JP4002771B2

JP4002771B2 - 既設単純桁橋梁を連続化した連続桁構造

Info

Publication number: JP4002771B2
Application number: JP2002060337A
Authority: JP
Inventors: 陽一海川
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: JP2003253621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、既設の単純桁橋梁を連続化した構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既設の橋梁は、経済性や技術上の理由により単純桁構造のものが多い。近年、このような既設の単純桁橋梁の耐震補強工事として主桁を連結化する事例が多くなっている。図６は、この主桁連結化工法の一例を示したものであり、橋軸方向に隣り合う２つの主桁１Ａ，１Ｂ（単純桁）のウエブ２間に上下３段の連結板３Ａ，３Ｂ，３Ｃが架け渡されている。特に上段の連結板３Ａは、各主桁１Ａ，１Ｂの垂直補剛材４を貫通して長く延びている。これによって、２つの主桁１Ａ，１Ｂの活荷重及び連結後の死荷重に対する挙動を連続桁としての挙動に近づけることができ、耐震性の向上を図ることができる。その他、重交通（道路橋示方書の改訂により、設計時に比して現行の活荷重が増加したこと）に対する長寿命化、振動・騒音の軽減による周辺地域の環境改善、ノージョイント化によるメンテナンスフリー化などの多くのメリットを得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の主桁連結化工法を実施するには、連結されるべき２つの主桁どうしの通りが略一直線になっていなければならないという制約があり、通りが非直線状の場合、すなわち、
（１）連結されるべき主桁どうしが橋幅方向に大きくずれている場合、
（２）連結されるべき主桁どうしが大きく角折れしている場合、
（３）連結されるべき主桁の少なくとも一方が大きく曲がった曲線桁である場合には、これら主桁どうしを連結板で繋げるのが物理的に不可能であった。そのため、連結化の必要性が高くても実施をあきらめざるを得なかった。
【０００４】
【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、本発明は、径間ごとに鋼製主桁が架設され、しかも隣り合う径間の主桁どうしの通りが非直線状（これら主桁どうしの軸線が互いにずれ、若しくは角折れし、又は少なくとも一方の主桁が曲線桁であること）になった既設の単純桁橋梁を連続化した構造に係る。上記隣り合う径間どうしの間には、橋幅方向に延びる鉄筋コンクリート製の横梁が、各主桁の端部と交差するようにして構築されている。各主桁の端部には、上記横梁のコンクリートに埋設されるようにして応力伝達部材が設けられている。この応力伝達部材を介して上記横梁と各主桁とが応力伝達可能になっている。これによって、主桁の通りが非直線状になっていても、確実に連続化でき、連続桁橋梁とすることができる。
【０００５】
ここで、上記応力伝達部材は、上記主桁のウエブに溶植されたスタッドであることが望ましい。これによって、構成を簡素化でき、しかも応力伝達を確実に行わせることができる。
【０００６】
上記横梁は、緊張された複数本のプレストレス鋼材を含み、プレストレストコンクリートを構成していることが望ましい。これによって、ねじりモーメントに対する抵抗を増大させることができ、梁断面を縮小化することができる。これらプレストレス鋼材のうち数本は、上記主桁のウエブを貫通して橋幅方向に延びていることが望ましい。
【０００７】
