JP4680556B2 - 鋼床版の補強工法 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁や高架道路を建設する際に用いられる鋼床版の疲労亀裂等の発生を抑えるための鋼床版の補強工法及び補強された鋼床版に関するものである。

従来、橋梁や高架道路における床版の構造としては、鉄筋により補強されたコンクリートによるいわゆるＲＣ床版と、鋼板を用いる鋼床版とがある。
ＲＣ床版は、現場で型枠内に鉄筋を組んでコンクリートを打設するものであるために作業に手間がかかり、工期が長くなる。

図８に従来の鋼床版の構造の一例を示す。
鋼床版は図８の下側からの斜視図に示すように、デッキプレート１の下面に縦方向に連続する閉断面のＵリブ（縦リブ）２が横方向に所定間隔で並設されると共にこれと直交する横方向に横リブ１０と該横リブ１０より背の高い横桁１１が所定間隔で配設され、その下面に更に横リブ１０及び横桁１１を貫いて縦方向の主桁１２が溶接によって一体に固定されて構成されている。鋼床版は、図８に示す状態まで製造工場にて組み上げた後、施工現場に搬送して橋脚上に据え付けるいわゆるプレハブ工法による施工に用いられる。該鋼床版は、ＲＣ床版に比較して軽量に構成でき、また、施工現場での工数が少なく工期も短かくできるという特徴がある。

上記に述べた鋼床版が用いられている橋梁は、これまで多くの建設実績があるが、鋼床版の板厚が概して薄く、通行車両の重量増加や通行量の増加により、鋼床板のデッキプレートとＵリブとの溶接継手部に疲労亀裂が発生する事例が見られるようになった。
例えば、「鋼床版における新しい疲労損傷」（第５回太平洋地域鋼構造会議（１９９８、Ｏｃｔｏｂｅｒ１３−１６、ソウル）の発表においては、道路橋の鋼床版において図１（ａ）、（ｂ）に示したような、Ｕリブ付け根からデッキプレートを貫通して亀裂が生じる例が報告されている。

この亀裂発生の原因としては以下の理由が指摘されている。
１）Ｕリブ付け根の溶接形状（Ｕリブ内面）を原因とする応力集中（図１（ａ））
２）車の大型化などによる活荷重の増大→Ｕリブ間の変形による疲労亀裂
そこで、このような疲労亀裂を未然に防止するために鋼床版の補強方法が提案されている。

特許文献１には、横桁と縦リブが接合される交差部において、（１）デツキプレ−ト下面と縦リブの上面溝部によって形成される閉鎖空間に硬化性充填材を充填するか、上記（１）の構成に加えて、（２）横桁上面に立設した連結金具を縦リブの底壁部の接合用開口から縦リブの上面溝部内に突出させて、前記硬化性充填材で該連結金具を包囲するようにする、（３）横桁上面に縦リブの底壁部をボルト接合し、ボルト接合部を前記硬化性充填材で包囲する、等の構成を採用することにより、縦リブと横桁の交差部における座屈を防止し、横桁の疲労強度の低下を無くし、縦リブと横桁の接合を能率良く行うことができることが記載されている。

特許文献２には、デッキプレートの下面に複数条の縦リブが配設されている鋼床版において、縦リブの内部空間に充填材として軽量発泡コンクリート、高流動性コンクリート又は軽量発泡骨材を混練したコンクリート等を注入して固化することにより、デッキプレートと縦リブとの溶接継手部の応力を下げる、疲労亀裂の発生を防ぐことが記載されている。

特許文献３には、鋼主桁間の縦リブと干渉しない下側に補強横桁を鋼主桁に締結固定して架設し、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により、鋼床版の重量が支持金具及び補強横桁を介して鋼主桁に伝達され、鋼床版を鋼主桁によって平均的に支持するように補強すると共に、縦リブに作用する応力を小さくしてその溶接部位に生ずる疲労を軽減できることが記載されている。

しかしながら、特許文献１、２記載の方法では、重量が大幅に増加し、Ｕリブ間の剛性の向上には寄与しない。また、特許文献３に記載の方法によってもＵリブ間の剛性の向上には寄与しないために、前記のデッキ方向のき裂に対しての効果は小さいと考えられる。

