JP3999114B2 - 橋梁の主桁の切欠きコーナー部の補強方法及び補強構造 - Google Patents

橋梁の主桁の切欠きコーナー部の補強方法及び補強構造 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば橋梁の鋼製主桁をはじめとする建設構造物の鋼製構造材を補強する構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
道路橋では、活荷重(車両荷重)が床版に直接負荷される鋼床版を除いて疲労設計を実施しないこととなっていた(改定前・道路橋示方書)。しかし、主桁及び主桁と横桁等の取り付け部や隅角部等での疲労亀裂の発生が報告されたり、交通量が増大したりしたこと等を受け、現行の示方書では、疲労を考慮することになっている。
【0003】
ところで、高架橋では、図3(a)に示すように、橋脚2の位置や建築限界などの制約条件から、主桁1の端部に切欠き1aを設ける場合がある。また、図3(b)に示すように、ゲルバー構造の橋梁では、各桁1の端部を切欠いて架違い部を構成する場合が多い。図示は省略するが、上路アーチ端の中央径間の補剛桁と側径間の主桁との連結部においても、切欠きを有する架違い構造が採用された事例もある。かかる切欠きのコーナー部1bでは、疲労亀裂Aの事例が多く報告されている。このような亀裂損傷は、橋梁の主要部位に発生し、耐荷性能に大きな影響を及ぼすため、なるべく軽微な段階で発見し、適切な補修・補強を行う必要がある。
【0004】
以下に、切欠き部の補修・補強の一般例を説明する。
(1)緊急的補修・補強対策
亀裂損傷が腹板に大きく進展し、脆性的な破壊に移行するおそれがある場合には、早急に交通規制を行なう。そして、図4に示すように、亀裂部位に添接板3を設け、脆性破壊を防ぐ。更に、落橋に伴う重大な事故を未然に防ぐために、桁1を仮支持するためのベントの設置も検討する必要がある。
(2)亀裂が軽微な段階での補修・補強対策
亀裂損傷が比較的軽微な場合は、ガウジングにより亀裂を除去し、フランジと腹板の隅肉溶接を完全溶込み溶接にする。また、溶接止端部の仕上げを行なう。このような補修により、疲労強度を高めることができる。
さらに、上記に加えて、局部応力の発生を低減するために、(1)と同様の添接板による補強を実施する場合が多い。
【0005】
ここで、図4の添接板3を用いた補強工法について更に説明しておく。桁1の腹板1wには、亀裂Aを覆うようにして添接板3を配置し、高力ボルト4で固定する。添接板3には、垂直方向の補強リブ3a及び水平方向の補強リブ3bが設けられている。水平補強リブ3bは、割込みフランジに相当する。これによって、力の流れを円滑化でき、応力集中を低減できる。また、フランジ及び腹板の断面増加を図り、発生応力を低減できる。
なお、このような補修・補強に際して準備期間が必要な場合には、応急対策として、亀裂の先端にストップホールを設け、これに高力ボルトを通して締め付けておく。
【0006】
上記の添接板による補強工法では、現場で多数のボルト孔を開穿しなければならず、煩雑である。特に、桁端部は作業スペースが狭隘であるため、施工性・作業性が悪い。添接板には水平・垂直の補強リブを工場で予め溶接しておく必要がある。また、剛性を十分に確保するには、上下フランジと隣り合う垂直補剛材とで画成されたパネルのほぼ全域に添接板を配置しなければならない。更に、腹板やフランジには、亀裂だけでなく、座屈により大きな変形が残留している場合も考えられ、高力ボルトの締付け管理が容易でない。また、景観上も好ましいとは言い難い。
【0007】
一方、出願人は、橋梁の主桁等の補強手段として、例えば隣り合う垂直補剛材と上下フランジとで画成されたパネルに鉄筋コンクリートを打設、充填することを提案した(特許文献1参照)。この充填コンクリートの垂直鉄筋は、腹板から離して上下に延びるように配筋されるとともに両端部がフランジに突き当てられ、溶接にて連結されている。この垂直鉄筋に水平鉄筋が番線にて連結されている。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−266503
