JP4368811B2 - 既設橋梁の鋼床版補強装置及び補強方法 - Google Patents

Description

この発明は、既設橋梁においてリブが溶接された鋼床版を補強する工法に関し、特に前記溶接部を補強する工法に関する。

一般に、橋梁の鋼床版にはＵリブやプレートリブからなる縦リブや横リブが溶接されている。一方、鋼床版には車両の輪荷重が直接的に載荷される。そのため、鋼床版とリブとの溶接部に局部的な応力振幅が生じ、そこから疲労亀裂が発生しやすい。そこで、かかる溶接部の補強工法が種々提案されている。
特許文献１：特開２００１−２４８１１４に記載のものでは、Ｕリブの内部にコンクリートを充填している。
特許文献２：特開２００２−１７３９１２に記載のものでは、Ｕリブより下側にこれと直交するように補強桁を架け渡し、この補強桁に設けた支持金具にてＵリブを下から支持するようになっている。
特許文献３：特開２００３−１８３７６９には、鋼材の材質として疲労亀裂しにくいものを用いることが記載されている。
特開２００１−２４８１１４ 特開２００２−１７３９１２ 特開２００３−１８３７６９

本発明は、上記事情に鑑み、鋼床版とリブの溶接部をより確実に補強できる工法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
既設橋梁においてリブが溶接された鋼床版を補強する装置であって、
（ａ）前記リブに摺動可能に宛がわれるとともにボルトにて止められるベース部と、前記鋼床版に押し当てられるべき押し当て部とを有する補強部材と、
（ｂ）前記補強部材のベース部と前記ボルトの頭部又はナットとの間に設けられ、前記ボルトの軸方向への締め込み力を前記補強部材の前記鋼床版への押力に変換する力方向変換機構と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、動荷重による鋼床版の変形を抑制でき、鋼床版とリブの溶接部における局所応力を緩和でき、疲労寿命を向上させることができる。

前記力方向変換機構が、前記補強部材のベース部に固定された第１部材と、この第１部材と前記ボルトの頭部又はナットの間とに設けられた第２部材とを有し、これら第１部材及び第２部材が、前記鋼床版に近づくにしたがって前記補強部材のベース部から離れるように傾斜された当接面を有し、第１部材の当接面と第２部材の当接面が互いに当接され、第２部材のリブに接近する方向へのスライドが第１部材の鋼床版に接近する方向へのスライドに変換されることが望ましい。これによって、力の方向を変換する作用を確実に発揮させることができ、押し当て部を鋼床版に確実に押し当てることができる。

前記リブがＵリブである場合には、このＵリブの内部にモルタルやコンクリート等の充填材が充填され、前記ボルトの一部（中間部等）がこの充填材内に埋まっていることが望ましい。これによって、ボルトを充填材に定着でき、ボルトに伝わって来た荷重を充填材に分散させることができる。
充填材は、軽量モルタル又は軽量コンクリートであることが望ましい。これによって、自荷重を軽減できる。

前記補強部材の押し当て部と鋼床版の間に緩衝部材を設けるのが望ましい。これによって、押し当て部と鋼床版の接触誤差を吸収できる。

また、本発明は、既設橋梁においてリブが溶接された鋼床版を補強する方法であって、前記リブに補強部材をボルトにて取り付けるとともにこの補強部材とボルトの頭部又はナットとの間に、前記ボルトの軸方向への締め込み力を前記補強部材の前記鋼床版への押力に変換する力方向変換機構を挟んでおき、ボルトを締め付けることで前記補強部材を鋼床版に押し当てることを特徴とする。

前記リブがＵリブである場合には、前記Ｕリブにボルトを通すとともに、Ｕリブの内部に充填材を充填することによりこの充填材内に前記ボルトの一部（中間部等）を埋め込み、さらに、前記ボルトがＵリブの外部に突出した部分を用いて補強部材をＵリブの外側面に取り付けるとともに、この補強部材と前記ボルトの突出部分にねじ込んだナットとの間に前記ボルトの軸方向への締め込み力を前記補強部材の前記鋼床版への押力に変換する力方向変換機構を挟んでおき、前記ボルトを締め付けることで前記補強部材を鋼床版に押し当てることが望ましい。

