JP3950747B2 - 橋桁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、道路橋、鉄道橋等の橋桁に係り、特に、コンクリートからなる上床版と、波形に曲げ加工した構造用鋼板からなるウェブとを有する橋桁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、橋桁をコンクリート、特にプレストレストコンクリートで形成することが一般に行なわれている。そして、支間の長いコンクリート橋では桁の断面形状は、通常箱形となり、上床版と下床版とこれらを連結するウェブとで構成される。このようなコンクリートで構築された橋桁では、桁自重の１０〜３０％程度をウエブが占めており、鋼からなる橋桁に比べて桁自重がかなり大きくなる。このため、コンクリートのウェブを鋼ウェブに置き換えることによって桁自重を軽減することが提案されており、特開平７−１８９４２５号公報には、図８に示すようにウェブを上下方向の折り曲げ線で波形に折り曲げた鋼ウェブを用いる橋桁が開示されている。
【０００３】
この橋桁は、コンクリートからなる上床版２１及び下床版２２と、鋼板材を波形に曲折した鋼ウェブ２３とで主要部が構成されており、二つの鋼ウェブ２３によって上床版２１と下床版２２とを連結し、断面が箱状となっている。上床版２１には橋桁の軸線方向及び軸線と直角の方向にプレストレスが導入され、上床版上の荷重を支持し得るものとなっている。また、下床版２２にも橋桁の軸線方向に適宜プレストレスが導入される。
【０００４】
一方、鋼ウェブ２３の上縁および下縁は、それぞれ鋼からなるフランジに溶接されており、上フランジ２４の上面及び下フランジ２５の下面にはずれ止めのための凸状片（図示しない）が多数立設されている。そして、上床版２１及び下床版２２のコンクリートは、この凸状片を埋め込み、フランジ２４，２５と密接するように打設して鋼ウェブ２３と上下のコンクリート床版とを一体に接合している。
【０００５】
このような波形となった鋼ウェブを有する橋桁では、桁重量を低減して橋の基礎・下部構造への負担を軽減することができるとともに、上床版２１及び下床版２２に導入するプレストレスの効率が向上するという利点がある。また、鋼ウェブ２３が高い剪断座屈耐力を有し、補強材を省略して工費を低減させる効果をも有する。このほか、ウェブの鉄筋組立、コンクリート打設等の作業がなくなり、施工の省力化と工期の短縮を図ることも可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような橋桁には、なお次のような課題が残されている。
上記橋桁では、ウェブの重量が軽減されたが、なお下床版が大きな重量を有しており、さらなる軽量化が求められている。
【０００７】
また、下床版をコンクリートで形成しているため、この橋桁を高減衰ゴムからなる沓で支持しようとするときに、コンクリートの下面には多少の凹凸があり、高減衰ゴムを直接に下床版に当接することができない。このため、高減衰ゴムの上側に鋼プレートを介挿し、この鋼プレートを下床版のコンクリートに固着している。このため、沓の構造を簡略化することが難しく、コスト低減の妨げとなる。
【０００８】
さらに、コンクリートからなる上床版及び下床版には、多くのＰＣ鋼材が配置され、ＰＣ鋼材の費用及び緊張定着の作業にも多くのコストが必要となる。
なお、ＰＣ鋼材をコンクリート部材外に配置することも行われているが、コスト低減の妨げになることは同じである。
【０００９】
一方、鋼ウェブは、上縁及び下縁がフランジに溶接されており、溶接長が長く、溶接のための費用も大きくなっている。また、上フランジの上面及び下フランジの下面に凸状片を溶接で取り付けており、工数が多くなって費用もかさむことになる。
【００１０】
本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、重量の軽減、プレストレス量の低減又は溶接長の低減等により、橋桁の製作コストを低減することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、 上下方向に設定された複数の折り曲げ線によって鋼板材を折り曲げて形成され、断面が波形となった複数の鋼ウェブと、 該鋼ウェブの下縁に接合された鋼フランジと、 前記鋼ウェブの上縁付近を埋め込むように形成されたコンクリートの上床版とを有する橋桁であって、 前記上床版のコンクリート中に、該橋桁の軸線方向に長辺を有する帯状の鋼板材が埋め込まれ、 該鋼板材は前記鋼ウェブと離隔し、該鋼ウェブの前記コンクリート中に埋め込まれた部分の側面と所定間隔をおいて対向するように配置されており、 前記鋼ウェブの上縁付近及び前記鋼板材には、該橋桁の軸線方向に所定間隔で小孔が設けられ、前記上床版のコンクリート中に配置されて該上床版を補強する鉄筋が前記小孔に挿通されている橋桁を提供する。
