JP4561618B2 - 鋼床版ｕリブの密閉ダイヤフラム構造及び鋼床版 - Google Patents

Description

本発明は、鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造及び鋼床版に係り、特に、橋梁構造物の鋼床版に用いるのに好適なＵリブの密閉ダイヤフラム構造、及び、これを用いた鋼床版に関する。

従来、橋梁における床版構造として、ＲＣ床版、合成床版、鋼床版等があるが、鋼床版は、軽量であることや、工場において一定の大きさまで製作し、現場に設置することが可能であり、施工工期が短くできる等の特徴のため、多くの実績がある。しかしながら、鋼床版は、比較的薄い鋼板の溶接構造であるため、通行荷重の影響を直接受け易く、疲労亀裂が発生する事例が見られるようになった。特に、横リブ上と縦リブの交差部やスカラップ等から亀裂が進展する事例が多く見られる。

橋梁構造で用いられる鋼床版構造において、その縦リブ（トラスリブ）構造に、図１に例示する如く、比較的剛性が高く施工が簡単なＵ型の閉断面縦リブ（以下Ｕリブ）構造を採用することが主流となっている。Ｕリブ２０を用いる場合、１〜３ｍ程度の間隔で横リブ３０を設置するのが一般的である。又、製作上、運搬上の理由等から、横リブ間隔（スパン）Ｌ程度の長さで製作し、現場で接合している。図２に示す現場継手部１２の位置は、曲げ力が比較的小さい位置（横リブスパンＬの１／４）に設けるのが一般的である。図１において、１４はデッキプレート、１６は主桁である。

このように、縦リブ構造にＵリブ２０を用いた鋼床版１０の場合、基本的に気密性の高いＵリブ内部は塗装や防錆処理を実施していないため、現場継手部１２で必要となる開口部（ハンドホール２０Ｈ、スカラップやボルト継手部等）からの外気の侵入による腐食を防止するため、図２に示す如く、現場ボルト継手部１２の両端に、周囲を溶接した鋼製のダイヤフラム（以下密閉ダイヤフラムと称する）２２を設けて、Ｕリブ２０内部の気密性を保っている。通常、この密閉ダイヤフラム２２は、工場内でＵリブ２０内に外周を溶接して設置する。設置位置は、継手部１２から２００〜５００ｍｍ程度の位置であるため、横リブ３０に近い側の密閉ダイヤフラム２２の横リブ３０との距離は０〜４２５ｍｍ程度である。又、板厚は、Ｕリブ２０の板厚と同等の６〜８ｍｍ程度が一般的であるが、裏当て材と兼用する場合には１２〜１９ｍｍ程度の鋼板を用いる場合もある。

図３に示すように、デッキプレート１４上を通過する車輪８等により、密閉ダイヤフラム２２配設位置近辺のＵリブ２０にＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きの力Ｆが作用した場合、該密閉ダイヤフラム２２が配設された位置でのＵリブ２０が該断面形状を保ったまま剛体回転し、横リブ３０とＵリブ２０交差部の溶接止端部等、構造詳細部の応力が２倍程度に増加することが非特許文献１に報告されている。図３において、３２はスカラップである。

この原因として、図４に示すように、密閉ダイヤフラム２２の剛体的な回転Ｒが、ねじり力として横リブ面２０上Ｕリブウェブのオイルキャニング変形（Ｕリブ側壁の歪み）を誘発し、Ｕリブウェブの局部曲げによるスリット部の回し溶接等に応力集中が発生することがある。この応力集中により横リブ３０とＵリブ交差部２０のスカラップ溶接止端等、疲労上の弱点となり得る構造詳細部から疲労亀裂が発生する可能性があった。

鋼床版の補強方法としては、特許文献１に、縦リブの内部空間に充填剤の軽量発泡コンクリートを注入して、溶接継手部の疲労強度を向上することが記載され、特許文献２に、鋼主桁間に補強横桁を締結固定して架設すると共に、該補強横桁の縦リブと対応する位置に支持金具を設け、該支持金具によって縦リブを支持することが記載されている。

又、前記非特許文献１などでは、密閉ダイヤフラムの剛性が影響を与えることを指摘している。

特開２００１−２４８１１４号公報 特開２００２−１７３９１２号公報 井口ら「鋼床版ＳＦＲＣ舗装施工前の静的載荷試験」土木学会第６０回年次学術講演会（平成１７年９月）ＣＳ１０−０１７、３３３〜３３４頁

Ｕリブが一定間隔で横リブにより外部拘束され、且つ、内部からは密閉ダイヤフラムで拘束されていると、ＵリブにＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きのねじり力が作用した場合に、該密閉ダイヤフラムが配設された位置でのＵリブが該断面形状を保ったまま変形した場合には、該横リブ拘束位置に亀裂が入る等のトラブルが発生する。しかしながら、従来は、これに対する対処法については研究されていなかった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、密閉ダイヤフラムの影響により、横リブに発生する疲労亀裂を抑止することを課題とする。

