JP4519023B2 - 鋼・コンクリート合成ラーメン橋、及び、その施工方法 - Google Patents

鋼・コンクリート合成ラーメン橋、及び、その施工方法 Download PDF

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本究明は、中小河川上に建設される道路橋、歩道橋、鉄道橋、人工地盤、等に用いられる下部工(基礎及び橋脚)と上部工を剛結して成る鋼・コンクリート合成ラーメン橋、及び、その施工方法に関する。
経済活性化の有力な手段の一つとして都市部の再生が取り上げられ、都市機能の向上や劣化更新が建設技術面でも大きな課題となっている。その一環として、鉄道の連続立体交差化や道路交通渋滞緩和のための立体交差化等の工事が計画、実施されているが、都市河川護岸の改修や、それに伴う橋梁の増設、改良も緊急を要する課題となっている。
特に、市街地での洪水対策と交通渋滞対策が同時に行える護岸改修と橋梁建設乃至改修は、その実施による経済効果が高いとされているが、これらの工事は、いずれも既存構造物が密集した地区での施工となることから、施工時に占有可能な面積が少なく、交通規制期間、区間を最小限とする急速施工可能な構造、施工法が必要とされていた。
本発明に関する先行技術として、特許文献1乃至3が知られている。
特許文献1の技術は、図13(特許文献1の図1に対応)及び図14(特許文献1の図2に対応)に示す如く、上フランジ1a上面に突起1bを有するT形鋼1を所要間隔に並列配置するとともに、該T形鋼1のウエブ1cの高さの1/2から1/3程度の高さを有するよう台形波状に折り曲げ形成した配力筋4の各上方水平部4aを各突起付T形鋼1と直交して戴置するとともに、各突起付T形鋼1の上部フランジ1a上面よりも若干上方位置に各突起付T形鋼1と直交して上配力鉄筋3を配設したのち、下配力鉄筋4の各下方水平部4bまでコンクリート6を現地で打設した構造で、強度的に寄与しない引張り側コンクリート部を中空とすることにより、軽量で断面効率のよい合成床版橋を提供している。図において、5は発泡樹脂板である。
又、特許文献2の技術は、図15(特許文献2の図1に対応)に示す如く、直線形鋼矢板11の底板とH形鋼又はCT形鋼の主桁部材13とを接合一体化した橋軸方向部材14を複数結合した鋼製パネル21と、直線形鋼矢板15と側板16のウエブにPC鋼材18を貫通した後、場所打ちコンクリート20を打設して構成するもので、橋軸直角方向の剛性が確保できるため、横桁19の製作並びに現地接合の作業を無くすことができ、又、運搬コストの節減も可能な構造である。図において、12は鋼矢板11の爪部である。
又、特許文献3の技術は、図16(特許文献3の図1に対応)に示す如く、下側U形鋼矢板11Aの底板とH形鋼の主桁部材13とを接合一体化した橋軸方向部材14と上側U形鋼矢板11Bを複数結合して拡幅した鋼製床版26と、半割U形鋼矢板15´と側板16とを接合した枠体部材17とを一体化するとともに、主桁部材13及び側板16のウエブに横桁部材19をボルト等で接合した後、場所打ちコンクリート20を打設して構成するもので、鋼製床版組み立てに必要な面積を少なくすると共に、上下方向からの接合方式を採用することで鋼矢板スライド用の引き込み機材を不要とした構造である。図において、21はメッシュ筋である。
又、本発明に関する他の先行技術として、非特許文献2のビームスラブ式ラーメン橋の橋脚構造が知られている。又、ビル等の建築構造物に用いられている従来の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造が、特許文献4で知られている。