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上掲文献の補強手段では、添接板による場合よりも十分な補強効果を得ることができるが、垂直鉄筋の両端をフランジに溶接する必要があり、配筋作業が容易でなかった。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明に係る補強方法は、建設構造物の鋼製構造材の腹板に沿って補強対象領域を設定し、この補強対象領域の腹板に連結突起を突設し、この連結突起に鉄筋を連結することにより鉄筋を上記腹板から離して配筋し、上記連結突起及び鉄筋を埋めるようにコンクリートを打設することにより、上記補強対象領域の腹板を鉄筋コンクリートで覆うことを特徴とする。この補強方法によれば、連結突起を例えばスタッド溶植等によって腹板に簡単に取り付けることができる。この連結突起を用いることによって、鉄筋については溶接等する必要なく容易に配筋することができ、施工性を大きく向上できる。そして、コンクリートの変形拘束効果によって、補強対象領域の剛性・強度・耐久性を高めることができるとともに、発生応力を低減でき、対象領域を確実に補強することができる。更には、連結突起によってコンクリートを腹板に確実に定着でき、腹板からの剥落を確実に防止でき、ひいては対象領域の補強効果を長期間にわたって確実に維持することができる。
【0011】
ここで、上記連結突起によって型枠を上記補強対象領域の腹板と離間対向するようにして支持し、この型枠と腹板との間に上記コンクリートを打設することが望ましい。これによって、コンクリートの表面を形成するための型枠をも連結突起を用いて容易に設置でき、施工性を一層高めることができる。
【0012】
本発明に係る補強構造は、建設構造物の鋼製構造材に設定された補強対象領域を補強した構造であって、上記補強対象領域の腹板が鉄筋コンクリートで覆われるとともに、このコンクリートに埋まるようにして上記腹板に連結突起が突設され、上記鉄筋コンクリートの鉄筋が、上記連結突起に連結されることにより上記腹板から離れて配筋されていることを特徴とする。この補強構造によれば、連結突起を例えばスタッド溶植等によって腹板に簡単に取り付けることができる。この連結突起を用いることによって、鉄筋については溶接等する必要なく容易に配筋することができ、施工性を大きく向上できる。そして、コンクリートの変形拘束効果によって、補強対象領域の剛性・強度・耐久性を高めることができるとともに、発生応力を低減でき、対象領域を確実に補強することができる。更には、連結突起によってコンクリートを腹板に確実に定着でき、腹板からの剥落を確実に防止でき、ひいては対象領域の補強効果を長期間にわたって確実に維持することができる。
【0013】
上記連結突起が、上記コンクリート打設用の型枠を上記腹板から離間対向させて支持する型枠支持部を有していることが望ましい。これによって、コンクリートの表面を形成するための型枠をも連結突起を用いて容易に設置でき、施工性を一層高めることができる。
【0014】
上記建設構造物が、橋梁であり、上記鋼製構造材が、橋梁の主桁であり、この主桁の端部の下面又は上面が切り欠かれており、この切欠きの略水平な縁と略垂直な縁とのコーナー部の位置するパネルが、上記補強対象領域として設定されていることが望ましい。これによって、切欠きコーナー部を確実に補強することができる。
【0015】
上記補強対象領域が、上記主桁端部の上下のフランジと、端垂直補剛材と、上記切欠きコーナー部の直近かつ切欠きコーナー部より主桁の中央側の垂直補剛材とによって画成されていることが望ましい。これによって、桁端に変形拘束効果を確実に及ぼすことができ、補強効果を一層確実に得ることができる。
なお、本発明の補強方法及び補強構造における「補強」とは、亀裂等の疲労損傷を未然防止するための補強のほか、既に亀裂損傷が生じているものに対してその強度を回復する「補修」の場合も含む。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図1は、既設橋梁(建設構造物)の主桁(鋼製構造材橋梁)10を示したものである。主桁10は、腹板11(ウエブ)と上下一対のフランジ12,13とを有している。主桁10の端部において、下面が切欠かれ、切欠き部10aが形成されている。この切欠き部10aに橋脚20の上端部を入り込ませた状態で、主桁10の端部が、支承21を介して橋脚20に支持されている。主桁10の端部には、ちょうど支承21の真上に端垂直補剛材14Aが設けられている。
なお、主桁10の端部の下フランジ13は、切欠き部10aの縁に合わせて、切欠かれていない部位の下端から垂直に立ち上がる垂直部13aと、この垂直部13aから主桁端面へ向けて水平に延びる水平部13bとを有し、L字状に形成されている。これら垂直部13aと水平部13bとによって、切欠き部10aのコーナー部10bが形成されている。この切欠きコーナー部10b周辺の腹板には、亀裂が発生しやすい。
