JP3829069B2 - 橋梁類の塔頂サドル構造および橋梁類の塔頂サドル施工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は橋梁類の塔頂サドル構造および橋梁類の塔頂サドル施工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吊橋、エクストラローズ橋、斜張橋などの橋梁においては桁などの物体の荷重はケーブルの張力として発生する。この張力を支えるため塔体が立設され、この塔頂にケーブルの張力を塔体に伝達するためにサドルが設けられる。
【０００３】
こうしたサドル構造のケーブルとして、従来では一般的にワイヤロープが用いられていた。このようなワイヤロープを使用した塔頂サドルでは金具によってケーブルを支持し、さらに曲げ角度が大きい場合には、適当な曲率を有する金具を用いて曲げや側圧による強度低下を軽減している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ケーブルとしてワイヤロープを使用した場合、ケーブルそれ自体の重量が重く、耐食性や引張り疲労性でも問題がある。この点から、ワイヤロープに代えて高強度繊維複合材でケーブルを構成し、その高強度性、低伸度性の特性と軽量性、高耐食性、高引張り疲労性を活用して寿命の延長、自重の軽減を図らんとする試みがなされている。
【０００５】
しかし、高強度繊維複合材ケーブルは、直径方向の局部的なせん断力や表面の傷、微小曲率での曲げ等に弱い特性を有している。このため、ワイヤロープと同じように金具のみでケーブルあるいはケーブル束を支持した場合には、次のような問題が発生する。
▲１▼側圧によりケーブルが径方向への変形やせん断破壊を起し、強度が低下したり破断する。
▲２▼サドル両端の張力差によりケーブルあるいはケーブル束が移動すると、ケーブル表面が金具との接点で損傷し、強度低下を起す。
【０００６】
また、高強度繊維複合材ケーブルが高張力を要する橋梁に適用される場合には多くは複数のケーブルあるいはケーブル束により構成されたケーブル体が使用されるが、この場合には前記問題のほかに、ケーブル体の断面形状が大きく変化し、ケーブル体を構成するケーブルおよびケーブル体の長さ、張力管理が困難となる問題や、サドル上でのケーブル体の滑動を止めるために大きな摩擦力が必要になり、この大きな摩擦力を得る手段が未開発である。
【０００７】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、直径方向の局部的なせん断力や表面の傷、微小曲率での曲げ等に弱い特性をカバーし、高強度繊維複合材ケーブルの使用による利点を生かした寿命が長く、自重の軽減されたしかもサドル両端の張力差を的確に吸収し得る橋梁類の塔頂サドル構造を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記塔頂サドル構造を比較的容易に形成する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の橋梁類の塔頂サドル構造は、高強度繊維複合材からなるケーブル体と、前記ケーブル体の所要長さごとに取り付けた上下２分割形の複数のクランプ部材と、塔頂サドルの下部コンクリート面上に立設され前記各クランプ部材をはめこんだガイド枠と、前記ガイド枠を囲むように塔頂サドルの下部コンクリート上に配置されたトンネル状覆いと、トンネル状覆い内部に充填され前記クランプ部材とガイド枠およびケーブル体を埋設した定着用膨脹材と、前記トンネル状覆いを埋設するように打設された上部コンクリート層とを有していることを特徴としている。
【０００９】
本発明の橋梁類の塔頂サドル施工法は、わん曲状をなした下部コンクリートに所要の間隔でガイド枠を立設する工程と、高強度繊維複合材からなるケーブル体の断面形状に応じた溝を有する上下２分割のクランプ部材を前記ケーブル体の所要長さごとに取り付け、前記クランプ部材をそれぞれ前記ガイド枠にはめこむことにより下部コンクリート上に適度の曲率でケーブル体を配置する工程と、前記ガイド枠およびケーブル体を外囲するように下部コンクリートにトンネル状覆いを配置し、該トンネル状覆いの内部に定着用膨脹材を充填する工程と、ケーブル体への張力導入前に前記トンネル状覆いを埋め込むように下部コンクリートに上部コンクリートを打設する工程とからなっていることを特徴としている。
