JP3952449B2

JP3952449B2 - 橋梁の上部構造

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Publication number: JP3952449B2
Application number: JP2002017395A
Authority: JP
Inventors: 田中良弘
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP2003213623A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋脚の上に架け渡す主桁と床版からなる橋梁の上部構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の複数の主桁からなるコンクリート橋梁の構造と構築方法は、現場で支保工を組んで、型枠、鉄筋とＰＣシース管の配置、コンクリート打設、脱型、養生、プレストレス緊張のサイクルで構築していた。
また、支保工を組めないような峡谷での施工においては、カンチレバー工法などの別の方法による必要があった。
さらに、プレキャストのＰＣ桁を用いた方法では、ジョイント方法として鉄筋を部材からあらかじめ突出しておいて、現場でジョイント鉄筋をラップして接合する方法が採用されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
前記した従来の多主桁のコンクリート橋の構造又は架設方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞現場で型枠を組んでコンクリートを打設する場合には、施工手順が多い、所定の強度が発現するまでの待ち時間を要する等の理由から、一般的に施工期間が長くなる。
＜ロ＞カンチレバー工法で施工する場合には、架設のためのＰＣ鋼材を余分に必要としたり、ワーゲントラベラーなどの特殊な装置を必要とするためにコストが高くなったり、施工期間が長くなったりするなどの問題点があった。
＜ハ＞プレキャストのＰＣ桁を用いた方法では、接合部の構造が複雑になるためにプレキャスト部材を製作するのに手間がかかったり、ジョイント作業に時間を要したりしていた。
＜ニ＞通常のコンクリートを使用した場合、コンクリートの引張強度、曲げ強度等が小さい。そこで、形状的に剛性を大きくするために桁の断面形を中空四角形断面にすることが多い。この結果、橋梁の上部構造の軽量化、施工性の向上等に限界があった。また、上部構造の重量が大きいと、橋脚なども上部構造を支持し得るように大規模な構造とする必要があるため、全体として工事費が嵩む。
【０００４】
【本発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、構造が簡単で、容易に構築できる橋梁の上部構造を提供することを目的とする。特に、接合部の構造が単純な橋梁の上部構造を提供することを目的とする。
また、橋梁全体を軽量化できる橋梁の上部構造を提供することを目的とする。
さらに、径間の長い主桁を使用できる橋梁の上部構造を提供することを目的とする。
本発明はこれらの目的の少なくとも一つを達成するためになされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の橋梁の上部構造は、Ｉ型又はＴ型断面のプレキャスト主桁と、間隔を置いて並列した前記プレキャスト主桁のフランジ間に配置するパネルと、前記プレキャスト主桁と前記パネルを接合する接合材と、からなり、前記プレキャスト主桁と前記パネルと前記接合材に繊維補強セメント系混合材料を使用し、前記プレキャスト主桁と前記パネルの対向する端面が突起物のない平面で構成してなる、橋梁の上部構造において、前記プレキャスト主桁の上フランジの側部に複数の凹部を設け、前記上フランジの凹部と対向する前記パネルの側部にも凹部を設け、前記対向する凹部間に伝達材を配置したことを特徴とする構造である。ここで、「突起物のない平面で構成される」とは、接合用の鉄筋等が端面から突出していないことをいい、端面に切り欠きがある場合でも平面で構成されていればこれに該当する。また、橋梁の上部構造における床版は、パネルなどのプレキャスト部材だけで構築しても、その上にセメント系混合材料を打設して構築してもどちらでも良い。また、パネルは上フランジ間のみならず、下フランジ間にも設置することができる。この場合には、ボックス断面の桁を短時間に容易に施工することができる。
【０００６】
上記した橋梁の上部構造において、凹部の形状を開口部側が狭くなるテーパー状に形成するのが好ましい。また、上記した橋梁の上部構造において、前記プレキャスト主桁の上フランジは、上面に上方に突出するせん断部材を備えるとともに、前記上フランジ及び前記パネルの上面にセメント系混合材料を打設することもできる。
【０００７】
【本発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
＜イ＞繊維補強セメント系混合材料
本発明では、プレキャスト主桁１、パネル２及び接合材５に繊維補強セメント系混合材料を使用する。
