JP4682839B2 - 鋼床版の補強構造及び鋼床版の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁や高架橋の床版に用いられる鋼床版の補強構造及び方法に関する。

一般的に、橋梁や高架橋の鋼床版は、デッキプレートの下面に略Ｕ型の縦リブが溶接により固着され補強されている。しかしながら、長期間にわたってデッキプレートの上を車両等が走行すると、車両等の輪荷重によりデッキプレートの変形が繰り返され、その結果、鋼床版が損傷するという問題があった。そこで、例えば以下の特許文献１〜３に開示されるように、鋼床版の耐久性向上や損傷した床版の合理的な交換のための技術が提案されている。

特許文献１には、デッキプレート下面と縦リブとで形成される閉断面空間内に充填材を充填する補強方法及びその鋼床版構造が開示されている。これは閉断面空間内に充填材を充填することにより、デッキプレートと縦リブとの溶接部分を補強し、当該溶接部分に生じる疲労亀裂を防止し、縦リブの断面疲労強度を向上させるものである。

特許文献２及び３には、縦リブ部材と、それら部材間をそれぞれ結合する結合部材と、それら結合部下側に位置する新設の横桁と、その横桁下側に位置する主桁とが、それぞれ結合又は固定できるように構成部材の形状を単純化する鋼床版の施工方法及びその鋼床版構造が開示されている。これは、現場までの搬送が容易とし、現場において合理的な組み立てを可能とするためのものである。
特開２００１−２４８１１４号公報 特開２０００−７３３１６号公報 特開２００２−１７３９１１号公報

しかしながら、特許文献１で開示された鋼床版の補強方法及び鋼床版構造では、充填材を充填することにより鋼床版自身の荷重が増加し、その増加した荷重はデッキプレートにかかる反面、デッキプレートに作用する載荷荷重をデッキプレートのみで支えている縦リブ間には、鋼床版の剛性を向上させるための補強の手段が講じられていないために、デッキプレートの橋軸と直交する方向の構造は逆に脆弱になってしまうという問題があった。

また、特許文献２及び３で開示された鋼床版の施工方法及び鋼床版構造では、長期間にわたり使用され、鋼床版自体に局部的な歪みや撓みなどの変形が生じた鋼床版を構成する各部材に対し、部分的な補強や交換を行う際には、各部材の形状や寸法等を規格化できないために、適応が困難であるという問題があった。

また、交換する鋼床版は、橋梁や高架橋の上面側より設置するので、デッキプレート上部の道路を占用しなければならない。そのため、工事が夜間に限定されやすく、昼間作業に比べて通行車両及び工事作業員の安全確保により多くの尽力を必要とし、また占用工事のため工区が細分化され工期が長期化する問題があった。

本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、鋼床版自体を入れ替えたり、道路を占用して施工したりすることなく、簡易な方法で、剛性及び耐久性を向上させることが可能な鋼床版の補強構造及びその補強方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の鋼床版構造は、デッキプレートの下面に橋軸方向に延設された縦リブを複数並設し、前記デッキプレートの下面と前記縦リブとの間に形成される空間内に充填材を充填するとともに、隣接する縦リブ間に補強部材を設置してなる鋼床版の補強構造であって、前記補強部材は、その縁部が前記デッキプレートの下面と一方の縦リブの側面とに亘って接合された板状部材であり、前記補強部材の、前記一方の縦リブの側面と接合される縁部と前記デッキプレートの下面に接合される縁部との成す角を、前記一方の縦リブの側面と前記デッキプレートの下面とが成す角よりも大きくし、前記補強部材を鉛直軸まわりに回転させることにより前記一方の補強部材の縁部を前記デッキプレートの下面と前記縦リブの側面とに密着させて接合したことを特徴とする（第１の発明）。
本発明による鋼床版構造によれば、デッキプレートの下面と縦リブとで形成される閉断面空間に充填材を充填することで、デッキプレートと縦リブとの継ぎ手内側の疲労亀裂の発生や閉断面空間の変形を抑制したり、橋軸方向の剛性を高めたりすることに加え、補強部材を隣接する縦リブ間に設置することによって、デッキプレートの縦リブ間にかかる載荷荷重を縦リブに伝達し、橋軸と直交する方向の剛性をも高めるので、従来の鋼床版構造と比べ、橋軸方向及び橋軸と直交する方向の２方向に対しその剛性及び耐久性が高い。

また、補強部材の、一方の縦リブと接合される縁部とデッキプレートの下面に接合される縁部との成す角を、縦リブの側面がデッキプレートの下面と成す角よりも大きくすることで、デッキプレートの縦リブの側面との成す角に多少のばらつきが生じていても、施工の際に補強部材を鉛直軸まわりに回転させることにより縁部を密着させて接合することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記補強部材は、橋軸方向に所定の間隔をおいて複数、隣り合う前記縦リブの側面のうち前記補強部材が接合される側面を交互に入れ替えて千鳥状に設置されることを特徴とする。