非特許文献2に記載の技術は、図17に示す如く、H形鋼をウエブ中央で切断してT形断面形状になったもの32を、同寸法のH形鋼30のウエブ中央両側に溶接し、これをコンクリート34で被覆してなるもので、鋼断面とコンクリート断面とは、合成しない、即ち一体化しない重ね梁構造として設計されている。図において、36は柱の主鉄筋、37は柱の帯鉄筋、38は梁の主鉄筋、39は梁のスターラップである。
特許文献4に記載の技術は、図18(特許文献4の図5に対応)に示す如く、鉄骨梁42と鉄筋コンクリート柱40との結合を強化するために、部分的に鉄筋コンクリート柱内で用いられる構造であり、鉄骨梁42が鉄筋コンクリート柱40に埋設される部分に、柱の一方の外面から他方の外面まで鉄骨梁42の上下面に鉄骨長手方向リブ44を突出して取り付け、これを鉄筋コンクリート柱内に埋設する構造である。図において、46は補強板、48は主筋、49はフープ筋である。
又、内リブH形鋼の合成効果については、特許文献5に、該H形鋼及び該H形鋼を用いた壁体に関して記載され、更に、非特許文献1においても、コンクリートと高い合成効果が得られることが確認されている。
実公平7−39927号公報 特開平9−221717号公報 特開平11−229329号公報 特開平8−27894号公報 特開2005−98059号公報 「SC合成地中連続壁の基礎的曲げ性状」(土木学会第58回年次学術講演会、V−244、487〜488頁、2003年9月) 「SRC構造ディテール集」(財団法人鉄道総合技術研究所、1987年2月)
上記都市再生のための工事は、既存市街地内での施工となるため以下の課題を有する。
(1)既存構造物が密集していることから、施工のため占有可能な場所の確保が困難。
(2)建設資材の搬入路が狭隘な道路になることが多い。
(3)建設機械の据付場所、面積が限定されることが多いことから、比較的小型の揚重機を用いた、小型部材の組み合わせによる現地架設となる場合が多い。
又、都市河川を渡河する橋梁や人工地盤の建設に関しては、上記加え以下の課題が挙げられる。
(4)河川の水位が高く、既存道路路面との間隔が狭くなることから、桁高の低い上部工形式を必要とする。
(5)(4)の特徴に付随して、上部工施工のための支保工、型枠の設置が困難なことが多い。
(6)護岸後背の下部工設置場所が狭隘で、しかも施工のための道路占有面積を大きくとれない。
従来の技術は、いずれも、このような要請を満足することができなかった。
本発明は、都市河川を渡河する橋梁や人工地盤建設上の上記課題を解決し、狭隘な場所において河川護岸の改修と下部工の建設を能率よく行うと共に、比較的小型の揚重機のみで河川内での支保工や型枠工を必要とせず、更に、剛結部の施工能率向上、強度確保が容易な構造と、基礎と上部工の剛結を容易に行える施工法を提供するものである。
本発明は、頭部が地盤面より上方に延長された護岸壁体と、該護岸壁体の頭部と接合一体化された、型枠兼用の強度部材を形成する底鋼板、及び、該底鋼板に溶接された、H形鋼あるいはH形鋼をウエブで切断したT形鋼からなる主桁を含む、複数の鋼製床版橋パネルと、該床版橋パネル及び護岸壁体頭部を被覆するコンクリートと、から構成される鋼・コンクリート合成ラーメン橋において、前記護岸壁体として用いる連続地中壁の芯材及び床版橋パネルの主桁に、フランジの内面又は外面に突起を設けたH形鋼を用いることにより、鋼部材と被覆コンクリートとのずれを拘束して剛性、強度を向上させると共に、該H形鋼頭部を床版橋パネルと剛結一体化するための接合継手に用いることにより、前記課題を解決したものである。