本発明の第１態様は、横リブによって外部から拘束されたＵリブを下面に備えた鋼床版の該Ｕリブ内に配設する密閉ダイヤフラムであって、該密閉ダイヤフラム配設位置近傍のＵリブにＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きの力によるねじり力が作用した場合に、該密閉ダイヤフラムの面内の変形とＵリブ全体の変形によりねじりを吸収し得る構造体となっており、前記構造体が、Ｕリブを構成する鋼材のヤング係数値より小さなヤング係数値を持つ素材からできている単一構造体であることを特徴とする鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造により、前記課題を解決したものである。

本発明の第２態様は、横リブによって外部から拘束されたＵリブを下面に備えた鋼床版の該Ｕリブ内に配設する密閉ダイヤフラムであって、該密閉ダイヤフラム配設位置近傍のＵリブにＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きの力によるねじり力が作用した場合に、該密閉ダイヤフラムの面内の変形とＵリブ全体の変形によりねじりを吸収し得る構造体となっており、前記構造体が、複合体としてねじり変形の緩和をし得る構造体となっており、前記複合体としてねじり変形の緩和をし得る構造体が、Ｕリブ内に配設するリブと、そのリブに接合する密閉材であることを特徴とする鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造により、前記課題を解決したものである。

本発明の第１態様および第２態様において、前記構造体の一部又は全部を紫外線硬化型樹脂としてもよい。

本発明の第３態様は、横リブによって外部から拘束されたＵリブを下面に備えた鋼床版の該Ｕリブ内に配設する密閉ダイヤフラムであって、該密閉ダイヤフラム配設位置近傍のＵリブにＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きの力によるねじり力が作用した場合に、該密閉ダイヤフラムの面内の変形とＵリブ全体の変形によりねじりを吸収し得る構造体となっており、前記構造体の一部又は全部が紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造により、前記課題を解決したものである。

本発明の第１〜第３態様において、前記Ｕリブ内に配設する前記密閉ダイヤフラムと直近の横リブとの間隔をＬ／４（横リブ間隔Ｌ）以内としてもよい。

本発明の第１〜第３態様において、前記構造体を、該構造体部材を予め成型したものを現場でＵリブに接合できる構造としてもよい。

本発明は、又、前記のいずれかに記載のＵリブの密閉ダイヤフラム構造を備えたことを特徴とする鋼床版を提供するものである。

本発明では、密閉ダイヤフラムを鉛直力に抵抗しない構造体としたので、従来構造の密閉ダイヤフラムの影響により、横リブに発生する疲労亀裂を抑止することができる。更に、溶接を実施せずに接合可能となり、溶接熱による変形が発生せず、疲労上の弱点となることもない。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図５に示す如く、気密性は保ちながら、面内剛性を低下させてねじり変形を緩和可能とした部材で作った密閉ダイヤフラム４０を用いて、該密閉ダイヤフラム４０の面内の変形とＵリブ２０全体の変形によりねじりを吸収し、横リブ３０上のＵリブ２０のオイルキャニング変形を防ぎ、密閉ダイヤフラムの機能を保つようにしたものである。

前記密閉ダイヤフラム４０が単一構造の場合、面内剛性については、ダイヤフラムを構成する部材のヤング係数の剛性が１つの指標となる。値としては、鋼材のヤング係数（２００，０００Ｎ／ｍｍ^２）の約１／２程度であれば変形が１／２程度となり、発生応力も半減することが予想され、密閉ダイヤフラムが無い構造と同等の応力となる。又、ダイヤフラム部材に気密性の高い材質を用いることにより、密閉ダイヤフラムの機能を損なうことなく、オイルキャニング変形を低減することが可能となる。

対象とする横リブ３０部に対して、密閉ダイヤフラム４０の位置が、Ｕリブ２０やデッキプレート１４の剛性を考慮した通常の設計を行ない算出された横リブ間隔Ｌにより設計されている場合、横リブ間隔Ｌの１／４（Ｌ／４）以下の間隔で密閉ダイヤフラム４０を設置すると、デッキプレート１４とＵリブ２０の変形により、横リブ３０上のＵリブ２０に発生するオイルキャニング変形の吸収分が小さいため、この位置にある密閉ダイヤフラムを本発明の構造とすれば、大きな効果が得られる。