上記主桁における横梁との交差部近傍の上側部と、上記横梁の上側部との間には、プレストレス鋼材からなる外ケーブルが緊張されて架け渡されていることが望ましい。これによって、主桁又は横梁の上側部に作用する引張り応力の一部をこの外ケーブルを介して伝達することができ、主桁と横梁の接合部に局所的な応力集中が起きないようにすることができる。
【０００８】
上記主桁における横梁との交差部近傍には、上下のフランジとウエブとで画成された凹部に、鉄筋コンクリートが、上記横梁に連なるようにして充填され、この鉄筋コンクリートが、上記フランジに対し垂直に延びる第１鉄筋と、これに直交して上記ウエブに沿って水平に延びる第２鉄筋とを含み、上記第１鉄筋の上下端が上下のフランジに連結されていることが望ましい。これによって、主桁と横梁との間の急激な断面変化を緩和でき、接合部への局所的な応力集中を確実に防止できる。上記第２鉄筋は、上記横梁の内部に延長され、横梁の鉄筋を兼ねていることが望ましい。これによって、横梁と鉄筋コンクリートを確実に一体化することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図５は、連続化される前の既設単純桁橋梁Ｂにおける主桁１０の配置を示したものである。各主桁１０は、ウエブ１１と上下のフランジ１２，１３とを有するＩ形断面鋼で構成されている。ウエブ１１の両側面には、垂直補剛材１４が間隔を置いて設けられている。
【００１０】
主桁１０は、橋脚４０（図２に図示）で区切られた径間Ｓ_１，Ｓ_２…ごとに橋軸方向に延びるようにして架設されている。各々の径間Ｓ_１，Ｓ_２…には、橋幅方向に離れて複数の主桁１０が並設されている。この実施形態の橋梁Ｂでは、径間Ｓ_１に３つの主桁１０が並設され、その隣の径間Ｓ_２に４つの主桁１０が上記径間Ｓ_１より狭い間隔で並設されている。
【００１１】
なお、各径間Ｓ_１，Ｓ_２…における主桁１０の端部どうしは、鋼製の端支点横桁（図示省略。図１〜図４において同様。）によって連ねられている。端支点横桁の端部は、支承（図２参照）の真上（主桁１０の最も端側）の垂直補剛材１４に宛がわれてボルト締めされている。
【００１２】
隣り合う径間Ｓ１，Ｓ_２における橋幅方向両サイドの主桁１０どうしは、互いに一直線上に配され、通りが直線状になっている。
一方、径間Ｓ_１の橋幅方向中央の主桁１０と径間Ｓ_２の橋幅方向中側の２つの主桁１０とは、互いに軸線がずれ、通りが非直線状になっている。本発明は、このような非直線状の通りをなす主桁１０どうしを連続化して連続桁を構築するものである。
【００１３】
上記単純桁橋梁Ｂを連続化した連続桁構造を説明する。
図１に示すように、連続化された橋梁Ｂでは、各中間支点すなわち隣り合う径間Ｓ_１，Ｓ_２…どうしの境に、プレストレストコンクリートからなる横梁２０が橋幅方向に延びるようにして構築されている。横梁２０は、各主桁１０と交差している。すなわち、横梁２０のコンクリート２１内部に、各主桁１０の端部が埋設されている。図２及び図４に示すように、この埋設部分のウエブ１１には、適宜長さのスタッド１５（応力伝達部材）が溶植されている。スタッド１５は、ウエブ１１の上下方向の全域にわたって多数配されている。これらスタッドによって、主桁１０と横梁２０とが確実に応力伝達可能になっている。
【００１４】
横梁２０について詳述する。図２〜図４に示すように、横梁２０のコンクリート２１内には、横梁２０の軸方向（橋幅方向）に延びる普通鉄筋２２と、横梁２０の幅方向（橋軸方向）に延びる普通鉄筋２４が複数本ずつ配筋されている。
【００１５】
鉄筋２２は、コンクリート２１のかぶり厚を確保する位置に配筋されている。一方の径間Ｓ_１寄りに配された鉄筋２２は、その径間Ｓ_１の主桁１０の端部と交差し、他方の径間Ｓ_２寄りに配された鉄筋２２は、その径間Ｓ_２の主桁１０の端部と交差している。各主桁１０の端部のウエブ１１には、これら鉄筋２２を通す貫通孔１１ａが形成されている。横桁２０の軸方向にはすべての鉄筋２２を囲むようにしてスターラップ筋２６が配筋されるとともに、各主桁１０の近傍には、その主桁１０を貫通する複数本の鉄筋２２だけを囲むスターラップ筋２６も設けられている。