特開平９−２４２０２１号公報 特開２００１−２４８１１４号公報 特開２００２−１７３９１２号公報

本発明は、鋼床版のデッキプレートにおける亀裂の発生を防ぐための鋼床版の補強工法及びその補強を施した鋼床版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者等は鋭意検討を進めた結果、(1)Ｕリブ間に補強リブを設置して、Ｕリブ間のデッキの剛性を高めること及び(2)補強リブの反力をＵリブまたは横リブで受けることにより上記の課題が解決できることを見出して本件発明を完成した。その本発明は次に記載する通りのものである。

（１）鋼板製のデッキプレート下面に、デッキプレートの縦方向にＵリブが横方向に間隔をおいて併設されると共にこれと直交する横方向に横リブと該横リブより背の高い横桁が間隔をおいて併設され、更にデッキプレートの縦方向に前記横リブ及び前記横桁を貫いて主桁が溶接によって一体に固定されて構成されている鋼床版の補強工法であって、デッキプレートの局部変形を防止するために、隣接するＵリブ間に、補強リブの面の方向がＵリブの側面に対して垂直方向となるように補強リブを配置し、該補強リブをＵリブの側面及びデッキプレート下面に接合し、補強リブの下方端面を非接合面とすることを特徴とする鋼床版の補強工法。
（２）前記補強リブの複数枚をＵリブの長さ方向に間隔をおいて配置することを特徴とする上記（１）に記載の鋼床版の補強工法。
（３）前記補強リブのデッキプレート側の端部及びＵリブ側の端部をそれぞれデッキプレート下面及びＵリブ側面に直接接合することを特徴とする上記（１）、（２）の鋼床版の補強工法。
（４）前記補強リブのデッキプレート側の端部及びＵリブ側の端部をそれぞれ固定板に接合して一体化し、該固定板をデッキプレート下面及びＵリブ側面のそれぞれに固定することを上記（１）、（２）の鋼床版の補強工法。
（５）Ｕリブ付け根の補強リブを設けた部分に、き裂観察及び補修用の空間部が形成されるように、補強リブのデッキプレート側端部の両側に切欠部を設けることを特徴とする上記（１）〜（４）の鋼床版の補強工法。

（６）鋼板製のデッキプレート下面に、デッキプレートの縦方向にＵリブが横方向に間隔をおいて併設されると共にこれと直交する横方向に横リブと該横リブより背の高い横桁が間隔をおいて併設され、更にデッキプレートの縦方向に前記横リブ及び前記横桁を貫いて主桁が溶接によって一体に固定されて構成されている鋼床版であって、デッキプレートの局部変形を防止するために、隣接するＵリブ間に、該補強リブの面の方向がＵリブの側面に対して垂直方向となるように補強リブが配置され、該補強リブがＵリブの側面及びデッキプレート下面に接合され、補強リブの下方端面が非接合面とされていることを特徴とする鋼床版。
（７）前記補強リブの複数枚がＵリブの長さ方向に間隔をおいて配置されていることを特徴とする上記（６）の鋼床版。
（８）前記補強リブのデッキプレート側の端部及びＵリブ側の端部をそれぞれデッキプレート下面及びＵリブ側面に直接接合したことを特徴とする上記（６）、（７）の鋼床版。
（９）前記補強リブのデッキプレート側の端部及びＵリブ側の端部がそれぞれ固定板を介してデッキプレート下面及びＵリブ側面に固定されていることを特徴とする上記（６）、（７）の鋼床版。
（１０）Ｕリブ付け根の補強リブを設けた部分に、き裂観察及び補修用の空間部が形成されるように、補強リブのデッキプレート側端部の両側に切欠部が設けられていることを特徴とする上記（６）〜（９）の鋼床版。

本発明の実施形態について図を用いて説明する。
図２（ａ）、（ｂ）は本発明の鋼床版の構造を示す斜視図であり、図３は本発明の鋼床版の断面図である。図２、図３で示すように、本発明の鋼床版は、デッキプレート１の下面及びＵリブ２の側面に固定板４、４’を設置し、この固定板４、４’に対してデッキプレート１の局部変形を防止するための補強リブ３をＵリブ２に対して垂直方向に接合した構造となっている。図中７はボルト等の接合部材を示す。
また、図２、３、７に示されているように、補強リブの下方端面は他の部材に接合されていない面となっている。本願明細書ではこのような他の部材に接合されていない面を「非接合面」という。
図示例ではＵリブ２の側面に接合する固定板４とデッキプレート１の下面に接合する固定板４’とを別体のものとしたが、固定板４と固定板４’とを一枚の板から形成してもよいし、別体のものを一体化して用いても良い。なお、図３中の符号６は後述する空間部を示す。

