JP4242035B2 - 吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られている斜張橋１に鋼管主桁を適用した場合、基本的には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、一対の支柱２ａ、２ｂを有する複数の支持塔２と、図５に示すような横桁３と床材４と図６（ａ）に示すような上下に貫通斜孔５ｏを有する鋼管桁５で形成した橋桁ユニット６を多数連結してなる橋桁７と、橋桁ユニット６の両側部と支持塔２の一対の支柱２ａ、２ｂ間に張設された吊材（斜材）８とから構成される。
【０００３】
吊材８の橋桁ユニット６への定着構造としては、例えば、図６（ａ）に示すように、斜張橋１の橋桁ユニット６のガーダー材である鋼管５に貫通斜孔５ｏを設け、この鋼管５の上下の貫通斜孔５ｏに、下端部に支圧材９を固着した鞘管１０を挿通し、この鞘管を、鋼管５部位の補強手段でもあるダイヤフラム１１を介して鋼管５に固定し、鞘管１０に吊材８を挿入・貫通させ、その突出端に鞘管１０の支圧材９に係止するソケット１２を取り付け、鞘管１０から橋桁ユニット６への力をダイヤフラム１１を介して伝達するものである。
しかし、この定着構造においては、ダイヤフラム１１に図６（ｂ）に示すような孔１１ｏの加工や、狭隘な鋼管５内での鋼管５内面とダイヤフラム１１の溶接が必要であり施工性に問題がある。
【０００４】
また、他の定着構造としては、図７に示すように、斜張橋１の橋桁ユニット６の桁材である鋼管５の上部にピン定着金具１４ａを溶接により固定し、このピン定着金具１４ａと吊材８の下端部のピン固定式ソケット１４ｂとをピン１５を介して連結し、吊材８から橋桁ユニット６への力をピン１５を介して伝達するものである。
【０００５】
しかし、この定着構造においては、ピン定着金具１４ａを固定する鋼管５部位の補強手段として、狭隘な鋼管５内部にダイヤフラム１１を溶接する必要があり、加工性に問題があることに加え、ピン定着金具１４ａが橋桁ユニット６の路面から見えることになり、美観上好ましくないことが多い。また、吊材８の長さ調整は支持塔２側で行う必要があり、その作業負担が大きい。
【０００６】
他の定着構造としては、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、斜張橋１の橋桁ユニット６の桁材である鋼管５の貫通斜孔５ｏの下部周辺に、吊材８からの反力を橋桁ユニット６に伝える定着桁１６を固定し、定着桁１６に貫通斜孔５ｏに挿入した鞘管１０の支圧材９を係止し、鞘管１０に挿入した吊材８の先端にソケット１２を取り付けて支圧材９に係止する定着構造がある。この定着構造においては、鞘管１０から橋桁ユニット６への力を定着桁１６を介して伝達するものである。
しかし、定着桁１６は鋼管５の周面に密着させた複雑な形状となり、定着桁が鋼構造である場合では加工作業負担が大きいし、定着桁がＲＣ構造である場合では打設が困難であるなど施工性の問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来例のような狭隘な鋼管内部でのダイヤフラムの溶接を必要としない簡易構造で、安定した力の伝達を可能とし、美観上も問題のない吊形式橋梁の吊材の橋桁材への定着構造を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の（１）〜（４）の発明により構成されるものである。
（１）．吊形式橋梁の鋼管桁に貫通斜孔を設け、その貫通斜孔に、外周に突起を有し下端部に支圧材を固着した鞘管を挿通し、鞘管の下端を鋼管桁の下側から突出させ、この鞘管に吊材を貫通させ、吊材の突出端に鞘管の支圧材に係止するソケットを取り付け、鋼管内にコンクリートを充填・固化させたことにより、吊材に作用する張力を、ソケットから支圧材を介して鞘管の端部に伝達し、さらに、鞘管の外周の突起と鋼管内に充填されたコンクリートの間に作用する剪断抵抗力によって、鞘管の端部に作用する吊材からの力を橋桁に伝達することを特徴とする吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造。