繊維補強セメント系混合材料としては、例えば、セメント、ポゾラン質微粉末と珪石の粉末、シリカフューム、粒径３ｍｍ以下の珪砂、高性能減水剤に水を単位水量（出来上がりコンクリート容積１ｍ³当たり）として１８０ｋｇ程度（水／セメントの比率が２０〜２２％程度）を加えた高強度セメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで、長さが８〜１５ｍｍ、引張り降伏応力度が２６００〜２８００Ｎ／ｍｍ^２の超高強度鋼繊維を容積で２％程度混入して得られる圧縮強度２００〜２２０ＭＰａ、曲げ強度４０〜４５ＭＰａ、付着強度１５〜９０ＭＰａ、透気係数２．５×１０^- ^１８ｍ^２、吸水率０．０５ｋｇ／ｍ³、塩分拡散係数０．０２×１０^- ^１２ｍ^２／ｓｅｃ、弾性係数５５ＧＰａの特性を持つ繊維補強セメント系混合材料が使用できる。
【０００９】
＜ロ＞プレキャスト主桁
プレキャスト主桁１は、長手方向と直交する横断面がＩ型又はＴ型の繊維補強セメント系混合材料からなる部材である。
Ｉ型断面は桁の曲げ耐力を低下させずに、桁の重量を軽量化できる理想的な断面形状である。Ｉ型断面は、鋼材では従来からよく使用されているが、コンクリート桁には使用されていなかった。
プレキャスト主桁１には、ポストテンションの場合は必要に応じて長手方向にＰＣケーブル７などの緊張材を挿通するためのシースパイプを設置しておく。また、プレテンション桁の場合には、予めストレスを与えた緊張材に繊維補強セメント系混合材料を打設する。プレキャスト主桁１をプレストレスト構造とすることで、材料の圧縮強度を活かして軽量化することができる。
【００１０】
プレキャスト主桁１の上フランジ１１の上面に、コンクリートや繊維補強セメント系混合材料等のセメント系混合材料を打設する場合は、上方に突出するせん断部材４を取り付ける。
せん断部材４には、Ｕ字形の鋼棒からなるせん断部材４ａ（図１参照）、山形鋼を短く切断したせん断部材４ｂ（図４（Ａ）参照）、スタッドボルト状のせん断部材４ｃ（図４（Ｂ）参照）等が使用できる。
これらのせん断部材４を長手方向に間隔を置いて複数取り付ける。せん断部材４の一部又は下半部をプレキャスト主桁１に埋め込むことで、後から打設するセメント系混合材料とプレキャスト主桁１を一体化することができる。
【００１１】
＜ハ＞パネル
パネル２は、所定の間隔を開けて並列したプレキャスト主桁１の上フランジ１１間又は下フランジ１２間に設置する板材である。
パネル２もプレキャスト主桁１と同様に繊維補強セメント系混合材料で製造するため、薄型かつ軽量に仕上げることができる。
パネル２は、床版等を構築するためのセメント系混合材料を打設するときの型枠としての役割を果たす。パネル２は、セメント系混合材料を打設した後は床版等の一部となる。
パネル２の上面にセメント系混合材料を打設する場合は、付着強度を高めるために、上面を凹凸形状又は粗目に仕上げるのが好ましい。上面を凹凸形状に仕上げるためには、例えばセメント系混合材料が硬化する前に表面が凹凸形状の型枠シート８１を押し付ける方法等が適用できる。
また、パネル２を上フランジ１１間のみならず、下フランジ１２間にも設置する場合には、ボックス断面の桁を短時間に容易に施工することができる（図６参照）。
【００１２】
＜ニ＞凹部
プレキャスト主桁１及びパネル２の側部には、必要に応じて凹部３を設ける。
凹部３は、プレキャスト主桁１とパネル２の接合部を補強するための伝達材６を配置するための部位である。このため、プレキャスト主桁１の凹部３ａと、パネル２の凹部３ｂは、設置したときに対向する位置に設ける。
凹部３は、側面が窪むように設ける。本発明においては、接合部にあたるプレキャスト部材の端面には鉄筋等の突起物が配置されていない。このため、凹部３の形状を小さくしても容易に製作できる。この凹部３は３つの平面で構成される。
凹部３がフランジ１１，１２とパネル２の間の引張り力を伝達する接合部となるため、凹部３をたくさん設けることで引張り力を分散することができる。この結果、クラックの発生を抑制することができる。
【００１３】
また、凹部３は開口部側が狭くなるテーパー状に形成するのが好ましい（図３参照）。凹部３をテーパー状に形成することによって、接合部に引張り力が作用しても凹部３の接合材５がテーパーによって抵抗することにより、接合部の力学的な伝達メカニズムを向上させることができる。また、凹部３に充填された接合材５が脱落することがない。
【００１４】
＜ホ＞接合材
接合材５は、プレキャスト主桁１とパネル２を接合するための材料である。
プレキャスト主桁１とパネル２は、所定の間隔を開けて配置する。このため、両者を接続するために、両者の隙間に接合材５を充填する。
接合材５にも繊維補強セメント系混合材料を使用するため、接合するプレキャスト部材に接合端面から突出する補強鉄筋などを配置する必要がない。
また、繊維補強セメント系混合材料は、異径鉄筋との付着強度として５０〜９０ＭＰａを期待できるため、伝達材６として異径鉄筋を使用する場合には、鉄筋径の２〜３倍の付着長を取るだけで充分な付着力を確保できる。
【００１５】
以下図面を参照しながら橋梁の上部構造の構築方法について説明する。
【００１６】
＜イ＞プレキャスト部材の配置
橋脚上において、複数のプレキャスト主桁１を、所定の間隔を開けて並行に据え付ける。必要に応じてプレキャスト主桁１間には、プレキャスト主桁１と略直角に交わる横桁を配置する。