【００１０】
本発明において、「ケーブル体」とは、単一のケーブルまたはケーブル束である場合のほか、複数のケーブルまたはケーブル束で構成されている場合を含んでおり、この場合には前記ガイド枠は対応する個数と配置が選ばれ、クランプ部材はケーブルまたはケーブル束ごとに取り付けられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を添付図面を参照して説明すると、図１ないし図４は本発明による橋梁類の塔頂サドル構造の一例を示している。
図１において、１，１は塔体、２，２は橋台、３は高強度繊維複合材からなるケーブル体であり、前記橋台２，２から塔体１，１の塔頂サドル１ａ，１ａを介して架設されている。４は桁であり、前記ケーブル３に取り付けたバンド６，６を介して連結されたハンガーロープ７，７に吊持されている。
【００１２】
図２ないし図４は前記塔頂サドル１ａ，１ａの詳細を示しており、１０は下部コンクリートであり、該下部コンクリートの上面１００は、図２のように径間方向に所要の曲率でわん曲形成されている。
１１，１１は前記下部コンクリートの上面１００に所定の間隔ごとに設けられた複数のガイド枠であり、各ガイド枠１１，１１は前記下部コンクリートの曲面状上面１００の接線に対して垂直に、しかも、全体として曲面状上面１００の曲率に対応する曲率となるように相互に高低を有せしめて立設されている。
【００１３】
ケーブル体３は、この例では複数本（図面では４本）の束ケーブル３ａを上下に２列、左右に２列配置することにより構成されている。
各束ケーブル３ａは、超高分子量ポリエチレン、全芳香族ポリアラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維など強度が２０ｇ／ｄ以上、弾性率が５００ｇ／ｄ以上の高強度高弾性率繊維を主原料として作られたケーブル３０ａを複数本たとえば７本平行状に引き揃えあるいは撚り合わせることで構成されている。各ケーブル３０ａは高強度高弾性率繊維の集合体（ヤーンやフィラメントなど）を複数本たとえば７本撚り合わせたストランド３００ａからなっている。
【００１４】
前記ケーブル体３を構成する各束ケーブル３ａには前記ガイド枠１１に対応する間隔でクランプ１２部材が外嵌している。
各クランプ部材１２は上部体１２ａと下部体１２ｂとからなっており、それらは低摩擦損失材たとえばＭＣナイロンで代表される硬質合成樹脂によってブロック状ないし盤状に作られている。それら上部体１２ａと下部体１２ｂは、束ケーブル３ａの半断面形状に対応する輪郭の溝１２０，１２０を有しており、下部体１２ｂの溝１２０に束ケーブル３ａを嵌め、上部体１２ａを下部体１２ｂに重ねることにより閉鎖輪郭の孔に束ケーブル３ａが挿通された形態となるようにしている。
【００１５】
この実施例では束ケーブル３ａが４本であるため、クランプ部材１２はそれぞれの束ケーブル３ａごとに取り付けられており、クランプ部材１２は同時にスペーサも兼ねている。上部体１２ａと下部体１２ｂは必要に応じて分離しないように接着剤などで接合されあるいはボルトナットなど適宜の連結手段で連結される。
【００１６】
前記ガイド枠１１はクランプ部材１２を前後左右に動かないように保持するための手段であり、クランプ部材１２の隅角部を含む前後面と左右面に当接ないし接近しうる断面形状を全体として有している。
ガイド枠１１は基部が下部コンクリートに埋め込まれるか、あるいは仮想線で示すように基端に設けた座１１０を下部コンクリートの上面に据え、アンカーボルトなどによって固定される。
【００１７】