図４は、補強リブを設けない場合に、Ｕリブ２間のデッキプレート１上を車輪５が走行した場合の変形・応力状態を示す。Ｕリブ２間に車輪５が通行した場合は、図４（ａ）に示すような局部変形が生じ、図４（ａ）中に矢印で示すＵリブ２間の中央デッキプレート１の下面およびＵリブ２の付け根に引張の膜応力が作用する。図４（ｂ）に示すＵリブ２の付け根に作用する引張り応力が、未溶着部からの亀裂の発生・進展の原因となる。

図５（ａ），（ｂ）は、図２示した本発明の鋼床版上のＵリブ２間のデッキプレート１上を図４に示したと同様に車輪５が走行したときのデッキプレート１の変形・応力状態を示す。図５（ａ）の応力状態に示されるように、車輪５からの鉛直力を補強リブが受け、これをせん断力として側面の固定板４に伝達する。また、図５（ｂ）は大型トラックなどの後輪が通過する場合の応力の状態を鋼床版の側面から示した図であるが、補強リブ３間の間隔ｄを車軸間隔Ｄよりも短くすることにより、隣り合う補強リブ３が同時に働き、本体構造への作用力を最小限に抑えることができる。

図５（ａ）に示すようにＵリブ２の付け根部分に対応する補強リブ３の部分に切欠部を設けることによって、Ｕリブ付け根の周辺部に空間部９を設けておくと、補強構造設置後のき裂観測及び補修が可能となる。
この場合、固定板４の横幅が広く、その端部がＵリブの付け根まで達する場合には固定板４にも切欠部を設ける必要があるが、固定板４の横幅が狭く、その端部がＵリブの付け根から一定距離離れている場合には切欠部を設ける必要はない。

上記の例では補強リブ３を固定板４、４’を介してデッキプレート１の下面及びＵリブ２の側面に固定したが、固定板４を用いることなく、補強リブ３をデッキプレート１の下面及びＵリブ２の側面に溶接等により直接に接合してもよい。この場合、固定板４、４’を用いないため部品数が少ないというメリットはあるが、現場で補強リブをＵリブ側面に溶接する作業が必要となり手間がかかるという欠点がある。
また、補強リブ３をデッキプレート１の下面及びＵリブ２の側面のいずれか一方にのみ固定板４を介して接合するようにしてもよい。

上記では、既に設置されている鋼床版を補強する場合の例を示したが、これから新規に鋼床版を設置する場合には、鋼床版を工場で製造する段階で補強リブを鋼床版に設けておくことができる。

［実施例１］
図６に本発明の鋼床版及び補強工法の基本的な形態を示す。
図６（ａ）は本発明の鋼床版の側面断面図であり、図６（ｂ）は底面図であり、図６（ｃ）は正面断面図である。
複数の補強リブ３がデッキプレート１の下面及びＵリブ２の側面のそれぞれに固定板４を介してボルト５で固定されている。
図６（ａ）に示すような固定版４、４’を用いる場合には、補強リブ３と固定板４とを予め一体化した補強部材を製作して、この補強部材を現場において鋼床版本体のデッキプレート１の下面及びＵリブ２の側面にボルトなどで接合することによって本発明の鋼床版が得ることができる。このように補強部材を予め工場において製作しておくことによって現場での作業負担を軽減することができ、工期を短縮することができる。

［実施例２］
図７に、補強リブを固定板を介することなく用いることなくデッキプレート下面１及びＵリブ２側面に溶接などにより直接接合した例を示す。
図７（ａ）は本発明の鋼床版の側面断面図であり、図６（ｂ）は底面図であり、図６（ｃ）は正面断面図である。
複数の補強リブ３がデッキプレート１の下面及びＵリブ２の側面のそれぞれに溶接によって接合されている。また、補強リブのデッキプレート側の端部の両端には切欠部が設けられており、この切欠部によって空間部９が形成されている。

