JP3867345B2 - 桁橋 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は桁橋にかかるもので、とくに鋼製の主桁およびコンクリート製の床版を有する桁橋に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からの桁橋には、コンクリート床版と鋼製の主桁とを結合し力学的に一体となって桁の作用をするようにした構造の合成桁橋と、コンクリート床版と鋼製の主桁とを互いに連結はしているが積極的には固定せず外力の作用で互いの間にいくらかのズレが生じてもかまわないものとして荷重を鋼製の主桁の部分のみで支えることができるようにした非合成桁橋と、がある。
図１０ないし図１３にもとづき概説する。
図１０は、一般的な桁橋１の要部斜視図、図１１は、同、横断面図であって、桁橋１は、鋼製の主桁２と、コンクリート床版３と、を有する。
【０００３】
主桁２は、平板状のウェブ４と、その上下のフランジ部５と、を有し、スタッド６あるいはスラブアンカー７により、フランジ部５の上部にコンクリート床版３を結合する。
【０００４】
コンクリート床版３は、主桁２に合成的、あるいは非合成的に結合するもので、たとえばスタッド６を用いる場合には、このスタッド６に電流を流してその軸部８の下端部である取付け部を主桁２のフランジ部５に溶接したのち、図１１に示すように、プレキャストによるコンクリート床版３に形成したスタッド取付け孔９にスタッド６を挿入し、モルタル１０などで埋める。
あるいは、プレキャスト床版を用いない場合には、上述のように固定したスタッド６の上から現場でコンクリートを打設することによってコンクリート床版３を構成する。
なおスタッド６は、軸部８の上端に頭部１１を有し、主桁２とコンクリート床版３との一体性を確保する。また、コンクリート床版３には鉄筋１２を配置してある。
【０００５】
スタッド６の代わりにスラブアンカー７を用いる場合には、図１１中仮想線で示すように、鉄筋などによるスラブアンカー７をスタッド６の代わりに主桁２の上フランジ５に固定するとともに、作業現場においてこれを曲げ上げ、コンクリートを打設してコンクリート床版３と主桁２とを非合成的に結合する。
【０００６】
こうした構成の一般的な桁橋１において、スラブアンカー７は、上述のように非合成桁橋に使用されているが、その力学的特性を評価しにくいとともに、合成の度合いが一般に強固になりすぎるため、非合成桁橋に使用した場合でも、設計では想定しない力がコンクリート床版３に生じ、コンクリートのひび割れが発生する場合がある。
すなわち、スラブアンカー７に作用する力としては、桁作用により橋軸方向に作用する水平せん断力と、版作用による主桁２の直角方向の主桁２直上での回転力により生じる鉛直軸方向力と、が考えられるが、スラブアンカー７に関するこれら作用力の研究は現在のところ少なく、またその構造特性から定量的な評価が困難であるとも考えられる。
【０００７】
そこで、スラブアンカー７の代わりに、合成桁橋で多用されているとともに施工も簡単で設計法や実験方法も確立されている頭部１１付きのスタッド６を用いることが考えられるが、スタッド６をそのまま使用すると、主桁２およびコンクリート床版３について互いの合成の度合いが強いため、桁橋１への外力によるコンクリート床版３の変形に主桁２が追随するに必要な力がスタッド６に作用する。その結果、スタッド６が破断したり、コンクリート床版３にひび割れが発生するという問題がある。
【０００８】
換言すれば、従来は、非合成桁橋では主桁２とコンクリート床版３との合成は、期待しないものとして設計を行っている。従来通り結合材としてスタッド６あるいはスラブアンカー７を用いた場合、合成の度合いがかなり強く、桁橋１の挙動は、むしろ合成桁橋に近くなるものとの報告も成されている。
【０００９】
したがって、連続桁形式の橋梁では、中間支点などのコンクリート床版３に予想以上の引っ張り力が発生し、部分的ではあるがコンクリート床版３にひび割れなどが発生し、支障になることがあるという問題がある。
なお、近年適用が増えつつある、桁の本数を少なくした少主桁橋に利用されるプレキャストタイプのコンクリート床版３について、これを主桁２に定着するには施工面を考慮して一般にスタッド６が使用され、スラブアンカー７はあまり適用されていない。
【００１０】
図１２は、スタッドのズレ剛性に対するスタッドせん断力のグラフであって、図示のように、スタッド６のズレ剛性が大きくなるほど、スタッドせん断力が増加する傾向にあり、主桁２とコンクリート床版３との一体性ないし合成の度合いが強いほど、せん断力に耐え得るスタッド６のズレ剛性ないし耐力が必要で、スタッド６の本数を増やす必要がある。
【００１１】