この実施例においては、ガイド枠１１はケーブル体３を構成する４本の束ケーブル３ａが上下に２列かつ左右に２列であるため、図３（ｂ）のように、形鋼からなるＬ状断面の支柱部材１１ａ，１１ａ’を左右および前後に間隔をおいて立設し、中間には形鋼からなる実質的にＴ状断面の支柱部材１１ｂ，１１ｂを配置することにより構成している。Ｔ状断面の支柱部材１１ｂ，１１ｂはＬ状断面の形鋼を背中合わせとなるように配置することで構成してもよいし、Ｔ状断面の形鋼を使用して得てもよい。
【００１８】
前記クランプ部材１２を長手方向の所要間隔で取り付けた束ケーブル３ａは配置固定されているガイド枠１１の上に運ばれ、クランプ部材１２が対応するガイド枠１１にそれぞれ落し込まれる。これにより、束ケーブル３ａは下部コンクリートの上面１００から適度の距離をおいてしかも上面１００の曲率に対応する曲率を描くように配置されている。
実施例では、２つのクランプ部材１２，１２は重ね合わされて支柱部材１１ａと支柱部材１１ｂに嵌め込まれ、残る２つのクランプ部材１２，１２は支柱部材１１ａ’と支柱部材１１ｂに嵌め込まれている。
【００１９】
下部コンクリート上には前記前記ガイド枠１１を囲むようにトンネル状覆い１３が配置されている。該トンネル状覆い１３は、長手方向が下部コンクリートの上面１００の曲率に対応する曲率を有し、長手方向と直角の断面はガイド枠１１と内面との間に十分な空間が得られるような大きさの割円状をなしている。そして、トンネル状覆い１３は下部両端の座部１３０，１３０をもって下部コンクリートの上面１００に据えられ、アンカーボルトなどによって定着されている。トンネル状覆い１３は長手方向両端が下部コンクリートのスパン方向端に達していることが好ましい。
【００２０】
前記トンネル状覆い１３内には定着用膨脹材１４が充填され、これによりガイド枠１１、クランプ部材１２および束ケーブル３ａが埋め込まれている。そして、このように定着用膨脹材１４を充填したトンネル状覆い１３の外周には、これを埋め込む形で上部コンクリート１５が打設されている。
【００２１】
定着用膨脹材１４は凝固時に膨脹する特性を有する可塑物質であり、代表的なものとしては、数種の膨脹性物質を配合し、粉砕、焼成した膨脹材とセメントとの混合物があげられる。その例としては、セメントー高炉スラグ−ボーキサイト−石膏系、セメント−石灰−石膏系、カルシウムアルミネート−石灰−石膏系などがあげられる。
【００２２】
図５（ａ）（ｂ）は本発明による橋梁類の塔頂サドル構造の第２実施例を示している。
この実施例では、高強度繊維複合材からなるケーブル体３は１本の束ケーブル３ａからなっている。束ケーブル３ａは前述したように、複数本（図面では７本）のケーブル３０ａを複数本たとえば７本平行状に引き揃えあるいは撚り合わせることで構成されている。
クランプ部材１２は束ケーブル３ａの半断面形状に対応する輪郭の溝１２０，１２０を有するブロック状ないし盤状の上部体１２ａと下部体１２ｂとからなっており、下部体１２ｂの溝１２０に束ケーブル３ａを嵌め、上部体１２ａを下部体１２ｂに重ねることにより閉鎖輪郭の孔に束ケーブル３ａが挿通された形態とされる。
前記クランプ部材１２は、鋼材からなるＬ状断面の支柱部材１１ａ，１１ａ’を左右および前後に間隔をおいて立設したガイド枠１１に嵌められている。
その他の構成は第１実施例と同様であるから、同じ部分に同じ符号を付し、説明は省略する。
【００２３】
図６は高強度繊維複合材からなるケーブル体３が、ケーブル３０ａからなっている場合を示している。ケーブル３０ａは高強度高弾性率繊維の集合体（ヤーンやフィラメントなど）を撚り合わせあるいは引き揃えたストランド３００ａを、複数本たとえば芯に７本、側に１２配して撚り合わせあるいは引き揃えているが、これに限られるものではない。
この場合にもクランプ部材１２、ガイド枠１１など他の構造は第２実施例と同様である。
【００２４】
図７と図８は本発明による橋梁類の塔頂サドル構造の施工法の実施例を、前記第１実施例の場合を例にとって示している。
まず、施工に当たっては、図７（ａ）のように、下部コンクリートの上面１００に、該上面に近似する曲率が得られるように高さを設定してガイド枠１１を相互に所要の間隔をおいて立設する。
【００２５】