【0017】
主桁10において、上記切欠きコーナー部10bの位置するパネル10Pは、「補強対象領域」として設定されている。パネル10Pは、端垂直補剛材14Aと、その隣りの切欠かれていない部位の(切欠きコーナー部の直近かつ切欠きコーナー部より主桁の中央側の)垂直補剛材14Bと、上下のフランジ12,13とで画成されている。このパネル10Pの腹板11の両側に、鉄筋コンクリート30がそれぞれ打設、充填されることにより、補強構造が構築されている。
【0018】
パネル10Pの腹板11には、複数本のスタッド39(連結突起)が溶植にて突き立てられている。図2に示すように、各スタッド39の頭部には、雌ネジ39a(型枠支持部)が形成されている。
【0019】
図1に示すように、これらスタッド39に鉄筋コンクリート30の垂直鉄筋32と水平鉄筋33とが番線(図示せず)にて連結され、支持されている。垂直鉄筋32は、腹板11に添って垂直に配置されている。水平鉄筋33は、腹板11に添って垂直に配置されている。これら鉄筋32,33及びスタッド39が、コンクリート31に埋設されている。なお、図1(a)では、鉄筋コンクリート31におけるコンクリート31の図示は省略し、鉄筋32,33及びスタッド39のみを図示してある。
【0020】
ここで、スタッド39は、鉄筋32,33どうしの各交点に位置するように縦横に並べて配置されているが、鉄筋32,33を垂直又は水平に架け渡すことができるように配置されていればよく、適宜、省略してもよい。また、鉄筋コンクリート30の厚さは、コンクリート31の表面がフランジ12の縁と面一になる程度になっているが、これに限定されるものではなく、必要強度に応じて、より厚くしたり、薄くしたりしてもよい。
【0021】
上記鉄筋コンクリート30の施工手順を説明する。
まず、パネル10Pの腹板11にスタッド39を溶植する。このスタッド39に垂直鉄筋32及び水平鉄筋33を番線等を用いて連結する。これによって、鉄筋32,33を腹板11から離して簡単に配筋することができる。
次いで、図2に示すように、パネル10Pに対応する面形状をなす一対の型枠40を、腹板11の両側にそれぞれ離間配置するとともに、各型枠40にボルト41を通し、スタッド39の雌ネジ39aにねじ込む。これによって、型枠40を簡易かつ確実に支持することができる。なお、図2において、鉄筋32,33の図示は省略してある。
そして、型枠40の上端縁等に形成した注入孔(図示せず)から型枠40と腹板11との間にコンクリート31を注入、打設する。これによって、鉄筋コンクリート30からなる補強構造をパネル10P内に極めて簡便に施工することができ、狭隘な現場でも品質を十分に高く確保することができる。
【0022】
上記鉄筋コンクリート30からなる補強構造によれば、充填コンクリート30の変形拘束(コンファインド)効果により、主桁10の端部の曲げねじれ座屈強度、腹板11のせん断座屈強度等の耐荷力、及び変形性能を大幅に向上させることができ、全体的な耐久性を延ばすことができる。同時に、剛性の向上効果と変形拘束効果によって、切欠きコーナー部10bへの応力集中を大幅に低減させることができる。特に、コンクリート30の拘束効果により発生応力を1/2〜1/3に低減することが可能である。この結果、コーナー部10bの周辺に亀裂が発生するのを確実に防止することができ、既に亀裂が発生している場合には、その成長を確実に阻止でき、十分な補修効果を得ることができる。
また、スタッド39によって、鉄筋32,33の配筋や型枠40の設置が容易化できるだけでなく、コンクリート30が腹板11の面外に剥落するのを防止することができる。
更に、外観が平らで一色に統一されるので、非常にシンプルであり、景観的にも優れている。
【0023】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変を行なうことができる。
例えば、端部に切欠き1aのある主桁10における補強対象領域は、切欠きコーナー部1bの位置するパネルを少なくとも含んでいればよく、必ずしも端垂直補剛材等の垂直補剛材で画成されていなくてもよく、上下フランジで画成されていなくてもよい。
本発明は、端部に切欠きのある橋梁の鋼製主桁に限定されず、腹板を有する鋼製構造材であれば適用でき、橋梁の場合には主桁だけでなく横桁にも適用でき、更には、トラス弦材、箱桁、ラーメン構造の橋脚、アーチリブ、ブレースドリブ、塔柱等にも適用できる。