図１３は、コンクリート床版３の平面図であって、プレキャスト床版によるコンクリート床版３を用いる場合にスタッド６の本数を増やせば、コンクリート床版３に形成するスタッド取付け孔９の個数も増加することになるが、コンクリート床版３自体が脆くなるため、コンクリート床版３にスタッド取付け孔９を増やすにも限界があるという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、スタッドを結合手段として適用するにあたり、主桁とコンクリート床版との間の合成の度合いを適正に制御可能な桁橋を提供することを課題とする。
【００１３】
また本発明は、主桁とコンクリート床版との組み合わせによる桁橋におけるコンクリート床版のひび割れを防止可能な桁橋を提供することを課題とする。
【００１４】
また本発明は、主桁とコンクリート床版との間のせん断耐荷力を極度に低減することなく、また上下方向の結合力を低減することなく、両者の間の合成挙動を適正に制御し、理想的な非合成桁の特性に近づけることができる桁橋を提供することを課題とする。
【００１５】
また本発明は、主桁とコンクリート床版との間を結合する結合材の設置作業の能率を向上させることができる桁橋を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、コンクリート床版とスタッドとの間にゴム材や発泡ウレタンその他のクッション材を設けること、およびこのクッション材の介在により主桁およびコンクリート床版の間のズレを発生させることに着目したもので、鋼製の主桁と、この主桁に結合するコンクリート床版と、このコンクリート床版および上記主桁を結合するスタッドと、を有する桁橋であって、上記スタッドの根元部にクッション材を介在させることを特徴とする桁橋である。
上記スタッドの根元部は、その軸部が主桁に固定されている部分からその頭部に向かう所定長さの部分であって、上記クッション材は、主桁およびコンクリート床版の境界面から軸部の所定高さまで所定の厚さで主桁およびコンクリート床版の間に介在することになる。
【００１７】
上記クッション材の高さあるいは厚さを選択することにより、上記スタッドの耐力を減少させることなしに上記主桁および上記コンクリート床版の間の合成の度合いを減少させることができる。
【００１８】
上記スタッドのそれぞれに上記クッション材を設けることができる。
【００１９】
上記スタッドの複数本にまとめて上記クッション材を設けることができる。
【００２０】
上記クッション材の高さとしては、スタッドの高さの１／３〜１／２倍程度が望ましく、その直径としては、スタッドの軸部の直径の１．１〜２倍程度（つまりその厚さとしては、スタッドの軸部の直径の０．０５〜０．５倍程度）が望ましい。
【００２１】
クッション材の高さがスタッドの高さの１／３倍より低い場合、あるいはその厚さがスタッドの軸部の直径の１．１倍より小さい場合には、主桁およびコンクリート床版の合成の度合いが強くなり、逆にクッション材の高さがスタッドの高さの１／２倍より高い場合、あるいはその厚さがスタッドの軸部の直径の２倍より大きい場合には、主桁およびコンクリート床版の結合の度合いが弱まって別の問題も発生し、初期の目的を達成することが困難になるため、通常は当該範囲において設計することが望ましい。
【００２２】
なお、クッション材の形状としては、その長さ方向にスリットを入れてスタッドの軸部に横方向から装着させるようにする形状、単純な円筒形として軸部に沿って挿入する形状、あるいは何回か巻き付けるような帯状の形状など、任意の形状を採用することができる。
【００２３】
本発明による桁橋においては、スタッドの根元部にゴム材や発泡ウレタンその他のクッション材を設けるようにしたので、主桁とコンクリート床版との間の引張り強度を極度に低減させることなく、両者の上下方向の結合力は充分にするとともに、水平方向にはズレを許容し、理想的な非合成桁橋の特性に近づけることができる。
すなわち、クッション材の材質、高さ、直径などを適宜選択および組み合わせることにより、外力の作用にともなう鋼製の主桁とコンクリート床版との間の相対的なズレを調整可能とすることができる。
しかもスタッドについては、合成桁橋で多用されているとともに、その施工も簡単で設計法や実験方法も確立されているため、上記ズレを調整する設計を比較的容易に行うことができる。
【００２４】
さらに、スタッドを用いるため、スラブアンカーを用いる場合に比較して、鉄筋加工および現場における鉄筋の折曲げ上げ作業などの手間を省くことができる。
【００２５】
また、プレキャストタイプのコンクリート床版に対しては、スタッドの使用が必要条件となり、とりわけ、非合成桁橋にプレキャストコンクリート床版を用いる場合には、本発明の桁橋により主桁との合成の度合いを適正に制御することができる。
【００２６】
