure, a drainage structure, a balustrade structure, etc. are installed on the upper surface.
In the bending moment distribution shown in FIGS. 2 (b) and 3 (b), a large tensile force is exerted on the upper side due to the negative bending moment in the bridge cross-section [FIG. 5 (b)] located near the pier 10B. It can be seen that it occurs. Therefore, a number of PC steel members 40 are inserted near the upper side of the concrete girder 30 to introduce prestress. A part of the PC steel material 42 is not embedded in the concrete girder 30 but is arranged in the internal space of the box-shaped concrete girder 30. The PC steel material 42 in this portion copes with a load loaded after a steel PC composite bridge girder is constructed over the entire length of three spans, that is, a bending moment due to a load such as a pavement or a railing and a load of a traffic vehicle.
[0037]
In the bending moment distribution shown in FIGS. 2 (b) and 3 (b), the bridge cross section [FIG. 5 (a)] located near the center between the side diameters and the central diameter is caused by a positive bending moment. It can be seen that a tensile force is generated on the lower side. Therefore, a number of PC steel materials 40 are inserted near the lower side of the concrete girder 30 to introduce prestress. A PC steel material 42 is also disposed in the internal space of the concrete girder 30. The purpose of the arrangement of the PC steel material 42 is the same as that of the PC steel material 42 disposed in the vicinity of the pier 10B.
[Comparison of loads on bridges]
The distribution of the load (bending moment) applied to each part of the bridge when the same steel PC composite bridge is constructed with a different construction method will be compared using a three-span continuous bridge as an example.
[0038]
As the erection method, the method according to the present invention, specifically, the method of erection according to FIGS. 1 to 3 of the above embodiment, and the cantilever often employed when a support from the ground cannot be installed between the central diameters. Consider the formula erection method. Here, the former is called the construction method I and the latter is called the construction method II.
Fig. 6 (a) shows the construction method II. This is a cantilever erection method in which the steel girder 24 and the concrete girder 30 are sequentially extended between the piers 10A, 10B, 10C, and 10D while balancing the weight from the pier 10B and the pier 10C to the left and right. Since the load of the steel girder 24 and the concrete girder 30 to be installed is applied to the tip of the cantilever beam with the piers 10B and 10C as fulcrums, a negative moment is generated in the cantilever beam. It has a negative maximum at 10C, and is 0 at the tip of the cantilever. As the erection progresses and the concrete girder 30 extends sequentially, this bending moment is accumulated. FIG. 6B shows the accumulated bending moment M. Four Is schematically shown.
[0039]
FIG. 7 shows the distribution of the cumulative bending moment in each of the erection method I and the erection method II, and shows the maximum value of the bending moment at the positions of the piers 10B and 10C. I [Construction method I] and M II It is shown in [Construction Method II]. The magnitude of these bending moments is a schematic graph showing the results obtained by engineering calculation. However, these graphs contrast the tendency of the bending moment distribution with the relative difference in an easily understandable manner, and do not quantitatively strictly indicate the exact numerical value at each position.
The cumulative bending moment according to the construction method II is the sum of the loads loaded at the end of the cantilever beam, so at the positions of the piers 10B and 10C, a very large negative maximum value M II And 0 at the center of the center span. In addition, there may be a slight bending moment between the side diameters depending on the construction method.
[0040]
On the other hand, the cumulative bending moment by the erection method I has a negative maximum value at the positions of the piers 10B and 10C, and has a positive distribution between the center span and the side span.
In FIG. 7, regarding the bending moment at the positions of the piers 10B and 10C, M I Is M II Less than that.
It should be noted that the cumulative bending moment distribution in the erection method I is the step (a), (b), (c), that is, the cumulative bending moment of each of FIGS. 1 (b), 2 (b) and 3 (b). Total, M I Is M 1 , M 2 , M Three Is the sum of. For reference, FIG. 7 shows M at the positions of piers 10B and 10C. 1 , M 2 , M Three It also shows.