ついで図７（ｂ）（ｃ）のように各ガイド枠１１にクランプ部材１２を取り付け、束ケーブル３ａを架設する。この工程は、クランプ部材１２にあらかじめ束ケーブル３ａを取り付けたアッセンブリの状態で行なってもよいし、ガイド枠１１にクランプ部材１２を嵌め込みながら、それと併行して束ケーブル３ａをクランプ部材１２に嵌め込むかたちで行なってもよい。
【００２６】
図８（ａ）はガイド枠１１にクランプ部材１２の下部体１２ｂ，１２ｂを落し込み、それら下部体１２ｂ，１２ｂの溝１２０，１２０に束ケーブル３ａを納め、下部体１２ｂ，１２ｂから突出する束ケーブル３ａの半断面に溝１２０，１２０が容入するように上部体１２ａを落し込んだ状態を示している。
【００２７】
図８（ｂ）は、その後に上段用のクランプ部材１２の下部体１２ｂ，１２ｂを落し込み、それら下部体１２ｂ，１２ｂの溝１２０，１２０にケーブルまたはケーブル束３ａを納め、下部体１２ｂ，１２ｂから突出する束ケーブル３ａの半断面に溝１２０，１２０が容入するように上部体１２ａを落し込んだ状態を示している。
【００２８】
以上の工程が終わったならば、ケーブル体３を前後方向に動かし、位置調整を行なう。この作業はケーブル体３の長手方向複数箇所がクランプ部材１２の溝１２０，１２０に保持され、残余は中空状に架設されているため容易である。
次いで、図７（ｄ）のように各ガイド枠１１およびケーブル体３を囲むように下部コンクリートの上にトンネル状覆い１３を取り付ける。トンネル状覆い１３は下部が開口しているので取り付け作業は容易である。
次いで、図７（ｅ）のように、トンネル状覆い１３の長手方向両端の開口を口元シール部材１３１，１３１によって閉止し、この状態でトンネル状覆い１３の一部に設けてある注入部１３０を通して定着用膨脹材１４をトンネル状覆い１３に充填する。
【００２９】
定着用膨脹材１４はたとえば前記したように数種の膨脹性物質を配合し、粉砕、焼成した膨脹材とセメントとの混合物が用いられ、水などの用液と混合されてたとえば水／セメント比２０〜３０％の液状ないしスラリー状にされ、この状態で注入される。定着用膨脹材１４はその流動性によって各ガイド枠１１、クランプ部材１２の表面を厚く覆い、またケーブルまたはケーブル束３ａの表面、ストランドや素線の谷間のすみずみまで覆うる。この状態で養生することにより、定着用膨脹材１４は凝固時に膨脹し、それによってトンネル状覆い１３内で静水圧的な膨脹圧が発生し、各ガイド枠１１、クランプ部材１２と束ケーブル３ａとが強固に結着される。各ガイド枠１１、クランプ部材１２は節として機能することになる。
【００３０】
以上のように定着用膨脹材１４を充填し、養生させたならば、ケーブル体３に張力を導入する前に、トンネル状覆い１３の外周に上部コンクリート１５を打設する。これで図６（ｆ）のような橋梁類の塔頂サドル構造が完成する。
【００３１】
【実施例の作用】
本発明の第１実施例ないし第３実施例においては、低摩擦損失材製のクランプ部材１２をケーブル体３の長手方向の複数箇所に取り付けているため、ケーブル体３は施工時に良好な断面形状を保ったまま、下部コンクリートの上面１００を滑動することができる。
【００３２】
そして、複数のガイド枠１１が下部コンクリートの上面１００の曲率に対応するように高さを設定しているため、そうしたガイド枠１１にクランプ部材１２をはめることにより、ケーブル体３を適切な曲率で配置することができ、塔頂での曲げによる損傷を低減することができる。
【００３３】
また、ガイド枠１１とクランプ部材１２を含めてケーブル体３を囲むようにトンネル状覆い１３を取り付け、これを型として定着用膨脹材１４を充填するので、トンネル状覆い１３を上部コンクリート１５で埋設した後は、ケーブル体３と定着用膨脹材１４との間の摩擦力でサドル両端の張力差を吸収することができる。
【００３４】
すなわち、橋梁類の塔頂サドル構造においては、図９のようにケーブル張力の水平方向分力（水平張力）ＰａとＰｂが発生する。ＰａとＰｂの差が大きいと塔体が左右に傾こうとするため、通常、この水平張力の差がゼロになるように設計する。この水平張力の差がゼロということは、中央径間側と側径間側でケーブルの角度β，αが異なるためサドル両端のケーブルの張力に差があるということになる。サドル両端の張力差とは、このケーブルの張力差を指し、ケーブルを塔頂で滑らそうとする力を意味する。