なお、スタッドの強度とズレ剛性との関係によって桁橋の単位長さないし単位コンクリート床版あたりのスタッドの本数が決定されるが、既述のように合成の度合いを任意に制御可能であるため、他の設計要因との関係で桁橋における設計の自由度を増すことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の第１の実施の形態による桁橋２０を図１ないし図９にもとづき説明する。ただし、図１０ないし図１３と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、桁橋２０のスタッド６部分を示す要部断面図であり、この桁橋２０においては、スタッド６の根元部２１にクッション材２２を設けてある。
【００２８】
すなわち、スタッド６の軸部８の主桁２側であってコンクリート床版３と主桁２（フランジ部５）との間にクッション材２２を配置する。したがって、スタッド６の頭部１１はコンクリート床版３内に固定される。
【００２９】
このクッション材２２の配置構成としては、スタッド６の軸部８の直径をＤ、およびスタッド６の高さをＨとすれば、その高さは１／３Ｈ〜１／２Ｈ、卷径は１．１Ｄ〜２Ｄが望ましく、したがって、クッション材２２の厚さとしては、０．０５Ｄ・Ｄ〜０．５Ｄが望ましい。
【００３０】
こうした構成の桁橋２０において、桁橋２０への荷重により主桁２（フランジ部５）とコンクリート床版３との間にズレが生ずるような外力が作用したときに、スタッド６の軸部８における根元部２１にクッション材２２が介在されているので、そのクッション作用により、主桁２のフランジ部５とコンクリート床版３との間の境界面にズレが発生して外力を吸収する結果、スタッド６の剛性を減少し、スタッド６へのせん断力を緩和させることができる。
【００３１】
本発明においては、図１に示すように各スタッド６ごとにクッション材２２を巻く構成のほかに、複数本のスタッド６のまわりにクッション材２２を配置する形態としてもよい。
【００３２】
すなわち、図２は、本発明の第２の実施の形態による桁橋３０のスタッド６部分を示す平面図、図３は、同、要部断面図であって、この桁橋３０においては、複数本、たとえば６本のスタッド６のまわりにクッション材２２を配置してある。
【００３３】
さらに、６本のスタッド６により囲んだその内部には発泡スチロール３１を充填してある。
【００３４】
こうした構成の桁橋３０においても、図１の桁橋２０と同様に、主桁２（フランジ部５）とコンクリート床版３の間のズレを許容し、桁橋３０としての非合成桁の特性を確保することができる。
さらに、複数本のスタッド６にクッション材２２を巻くようにしたので、作業性を向上させることが可能であるとともに、単独のスタッドごとにクッション材を設ける構成と組み合わせることにより、コンクリート床版３の位置に応じて適正なスタッド６を分布させることができる。
【００３５】
なお、桁橋２０、３０として現場の施工手順としては、従来の各種の工程を任意に採用可能である。
たとえば、あらかじめ主桁２のフランジ部５にスタッド６およびクッション材２２を取り付けた状態で、コンクリートを打設してコンクリート床版３を作製する工程がある。
なおまた、あらかじめ主桁２のフランジ部５にスタッド６およびクッション材２２を取り付けた状態で、プレキャストによるコンクリート床版３を上方から下降させスタッド取付け孔９にスタッド６を挿入し、モルタル１０などで埋める工程がある。
あるいは、主桁２のフランジ部５に対してプレキャストによるコンクリート床版３を水平方向から移動させ、上方からスタッド取付け孔９を通してスタッド６およびクッション材２２を取り付け、このスタッド６に電流を流してその軸部８の根元部２１をフランジ部５に溶接ののちモルタル１０などで埋める工程がある。
【００３６】
上述のような構成の桁橋２０（図１）および桁橋３０（図２、図３）について以下のような実験を行った。
図４は、図１の桁橋２０の実験用桁橋２０Ａの横断面図、図５は、図２および図３の桁橋３０の実験用桁橋３０Ａの横断面図であって、図中左右一対のコンクリート床版３の間に主桁２を配置し、スタッド６およびクッション材２２を各種の形態で取り付けて実験した。
【００３７】
図６は、スタッド６（あるいはスラブアンカー７）およびクッション材２２の９通りのタイプＩ〜ＩＸを示す図表である。
タイプＩ〜ＩＶは、ウレタン材によるクッション材２２の場合で、その高さを変えてある。
タイプＶ〜ＶＩＩは、ゴム材によるクッション材２２の場合で、その高さおよび配置形態を変えてある。
タイプＶＩＩＩは、従来のスラブアンカー７の場合、タイプＩＸは、クッション材２２を設けないスタッド６の場合である。
【００３８】
図７は、クッション材２２としてウレタン材を採用した場合の、主桁２およびコンクリート床版３間のズレに対するせん断力の比（スタッド６の静的せん断耐力に対する、クッション材２２を設けた場合のせん断力の比）のグラフである。
図８は、クッション材２２として天然ゴム材を採用した場合の、主桁２およびコンクリート床版３間のズレに対するせん断力の比のグラフである。
図９は、クッション材２２としてウレタン材あるいは天然ゴム材を採用した場合の、各種のタイプの主桁２およびコンクリート床版３間のズレに対するせん断力の比のグラフである。