本発明の補強工法によれば、鋼床版のデッキプレートの剛性を簡便な方法で高めることができ、鋼床版の長寿命化に資することができるため、橋梁や高架道路の補強に好適に用いることができる。

デッキプレートに発生する貫通亀裂を示す図である。 本発明の鋼床版の基本構造を示す斜視図である。 本発明の鋼床版の基本構造を示す断面図である。 Ｕリブ間を車輪が通過する場合の応力伝達状況を示す図である。 Ｕリブ間に補強用リブを設けた場合に、Ｕリブ間を車輪が通過する場合の応力伝達状況を示す図である。 本発明の鋼床版の一実施例を示す図である。 本発明の鋼床版の一実施例を示す図である。 従来の鋼床版の構造の一例を示す図である。

符号の説明

１ デッキプレート
２ Ｕリブ
３ 補強リブ
４、４’ 固定板
５ 車輪
６ 空間部
７ 接合部材（ボルト等）
８ アスファルト
９ 空間部
１０ 横リブ
１１ 横桁
１２ 主桁

Claims (10)

1. 鋼板製のデッキプレートの下面に、デッキプレートの縦方向にＵリブが横方向に間隔をおいて併設されると共にこれと直交する横方向に横リブと該横リブより背の高い横桁が間隔をおいて併設され、更にデッキプレートの縦方向に前記横リブ及び前記横桁を貫いて主桁が溶接によって一体に固定されて構成されている鋼床版の補強工法であって、デッキプレートの局部変形を防止するために、隣接するＵリブ間に、補強リブの面の方向がＵリブの側面に対して垂直方向となるように補強リブを配置し、該補強リブをＵリブの側面及びデッキプレート下面に接合し、補強リブの下方端面を非接合面とすることを特徴とする鋼床版の補強工法。
2. 前記補強リブの複数枚をＵリブの長さ方向に間隔をおいて配置することを特徴とする請求項１に記載の鋼床版の補強工法。
3. 前記補強リブのデッキプレート側の端部及びＵリブ側の端部をそれぞれデッキプレート下面及びＵリブ側面に直接接合することを特徴とする請求項１又は２記載の鋼床版の補強工法。
4. 前記補強リブのデッキプレート側の端部及びＵリブ側の端部をそれぞれ固定板に接合して一体化し、該固定板をデッキプレート下面及びＵリブ側面のそれぞれに固定することを請求項１又は２記載の鋼床版の補強工法。
5. Ｕリブ付け根の補強リブを設けた部分に、き裂観察及び補修用の空間部が形成されるように、補強リブのデッキプレート側端部の両側に切欠部を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼床版の補強工法。
6. 鋼板製のデッキプレートの下面に、デッキプレートの縦方向にＵリブが横方向に間隔をおいて併設されると共にこれと直交する横方向に横リブと該横リブより背の高い横桁が間隔をおいて併設され、更にデッキプレートの縦方向に前記横リブ及び前記横桁を貫いて主桁が溶接によって一体に固定されて構成されている鋼床版であって、デッキプレートの局部変形を防止するために、隣接するＵリブ間に、該補強リブの面の方向がＵリブの側面に対して垂直方向となるように補強リブが配置され、該補強リブがＵリブの側面及びデッキプレート下面に接合され、補強リブの下方端面が非接合面とされていることを特徴とする鋼床版。
7. 前記補強リブの複数枚がＵリブの長さ方向に間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項６に記載の鋼床版。
8. 前記補強リブのデッキプレート側の端部及びＵリブ側の端部をそれぞれデッキプレート下面及びＵリブ側面に直接接合したことを特徴とする請求項６又は７に記載の鋼床版。
9. 前記補強リブのデッキプレート側の端部及びＵリブ側の端部がそれぞれ固定板を介してデッキプレート下面及びＵリブ側面に固定されていることを特徴とする請求項６又は７記載の鋼床版。
10. Ｕリブ付け根の補強リブを設けた部分に、き裂観察及び補修用の空間部が形成されるように、補強リブのデッキプレート側端部の両側に切欠部が設けられていることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の鋼床版。

Images