（２）．（１）において、鞘管の上端が鋼管の外周面から突出していないことを特徴とする吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造。
（３）．（１）または（２）において、鋼管内で充填・固化させたコンクリートの少なくとも鞘管の外周を囲む部位に鉄筋が配筋されていることを特徴とする吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造。
（４）．（１）〜（３）のいずれかにおいて、鞘管内に充填材を充填・固化させたことを特徴とする吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の吊材の橋桁への定着構造は、例えば、斜張橋の主桁を、従来のプレートガーダーに代えて局部座屈しにくく、圧縮耐力が大きいコンクリート充填鋼管を用いた合成桁として、コンクリート充填鋼管に鞘管を介して吊材を定着するものである。
【００１０】
より具体的には、鋼管桁に、外周に突起を有し下端部に支圧材を固着した鞘管を挿通し、鞘管の下端を鋼管桁の下側から突出させて、鞘管に吊材を貫通させ、吊材の突出端に固定したソケットを鞘管の支圧材に係止して、鋼管内にコンクリートを充填・固化させて鞘管と鋼管を固定した定着構造であり、吊材に作用する張力は、ソケットから支圧材を介して鞘管の端部に伝達され、さらに、鞘管の外周の突起と鋼管内に充填されたコンクリートの間に作用する剪断抵抗力によって、鞘管の端部に作用する吊材からの力を橋桁に伝達する構造にしている。
【００１１】
この定着構造は、鋼管内部に、外周部に突起を有する鞘管を挿入してコンクリートを充填・固化させて固定するので、鋼管に鞘管を固定するダイヤフラムあるいは鋼管補強のためのダイヤフラムを鋼管内部に溶接する必要がなく、簡便な作業のみによりコンパクトで最小の部材構成によって実現できることを特徴とする。
【００１２】
また、鋼管内で充填・固化させたコンクリートの少なくとも鞘管の外周を囲む部位に鉄筋を配筋してコンクリートの強度を向上させ、鞘管の外周突起との結合力を強化することが有効である。さらに、鞘管内に充填材を充填・固化させて、充填鋼管主桁の断面減少を最小限に押さえるとともに、鞘管内部への水等の侵入を防止して定着部の各材の腐食を防止して定着部の寿命を延長させることも有効である。
【００１３】
なお、上記で橋桁に固着する鋼管や鞘管は、円形鋼管でもよいし、角形鋼管のいずれでもよく、充填材を充填するために両端開口部を容易に閉鎖可能なものとする。
【００１４】
本発明では、橋桁を形成する鋼管内にコンクリートを介して鞘管を固定し、鞘管の支圧材にソケットを介して吊材を係止するようにした吊材の橋桁材への定着構造であって、基本的な力の伝達経路は、以下のようになる。
（１）吊材張力→（２）支圧材の圧縮→（３）鞘管の圧縮→（４）鞘管外周面と周辺の充填コンクリートとの付着→（５）周辺コンクリートから橋桁全体への作用力の伝播→（６）主桁に対する吊材軸方向力の作用
【００１５】
ここで、（４）鞘管外周面と周辺の充填コンクリートとの付着力を鞘管外周の突起によって強化する場合の極限付着応力度ｆ_ｂａ（ＭＰａ）は、例えばＡＰＩ(American Petoroleum Institute)基準に準じて求めることができる。
ｆ_ｂａ＝０．２４８＋０．９×ｆ_ｇ×ｈ／ｓ （１）
ここで、
ｆ_ｇ：コンクリートの一軸圧縮強度（ＭＰａ）
ｈ：突起の高さ（ｍｍ）
ｓ：突起の間隔（ｍｍ）
よって、極限定着張力Ｐ_ａ（Ｎ）は、
Ｐ_ａ＝π・Ｄ・ｆ_ｂａ・Ｌ （２）
ここで、
Ｄ：鞘管の直径
Ｌ：鞘管の埋め込み長さ（ｍｍ）
【００１６】
本発明の定着構造においては、上記の（１）および（２）式を用い、吊材の作用張力に応じて、コンクリートと鞘管との間で十分な剪断抵抗を得るように鞘管に所要の突起を形成するものである。鞘管の外周に形成する突起（シアキー）としては、鞘管の軸方向の荷重に対して剪断抵抗機能が顕著な形状、基本的には、独立したリング状突起や螺旋状の突起が有効である。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を、図１〜図３に基づいて説明する。