本発明によれば、鋼床版に動荷重が加わっても鋼床版の動的な変形を補強装置によって抑制でき、鋼床版とリブの溶接部における局所的な応力振幅を緩和でき、疲労寿命を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
［第１実施形態］
図１及び図２は、第１実施形態の既設の鋼床版橋梁１０を示したものである。橋梁１０の橋脚上に主桁１１が橋軸方向（図１の紙面直交方向）へ延びるように架設されている。主桁１１の上に鋼床版１３が設置され、その上にアスファルト舗装１４が敷設されている。

鋼床版１３の下面には補強用の縦リブ１５が設置されている。縦リブ１５は、橋軸方向へ延びるとともに橋幅方向に複数並んで配置されている。
縦リブ１５として、Ｕ字断面をなすＵリブが用いられている。図３に示すように、Ｕリブ１５の両側部は、上へ向かって互いに離れるように傾斜されている。このＵリブ１５の両側部の上端部が、それぞれ鋼床版１３に溶接されている。

既設橋梁１０にはこの溶接部の補強構造が構築されている。図１及び図２に示すように、補強構造は、複数の補強装置Ｓで構成されている。これら補強装置Ｓは、Ｕリブ１５の両側面の長手方向に間隔を置いて配置されている。これら補強装置Ｓは、等間隔で配置するのが望ましいが間隔を異ならせてもよく、Ｕリブ１５の全長にわたって配置するのが望ましいが、補強を必要とする一部の領域に限定的に配置してもよい。Ｕリブ１５の幅方向片側の補強装置Ｓと反対側の補強装置Ｓどうしは、Ｕリブ１５の長手方向の同じ位置に対向するように配置されている。

図３及び図４に示すように、補強装置Ｓは、補強部材２０を主要構成の１つとしている。補強部材２０には、ベース部２１が設けられている。ベース部２１は、矩形の鋼板で構成されている。このベース部２１が、Ｕリブ１５の外側面に宛がわれている。このＵリブ１５の外側面の上下方向の傾斜に合わせて、ベース部２１も傾斜されている。

ベース部２１の両側部には一対の縦板２２が設けられている。縦板２２は、正面視ほぼ三角形状の鋼板からなり、ベース部２１と直交するように垂直に取り付けられている。各縦板２２の上端部は、ベース部２１の上縁部より上へ突出し、そこに押し当て部２３が設けられている。押し当て部２３は、小さめの鋼板にて構成され、縦板２２と直交するように水平に配置されている。押し当て部２３の上面にはゴム製の緩衝部材６０が接着剤にて貼り付けられている。この緩衝部材６０を介して押し当て部２３が鋼床版１３の下面に当てられている。

補強部材２０は、ボルト３０にてＵリブ１５に取り付けられている。ボルト３０は、頭無しボルトにて構成され、Ｕリブ１５の幅方向に延びている。Ｕリブ１５の両側部にはボルト３０のための貫通孔１５ｂ，１５ｂが形成されている。各貫通孔１５ｂの内径は、ボルト３０の外径に僅かなクリアランスを加味した大きさになっているが、ボルト３０の外径より十分大きくしてもよい。ボルト３０の両端部は、この貫通孔１５ｂ，１５ｂを貫通し、更に両側の補強部材２０，２０のベース部２１，２１をそれぞれ貫通し突出している。このボルト３０の両端部の周面に雄ネジ３０ａ，３０ａがそれぞれ刻設され、これにナット３２，３２がそれぞれ捩じ込まれている。これによって、橋軸方向の同位置におけるＵリブ１５の幅方向両側に配置された２つの補強部材２０，２０が、共通のボルト３０でＵリブ１５に止められている。

ナット３２と補強部材２０のベース部２１との間には、ワッシャ４０（力方向変換機構）が挟まれている。このワッシャ４０は、ボルト３０の軸方向に２つの部材４１，４２に分割されている。ベース部２１側の分割部材４１（第１部材）は、ベース部２１に溶接等にて固定され、補強部材２０と一体になっている。一方、ナット３２側の分割部材４２（第２部材）は、ナット３２とは別体になっている。

補強部材２０のベース部２１及びそれと一体の分割部材４１に形成されたボルト挿通孔４１ｂの内径は、ボルト３０の外径より十分に大きくなっている。このボルト挿通孔４１ｂは、円形状になっているが、上下に長い長孔状であってもよい。
ナット３２側の分割部材４２のボルト挿通孔４２ｂは、ボルト３０を僅かなクリアランスをもって挿通可能な程度の大きさになっている。