次に、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、図６に示すように、偏心載荷部のＵリブ２０に、面内の剛体変形を防止するため断続したリブ４２を設け、このリブ４２と気密性を保持するための部材４４を接合する。リブ４２、気密性保持部材４４のいずれもヤング係数が鉄程度の材質を用いた場合は、気密性、耐久性が高く、接着剤による接合を行えば、接着剤のせん断変形により、オイルキャニング変形を低減することが可能である。又、リブ４２、気密性保持部材４４のどちらか一方又は両方の部材に、鉄よりもヤング係数の低い部材を用いれば、オイルキャニング変形を更に低減することが可能である。リブ４２は、図７に示すように、（Ａ）縦横リブタイプ、（Ｂ）縦リブタイプ、及び（Ｃ）横リブタイプ等、断面内に断続部を設けた構造であればよい。

次に、本発明の第３実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、図８に示すように、構造体部材を予めＵリブ断面に適合するよう成型したユニット型の密閉部材４６を設置位置に設置後、接着部材５０等により接合するようにしたものである。

本実施形態によれば、簡便に精度良く施工が実施でき、密着性も向上する。

更に図９に示すように、密閉部材４６に開先４６Ａや接合用のリブ４８を加工すれば、より精度良く簡便に接合が可能となる。又、密閉部材に取手４９等の治具を設置すれば、接合作業が容易となる。

更に、密閉ダイヤフラム部材に紫外線硬化型ＦＲＰ素材を用いれば、鋼床版１０と密閉ダイヤフラム４０の接合が簡単となる。硬化前であれば、密閉ダイヤフラムの板厚や形状の調整が可能であるため、ダイヤフラム自体の剛性を小さくすることが可能である。又、既設橋で一部のＵリブやデッキプレートを取り替える必要が生じた場合に、密閉ダイヤフラムを後から設置することも可能となる。更に、硬化迄であれば接着効果があるため、溶接による変形が生じずに、施工が可能である。なお、ブラックライト等を用いれば、太陽光の入らない箇所でも施工が可能である。

鋼床版の一部の形状を示す斜視図 同じく密閉ダイヤフラムの配設状態を示す斜視図 従来の問題点を説明するための、密閉ダイヤフラムに作用する偏心曲げを示す斜視図 同じくオイルキャニング変形を示す断面図 本発明の第１実施形態を示す断面図 同じく第２実施形態を示す斜視図 第２実施形態で用いる密閉ダイヤフラム構造の変形例を示す正面図 本発明の第３実施形態を示す斜視図 第３実施形態で用いる密閉ダイヤフラム構造の変形例を示す正面図及び側面図

符号の説明

１０…鋼床版
１２…継手部
１４…デッキプレート
２０…Ｕリブ（縦リブ）
２２…密閉ダイヤフラム
３０…横リブ
４２、４８…リブ
４４…気密性保持部材
４６…密閉部材
４９…取手
５０…接着部材

Claims (7)

1. 横リブによって外部から拘束されたＵリブを下面に備えた鋼床版の該Ｕリブ内に配設する密閉ダイヤフラムであって、
   該密閉ダイヤフラム配設位置近傍のＵリブにＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きの力によるねじり力が作用した場合に、該密閉ダイヤフラムの面内の変形とＵリブ全体の変形によりねじりを吸収し得る構造体となっており、
   前記構造体が、Ｕリブを構成する鋼材のヤング係数値より小さなヤング係数値を持つ素材からできている単一構造体であることを特徴とする鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造。
2. 横リブによって外部から拘束されたＵリブを下面に備えた鋼床版の該Ｕリブ内に配設する密閉ダイヤフラムであって、
   該密閉ダイヤフラム配設位置近傍のＵリブにＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きの力によるねじり力が作用した場合に、該密閉ダイヤフラムの面内の変形とＵリブ全体の変形によりねじりを吸収し得る構造体となっており、
   前記構造体が、複合体としてねじり変形の緩和をし得る構造体となっており、
   前記複合体としてねじり変形の緩和をし得る構造体が、Ｕリブ内に配設するリブと、そのリブに接合する密閉材であることを特徴とする鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造。
3. 前記構造体の一部又は全部が紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造。
4. 横リブによって外部から拘束されたＵリブを下面に備えた鋼床版の該Ｕリブ内に配設する密閉ダイヤフラムであって、
   該密閉ダイヤフラム配設位置近傍のＵリブにＵリブ断面中央から偏心した垂直下向きの力によるねじり力が作用した場合に、該密閉ダイヤフラムの面内の変形とＵリブ全体の変形によりねじりを吸収し得る構造体となっており、
   前記構造体の一部又は全部が紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造。
5. 前記Ｕリブ内に配設する前記密閉ダイヤフラムと直近の横リブとの間隔がＬ／４（横リブ間隔Ｌ）以内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造。
6. 前記構造体が、該構造体部材を予め成型したものを現場でＵリブに接合できる構造とされていることを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の鋼床版Ｕリブの密閉ダイヤフラム構造。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のＵリブの密閉ダイヤフラム構造を備えたことを特徴とする鋼床版。

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