ここでは、前記図４で示したような斜張橋１において、支持塔２から張設された吊材８の橋桁７への定着構造例を示す。
ここでいう橋桁７とは、より具体的には、図１（ａ）に示すように、横桁３の両端に、ガーダー材としてコンクリート１３を充填する鋼管５を固定し、横桁３の上面と鋼管５の上面に床板４を固定した充填鋼管合成桁である。
【００１８】
また、吊材８は支持塔２の一対の支柱２ａ、２ｂの上部と橋桁ユニット６の両側に複数箇所で張設されるものであり、橋長方向では角度α（通常２０〜９０度）傾斜した状態で橋桁ユニット６に定着されるものである。ここでは、角度α３０度で張設される吊材８一本を選択し、この吊材８と橋桁ユニット６の形成材である鋼管５との定着構造例で代表説明する。
【００１９】
この定着構造は、基本的には、図１（ｂ）に示すように、床材４に吊材８の取付孔４ｏを設けるとともに、鋼管５に上下に貫通する貫通斜孔５ｏを設け、鞘管１０ａをこの貫通斜孔５ｏに挿入し、鞘管１０ａの下端を鋼管桁５の下側から突出させて、下端に支圧材９を取り付けた鞘管１０ａを、鋼管５内に充填・固化させたコンクリート１３により固定し、この鞘管１０ａ内に吊材８を挿入し先端部を鞘管１０ａの下端から突出させてソケット１２を取り付け、このソケット１２を鞘管１０ａの支圧材９に係止するようにしたものである。
【００２０】
この定着構造と施工手順を、図１（ｂ）を拡大した図２に基づいて詳細に説明する。
吊材８を挿入する鞘管１０ａは、鋼管５内に充填され固化したコンクリート１３に埋没する領域の外周に複数条のリング状の突起１７を形成したものであり、各突起１７がコンクリート１３に係止されることによって、吊材８に作用する張力を、ソケット１２から支圧材９を介して鞘管１０ａの端部に伝達し、さらに、鞘管１０ａの外周の突起１７と、鋼管５に充填され固化したコンクリート１３の間に作用する剪断抵抗力によって、鞘管１０ａの端部に作用する吊材８からの力を橋桁ユニット６に伝達する構造にしている。
【００２１】
この実施例では、鞘管１０ａの上部端は斜めに形成されており、鋼管５の外周面から突出させないようにし、鋼管５の上部の貫通斜孔５ｏを、図２に示すような遮水性のある伸縮性カバー１８1 で遮蔽して、このカバー材１８1 に設けた吊材挿入孔１８ｏに、挿入した吊材８の外周を密着させており、橋桁上部での美観低下を回避するとともに、内部への水の侵入を防止して定着部の各材の腐食を防止し、定着部の寿命を延長させることができる。
【００２２】
また、鋼管５内に充填され・固化したコンクリート１３の少なくとも鞘管１０ａの外周を囲む部位に、鞘管１０ａの軸方向および図３に示すように周方向に縦筋１９と補強筋２０からなる鉄筋２１を配筋してコンクリート１３の強度を向上させ、鞘管１０ａ外周の突起１７との結合力を強化して剪断抵抗力を大きくしている。
【００２３】
さらに、鞘管１０ａ内に充填材（ここではモルタル）２２を充填して・固化させ、充填鋼管主桁の断面減少を最小限に押さえるとともに、鞘管１０ａ内部への水等の侵入を防止して定着部の各材の腐食を防止して定着部の寿命を延長させることができる。鞘管１０ａの外周の突起１７は、ここでは、鞘管１０ａの軸方向の荷重に対して剪断抵抗機能を発揮するためのリング状または螺旋状の突起である。
【００２４】
本発明は、上記の実施例の内容に限定されるものではない。例えば、この実施例では、橋桁ユニット６のガーダー材として（円形）鋼管５を用いたが、角形鋼管であっても同様に構成して、同様の効果を得ることができる。
また、鞘管１０ａに充填材としてモルタル２２を充填したが、コンクリート、樹脂やその他の硬化性充填材を充填してもよいし、これらの充填材の充填は不可欠ではない。また、鋼管５内の鞘管１０ａを囲むように鉄筋２１を配筋したが、これも不可欠ではない。
【００２５】
これらの条件および、その他の条件、例えば鞘管１０ａの突起１７の形成条件等を含む各条件は、斜張橋１の規模、構造、吊材８およびその配置条件、吊材８や橋桁７に作用する荷重条件等に応じて、上記の各請求項を満足する範囲内で変更のあるものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の定着構造は、鋼管内にコンクリートを充填・固化させて鞘管と鋼管を固定した定着構造であり、狭隘な鋼管内部でのダイヤフラムの溶接を必要としない簡易構造で、安定した力の伝達を可能とし、美観上も問題のない吊形式橋梁の橋桁と吊材との定着の実現が可能である。