ワッシャ４０の分割面すなわち２つの分割部材４１，４２どうしの当接面は、上に向かうにしたがってＵリブ１５の側面から離れるように傾斜されている。これによって、ナット３２の締め込みによりナット３２側の分割部材４２がＵリブ１５に接近すると、ベース２１側の分割部材４１及びそれと一体の補強部材２０が上へスライドするようになっている。

したがって、これら分割部材４１，４２からなるワッシャ４０は、分割部材４２のリブ方向へのスライドを分割部材４１の鋼床版方向へのスライドに変換し、ひいては、ボルト３０の締め付け力を補強部材２０の押上力に変換する力方向変換機構を構成している。
分割部材４１は、第１部材を構成し、その分割面が第１当接面４１ａを構成している。分割部材４２は、第２部材を構成し、その分割面が、第２当接面４２ａを構成している。

図４に示すように、上記ボルト３０の端部とナット３２及びワッシャ４０は、補強部材２０の一対の縦板２２，２２どうしの間に配置されている。１つの補強部材２０を止めるのに、ボルト３０が１本用いられているが、２本以上用いることにしてもよい。

Ｕリブ１５の内部には、充填材として軽量モルタル５０が充填されている。この軽量モルタル５０内にボルト３０の中間部が埋設、定着されている。
軽量モルタル５０は、Ｕリブ１５の長手方向に沿って補強部材２０，２０…を配置してある領域の全体に万遍なく充填されている。

上記の補強構造の施工手順について説明する。
Ｕリブ１５の両側部にボルト貫通孔１５ｂ，１５ｂを開穿する。これら貫通孔１５ｂ，１５ｂにボルト３０を通し、このボルト３０の両端部をＵリブ１５の両側部からそれぞれ突出させておく。

別途、Ｕリブ１５にモルタル注入孔と空気抜き孔（図示せず）を開穿する。そして、上記ボルト１５のＵリブ１５への挿通後にモルタル注入孔からＵリブ１５の内部の全長にわたって軽量モルタル５０を充填する。この時、Ｕリブ１５のボルト貫通孔１５ｂとボルト３０の間の隙間が大きい場合にはそこをシールして軽量モルタル５０が漏れ出ないようにしておくのが望ましい。

軽量モルタル５０が硬化した後、Ｕリブ１５の外面に補強部材２０を設置する。
すなわち、第１部材４１を一体に含む補強部材２０の挿通孔４１ｂにボルト３０の端部を挿通する。次いで、このボルト３０の端部に第２部材４２を通し、更にナット３２を螺合し締め込む。この締め込みは、ボルト３０の両端部のナット３２，３２について各々行なう。同時に締め込んでもよく、片側を締め込んだ後反対側を締め込んでもよい。

図５の仮想線に示すように、この締め込みにより第２部材４２がＵリブ１５へ接近する方向へ押される。すると、当接面４１ａ，４２ａどうしの作用によって、第１部材４１ひいてはこれと一体の補強部材２０が上へスライドされる。すなわち、力方向変換機構４０によってボルト３０の締め込み力が補強部材２０の上方（鋼床版１３の方向）への押力に変換される。これによって、補強部材２０の押し当て部２３を、緩衝部材６０を介して鋼床版１３の下面に強く押し当てることができる。

これによって、鋼床版１３上に車両走行等による動荷重が加えられても、Ｕリブ１５との溶接部より補強部材２０の側の鋼床版１３が下へ曲がるように動変形（図６の仮想線１３ａ）するのを防止することができる。そして、上記の動荷重は、補強部材２０からボルト３０を介してＵリブ１５内のモルタル５０に分散させることができる。これによって、鋼床版２０とＵリブ１５との溶接部に作用する局所的な応力振幅を十分に緩和することができる。ひいては、溶接部の疲労寿命を確実に向上させることができる。

また、Ｕリブ１５内に充填されたモルタル５０は、その上側の鋼床版１３が下へ曲がるように動変形（図６の仮想線１３ｂ）するのを防止することができる。これによって、溶接部の局所応力を一層緩和でき、疲労寿命を一層向上させることができる。
モルタル５０は、軽量モルタルが用いられているので、橋梁１０の上部工の自荷重の増加を抑えることができる。
押し当て部２３と鋼床版１３の間に緩衝部材６０を挟むことによって、接触誤差を吸収することができる。