【００１２】
この橋桁では、ウェブを鋼部材とするだけではなく、鋼フランジによって曲げモーメントによる下縁の応力に抵抗するものとし、コンクリートの下床版を用いていないので橋桁の重量が大幅に低減される。そして、鋼ウェブの上縁はフランジに溶接するのではなく、上床版のコンクリート中に埋め込んで一体とするので、溶接長が低減される。また、コンクリート中に埋め込んだ鋼ウェブの上縁付近に小孔が設けられ、コンクリート中に配置される鉄筋が挿通されているので、鋼ウェブにずれ止めのための凸状片を溶接で取り付けたり、スタッドジベルを植設しなくても、コンクリートと強固に一体化され、上床版とウェブとの間での応力の伝達も円滑に行われる。
【００１３】
一方、上床版のコンクリート内には、プレストレスを導入するか否かにかかわらず橋桁の軸線方向及び軸線と直角方向に多数の鉄筋を配置する必要がある。これらの鉄筋を鋼ウェブの上縁付近に設けられた小孔に挿通し、コンクリート内に埋め込むことにより、上床版に配置された鉄筋を有効に利用して鋼ウェブと上床版のコンクリートとが強固に一体化され、コストの低減が可能となる。
【００１４】
また、一般に橋脚上の断面では橋桁に絶対値の大きな負の曲げモーメントが作用し、上床版に大きな引張力が働く。この引張力は鋼ウェブから上床版に伝達されたものであり、橋脚上の断面でピーク値となるが、鋼ウェブからコンクリートを介して対向する鋼板材に力が伝達され、鋼板材が鉄筋とともに引張力を負担することになる。したがって、鋼ウェブに溶接されたフランジがなくても大きな曲げモーメントに抵抗することができる。また、プレストレスが少ない場合又は全く導入されていない場合にも過大なひびわれを生じることなく大きな負の曲げモーメントに抵抗することが可能となる。
【００１５】
さらに、所定の間隔で配置された鋼ウェブ及び鋼板材の双方に鉄筋が貫通し、挿通された小孔はコンクリートで充填されているので鋼ウェブから鋼板材に鉄筋を介して力が伝達される。また、鋼ウェブと鋼板材との間に充填されているコンクリートを介しても力が伝達されるが、鉄筋がこれらの鋼部材の間隔を保持し、対向する鋼ウェブと鋼板材との間もしくは鋼板材間のコンクリートを有効に補強することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の橋桁において、 前記鋼板材は、前記鋼ウェブの両側にそれぞれ複数枚が相互間に間隔をおいて配置されているものとする。
【００１７】
この橋桁では、鋼板材が鋼ウェブの両側に配置されているので、鋼ウェブから上床版に伝達される力は、橋桁の幅方向にバランスよく伝達され、局部的なひびわれの発生を防止することができる。また、鋼板材の枚数を橋桁の軸方向の位置によって増減することができ、軸方向に変化する負の曲げモーメントの値に対応して配置する枚数を決定することができる。したがって、経済的な設計が可能となる。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の橋桁において、 前記鋼ウェブと前記鋼板材との間又は複数の鋼板材間の離隔距離は、前記上床版を形成するコンクリートの粗骨材の最大寸法より大きく設定されているものとする。
【００１９】
鋼ウェブと鋼板材との間又は複数が配置された鋼板材間には、モルタル又はセメントペーストが充填されていればこれらの鋼板材が鋼ウェブと一体となって機能するが、上床版コンクリートの粗骨材がこれらの鋼部材間にも入り込む間隔が保持されていることにより、上床版コンクリートが不均質になるのが防止され、コンクリートの充分な強度と高い信頼性が得られる。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の橋桁において、 前記上床版は、コンクリート中に補強用の繊維を混入した繊維補強コンクリートで形成されているものとする。
【００２１】
上記繊維補強コンクリートは、大きな引張耐力を有しており、コンクリートの床版の全断面で引張応力に抵抗することができる。したがって、橋脚上の断面のように橋桁に負の曲げモーメントが生じて上縁付近に引張応力が生じる部分について、プレストレス量を低減した場合、又はプレストレスを全く導入しない場合にもひびわれの発生又はひびわれの拡大を抑止することができる。
【００２２】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の橋桁において、 橋台又は橋脚上に設置され、前記鋼フランジの下面に直接に密着する高減衰ゴム沓によって支持されているものとする。
【００２３】
この橋桁では、鋼フランジの下面は平坦に仕上げることができ、沓の高減衰ゴムを直接に当接して橋桁を支持することができる。このため高減衰ゴムを精度よく密着させるための鋼プレートを橋桁と高減衰ゴムとの間に介挿する必要が無くなり、沓の製作コストを低減することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願発明の一実施形態である橋桁の側面図及び断面図である。また、図２は同じ橋桁の斜視図である。