本発明の定着構造においては、鞘管の外周に形成した突起とコンクリートとの結合作用により、吊材に作用する張力を、ソケットから支圧材を介して鞘管の端部に伝達し、さらに、鞘管の外周の突起と鋼管に充填されたコンクリートの間に作用する剪断抵抗力によって、鞘管の端部に作用する吊材からの力を橋桁に伝達する構造であるため、橋桁と吊材を安定かつ強固に定着することができる。
【００２７】
なお、鞘管を囲む領域のコンクリート内に鉄筋を配筋したり、鞘管内に充填材を充填・固化させることによって、橋桁と吊材の定着をより安定かつ強固なものにすることができる。
また、鋼管内へのコンクリートの充填に加えて、鞘管内にも充填材を充填すれば、鋼管や鞘管内部への水等の侵入をさらに確実に防止して定着部の各材の腐食を防止して定着部の寿命を延長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は、本発明を適用する橋桁ユニットと吊材との定着構造例を示す正面説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の側面説明図。
【図２】図１における橋桁ユニットと吊材との定着構造の定着部の一部切欠断面拡大説明図。
【図３】図２のＡ−Ｂ矢視断面説明図。
【図４】（ａ）図は、従来から知られている斜張橋の基本構成例を示す側面説明図、 （ｂ）図は、（ａ）図の正面説明図。
【図５】従来の橋桁ユニットの基本構成例と吊材との定着構造例を示す正面説明図。
【図６】（ａ）図は、従来の橋桁ユニットと吊材との定着構造例の定着部の一部切欠断面説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の鋼管のＡａ−Ａｂ矢視断面説明図。
【図７】従来の橋桁ユニットと吊材との他の定着構造例の定着部の一部切欠断面説明図。
【図８】（ａ）図は、従来の橋桁ユニットと吊材との他の定着構造例の定着部の一部断面説明図、（ｂ）図は、（ａ）図のＡ−Ａ矢視説明図。
【符号の説明】
１ 斜張橋 ２ 支持塔
２ａ、２ｂ 支柱 ３ 鋼横桁
４ 床材 ４ｏ 吊材取付孔
５ 鋼管 （鋼管桁） ５ｏ 貫通斜孔
６ 橋桁ユニット ７ 橋桁
８ 吊材（斜材） ９ 支圧材
１０、１０ａ 鞘管 １１ ダイヤフラム
１１ｏ 孔 １２ ソケット
１３ コンクリート １４ａ ピン定着金具
１４ｂ ピン固定式ソケット １５ ピン
１６ 定着桁 １７ 突起
１８1 、１８2 伸縮性カバー １８ｏ 挿入孔
１９ 縦筋 ２０ 補強筋
２１ 鉄筋 ２２ モルタル（充填材）

Claims (4)

1. 吊形式橋梁の鋼管桁に貫通斜孔を設け、その貫通斜孔に、外周に突起を有し下端部に支圧材を固着した鞘管を挿通し、鞘管の下端を鋼管桁の下側から突出させ、この鞘管に吊材を貫通させ、吊材の突出端に鞘管の支圧材に係止するソケットを取り付け、鋼管内にコンクリートを充填・固化させたことにより、吊材に作用する張力を、ソケットから支圧材を介して鞘管の端部に伝達し、さらに、鞘管の外周の突起と鋼管内に充填されたコンクリートの間に作用する剪断抵抗力によって、鞘管の端部に作用する吊材からの力を橋桁に伝達することを特徴とする吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造。
2. 鞘管の上端が鋼管の外周面から突出していないことを特徴とする請求項１記載の吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造。
3. 鋼管内で充填・固化させたコンクリートの少なくとも鞘管の外周を囲む部位に鉄筋が配筋されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造。
4. 鞘管内に充填材を充填・固化させたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の吊形式橋梁における吊材の橋桁材への定着構造。

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