次に、他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、上記第１実施形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。

［第２実施形態］
図７に示すように、Ｕリブ１５内には充填材５０を充填しなくてもよい。この実施形態では、補強部材２０が、Ｕリブ１５の各側部の外側面だけでなく内側面にも設けられている。各補強部材２０のベース部２１と押し当て部２３は、１枚の鋼板を折り曲げることによって構成され、一体に連なっている。外側の補強部材２０の当接部２１，２３用鋼板は、Ｕリブ１５の外側面と鋼床版１３の角度に合わせて鈍角に折り曲げられている。一方、内側の補強部材２０の当接部２１，２３用鋼板は、Ｕリブ１５の内側面と鋼床版１３の角度に合わせて鋭角に折り曲げられている。もちろん、第１実施形態のようにベース部２１と押し当て部２３が別々になった補強部材を用いてもよい。

ボルト３０は、Ｕリブ１５の側部ごとに設けられ、各側部の外側面の補強部材２０と内側面の補強部材２０を貫いて連結している。このボルト３０は、頭部３１付きのものが用いられている。このボルト頭部３１は、Ｕリブ１５の内部の補強部材２０側に位置しているが、Ｕリブ１５の外部の補強部材２０側に位置させるようにしてもよい。もちろん、頭部３１とは反対側のボルト３０の端部にはナット３２が螺合される。これらボルト頭部３１若しくはナット３２と補強部材２０のベース部２１の間に、ワッシャすなわち力方向変換機構４０がそれぞれ挟装されている。

Ｕリブ１５の底部には、補強部材２０や作業者の手やボルト３０締め付け用の工具を挿入できる程度の穴１５ｆが設けられている。

［第３実施形態］
鋼床版１３の補強リブは、Ｕリブ１５に限られない。例えば、図８に示すように、プレートリブ１５Ｐであってもよい。プレートリブ１５Ｐは、垂直になっている。これに合わせて、補強部材２０のベース部２１が垂直になっている。

図８では、補強部材２０がリブ１５Ｐの両側にそれぞれ設けられている。
これに対し、図９に示すように、鋼床版１３の動変形がリブ１５Ｐの一方側で専ら起きている場合には、その側にだけ補強部材２０を設けることにしてもよい。

さらに、本発明は、上記の各実施形態に限定されず、種々の改変をなすことができる。
例えば、本発明の補強工法は、鋼床版１３と縦リブ１５，１５Ｐとの溶接部に限らず、鋼床版１３と横リブとの溶接部にも適用できる。リブは、Ｕリブ１５やプレートリブ１５Ｐの他、種々の形状のリブに適用できる。
リブの補強部材設置面の摩擦抵抗が大きい場合には、潤滑剤を塗布するなどの滑面化処理を予め施しておくとよい。
第１及び第２部材４１，４２の当接面４１ａ，４２ａの傾斜角度は、上記の摩擦抵抗や鋼床版１３に及ぼすべき押し当て力などを考慮して適宜設定するとよい。
上記補強構造の施工手順は適宜変更してもよい。例えば、第１実施形態において補強部材２０の設置工程は、モルタル５０の硬化後に限らず、Ｕリブ１５にボルト３０を挿通後軽量モルタル５０の充填前に行なってもよく、充填後養生期間中に行なってもよい。その場合、ナット３２はゆるくしておき、モルタル５０の硬化後に緊締するとよい。
Ｕリブ１５内の充填材５０としてモルタルに代えてコンクリートを用いてもよい。その場合、軽量コンクリートを用いるのが望ましい。
軽量モルタルや軽量コンクリート等の充填材５０は、Ｕリブ１５の長手方向に沿って補強部材２０を配置してある領域の全体に充填するのに代えて、ボルト３０がＵリブ１５を貫通する部位の周辺にだけ限定的に充填することにしてもよい。
緩衝部材６０は、補強部材２０の押し当て部２３にではなく鋼床版１３に接着剤で貼り付けてもよい。接着剤を使わずに鋼床版１３と補強部材２０の押し当て部２３との間に単に挟み付けることにしてもよい。
第１及び第２実施形態において、Ｕリブ１５の幅方向片側の補強装置Ｓと反対側の補強装置Ｓどうしを、Ｕリブ１５の長手方向の同じ位置に配置するのに代えて、Ｕリブ１５の長手方向にずらして配置してもよい。
第１及び第２実施形態のＵリブ１５においても、図９のプレートリブ１５Ｐと同様に、鋼床版１３の動変形がＵリブ１５の一方側で専ら起きている場合には、その側にだけ補強部材２０を設けることにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る補強構造を施工した既設橋梁を概略的に示す正面図である。 図１のII−II線に沿う上記橋梁の側面図である。 図１の円III−IIIで囲んだ部分を拡大して示す上記補強構造の正面断面図である。 図２の円IV−IVで囲んだ部分を拡大して示す上記補強構造の側面図である。 ボルト締め付けによる作用を解説した図４のV−V線に沿う正面断面図である。 荷重に対する補強構造の作用を解説した図４のVI−VI線に沿う正面断面図である。 本発明の第２実施形態に係る補強構造を示す正面断面図である。 本発明の第３実施形態に係る補強構造を示す正面断面図である。 図８の補強構造の変形例を示す正面断面図である。

