JP4613287B2 - 鋼床版の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼床版の補強構造に関する。

鋼床版橋梁において、床版は、鋼製の平板状のデッキプレートの下面に該デッキプレートを補強する縦リブ及び横リブが溶接されることによって、形成されている。縦リブは、橋軸方向に沿って延在するもので、この一種類として、閉断面リブ或いはＵリブと呼ばれる断面Ｕ字型のものがある。このＵリブは、長手方向に沿った両端面をデッキプレートの下面に溶接される。

ところで、上記のようなデッキプレートには、疲労亀裂が発生することがある。亀裂が発生する一因は、応力集中であるとされている。また、応力集中は、例えば、桁やＵリブ等の剛性の高い部材に囲まれた場所に起こる。そして、亀裂は、デッキプレートの下面より発生して上面に向かって進行し、やがて貫通することが知られている。
このような亀裂発生事例には、亀裂がＵリブの溶接ルート部から発生しデッキプレート上面へと進展したものがある。ここで、図７（ａ）に、上記事例の亀裂が生じた鋼床版の亀裂を含む部分（補修後）の平面図を示す。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）においてＡ−Ａで示す方向から見た鋼床版の一部の断面図である。これらの図において、符号１はデッキプレート、２はＵリブ、３はアスファルト等による舗装層であり、４は溶接部、５はルート部である。また、符号６〜９は亀裂の補修（後述する）により設けられたものであって、６はストップホール、７は観察孔、８は当て板、９は当て板８をデッキプレート１に固定するボルトである。
このような構造においては、Ｕリブ２のルート部５近傍には、微小な未溶着部分が残る。上記事例の亀裂は、この未溶着部分に高い応力が集中することによって発生すると考えられる。

上記事例のような亀裂に対する補修の手法としては、亀裂の両先端にストップホール６を形成して応力集中を緩和し、下記非特許文献１にあるように、デッキプレート１の上面に補剛材として当て板８を設置してデッキプレート１の応力状態を緩和する、という手法がある。上記手法においては、デッキプレート１にストップホール６を形成すると共に、Ｕリブ２のストップホール６直下部分に観察孔７を形成する。観察孔７は、ストップホール６の直径と同じ幅でＵリブ２の上端から下方へ形成した孔であって、観察孔７の下端は、半円形に形成される。
「鋼床版デッキ貫通き裂に対する補強工法」 栗原 康行（ＪＦＥ技研）、津村 直宜（ＪＦＥエンジニアリング）、志賀 弘明（ＪＦＥエンジニアリング） 土木学会第６０回年次学術講演会（平成１７年９月）資料 平成１７年８月２０日 社団法人土木学会 発行 ＣＤ−ＲＯＭ

ここで、図７（ｃ）は、図７（ａ）においてＢ−Ｂで示す方向から見た鋼床版の一部分の断面を模式的に示した図である。この図では、太線は、ストップホール６のどちら側に亀裂が位置しているのかを模式的に示すもので、亀裂の形状を示してはいない。また、この図では、点線を等高線のように組み合わせることによって応力集中の状態を示している。
この図に示すように、上記手法の補修を施すと、Ｕリブ２の観察孔７周囲の両上端角部２ａ，２ｂには、高い応力集中が起こる。この応力集中は、Ｕリブ２が支点となってデッキプレート１に負曲げが作用しているために起こる。
上記応力集中を放置した場合には、図７（ａ）及び（ｃ）に符号Ｘで示す位置、即ちデッキプレート１のＵリブ２溶接部４直上のストップホール６を挟む両端部のうち亀裂が発生していない側にも亀裂が発生する虞があり、不都合である。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、Ｕリブの観察孔周囲の上端角部における応力集中を緩和し、補剛材設置後の該補剛材設置箇所及びその周辺における新たな亀裂発生を防ぐことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、第１の手段として、デッキプレートのＵリブ溶接部に沿って発生した亀裂の両先端部に前記Ｕリブが存在する位置としない位置とにまたがるストップホールを形成し、前記Ｕリブの前記ストップホールの直下部分に観察孔を形成し、前記デッキプレートの上面に前記亀裂及び前記ストップホールを覆う補剛材を設置してなる鋼床版の補強構造において、前記Ｕリブに、前記観察孔の少なくとも前記Ｕリブの延在方向において前記観察孔に連通する切欠きを形成したことを特徴とする鋼床版の補強構造を採用した。

また、第２の手段として、上記第１の手段に係る鋼床版の補強構造において、前記切欠きは、前記Ｕリブの前記観察孔の前記Ｕリブの延在方向に沿った両側部のうち直上に前記亀裂が位置しない側に形成されているものを採用した。

第３の手段として、上記第１又は２の手段に係る鋼床版の補強構造において、前記切欠きは、前記観察孔の下端部を前記Ｕリブの延在方向に伸展させた形状に形成されているものを採用した。