又、前記鋼・コンクリート合成ラーメン橋において、前記護岸壁体として鋼管矢板を用いる場合、その頭部の芯材及び床版橋パネルの主桁に、フランジの内面又は外面に突起を設けたH形鋼を用いることにより、鋼部材と被覆コンクリートとのずれを拘束して剛性、強度を向上させると共に、該H形鋼頭部を床版橋パネルと剛結一体化するための接合継手に用いることにより、前記課題を解決したものである。
又、前記床版橋パネルの一端を、水平変位を吸収可能な支承を用いて可動として、形状が複雑な場合の断面補強を不要としたものである。
本発明は、又、河川護岸の改修と渡河橋梁や河川上空人工地盤の建設を同時に効率良く行うことを可能とするため、連続地中壁あるいは鋼管矢板壁等の壁体からなる護岸構造を橋梁あるいは人工地盤の基礎と兼用すると共に、該護岸壁体の頭部を地盤面より上方に延長し、その頭部に型枠兼用の強度部材を形成する底鋼板にH形鋼あるいはH形鋼をウエブで切断したT形鋼から成る主桁を溶接して製作される床版橋パネルを搭載し、該床版橋パネル及び護岸壁体の頭部を被覆するようコンクリートを打設することにより、護岸壁体と床版橋パネルとの接合部を剛結し、更に、前記護岸壁体として連続地中壁を用いる場合、その基礎と床版橋パネルとの接合部を、床版橋パネルの底鋼板端部の下方に溶接された、フランジ外面に突起を有するH形鋼を、連続地中壁のフランジ内面に突起を有するH形鋼と突起同士を対向させるよう嵌合させ、該嵌合空隙部にコンクリートを現地にて打設、充填することにより、前記課題を解決したものである。
あるいは、前記護岸壁体として鋼管矢板を用いる場合、その杭頭内部に、床版橋パネルの底鋼板端部の下方に接合された、フランジ外面又は内面に突起を有するH形鋼を挿入し、該挿入部の鋼管内部にコンクリートを現地にて打設、充填することにより、前記課題を解決したものである。
本発明の効果を以下に示す。
(1)鉄筋を芯材とした連続地中壁よりも剛性が高く壁厚が小さく構築可能な、フランジ内面に突起を有するH形鋼を芯材として用いた連続地中壁を、河川護岸と該河川を渡河する橋梁や人工地盤の基礎工と兼用することにより、狭隘な建設場所での基礎工の建設を省略でき、工期、工費の削減が可能となる。
(2)上記護岸兼用の基礎工となる連続地中壁のフランジ内面突起付きH形鋼芯材と、上部工の桁端に設置されたフランジ外面突起付きH形鋼の突起同士を対向した状態にて嵌合し、対向間の隙間にコンクリートを充填することにより基礎工と上部工を一体、剛結可能となることから、剛結部の施工精度の管理が容易で、現地での煩わしい結合作業が著しく軽減される。
(3)護岸兼用の基礎工として鋼管矢板壁を用いる場合、予め床版橋パネル端部の下方に取り付けられたフランジ外面又は内面突起付きH形鋼を鋼管矢板頭部の鋼管内に挿入した後、鋼管内部にコンクリートを打設することにより上部工と下部工を剛結可能なことから、現地での施工時間が著しく短縮される。
(4)型枠兼用の強度部材を形成する底鋼板に、H形鋼あるいはH形鋼をウエブで切断したT形鋼から成る主桁を溶接して製作される複数の鋼製床版橋パネルを用い、該鋼製床版橋パネルの桁端を、護岸兼用基礎工とを上記方法により現地で剛結一体化することにより、河川内での支保工、型枠工を不要とした桁高の低い橋梁乃至人工地盤を短工期で施工可能となる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態として、護岸壁体に連続地中壁を用いた場合の河川を跨ぐ合成ラーメン橋の構造例を示す。又、図2乃至7は、その施工手順例を示す。
都市河川を渡河する橋梁建設の従来技術では、河川の護岸と橋梁基礎は別々の構造物として構築されるが、護岸背面に橋梁基礎の構築できる空間の確保が難しい場合が多く、加えて河川の水位が高いことから橋梁の桁高が大きくとれない等の問題点が多く、橋梁の建設が進まないことがあった。