[0041]
[Evaluation]
In the construction method I, all loads act on continuous girders. On the other hand, in the construction method II, the same load acts on the tip of the cantilever. In both the erection method I and the erection method II, as the erection progresses, bending moments due to these loads are accumulated.
Focusing on the bending moment at the piers 10B and 10C, the bending moment M as a continuous girder in the construction method I I Is the bending moment M as a cantilever in construction method II II It is clear from structural mechanics that it is smaller than. That is, according to the present invention, it is possible to reduce an excessive bending moment at the intermediate pier position, which has been easy to occur conventionally.
[0042]
【The invention's effect】
The steel PC composite bridge construction method according to the present invention is such that a steel PC composite bridge girder is constructed at an intermediate pier after a continuous steel girder continuous over a plurality of spans is constructed, and then the remaining portion is steel. Build a PC composite bridge girder. As a result, it is possible to suppress a large load from being locally applied in the construction process of the steel PC composite bridge girder including the formation of a concrete girder in a specific pier portion where it has been easy to apply an excessive load conventionally. Therefore, the strength of the prestress to be introduced into the steel PC composite bridge girder can be reduced, and the prestress introduction work can be simplified. It is not necessary to increase the girder height in order to increase the structural strength locally on a specific bridge pier, etc., and the difference in the girder height in the entire bridge can be reduced, and the entire bridge can be made smart and have a good appearance. If the girder height can be lowered, the amount of materials such as steel and concrete used can be reduced, and the construction cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic structural diagram (a) and a load state diagram (b) showing a construction process of a steel girder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic structural diagram (a) and a load state diagram (b) showing an initial stage of a construction process of a steel PC composite bridge girder.
FIG. 3 is a schematic structural diagram (a) and a load state diagram (b) showing a construction completion state of a steel PC composite bridge girder.
FIG. 4 is a schematic structural diagram showing the prestress introduction state at the pier location.
[Figure 5] Detailed cross-sectional structure of the bridge
FIG. 6 is a schematic structural diagram (a) and a load state diagram (b) showing a construction state by a cantilever construction method.
[Fig. 7] Load state diagram showing the difference in load distribution by different construction methods
[Explanation of symbols]
10 Pier
20 Continuous steel girders
24 Steel girders in cantilever construction
30 concrete girder
A to D Pier position

Claims (1)

コンクリート桁に鋼桁が埋め込まれプレストレスが導入されてなる鋼PC合成橋桁を、複数径間の橋脚に連続して架設する、連続桁橋または連続ラーメン橋からなる鋼PC合成橋梁の架設方法であって、
前記複数径間の全体にわたって連続する連続鋼桁を架設する工程(a)と、
前記工程(a)のあと、前記複数径間の橋脚のうち中間に配置された橋脚位置で、連続鋼桁の一部を埋め込むコンクリート桁を形成しプレストレスを導入して鋼PC合成橋桁を構築する工程(b)と、
前記工程(b)のあと、連続鋼桁の残りの部分に前記鋼PC合成橋桁を構築して、複数径間にわたり連続する鋼PC合成橋桁を架設する工程(c)と
を含む鋼PC合成橋梁の架設方法。
A steel PC composite bridge girder in which steel girder is embedded in concrete girder and prestress is introduced, and is constructed by continuously installing steel PC composite bridge girder consisting of continuous girder bridge or continuous rigid frame bridge. There,
Step (a) of laying a continuous steel girder continuous across the whole of the plurality of diameters;
After the step (a), the concrete PC girder is constructed by forming a concrete girder that embeds a part of the continuous steel girder at the middle pier position among the plurality of span piers and introducing pre-stress. (B) performing
After the step (b), the steel PC composite bridge girder includes the step (c) of constructing the steel PC composite bridge girder in the remaining portion of the continuous steel girder and laying the steel PC composite bridge girder continuous across a plurality of diameters. Construction method.
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