【００３５】
本発明では定着用膨脹材１４がケーブル体３を構成する束ケーブル３ａや束ケーブル３ａを構成するケーブル３０ａあるいはケーブル３０ａを構成するストランドなどの谷間を含む表面を覆い、またガイド枠１１とクランプ部材１２の表面を覆い、クランプ部材１２の溝１２０とケーブル体３とのすき間を埋め、その状態で外周側がトンネル状覆い１３と接合される。また、クランプ部材１２はガイド枠１１にはめこまれることで位置が固定されている。したがって、クランプ部材１２とガイド枠１１は節として機能する。これらによりケーブルを塔頂で滑らそうとする力に打ち勝つ十分な摩擦力を確保することができる。
【００３６】
また、第１実施例においては、複数の束ケーブル３ａからなるケーブル体３を使用し、それら複数の束ケーブル３ａのそれぞれにクランプ部材１２を取り付けてガイド枠１１に所要の曲率が得られるように保持させ、この状態でトンネル状覆い１３をかぶせてその内部に定着用膨脹材１４を充填し、束ケーブル３ａの周りを取り囲んでいる。
【００３７】
このため、束ケーブル３ａに無理のない曲率が与えられるとともに、ケーブル体３の径方向への変形が軽減される。また、束ケーブル３ａは長手方向の複数箇所でクランプ部材１２によって保持されているため、隣り合う束ケーブル３ａ，３ａとの間にクランプ部材１２の大きさに相当する間隔が設定保持される。このため、局部的なせん断力、曲げ、押し付け力などのケーブル強度を低下させる外力が緩和される。それとともに、定着用膨脹材１４と束ケーブル３ａとの付着面積が広がるため、十分な摩擦力を確保することが可能となる。
なお、図示するものは本発明の数例であり、これに限定されるものではない。たとえば、第１実施例ではケーブル体３は複数の束ケーブル３ａで構成されているが、これに代えて、複数のケーブル３０ａで構成していてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した本発明の請求項１によるときには、高強度繊維複合材からなるケーブル体３と、前記ケーブル体３の所要長さごとに取り付けた上下２分割形の複数のクランプ部材１２と、塔頂サドルの下部コンクリート面上に立設され前記各クランプ部材１２をはめこんだガイド枠１１と、前記ガイド枠１１を囲むように塔頂サドルの下部コンクリート上に配置されたトンネル状覆い１３と、トンネル状覆い１３の内部に充填されクランプ部材１２とガイド枠１１およびケーブル体３を埋設した定着用膨脹材１４と、前記トンネル状覆い１３を埋設するように打設された上部コンクリート層１５とを有しているので、直径方向の局部的なせん断力や表面の傷、微小曲率での曲げ等に弱い高強度繊維複合材ケーブルの特性をカバーし、高強度繊維複合材ケーブルの使用による利点を生かして寿命が長く、自重の軽減されたしかもサドル両端の張力差を的確に吸収し得る塔頂サドルを提供できるというすぐれた効果が得られる。
【００３９】
請求項３によれば、わん曲状をなした下部コンクリート１０に所要の間隔でガイド枠１１を立設する工程と、高強度繊維複合材からなるケーブル体３の断面形状に応じた溝１２０を有する上下２分割のクランプ部材１２を前記ケーブル体３の所要長さごとに取り付け、前記クランプ部材１２をそれぞれ前記ガイド枠１１にはめこむことによりサドル上に適度の曲率でケーブル体３を配置する工程と、前記ガイド枠１１およびケーブル体３を外囲するように下部コンクリートにトンネル状覆い１３を配置し、該トンネル状覆い１３の内部に定着用膨脹材１４を充填する工程と、ケーブル体３への張力導入前に前記トンネル状覆い１３を埋め込むように下部コンクリート１０に上部コンクリートを１５打設する工程とからなっているので、請求項１の特徴を有する塔頂サドル構造を比較的容易に形成することができるというすぐれた効果が得られる。
【００４０】