【００３９】
図７、図８および図９に示すように、従来からのスタッド６の根元部２１にゴム材あるいはウレタン材によるクッション材２２を巻き付けることにより、低い荷重で主桁２およびコンクリート床版３間に大きなズレが発生し、スタッド６の部分におけるクッション作用が働き、桁橋として明確な非合成挙動を示すことが明かとなった。
ただしスタッド６の静的耐荷力は、根元部２１へのクッション材２２の巻付けの有無や材質および形状にかかわらず、ほぼ同レベルであった。
【００４０】
また図７に示すように、ウレタン材の高さについては、これが３０ｍｍ以上ではほぼ同様のズレ性状を示すことがわかる。
【００４１】
また図８に示すように、ゴム材によるクッション材２２を巻き付ける場合には、その配置形態（図１、あるいは図２、図３）を変化させても、ズレの傾向は大きく変化しないことがわかる。
【００４２】
また図９に示すように、従来の桁橋１のようにスタッド６のみを用いた場合には、あるせん断力に対してズレ量が最小であり、高い合成挙動を示していることがわかる。一方、スラブアンカー７を用いた場合にも、スタッド６を用いた場合と同程度の合成挙動を示すこともわかる。
一方、本発明のようにスタッド６にクッション材２２を卷き付けた場合には、主桁２およびコンクリート床版３の合成効果を従来のもの（スタッド６のみの場合）に比較してかなり低減することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スタッドを介した主桁とコンクリート床版との結合にあたり、クッション材をスタッドの根元部のまわりに配置することとしたので、スタッドのズレ剛性を緩和して、主桁およびコンクリート床版の非合成ないし合成の度合いを制御し、望み通りの桁橋とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による桁橋２０のスタッド６部分を示す要部断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による桁橋３０のスタッド６部分を示す平面図である。
【図３】同、要部断面図である。
【図４】図１の桁橋２０の実験用桁橋２０Ａの横断面図である。
【図５】図２および図３の桁橋３０の実験用桁橋３０Ａの横断面図である。
【図６】同、スタッド６（あるいはスラブアンカー７）およびクッション材２２の９通りのタイプＩ〜ＩＸを示す図表である。
【図７】同、クッション材２２としてウレタン材を採用した場合の、主桁２およびコンクリート床版３間のズレに対するせん断力の比のグラフである。
【図８】同、クッション材２２として天然ゴム材を採用した場合の、主桁２およびコンクリート床版３間のズレに対するせん断力の比のグラフである。
【図９】同、クッション材２２としてウレタン材あるいは天然ゴム材を採用した場合の、各種のタイプの主桁２およびコンクリート床版３間のズレに対するせん断力の比のグラフである。
【図１０】一般的な桁橋１の要部斜視図である。
【図１１】同、横断面図である。
【図１２】同、スタッドのズレ剛性に対するスタッドせん断力のグラフである。
【図１３】同、コンクリート床版３の平面図である。
【符号の説明】
１ 桁橋（図１０）
２ 鋼製の主桁
３ コンクリート床版
４ 主桁２のウェブ
５ 主桁２の上下のフランジ部
６ スタッド
７ スラブアンカー
８ スタッド６の軸部
９ スタッド取付け孔
１０ モルタル
１１ スタッド６の頭部
１２ 鉄筋
２０ 桁橋（第１の実施の形態、図１）
２０Ａ 桁橋２０の実験用桁橋（図４）
２１ スタッドの６の根元部
２２ クッション材（天然ゴム材、ウレタン材など）
３０ 桁橋（第２の実施の形態、図２、図３）
３０Ａ 桁橋３０の実験用桁橋（図５）
３１ 発泡スチロール

Claims (4)

1. 鋼製の主桁と、
   この主桁に載置するコンクリート床版と、
   このコンクリート床版および前記主桁を結合するスタッドと、を有する桁橋であって、
   その軸部が前記主桁に固定されている部分からその頭部に向かう所定長さの部分である前記スタッドの根元部のまわりに、前記主桁および前記コンクリート床版の境界面から前記軸部の所定高さまで所定の厚さでクッション材を介在させることを特徴とする桁橋。
2. 前記クッション材の前記高さあるいは前記厚さを選択することにより、前記スタッドの耐力を減少させることなしに前記主桁および前記コンクリート床版の間の合成の度合いを減少させることを特徴とする請求項１記載の桁橋。
3. 前記スタッドのそれぞれに前記クッション材を設けることを特徴とする請求項１記載の桁橋。
4. 前記スタッドの複数本にまとめて前記クッション材を設けることを特徴とする請求項１記載の桁橋。

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