【００１６】
更に、横梁２０のコンクリート２１内には、鉄筋２２と平行をなして横梁２０の軸方向（橋幅方向）に延びるＰＣケーブル（プレストレス鋼材）２３と、鉄筋２４と平行をなして横梁２０の幅方向（橋軸方向）に延びるＰＣ鋼材（プレストレス鋼材）２５とが、複数本ずつ配筋されている。ＰＣケーブル２３は、鉄筋２２よりもコンクリート２１の内側に配されている。これらＰＣケーブル２３のうち径間Ｓ_１寄りに配されたＰＣケーブル２３は、その径間Ｓ_１の主桁１０の端部と交差し、径間Ｓ_２寄りに配されたＰＣケーブル２３は、その径間Ｓ_２の主桁１０の端部と交差している。各主桁１０のウエブ１１には、ＰＣケーブル２３を通す貫通孔１１ｂが形成されている。図１に示すように、これらＰＣケーブル２３は、その延び方向に緊張され、両端が横梁２０の端面から突出されるとともに、この端面に設けられた定着部材２８Ａに定着されている。これによって、コンクリート２１には、横梁２０の軸方向（橋幅方向）に沿うプレストレスが付与されている。
【００１７】
同様にして、図１及び図３に示すように、横梁２０の幅方向（橋軸方向）に延びるＰＣ鋼材２５は、横梁２０の側面から突出され、この側面に設けられた定着部材２８Ｂに緊張状態で定着されている。これによって、コンクリート２１には、幅方向（橋軸方向）のプレストレスも付与されている。
【００１８】
なお、横梁２０の鉄筋２２，２４及びプレストレス鋼材２３，２５の延び方向、配筋位置、本数等は、上記に限定されるものではなく、設計強度確保の必要に応じて種々の態様（例えば延び方向を斜めや垂直にする等）が採用される。
【００１９】
図１及び図３に示すように、横梁２０の上側部であって、しかも主桁１０の近傍には、橋軸方向に延びるプレストレス鋼材として、ＰＣ鋼材２５に代えてＰＣ外ケーブル２７が配筋されている。ＰＣ外ケーブル２７は、延び方向に緊張された状態で、一端部が横梁２０における上記近傍の主桁１０とは逆側の側面の定着部材２８Ｂに定着される一方、他端部が横梁２０から外に出されて、上記近傍の主桁１０のウエブ１１上側部に設けられた定着部材２９に定着されている。これによって、主桁１０と横梁２０の上側部どうし間の応力伝達がＰＣケーブル２７を介してもなされるようになっている。
【００２０】
図１に示すように、主桁１０における横梁２０との交差部近傍には、ウエブ１１と上下のフランジ１２，１３とで作る凹部１０ａに、鉄筋コンクリート３０が充填されている。鉄筋コンクリート３０のコンクリート３１は、横梁２０のコンクリート２１と打ち継目無しに一体に連なっている。コンクリート３１の外側面は、フランジ１２，１３あるいは垂直補剛材１４の縁と面一になっている。なお、設計上必要とされる強度によっては、コンクリート３１をフランジ１２，１３や垂直補剛材１４より薄く、あるいは厚く打設することもある。鉄筋コンクリート３０における横梁２０とは逆側の端面は、垂直補剛材１４によって画されているが、これに限定されるものではなく、隣接する２つの垂直補剛材１４の間に露出するように位置されていてもよい。
【００２１】
図２に示すように、コンクリート３１の内部には、フランジに対し垂直をなす鉄筋３２（第１鉄筋）と、ウエブ１１に沿ってフランジに水平をなす鉄筋３３（第２鉄筋）とがそれぞれ複数本ずつ埋設されている。複数の垂直鉄筋３２は、主桁１０の延び方向に間隔を置いて配されている。各垂直鉄筋３２の上下端は、上下のフランジ１２，１３にそれぞれ突き当てられ、アーク溶接やスポット溶接にて連結されている。
【００２２】