符号の説明

Ｓ 補強装置
１０ 橋梁
１１ 主桁
１３ 鋼床版
１４ アスファルト舗装
１５ Ｕリブ
１５ｂ ボルト貫通孔
１５ｆ 底穴
１５Ｐ 板リブ
２０ 補強部材
２１ ベース部
２２ 縦板
２３ 押し当て部
３０ ボルト
３０ａ 雄ネジ
３１ ボルト頭部
３２ ナット
４０ ワッシャ（力方向変換機構）
４１ 第１部材
４１ａ 当接面
４１ｂ ボルト挿通孔
４２ 第２部材
４２ａ 当接面
４２ｂ ボルト挿通孔
５０ 軽量モルタル（充填材）
６０ 緩衝部材

Claims (6)

1. 既設橋梁においてリブが溶接された鋼床版を補強する装置であって、
   （ａ）前記リブに摺動可能に宛がわれるとともにボルトにて止められるベース部と、前記鋼床版に押し当てられるべき押し当て部とを有する補強部材と、
   （ｂ）前記補強部材のベース部と前記ボルトの頭部又はナットとの間に設けられ、前記ボルトの軸方向への締め込み力を前記補強部材の前記鋼床版への押力に変換する力方向変換機構と、
   を備えたことを特徴とする既設橋梁の鋼床版補強装置。
2. 前記力方向変換機構が、前記補強部材のベース部に固定された第１部材と、この第１部材と前記ボルトの頭部又はナットの間とに設けられた第２部材とを有し、これら第１部材及び第２部材が、前記鋼床版に近づくにしたがって前記補強部材のベース部から離れるように傾斜された当接面をそれぞれ有し、第１部材の当接面と第２部材の当接面が互いに当接され、第２部材のリブに接近する方向へのスライドが第１部材の鋼床版に接近する方向へのスライドに変換されることを特徴とする請求項１に記載の補強装置。
3. 前記リブがＵリブであり、このＵリブの内部に充填材が充填され、前記ボルトの一部がこの充填材内に埋まっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の補強装置。
4. 前記補強部材の押し当て部と鋼床版の間に緩衝部材を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の補強装置。
5. 既設橋梁においてリブが溶接された鋼床版を補強する方法であって、
   前記リブに補強部材をボルトにて取り付けるとともにこの補強部材とボルトの頭部又はナットとの間に、前記ボルトの軸方向への締め込み力を前記補強部材の前記鋼床版への押力に変換する力方向変換機構を挟んでおき、ボルトを締め付けることで前記補強部材を鋼床版に押し当てることを特徴とする既設橋梁の鋼床版補強方法。
6. 既設橋梁においてＵリブが溶接された鋼床版を補強する方法であって、
   前記Ｕリブにボルトを通すとともに、Ｕリブの内部に充填材を充填することによりこの充填材内に前記ボルトの一部を埋め込み、
   さらに、前記ボルトがＵリブの外部に突出した部分を用いて補強部材をＵリブの外側面に取り付けるとともに、この補強部材と前記ボルトの突出部分にねじ込んだナットとの間に前記ボルトの軸方向への締め込み力を前記補強部材の前記鋼床版への押力に変換する力方向変換機構を挟んでおき、
   前記ボルトを締め付けることで前記補強部材を鋼床版に押し当てることを特徴とする既設橋梁の鋼床版補強方法。

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