この橋桁１は、図１（ａ）に示すように橋脚２及び橋台（図示しない）に支持され、複数の径間に連続して架け渡されており、コンクリートからなる上床版３と、鋼板材を折り曲げて断面が波形となった２つの鋼ウェブ４と、鋼ウェブの下縁に溶接で接合された鋼フランジ５とで主要部が形成されている。
【００２５】
上記上床版３は、現場でコンクリートを打設して形成されたものであり、橋桁１の軸線方向及び軸線と直角方向に鉄筋が配置され、鉄筋コンクリートとして荷重を支持するものとなっている。また、プレストレスは必要に応じて導入することも可能であるが、コンクリートに発生する引張応力が過大とならないように抑制する程度に導入されるものである。
【００２６】
上記鋼ウェブ４は、構造用鋼を鉛直方向の折り曲げ線によって折り曲げ、平断面の形状が波形となるように加工したものである。この鋼ウェブ４は橋桁１の軸線方向に連続し、左右２列の上縁部がコンクリートの上床版３中に埋め込まれ、一体となって橋桁１の断面力に抵抗するものとなっている。
【００２７】
この鋼ウェブ４の上縁付近は、上床版３のコンクリート中に埋め込まれており、埋め込まれた部分には、図３に示すように所定の間隔で小孔１０が設けられている。そして、上床版３内で橋桁１の軸線と直角方向に配置された鉄筋９がこれらの小孔１０を貫通している。これらの鉄筋９及び鋼ウェブ４の上縁付近は、コンクリート中に埋め込まれることによって固着され、相対変化が生じないように一体化されている。
【００２８】
また、橋桁１に絶対値が大きな負の曲げモーメントが作用する範囲では、上床版３に引張応力が作用し、上床版３のコンクリート内に配置された鉄筋のみではコンクリートにひびわれが発生するおそれが生じる場合もある。このような範囲には、図４及び図５に示すように、上床版３内で鋼ウェブ４の上縁部と所定間隔をおいて対向する位置に鋼板材１１が埋め込まれている。
【００２９】
上記鋼板材１１は、橋桁の軸線方向に長い帯状の部材であり、軸線方向に所定の間隔で小孔１１ａが設けられている。そして、鋼ウェブ４の小孔１０に挿通された鉄筋９が連続して上記鋼板材１１の小孔１１ａにも挿通される。このように配置された鋼板材１１と鉄筋９とは上床版３のコンクリート内に埋め込まれることによって一体となり、橋桁１の軸線方向に配置された鉄筋１２とともに引張力を負担し、上床版コンクリートのひびわれを防止する。
【００３０】
上記鋼板材１１は、負の曲げモーメントの絶対値に応じて断面積を変化させることもできるし、図６に示すように、複数枚を所定間隔で平行に配置することもできる。そして、それぞれに鉄筋９が挿通される。
なお、上記鋼板材１１は鋼ウェブ４の上縁部と対向するように配置し、鉄筋が挿通されないものでも良いが、コンクリートとの一体性を高めるため、及びコンクリートを補強し円滑に力を伝達するためには、鋼ウェブ４の小孔に挿通された鉄筋９を鋼板材１１に設けた小孔１１ａに挿通するのが望ましい。
【００３１】
一方、鋼ウェブ４の下縁には、鋼フランジ５が溶接によって接合されている。この鋼フランジ５は、橋桁の軸線方向に板厚及び板幅を適宜に変化させることができる。
【００３２】
上記橋桁１は、橋脚２及び橋台（図示しない）上で高減衰ゴム沓６によって支持されており、図７に示すように橋脚２又は橋台上に固着された鋼プレート８上に高減衰ゴム７が接着され、高減衰ゴム７の上に鋼フランジ５が直接に載置される。
【００３３】
このような橋桁では、橋桁１上に作用する荷重及び桁自重によって曲げモーメントが生じ、支間中央付近では正の曲げモーメントとなり、下縁付近で引張応力度、上縁付近で圧縮応力度が発生する。一方、橋脚２付近では負の曲げモーメントとなり、下縁付近で圧縮応力度、上縁付近で引張応力度が発生する。
正の曲げモーメントに対しては、鋼フランジ５に引張応力度が作用し、コンクリートからなる上床版３に圧縮応力度が作用する。一方、負の曲げモーメントに対しては、鋼フランジ５に圧縮応力度が発生し上床版３に大きな引張応力度が発生する。この引張応力度に対しては、橋桁１の軸線方向に配置された鉄筋が抵抗するとともに、鋼ウェブ４と対向するするように配置された鋼板材１１が引張応力度に抵抗し、ひびわれの発生又はひびわれ幅の拡大が抑制される。また、プレストレスを付加的に導入することによって有効にひびわれ幅を抑制することもできる。
【００３４】
なお、橋桁１の軸線方向のプレストレスは、上床版３のコンクリート内に配置した緊張材によって導入してもよいし、上床版３のコンクリートの外側、つまり上床版３の下側に配置した緊張材を緊張することによって導入してもよい。
【００３５】