複数の水平鉄筋３３は、上下に間隔を置いて配されている。これら水平鉄筋３３は、主桁１０の上側部（桁断面の中立軸よりも上側の引張応力が作用する領域）の方に、下側部（圧縮応力が作用する領域）よりも多数配されている。なお、主桁１０の上側部に配される水平鉄筋３３を、下側部に配される水平鉄筋３３より太くしたり、強度の高いものを用いたりしてもよい。各水平鉄筋３３は、横梁２０の内部にも入り込み、横梁２０の幅方向鉄筋２４を兼ねている。これによって、横梁２０と鉄筋コンクリート３０ひいては主桁１０とが一層確実に一体化されている。主桁１０の垂直補剛材１４には、上記水平鉄筋３３を通す貫通孔１４ａが形成されている。
【００２３】
なお、横梁２０のコンクリート２１内には、上述の図示しない端支点横桁が埋められている。この端支点横桁には、横梁２０の幅方向鉄筋２４，３３、ＰＣ鋼材２５、及びＰＣケーブル２７を通す貫通孔が形成されている。
【００２４】
更に、連続化された橋梁Ｂにおいては、隣り合う径間Ｓ_１，Ｓ_２…どうしの間すなわち中間支点部に、単純桁用の伸縮装置に代えて、場所打ちコンクリートからなる床版５０が設けられている。床版５０は、横梁２０のコンクリート２１上に打ち継がれている。また、橋脚４０上には、各主桁１０の端部ごとに中間支点用支承４１が設けられている。（なお、中間支点用支承４１は、横梁２０の幅方向の中間位置に設け、横梁２０を介して各主桁１０の端部を支えるようにしてもよい。）
【００２５】
上記橋梁Ｂを連続化する施工手順を説明する。
まず、主桁１０のウエブ１１にスタッド１５を溶植する。また、鉄筋２２，２４，２６，３２，３３やプレストレス鋼材２３，２５，２７を配筋する。配筋に際して、予め主桁１０に貫通孔１１ａ，１１ｂ，１４ａを開穿しておく。（貫通孔は、上記図示しない端支点横桁にも開穿しておく。）更に、横梁２０用及び鉄筋コンクリート３０用の型枠（図示せず）を設置する。型枠には、定着部材２８，２９を取り付け、それにプレストレス鋼材２３，２５，２７の端部を止める。なお、この実施形態では、鉄筋コンクリート３０における横梁２０とは逆側の端面については、垂直補剛材１４によって画されているので、この垂直補剛材１４を上記逆側端面のための型枠材として用いることができ、専用の型枠材は不要である。（上記逆側端面を２つの垂直補剛材１４の間に位置させる場合には、この位置に上記逆側端面用の型枠材を設置することになる。）
【００２６】
そして、型枠内にコンクリート２１，３１を打設する。このコンクリート２１，３１の養生後、型枠を撤去する。そして、プレストレス鋼材２３，２５，２７を緊張させ、コンクリート２１にプレストレスを付与する。その後、橋梁Ｂの交通を一時遮断したうえで、伸縮装置を外して床版５０のコンクリートを場所打ちする。また、主桁１０をジャッキで支えながら、単純桁用の支承を連続桁用の支承４１に取り替える。
なお、横梁２０施工中の交通を考慮する必要が無い場合には、コンクリート２１，３１の打設工程において床版５０のコンクリートをも一緒に打設することにしてもよい。また、支承４１の取り替えは連続化施工の初期ないし中途の段階で行ってもよい。
【００２７】
連続化された橋梁Ｂの作用を説明する。
例えば、径間Ｓ_１の中央の主桁１０に下向きの活荷重が作用したとする。この主桁１０の端部は横梁２０に拘束されているため、そこに負の曲げモーメントが発生し、これが横梁２０に伝達される。この時、主桁１０端部のスタッド１５によって横梁２０への応力伝達を確実に行うことができる。また、主桁１０と横梁２０の上側部どうしの間で伝達される引張り応力については、ＰＣ外ケーブル２７を介しても伝達することができ、主桁１０と横梁２０の接合部に局所的な応力集中が起きないようにすることができる。更に、横梁２０近傍の主桁ウエブ１１には、鉄筋コンクリート３０が横梁２０に連なるようにして充填されているので、主桁１０と横梁２０との間の急激な断面変化を緩和でき、上記接合部への局所的な応力集中をより一層確実に防止することができる。この鉄筋コンクリート３０の垂直鉄筋３２は、上下のフランジ１２，１３を拘束することにより大きな強度を発現でき、水平鉄筋３３は、引張り応力に対して十分な耐力を発現できる。これによって、上記負の曲げモーメントに対して十分な強度を発揮することができる。