本発明の第1実施形態では、河川50の護岸を、剛性の高いフランジ内面に突起64を有するH形鋼62を芯材とする連続地中壁60により構築し、H形鋼芯材62の頭部を鉛直上方に突出させた状態で、型枠兼用の下フランジ材となる底鋼板72に、フランジ内面に突起76を有するH形鋼74を溶接して成る主桁の長手方向の両端に、フランジ外面に突起80を有するH形鋼78が鉛直下方に溶接された上部工を、該フランジ外面突起付きH形鋼78が連続地中壁芯材H形鋼62の間に嵌合するよう設置した後、該嵌合部と主桁を被覆するようコンクリート82、84を打設し、連続地中壁基礎と上部工を剛結することにより、基礎の構築のための護岸後背地の確保を不要とすると共に、桁高の低い橋梁を提供している。図において、52は川床、54は背面土である。
以下、図2から図7に従い、本実施形態の施工手順の詳細を説明する。図2は、都市河川50の既存の護岸56を改修し、河川幅を拡幅するとともに護岸の強度補強を行うため、該既存護岸56の背後に連続地中壁護岸60を構築した状態を示す。ここで、連続地中壁護岸60には、特許文献5に示される、フランジ内面に突起64を有するH形鋼62を芯材として用いた構造を用いることにより、連続地中壁60の壁厚を極力小さくし、曲げ剛性及び基礎構造としての鉛直支持力を高め、河川幅を拡幅し強度補強も行うことが可能となる。
連続地中壁護岸60を構築した後、図3に示す如く、既存護岸56及びその背面土58を撤去し、河川拡幅と護岸改修を行う。
その後、図3及び4に示す如く、現地の施工条件に応じた幅に工場で製作された鋼製床版橋パネル70を現地に搬入し、桁端の鉛直下方に接合された、フランジ外面に突起80を有するH形鋼78を、連続地中壁60のフランジ内面に突起64を有する芯材62の間に、前記フランジ外面突起80と該フランジ内面突起64とを対向させるように挿入し、橋面の施工基面を調整し設置する。
図5は、全ての鋼製床版橋パネル70を設置した状況を示す。
図6は、図5に示した鋼製床版橋パネル70の桁端に鉛直下方に接合された、フランジ外面に突起80を有するH形鋼78と、連続地中壁60のフランジ内面に突起64を有する芯材62の嵌合部に、コンクリート82を打設、充填し、連続地中壁護岸60と合成床版橋パネル70を剛結した状態を示す。
図7は、床版橋パネル70を型枠として、コンクリート84を打設し、連続地中壁護岸60を基礎とした鋼・コンクリート合成床版橋を、その頭部に剛結して構築される合成ラーメン橋、乃至人工地盤の完成状態を示す。
本実施形態では、床版橋全幅を一体施工する場合を示したが、幅方向に分割施工することにより部分供用を早めることが可能である。
又、本実施例では上部工としてフランジ内面に突起を有するH形鋼乃至H形鋼をウエブ中央で切断したT形鋼を型枠兼用の構造材である底鋼板に溶接して成る主桁を用いたが、特許文献1に示された、フランジ外面に突起を有するH形鋼乃至H形鋼をウエブ中央にて切断したT形鋼を主桁とした床版橋パネルや、フランジに突起の無いH形鋼乃至H形鋼をウエブ中央にて切断したT形鋼に、スタッド等のコンクリートとのずれ止め材を溶接した主桁を有する床版橋パネルを用いても同様の効果が得られる。なお、ウエブの切断位置は、ウエブ中央に限定されない。
図8は、本発明の第2実施形態である護岸壁体に鋼管矢板を用いた場合を示す。
鋼管矢板壁と上部工の結合は、図9にその部分図を示す如く、型枠兼用の下フランジ材となる底鋼板72に、フランジ内面に突起76を有するH形鋼74を溶接して成る主桁の長手方向の両端に、フランジ外面に突起80を有するH形鋼78が鉛直下方に溶接された上部工を、該フランジ外面突起付きH形鋼78の先端(図の下端)が鋼管矢板90の鋼管内部に挿入するよう設置した後、鋼管内部と主桁を被覆するようコンクリート92を打設し、連続地中壁基礎と上部工を剛結することが可能である。