また、コンクリート打設の際、各型枠40にボルト41を通し、スタッド39の雌ネジ39aにねじ込む方法に代えて、型枠を設置した後、この型枠を含む補強対象領域の外周りを1又は複数本のベルトやロープなどの周縛手段で縛り付ける方法なども適用できる。コンクリート仕上げ面がフランジの端縁よりウエブ側に位置すべき場合は、型枠とその外側の周縛手段との間にスペーサーを噛ませる等すればよい。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、連結突起を例えばスタッド溶植等によって腹板に簡単に取り付けることができる。この連結突起を用いることによって、鉄筋については溶接等する必要なく容易に配筋することができる。これによって、施工性を大きく向上できる。そして、コンクリートの変形拘束効果によって、補強対象領域の剛性・強度・耐久性を高めることができるとともに、発生応力を低減でき、対象領域を確実に補強することができる。更には、連結突起によってコンクリートを腹板に確実に定着でき、腹板からの剥落を確実に防止でき、ひいては対象領域の補強効果を長期間にわたって確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の一実施形態に係る橋梁の主桁の端部に構築された補強構造を示す正面図である。
(b)上記(a)のIB−IB線に沿う断面図である。
(c)上記(b)のIC−IC線に沿う断面図である。
【図2】上記補強構造のコンクリート打設用型枠の設置態様の一例を示す解説断面図である。
【図3】(a)端部に切欠きのある橋桁の一例を示す正面図である。
(b)ゲルバー構造の橋桁の架違い部の正面図である。
【図4】(a)従来の添接板補強構造を示す正面図である。
(b)上記(a)のIVB−IVB線に沿う断面図である。
(c)上記(b)のIVC−IVC線に沿う断面図である。
【符号の説明】
10 主桁
10a 切欠き部
10b 切欠きコーナー部
10P パネル(補強対象領域)
11 腹板
12 上フランジ
13 下フランジ
14A 端垂直補剛材
14B 切欠きコーナー部の直近かつ主桁中央側の垂直補剛材
30 鉄筋コンクリート
31 コンクリート
32 垂直鉄筋
33 水平鉄筋
39 スタッド(連結突起)
39a 雌ネジ(型枠支持部)
40 型枠
41 ボルト(型枠と連結突起の連結手段)

Claims (4)

  1. 橋梁の、端部の下面又は上面がL字状に切り欠かれた主桁における上記切欠きの略水平な縁と略垂直な縁とで作るコーナー部の位置するL字状のパネルの腹板に連結突起を突設し、この連結突起に鉄筋を連結することにより鉄筋を上記腹板から離して配筋し、上記鉄筋が、垂直な鉄筋と水平な鉄筋を含み、上記垂直鉄筋のうち、上記切欠きより主桁の中央側の垂直鉄筋は、上記切欠きの真上又は真下の垂直鉄筋より長くし、上記水平鉄筋のうち、上記切欠きより上側又は下側の水平鉄筋は、上記切欠きと同じ高さで上記切欠きより主桁の中央側の水平鉄筋より長くし、上記連結突起並びに上記垂直鉄筋及び水平鉄筋を埋めるようにコンクリートを打設することにより、上記パネルの腹板をL字状の鉄筋コンクリートで覆うことを特徴とする橋梁の主桁の切欠きコーナー部の補強方法。
  2. 上記連結突起の先端部には型枠支持部が設けられており、上記型枠支持部にて型枠を上記腹板から離して支持し、この型枠と腹板との間に上記コンクリートを打設することを特徴とする請求項1に記載の切欠きコーナー部の補強方法。
  3. 橋梁の、端部の下面又は上面がL字状に切り欠かれた主桁における上記切欠きの略水平な縁と略垂直な縁とで作るコーナー部を補強した構造であって、上記主桁における上記コーナー部の位置するL字状のパネルの腹板がL字状の鉄筋コンクリートで覆われるとともに、このコンクリートに埋まるようにして上記腹板に連結突起が突設され、上記鉄筋コンクリートが、上記連結突起に連結されることにより上記腹板から離れて配筋された垂直な鉄筋と水平な鉄筋を含み、上記垂直鉄筋のうち、上記切欠きより主桁の中央側の垂直鉄筋は、上記切欠きの真上又は真下の垂直鉄筋より長く、上記水平鉄筋のうち、上記切欠きより上側又は下側の水平鉄筋は、上記切欠きと同じ高さで上記切欠きより主桁の中央側の水平鉄筋より長いことを特徴とする橋梁の主桁の切欠きコーナー部の補強構造。
  4. 上記パネルが、上記主桁端部の上下のフランジと、端垂直補剛材と、上記切欠きコーナー部の直近かつ切欠きコーナー部より主桁の中央側の垂直補剛材とによって画成されていることを特徴とする請求項3に記載の切欠きコーナー部の補強構造。
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