【００２８】
横梁２０内においては、上記曲げモーメントがねじりモーメントとして径間Ｓ_１中央の主桁１０との接合部から横梁２０の軸方向の両側に向けて伝達される。この時、横梁２０のコンクリート２１は、プレストレス鋼材２３，２５によってプレストレスを付与されているので、上記ねじれに対して大きな抵抗を発揮することができる。したがって、横梁２０の断面を小さくでき、軽量化ひいては橋脚に作用する地震時水平力の軽減を図ることができる。
【００２９】
上記横梁２０内のねじりモーメントは、径間Ｓ_２の中側の２つの主桁１０との接合部において、これら主桁１０の端部に負の曲げモーメントとして伝達される。この時、上述した径間Ｓ_１中央の主桁の場合と同様に、径間Ｓ_２中側の主桁１０のスタッド１５によって確実に応力伝達することができ、特に上側部の引張り応力についてはＰＣケーブル２７によって一層確実に伝達でき、更に鉄筋コンクリート３０によって応力集中を確実に緩和できる。
【００３０】
このようにして、隣り合う径間Ｓ_１，Ｓ_２の主桁１０の通りが一直線になっていなくても、一方の径間Ｓ_１の主桁１０に作用した応力を横梁２０を介して他方の径間Ｓ_２の主桁１０に確実に伝達することができる。よって、橋梁Ｂは、連続桁と同様の挙動を示す。これによって、耐震性を向上でき、落橋を確実に防止することができると共に、重交通に対する長寿命化が可能となる。また、横梁２０はコンクリート製であるので、鋼製の場合よりも現場に搬入すべき部材重量の軽量化を図ることができ、現場作業性を向上させることができる。更に、連結後の中間支点となる主桁端部の剛性が増加するため、車両走行時の振動・騒音を大幅に軽減することができる。
【００３１】
本発明は、隣り合う径間の主桁の通りが一直線状になっていない全ての場合に適用できる。すなわち、隣り合う径間の主桁どうしがずれている場合に限られず、角折れしている場合や、一方又は両方の主桁が曲線桁になっている場合でも、これら主桁の端部と交差するコンクリート製横梁を構築することによって、この横梁を介して確実に応力伝達でき、連続桁として挙動させることができる。
【００３２】
更に、本発明は種々の改変をなすことができる。
例えば、スタッドに代えて、主桁ウエブを貫通する鉄筋を横梁内に多数埋設し、これを主桁と横梁との間の応力伝達部材としてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、既設単純桁橋梁の主桁の通りが非直線状になっていても、これら主桁と交差するコンクリート製横梁を構築し、応力伝達部材を介して横梁と各主桁間の応力伝達を行わせることによって、主桁どうしを確実に連続化でき、連続桁橋梁にすることができる。これによって、耐震性の向上、落橋の防止、振動・騒音の軽減等を図ることができる。主桁端部のウエブにスタッドを溶植して横梁に埋設し、これを上記応力伝達部材とすることによって構成を簡素化でき、しかも応力伝達を確実に行わせることができる。
【００３４】
上記横梁にプレストレスを導入することによって、ねじりモーメントに対する抵抗を増大させることができ、梁断面を縮小化して、軽量化ひいては橋脚に作用する地震時水平力の軽減を図ることができる。
【００３５】
上記主桁と横梁の上側部間にプレストレス鋼材からなる外ケーブルを架け渡すことによって、主桁又は横梁の上側部に作用する引張り応力の一部をこの外ケーブルを介して伝達することができ、主桁と横梁の接合部に局所的な応力集中が起きないようにすることができる。
【００３６】