第４の手段として、上記第１から３の何れかの手段に係る鋼床版の補強構造において、前記切欠きは、略半円形に形成されているものを採用した。

本発明によれば、観察孔の少なくとも前記Ｕリブの延在方向において観察孔に連通する切欠きを形成したことにより、Ｕリブの観察孔周囲の両上端角部のうち少なくとも切欠きを有する側においては、切欠き周囲に応力が集中するので、Ｕリブの観察孔周囲の上端角部の応力が低減する。したがって、本発明によれば、Ｕリブの観察孔周囲の上端角部における応力集中を緩和し、これにより、補剛材設置後の該補剛材設置箇所及びその周辺における新たな亀裂発生を防ぐことができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における鋼床版１０及び主桁２０の一部の構造を示す斜視図である。鋼床版１０は、デッキプレート１１、縦リブ１２、横リブ１３及び側縦桁１４からなり、デッキプレート１１の上面にアスファルトによる舗装層１５が形成される。主桁２０は、図示しない橋脚の上に架け渡されて、鋼床版１０を支えるものである。
デッキプレート１１は、鋼製で、厚さ１２ｍｍ程度の平板状の部材である。縦リブ１２及び横リブ１３は、デッキプレート１１を補強するものである。縦リブ１２は、橋軸方向に沿って複数本平行に延在し、所定間隔をあけてデッキプレート１１の下面に並べられて溶接される。横リブ１３は、橋軸に直交する方向に沿って延在し、橋軸方向に沿った所定間隔毎にデッキプレート１１の下面に配置されて、デッキプレート１１の下面及び縦リブ１２の外周面に溶接される。また、横リブ１３の主桁２０に隣り合う部分は、主桁２０に溶接される。

縦リブ１２には、平板状の平リブ１２ａと、断面Ｕ字型のＵリブ１２ｂとがある。本鋼床版１０は、図１における右端が歩道とされ、それ以外の部分が車道とされているものである。この鋼床版１０においては、歩道とされる部分のデッキプレート１１は平リブ１２ａで補強され、車道とされる部分のデッキプレート１１はＵリブ１２ｂで補強されている。なお、Ｕリブ１２ｂの厚さは、多くは８ｍｍ又は６ｍｍである。また、Ｕリブ１２ｂの幅は例えば３２０ｍｍであり、この場合の隣り合うＵリブ１２ｂの間隔は例えば３２０ｍｍである。
側縦桁１４は、デッキプレート１１の両側及び横リブ１３の両端に溶接される帯状の板金である。

次に、図２は、亀裂を補修した鋼床版１０の補強構造を示す平面図であり、図３は、図２においてＣ−Ｃで示す方向から見た鋼床版１０の断面図である。この図において、符号１６〜１９及びＺは亀裂の補修により設けられたものであって、１６はストップホール、１７は観察孔、１８は補剛材としての当て板、１９は当て板１８をデッキプレート１１に固定するボルト、Ｚは切欠きである。また、図４は、図２においてＤ−Ｄで示す方向から見た鋼床版１０の一部分の断面を模式的に示した図である。この図では、太線は、ストップホール１６のどちら側に亀裂が位置しているのかを模式的に示すもので、亀裂の形状を示してはいない。

ストップホール１６は、補修時に、デッキプレート１１に発生したＵリブ１２ｂの溶接部Ｙに沿った亀裂の両先端部に形成される円形の孔である。また、ストップホール１６は、直径４０ｍｍ程度であって、Ｕリブ１２ｂの溶接部Ｙをまたぐように形成される。
観察孔１７は、Ｕリブ１２ｂのストップホール１６の直下に形成される略Ｕ字型の孔である。また、観察孔１７の幅は４０ｍｍ程度であって、深さは５０ｍｍ程度である。切欠きＺは、直径３０ｍｍ程度の半円形に形成され、観察孔１７に連通し、観察孔１７と合わせて略Ｌ字型をなすように、観察孔１７の下端部を伸展させた形状に形成される。また切欠きＺは、図示するように、Ｕリブ１２ｂの観察孔１７の両側部のうち直上に亀裂が位置しない側に形成される。
当て板１８は、亀裂とストップホール１６とを覆うものであって、デッキプレート１１にボルト１９によって固定される。その上に、アスファルトによる舗装層１５が形成されている。

補修の手順は次の通りである。まず、亀裂発生箇所及びその周囲の舗装層１５を剥がし、デッキプレート１１の亀裂の両先端部にストップホール１６を形成すると共に、Ｕリブ１２ｂのストップホール１６直下の部分に観察孔１７を形成する。観察孔１７の形成にあたっては、観察孔１７の上端部の形成は、デッキプレート１１へのストップホール１６の形成と共にデッキプレート１１の上面から行い、観察孔１７の下端部の形成は、デッキプレート１１の下において作業を行う。
続いて、デッキプレート１１の下において、観察孔１７に連通させて切欠きＺを形成する。そして、デッキプレート１１の上面から亀裂及びストップホール１６を覆うように当て板１８を被せて、当て板１８をデッキプレート１１の下面からボルト１９で固定し、最後に、舗装層１５の剥がした部分を再度アスファルトにて舗装し直す。