しかし、鋼管矢板頭部のラーメン橋隅角部としての剛性が不足することが多いため、図10に示す第2実施形態の如く、鋼管矢板90の鋼管内にフランジ内面に突起96を有するH形鋼94を挿入し、鋼管内部に予めコンクリート92を打設、充填することにより、鋼管頭部を補剛すると共に、該フランジ内面に突起96を有するH形鋼94の間に合成床版橋桁端部に鉛直下方に取り付けられたフランジ外面突起付きH形鋼78が嵌合するよう設置した後、該嵌合部と主桁を被覆するようコンクリート82、84を打設することにより、現地施工性を損なうことなく所要の剛性を得ることを可能とすることができる。
上記実施形態では、図11に示す如く、河川両岸の高剛性護岸の頭部で床版橋を剛結する立体ラーメン形式の構造及び施工法を示した。該構造では、図11に示したように、両桁端に支承を有する単純支持構造に比べ、上部工である合成床版橋部の曲げモーメントMが小さくできることから、桁高を抑え、摺り付け道路との縦断勾配を緩やかにすることが可能である。
しかし、河川の平面線形が複雑な場合や、床版橋自体が複雑な形状とする必要がある場合は、温度変化やコンクリートの収縮により構造物に生じる応力が複雑で且つ局部的に大きくなることから、温度応力やコンクリート収縮応力に耐えるように断面補強が必要となる。この場合には、図12に示す如く、どちらか一端あるいは両端を高剛性護岸と剛結せず、ゴム支承などの複雑な水平変位を吸収可能な可動支承100を用いて可動とすることにより、この問題を解決することが可能である。この場合、上部工の曲げモーメントMは図12に示した如く両端剛結に比較して大きくなり、桁高が高くなることから両者の構造比較によりどちらが経済的か評価する必要がある。
なお、前記実施形態においては、本発明が、河川の橋梁に用いられたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、歩道橋、人工地盤等にも用いることが可能である。
本発明の第1実施形態の構成を示す分解斜視図 同じく施工工程の既存護岸の後背に連続地中壁護岸を構築した状態を示す斜視図 同じく既存護岸及びその背面土を撤去した状態を示す斜視図 同じく床版橋パネルの一部を架設した状態を示す斜視図 同じく全ての床版橋パネルを架設した状態を示す斜視図 同じく連続地中壁護岸の頭部にコンクリートを打設した状態を示す斜視図 同じく床版橋パネルの全体にコンクリートを打設した状態を示す斜視図 本発明の第2実施形態の構成を示す分解斜視図 第2実施形態の変形例の要部構成を示す斜視図 第2実施形態の要部構成を示す斜視図 本発明の床版橋パネルの両端を固定した例を示す断面図 同じく一端を固定し、他端を可動とした例を示す断面図 特許文献1に記載された従来の形鋼を用いた合成床版橋の要部を示す断面図 同じく図13のA−A線に沿う横断面図 特許文献2に記載された従来の形鋼を用いた合成床版橋の要部を示す斜視図 特許文献3に記載された従来の形鋼を用いた合成床版橋の要部を示す斜視図 従来の形鋼を用いた柱の一例を示す水平断面図 従来の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造の一例を示す斜視図
符号の説明
50…河川
60…連続地中壁護岸
62,74,78,94…H形鋼
64,76,80、96…突起
70…鋼製床版橋パネル
72…底鋼板
82,84,92…コンクリート
100…可動支承

Claims (5)

  1. 頭部が地盤面より上方に延長された護岸壁体と、