請求項４によれば、ケーブル体３が複数のケーブルまたは束ケーブル３ａから構成されており、それら複数のケーブルまたは束ケーブル３ａにそれぞれクランプ部材１２が取り付けられるので、クランプ部材１２がスペーサとしてとしても機能し、隣り合うケーブルまたは束ケーブル３ａとの間に適切な間隔を保持することができ、これにより局部的なせん断力、曲げ、押し付け力などのケーブル強度を低下させる外力が緩和される。それとともに、定着用膨脹材１４とケーブルあるいは束ケーブル３ａとの付着面積が広がるため、十分な摩擦力を確保することが可能となるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による橋梁類の塔頂サドル構造の適用例を示す概略説明図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す部分拡大断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図、（ｂ）はその部分的拡大図である。
【図４】図３（ｂ）の部分的平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２実施例を示す断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す断面図である。
【図７】（ａ）ないし（ｆ）は本発明による橋梁類の塔頂サドル施工法の一例を段階的に示す説明図である。
【図８】（ａ）はガイド枠へのクランプ部材の嵌め込み第１段階を示す正面図、（ｂ）は同じくその完了段階を示す正面図である。
【図９】塔頂サドルにおけるケーブルの張力関係を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１ 塔体
３ ケーブル体
３ａ 束ケーブル
３０ａ ケーブル
１０ 下部コンクリート
１１ ガイド枠
１２ クランプ部材
１３ トンネル状覆い
１４ 定着用膨脹材
１５ 上部コンクリート層

Claims (4)

1. 高強度繊維複合材からなるケーブル体３と、前記ケーブル体の所要長さごとに取り付けた上下２分割形の複数のクランプ部材１２と、塔頂サドルの下部コンクリート面上に立設され前記各クランプ部材１２をはめこんだガイド枠１１と、前記ガイド枠１１を囲むように塔頂サドルの下部コンクリート上に配置されたトンネル状覆い１３と、トンネル状覆い内部に充填され前記クランプ部材１２とガイド枠１１およびケーブル体３を埋設した定着用膨脹材１４と、前記トンネル状覆い１３を埋設するように打設された上部コンクリート層１５とを有していることを特徴とする橋梁類の塔頂サドル構造。
2. ケーブル体３が複数のケーブルまたはケーブル束から構成されており、隣り合う各ケーブルまたはケーブル束の所要長さごとにそれぞれ上下２分割形の複数のクランプ部材１２を取り付けている場合を含む請求項１に記載の橋梁類の塔頂サドル構造。
3. わん曲状をなした下部コンクリート１０に所要の間隔でガイド枠１１を立設する工程と、高強度繊維複合材からなるケーブル体３の断面形状に応じた溝１２０を有する上下２分割のクランプ部材１２を前記ケーブル体３の所要長さごとに取り付け、前記クランプ部材１２をそれぞれ前記ガイド枠１１にはめこむことにより下部コンクリート上に適度の曲率でケーブル体３を配置する工程と、前記ガイド枠１１およびケーブル体３を外囲するように下部コンクリート１０にトンネル状覆い１３を配置し、該トンネル状覆い１３の内部に定着用膨脹材１４を充填する工程と、ケーブル体３への張力導入前に前記トンネル状覆い１３を埋め込むように下部コンクリートに上部コンクリート１５を打設する工程とからなっていることを特徴とする橋梁類の塔頂サドル施工法。
4. ケーブル体３が複数のケーブルまたはケーブル束３ａから構成されており、隣り合う複数のケーブルまたはケーブル束３ａごとにそれぞれクランプ部材１２が取り付けられる場合を含む請求項３に記載の橋梁類の塔頂サドル施工法。

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