図５（ａ）は、観察孔１７及び切欠きＺが形成されたＵリブ１２ｂの応力集中の状態を点線を等高線のように組み合わせることによって示した鋼床版１０の一部分の断面の模式図である。図５（ｂ）は、比較のために示す従来の応力集中の状態の例である。
図５（ｂ）に示すように、従来は、Ｕリブ２の観察孔７周囲の両上端角部２ａ，２ｂには、高い応力が集中していたが、本発明によれば、図５（ａ）に示すように、切欠きＺを設けたことにより、Ｕリブ１２ｂによるデッキプレート１の拘束度合が弱まり、切欠きＺの周囲に応力が集中し、Ｕリブ１２ｂの観察孔１７周囲の両上端角部のうち切欠きＺの直上の応力が低減する。
したがって、本実施形態においては、Ｕリブ１２ｂの観察孔１７周囲の両上端角部のうち切欠きＺが形成されている側、即ち直上に亀裂が位置しない側の応力集中を緩和することができるので、補修後の該補修箇所及びその周辺における新たな亀裂発生を防ぐことができる。

なお、上記実施形態では、切欠きＺを、観察孔１７と合わせて略Ｌ字型をなすように、観察孔１７の下端部を伸展させた形状に形成しているが、実施にあたっては、例えば図６（ａ）に示すように、観察孔１７と合わせて略ト字型をなすように、観察孔１７の上下方向中途部から伸展させた切欠きＺａとしてもよい。
また、実施にあたっては、例えば図６（ｂ）に示すように、観察孔１７と合わせて上下逆の略Ｔ字型をなすように、観察孔１７の下端部をＵリブ１２ｂの延在方向に沿って両方に伸展させた切欠きＺｂとしてもよい。このように、観察孔１７の両側に切欠きＺｂを設けた場合には、Ｕリブ１２ｂの観察孔１７周囲の両上端角部の両方において応力集中が緩和される。
更に、実施にあたっては、例えば図６（ｃ）に示すように、観察孔１７の下端部を、下方及びＵリブ１２ｂの延在方向に沿って両方に広げた形状の切欠きＺｃとしてもよい。
そして、本発明は、橋梁に限らず、鋼床版と略同様の構造の構造体に適用してもよい。そのような構造体としては、例えば、メガフロートが考えられる。

本発明の一実施形態における鋼床版及び主桁の一部の構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における亀裂を補修した鋼床版の補強構造を示す平面図である。 本発明の一実施形態における亀裂を補修した鋼床版の補強構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるＵリブに形成した観察孔及び切欠きの形状を模式的に示す鋼床版の一部分の断面の模式図である。 （ａ）本発明の一実施形態におけるＵリブの観察孔周囲の応力集中の状態を示す鋼床版の一部分の断面の模式図である。（ｂ）比較のために示す従来の観察孔周囲の応力集中の状態を示す鋼床版の一部分の断面の模式図である。 本発明の他の実施形態におけるＵリブに形成した観察孔及び切欠きの形状を模式的に示す鋼床版の一部分の断面の模式図である。 （ａ）従来の鋼床版の亀裂の補修の手法を示す鋼床版の一部分の平面図である。（ｂ）（ａ）においてＡ−Ａで示す方向から見た鋼床版の一部の断面図である。（ｃ）（ａ）においてＢ−Ｂで示す方向から見た鋼床版の一部分の断面を模式的に示した図であって、Ｕリブの観察孔周囲の応力集中の状態を示す。

符号の説明

１…デッキプレート、 ２…Ｕリブ、 ３…舗装層、 ４…溶接部、 ５…ルート部、 ６…ストップホール、 ７…観察孔、 ８…当て板、 ９…ボルト
１０…鋼床版、 １１…デッキプレート、 １２…縦リブ、 １２ａ…平リブ、 １２ｂ…Ｕリブ、 １３…横リブ、 １４…側縦桁、 １５…舗装層、 １６…ストップホール、 １７…観察孔、 １８…当て板（補剛材）、 １９…ボルト、 ２０…主桁、 Ｙ…溶接部、 Ｚ…切欠き、 Ｚａ…切欠き、 Ｚｂ…切欠き、 Ｚｃ…切欠き

Claims (4)

1. デッキプレートのＵリブ溶接部に沿って発生した亀裂の両先端部に前記Ｕリブが存在する位置としない位置とにまたがるストップホールを形成し、前記Ｕリブの前記ストップホールの直下部分に観察孔を形成し、前記デッキプレートの上面に前記亀裂及び前記ストップホールを覆う補剛材を設置してなる鋼床版の補強構造において、
   前記Ｕリブに、前記観察孔の少なくとも前記Ｕリブの延在方向において前記観察孔に連通する切欠きを形成した
   ことを特徴とする鋼床版の補強構造。
2. 前記切欠きは、前記Ｕリブの前記観察孔の前記Ｕリブの延在方向に沿った両側部のうち直上に前記亀裂が位置しない側に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の鋼床版の補強構造。
3. 前記切欠きは、前記観察孔の下端部を前記Ｕリブの延在方向に伸展させた形状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼床版の補強構造。
4. 前記切欠きは、略半円形に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の鋼床版の補強構造。

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