    該護岸壁体の頭部と接合一体化された、型枠兼用の強度部材を形成する底鋼板、及び、該底鋼板に溶接された、H形鋼あるいはH形鋼をウエブで切断したT形鋼からなる主桁を含む、複数の鋼製床版橋パネルと、
    該床版橋パネル及び護岸壁体頭部を被覆するコンクリートと、
    から構成される鋼・コンクリート合成ラーメン橋において、
    前記護岸壁体として用いる連続地中壁の芯材及び床版橋パネルの主桁に、フランジの内面又は外面に突起を設けたH形鋼を用いることにより、鋼部材と被覆コンクリートとのずれを拘束して剛性、強度を向上させると共に、該H形鋼頭部を床版橋パネルと剛結一体化するための接合継手に用いたことを特徴とする鋼・コンクリート合成ラーメン橋
  2. 頭部が地盤面より上方に延長された護岸壁体と、
    該護岸壁体の頭部と接合一体化された、型枠兼用の強度部材を形成する底鋼板、及び、該底鋼板に溶接された、H形鋼あるいはH形鋼をウエブで切断したT形鋼からなる主桁を含む、複数の鋼製床版橋パネルと、
    該床版橋パネル及び護岸壁体頭部を被覆するコンクリートと、
    から構成される鋼・コンクリート合成ラーメン橋において、
    前記護岸壁体として用いる鋼管矢板の鋼管頭部の芯材及び床版橋パネルの主桁に、フランジの内面又は外面に突起を設けたH形鋼を用いることにより、鋼部材と被覆コンクリートとのずれを拘束して剛性、強度を向上させると共に、該H形鋼頭部を床版橋パネルと剛結一体化するための接合継手に用いたことを特徴とする鋼・コンクリート合成ラーメン橋。
  3. 前記床版橋パネルの一端が、水平変位を吸収可能な支承を用いて可動とされている請求項1又は2に記載の鋼・コンクリート合成ラーメン橋。
  4. 頭部が地盤面より上方に延長された壁体からなる護岸構造を橋梁の基礎とし、該護岸壁体の頭部と、型枠兼用の強度部材を形成する底鋼板にH形鋼あるいはH形鋼をウエブで切断したT形鋼から成る主桁を溶接して製作される複数の鋼製床版橋パネルを現地にて接合一体化した後、
    該床版橋パネル及び護岸壁体頭部を被覆するようコンクリートを打設して、護岸壁体と床版橋パネルとを剛結するようにした鋼・コンクリート合成ラーメン橋の施工方法において、
    前記護岸壁体として用いる連続地中壁の基礎と床版橋パネルを、床版橋パネルの底鋼板端部の下方に接合された、フランジ外面に突起を有するH形鋼を、連続地中壁のフランジ内面に突起を有するH形鋼と突起同士を対向させるよう嵌合させ、
    該嵌合空隙部にコンクリートを現地にて打設、充填することにより、基礎と上部工を剛結構造とすることを特徴とする鋼・コンクリート合成ラーメン橋の施工方法
  5. 頭部が地盤面より上方に延長された壁体からなる護岸構造を橋梁の基礎とし、該護岸壁体の頭部と、型枠兼用の強度部材を形成する底鋼板にH形鋼あるいはH形鋼をウエブで切断したT形鋼から成る主桁を溶接して製作される複数の鋼製床版橋パネルを現地にて接合一体化した後、
    該床版橋パネル及び護岸壁体頭部を被覆するようコンクリートを打設して、護岸壁体と床版橋パネルとを剛結するようにした鋼・コンクリート合成ラーメン橋の施工方法において、
    前記護岸壁体として用いる鋼管矢板の杭頭内部に、床版橋パネルの底鋼板端部の下方に接合された、フランジ外面又は内面に突起を有するH形鋼を挿入し、
    該挿入部の鋼管内部にコンクリートを現地にて打設、充填することにより、基礎と上部工を剛結構造とすることを特徴とする鋼・コンクリート合成ラーメン橋の施工方法。
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