プレキャスト主桁１の上フランジ１１間には、上フランジ１１の端面に接しないように隙間を開けてパネル２を設置する。パネル２の側部に凹部３ｂがある場合は、上フランジ１１の側部の凹部３ａに向き合うように配置する。
上フランジ１１とパネル２の隙間には、接合材５を充填するための下枠となる接合部型枠５１を設置する。例えば、パネル２の設置は、上フランジ１１に取り付けた接合部型枠５１に取り付けることで行うことができる。このような取り付け方法にすれば、パネル２及び接合部型枠５１の支保工を省略できる。
また、本発明で使用するプレキャスト主桁１やパネル２は、軽量であるために架設に際して揚重機械の能力を低減することができる。
さらに、自重低減により断面力が小さくなるため、径間の長いプレキャスト主桁１を使用することができる。その上、自重の大小によりほぼ決定される橋梁基礎の規模を大幅に縮小することが可能となり、橋梁建設のトータルコストを削減できる。
【００１７】
＜ロ＞接合部の構築（図２参照）
上フランジ１１の凹部３ａと、パネル２の凹部３ｂの間に、鉄筋等の伝達材６を配置する。伝達材６は、スペーサーなどを利用して所定の位置に配置する。
上フランジと１１とパネル２の隙間には接合材５を充填する。
【００１８】
＜ハ＞床版の構築
プレキャスト主桁１及びパネル２を配置し、接合材５を充填すると、パネル２を橋梁の上部構造の床版として使用することも、その上にスラブを増設することもできる。
スラブを増設する場合は、上フランジ１１及びパネル２上に配筋やＰＣケーブル７の配置をおこなう。
そして、コンクリートや繊維補強セメント系混合材料などのセメント系混合材料を打設してスラブを構築する。ＰＣケーブル７を配置した場合は、養生後、プレストレスを導入する。ＰＣケーブル７は、スラブの長手方向だけでなく、横断方向に配置することもできる。
セメント系混合材料を打設する段階で、パネル２には曲げモーメントの断面力が作用し、その断面力の最大値はパネル２の中央部に発生する。また、接合部においては、曲げモーメントが反転する位置に近いために、大きな曲げモーメントが作用しない。
また、パネル２は繊維補強セメント系混合材料からなるために、引張り力に対して抵抗でき、曲げモーメントに対して最外縁に鉄筋を配置した場合と同じ効果が得られる。
【００１９】
また、従来のコンクリート橋梁では、塩害などの経年劣化に対して被りコンクリートが剥落するなどの心配があるが、本発明の橋梁の上部構造では繊維補強セメント系混合材料からなるパネル２が床版の下面を構成するために、被りコンクリートが剥落する現象は発生せず、第三者障害のリスクを回避することができる。
特に、繊維補強セメント系混合材料は、従来のコンクリートに比べて疲労に対する強度が１．５倍程度高いことが実験的に確かめられている。そのために、パネル２は、橋梁の上部構造の疲労強度の向上に寄与する
【００２０】
【本発明の効果】
本発明の橋梁の上部構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞接合部の構造が簡単であるため、容易に構築することができる。特に、プレキャスト製品を多用するため、鉄筋の配筋、コンクリートの打設などの作業が大幅に削減でき、工期の短縮化を図ることができる。
＜ロ＞繊維補強セメント系混合材料でプレキャスト主桁及びパネルを製作するため、橋梁の上部構造の自重を大幅に軽量化できる。更に、上部構造の大幅な軽量化によって橋脚などの下部構造を小さくできる。この結果、全体としての工事費を大幅に削減できる。
＜ハ＞自重低減により断面力が小さくなるため、径間の長いプレキャスト主桁を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の橋梁の上部構造の実施例の説明図。
【図２】接合部を構築する実施例の説明図。
【図３】引張り力の伝達メカニズムを説明した説明図。
【図４】せん断部材の実施例の斜視図。
【図５】パネルを製造する実施例の説明図。
【図６】パネルを上下に配置した場合の実施例の断面図。
【符号の説明】
１・・・プレキャスト主桁
１１・・上フランジ
２・・・パネル
３ａ・・凹部
３ｂ・・凹部
４・・・せん断部材
５・・・接合材
６・・・伝達材

Claims

Ｉ型又はＴ型断面のプレキャスト主桁と、間隔を置いて並列した前記プレキャスト主桁のフランジ間に配置するパネルと、前記プレキャスト主桁と前記パネルを接合する接合材と、からなり、前記プレキャスト主桁と前記パネルと前記接合材に繊維補強セメント系混合材料を使用し、前記プレキャスト主桁と前記パネルの対向する端面が突起物のない平面で構成してなる、橋梁の上部構造において、
前記プレキャスト主桁の上フランジの側部に複数の凹部を設け、前記上フランジの凹部と対向する前記パネルの側部にも凹部を設け、前記対向する凹部間に伝達材を配置したことを特徴とする、
橋梁の上部構造。
請求項１に記載の橋梁の上部構造において、凹部の形状を開口部側が狭くなるテーパー状に形成したことを特徴とする、橋梁の上部構造。
請求項１又は２に記載の橋梁の上部構造において、前記プレキャスト主桁の上フランジは、上面に上方に突出するせん断部材を備えるとともに、前記上フランジ及び前記パネルの上面にセメント系混合材料を打設したことを特徴とする、橋梁の上部構造。