上記主桁の上下のフランジとウエブとで画成された凹部に、横梁に連なるようにして鉄筋コンクリートを充填することによって、主桁と横梁との間の急激な断面変化を緩和でき、接合部への局所的な応力集中を確実に防止できる。上記鉄筋コンクリートの水平な第２鉄筋を横梁の内部に延長させることによって、横梁と鉄筋コンクリートを確実に一体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る橋梁を、連続化後の状態で示す斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿う上記橋梁の断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う上記橋梁の断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿う上記橋梁の断面図である。
【図５】連続化される前の上記橋梁の主桁の斜視図である。
【図６】従来の連結化工法を施された橋梁の斜視図である。
【符号の説明】
Ｂ橋梁
Ｓ_１，Ｓ_２径間
１０主桁
１０ａ凹部
１１ウエブ
１１ａ，１１ｂ貫通孔
１２上フランジ
１３下フランジ
１４垂直補剛材
１５スタッド（応力伝達部材）
２０横梁
２１コンクリート
２２，２４普通鉄筋
２３ＰＣケーブル（プレストレスト鋼材）
２５ＰＣ鋼材（プレストレスト鋼材）
２６スターラップ筋
２７ＰＣ外ケーブル（プレストレスト鋼材）
２８Ａ，２８Ｂ，２９定着部材
３０鉄筋コンクリート
３１コンクリート
３２垂直鉄筋（第１鉄筋）
３３水平鉄筋（第２鉄筋）
４０橋脚
４１支承
５０床版

Claims

隣り合う２つの径間にそれぞれ複数の鋼製の主桁が架設された既設の単純桁橋梁を連続化した構造であって、上記隣り合う２つの径間の主桁数及び主桁間隔が一致せず、双方の径間が、他方の径間の何れの主桁に対しても軸線がずれて通りが合わない主桁を含んでおり、上記隣り合う径間どうしの間には、橋幅方向に延びる鉄筋コンクリート製の横梁が、各主桁の端部と交差するようにして構築され、この横梁における上記２つの径間のうち一方の径間側の部分が、他方の径間側の部分より狭い間隔でより多くの主桁と交差し、上記通りが合わない主桁の端部のウエブには貫通孔が形成され、この貫通孔に上記横梁を構成する鉄筋コンクリートの鉄筋が通されており、さらに上記通りが合わない主桁の端部には、上記横梁のコンクリートに埋設されるようにして応力伝達部材が設けられ、この応力伝達部材を介して上記横梁と上記通りが合わない主桁とが応力伝達可能になっていることを特徴とする既設単純桁橋梁を連続化した連続桁構造。
上記応力伝達部材が、上記通りが合わない主桁のウエブに溶植されたスタッドであることを特徴とする請求項１に記載の既設単純桁橋梁を連続化した連続桁構造。
上記横梁が、緊張された複数本のプレストレス鋼材を含み、これによってプレストレストコンクリートを構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の既設単純桁橋梁を連続化した連続桁構造。
上記複数のプレストレス鋼材のうち数本が、上記通りが合わない主桁のウエブを貫通して橋幅方向に延びていることを特徴とする請求項３に記載の既設単純桁橋梁を連続化した連続桁構造。
上記通りが合わない主桁における横梁との交差部近傍の上側部と、上記横梁の上側部との間には、プレストレス鋼材からなる外ケーブルが緊張されて架け渡されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の既設単純桁橋梁を連続化した連続桁構造。
上記通りが合わない主桁における横梁との交差部近傍には、上下のフランジとウエブとで画成された凹部に、鉄筋コンクリートが、上記横梁に連なるようにして充填され、この鉄筋コンクリートが、フランジに対し垂直に延びる第１鉄筋と、上記ウエブに沿って水平に延びる第２鉄筋とを含み、上記第１鉄筋の上下端が上下のフランジに連結されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の既設単純桁橋梁を連続化した連続桁構造。
上記第２鉄筋が、上記横梁の内部に延長され、横梁の鉄筋を兼ねていることを特徴とする請求項６に記載の既設単純桁橋梁を連続化した連続桁構造。