また、上床版のコンクリートは、未硬化のコンクリート中に長さが２ｃｍ〜５ｃｍ程度の鋼繊維を混練したものを現場で打設して形成されたものであってもよい。これによってコンクリートの引張強度は増大し、ひびわれの発生を抑制することができる。また、ひびわれが発生した場合には、ひびわれの拡大が抑制される。上記鋼繊維は、これに代えてガラス繊維、炭素繊維又は合成繊維等を用いることもできる。
【００３６】
一方、上記橋桁の橋脚２付近では、橋桁１に大きなせん断力が発生し、上床版３と鋼ウェブ４との間に、軸線方向にずれようとする力が作用する。しかし、上床版３のコンクリート内に配置された多数の鉄筋９が鋼ウェブ４を貫通しており、鋼ウェブ４から上記鉄筋９を介して力が伝達され、局部的に応力が集中することも回避される。
【００３７】
また、この橋桁１は鋼フランジ５が高減衰ゴム７によって直接に支持されているが、鋼フランジ５の下面は平坦となっており、安定して支持される。そして、地震時には、橋脚２からの地震動が高減衰ゴム７に吸収され、橋桁１に伝達される振動は大幅に低減される。また、高減衰ゴム７が振動エネルギーを吸収することにより、橋桁の振動が増幅されることもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明に係る橋桁では、ウェブが波形の断面を有する鋼板で形成されるとともに、下縁付近の応力を鋼フランジで負担させるものとなっているので、橋桁の重量は大幅に低減され、下部工の構築費用等が低減される。また、鋼ウェブの上縁付近は上床版のコンクリートに埋め込んで接合するため、鋼からなる上フランジが不要となり、溶接作業等を減らして橋桁の制作費を削減することができる。
さらに、橋桁に大きい負方向の曲げモーメントが作用する部分では、上床版コンクリート内で鋼ウェブと対向するように配置された鋼板材が引張力を負担し、上フランジがなくても、絶対値の大きい負の曲げモーメントに対してもコンクリートのひびわれを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明の一実施形態である橋桁の側面図及び断面図である。
【図２】 図１に示す橋桁の斜視図である。
【図３】 図１及び図２に示す橋桁の鋼ウェブの上縁付近における鉄筋との係合を示す概略斜視図である。
【図４】 上床版コンクリートに埋め込まれる鋼板材の配置状態を示す概略斜視図である。
【図５】 鋼ウェブと上床版コンクリートとの接合部を示す概略断面図である。
【図６】 鋼板材を鋼ウェブの両側にそれぞれ複数枚を配置した状態を示す概略斜視図である。
【図７】 図１及び図２に示す橋桁を支持する沓の概略図である。
【図８】 従来から知られている橋桁の概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 橋桁
２ 橋脚
３ 上床版
４ 鋼ウェブ
５ 鋼フランジ
６ 高減衰ゴム沓
７ 高減衰ゴム
８ 鋼プレート
９ 鉄筋
１０ 小孔
１１ 鋼板材
１２ 橋桁の軸線方向の鉄筋

Claims (5)

1. 上下方向に設定された複数の折り曲げ線によって鋼板材を折り曲げて形成され、断面が波形となった複数の鋼ウェブと、
   該鋼ウェブの下縁に接合された鋼フランジと、
   前記鋼ウェブの上縁付近を埋め込むように形成されたコンクリートの上床版とを有する橋桁であって、
   前記上床版のコンクリート中に、該橋桁の軸線方向に長辺を有する帯状の鋼板材が埋め込まれ、
   該鋼板材は前記鋼ウェブと離隔し、該鋼ウェブの前記コンクリート中に埋め込まれた部分の側面と所定間隔をおいて対向するように配置されており、
   前記鋼ウェブの上縁付近及び前記鋼板材には、該橋桁の軸線方向に所定間隔で小孔が設けられ、前記上床版のコンクリート中に配置されて該上床版を補強する鉄筋が前記小孔に挿通されていることを特徴とする橋桁。
2. 前記鋼板材は、前記鋼ウェブの両側にそれぞれ複数枚が相互間に間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の橋桁。
3. 前記鋼ウェブと前記鋼板材との間又は複数の鋼板材間の離隔距離は、前記上床版を形成するコンクリートの粗骨材の最大寸法より大きく設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の橋桁。
4. 前記上床版は、コンクリート中に補強用の繊維を混入した繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の橋桁。
5. 橋台又は橋脚上に設置され、前記鋼フランジの下面に直接に密着する高減衰ゴム沓によって支持されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の橋桁。

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