第３の発明の鋼床版の補強方法は、デッキプレートの下面に橋軸方向に延設された縦リブを複数並設し、前記デッキプレートの下面と前記縦リブとの間に形成される空間内に充填材を充填するとともに、隣接する縦リブ間に補強部材を設置する鋼床版の補強方法において、前記補強部材は、その縁部が前記デッキプレートの下面と一方の縦リブの側面とに亘って接合された板状部材であり、前記補強部材の、前記一方の縦リブと接合される縁部と前記デッキプレートの下面に接合される縁部との成す角を、前記一方の縦リブの側面と前記デッキプレートの下面とが成す角よりも大きくし、前記補強部材を鉛直軸まわりに回転させることにより前記補強部材の縁部を前記デッキプレートの下面と前記一方の縦リブの側面とに密着させて接合することを特徴とする。
本発明による鋼床版の補強方法によれば、鋼床版の下側から工事可能なため、橋面上の道路を占用する必要はなく、日中に安全かつ短期間で施工することができ、工事期間も短縮できる。
また、第４の発明は、第３の発明において、前記補強部材を、橋軸方向に所定の間隔をおいて複数、隣り合う前記縦リブの側面のうち前記補強部材が接合される側面を交互に入れ替えて千鳥状に設置されることを特徴とする。

本発明の鋼床版の補強構造及びその補強方法を用いることにより、鋼床版自体を入れ替えたり、道路を占用して施工したりすることなく、簡易な方法で、剛性及び耐久性を向上させることが可能となる。

以下、本発明に係る鋼床版構造の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る鋼床版の補強構造及びその補強方法の施工対象となる鋼床版の斜視図である。図１に示すように、鋼床版１０は、基盤として鋼板製のデッキプレート１２と、デッキプレート１２の下面に橋軸方向に複数延設された断面がＵ字型のＵリブ１４と、主桁１８とが組み合わされ、それぞれの部位間で溶接やボルトなどによって固定され一体化されて構成されたものであり、舗装２０は、デッキプレート１２の上側に形成される。なお、図１には示していないが、鋼床版１０には橋軸方向の所定の間隔毎に、隣接する主桁１８同士を連結する横桁が設置されており、デッキプレート１２は、橋軸直交方向は主桁１８によって、また橋軸方向は横桁によって、夫々支持される構造になっている。

図２は、本発明の一実施形態に係る補強リブを用いた鋼床版の横断面図であり、図３は、本形態に係る補強リブを用いた鋼床版の矢視図である。また図４は、図２に示す補強リブの分解図である。

図２及び図３に示すように、本実施形態の鋼床版１０は、舗装２０で構成される路面を走行する車両等から受ける鉛直方向の輪荷重を支持する構造を有しており、長年使用すると、特に、デッキプレート１２の面上のうちＵリブ１４が設置されていない区間Ａにおいては、それら輪荷重に対する強度が十分に得られないので、デッキプレート１２の変形が繰り返され歪みが生じやすくなる。

そこで、補強リブ２４をデッキプレート１２の下面に設置された隣り合うＵリブ１４の間に形成される開空間（以下、Ｕリブ間開空間という）と、橋軸に直交する方向（以下、橋軸直交方向という）の両端に位置するＵリブ１４のそれぞれの外方の側面とデッキプレート１２との間に形成される所定の開空間（以下、端位置開空間という）とに設置し、デッキプレート上の区間Ａの輪荷重をＵリブ１４の側面で支持する構造にすることで、デッキプレート１２の変形を抑制する。ここで、図４に示すように、補強リブ２４は、肉厚の鋼板を扇形に成形してなる平板状の部材であり、Ｕリブ間開空間及び端位置開空間に橋軸直交方向に設置される。そして、補強リブ２４の扇形の直線部を成す２つの縁部２４ａ、２４ｂのうち上縁２４ａがデッキプレート１２の下面に溶接され、側縁２４ｂがＵリブ１４の側面に溶接される。なお、図４に示すように、補強リブ２４の縁部２４ａと縁部２４ｂの成す角を、デッキプレート１２の下面とＵリブ１４の側面との成す角よりも少し大きく加工する。これにより、デッキプレート１２の下面とＵリブ１４の側面との成す角に多少のばらつきが生じていても、施工の際に補強リブ２４を鉛直軸まわりに回転させることにより縁部２４ａ及び縁部２４ｂを密着させて溶接することができる。

また、図２及び図３に示すように、Ｕリブ間開空間では、区間Ａの領域を均等に補強するため、隣り合うＵリブ１４の対向する側面のうち、補強リブ２４が溶接される側面を千鳥状に交互に入れ替えて複数の補強リブ２４を配設する。補強リブ２４の設置間隔は、デッキプレート１２にかかる輪荷重を均等に分散支持するため、例えば、隣り合うＵリブ１４間の間隔ａと同一の長さとする。

また、図２〜４に示すように、デッキプレート１２の下面とＵリブ１４とで形成される閉断面空間（以下、Ｕリブ内部空間という）に、無収縮モルタル３２を充填する。充填に際しては、Ｕリブ１４の外周面に注入穴（図示しない）及び空気穴（図示しない）を設け、当該注入穴から無収縮モルタル３２を注入しながら、空気穴から充填状況を確認する方法をとる。

以上説明したように、本実施形態によれば、補強リブ２４によってデッキプレート１２に掛かる載荷荷重をＵリブ１４に分散させることによりデッキプレート１２の橋軸直交方向の変形を抑制できると共に、Ｕリブ１４の内部に充填される無収縮モルタル３２によって、デッキプレート１２とＵリブ１４との継ぎ手内側の疲労亀裂の発生を抑制し、かつＵリブ１４の変形防止及び梁として構造性能を高めることができる。すなわち、デッキプレート１２は、Ｕリブ１４の側面と補強リブ２４とで囲まれた２方向性のスラブとして支持されるので、耐荷重性及び耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、補強リブ２４は、接合位置に多少の歪みが生じている際にも取り付け可能である。したがって、鋼床版１０全体を入れ替えするような大規模工事などを行う必要もないため、コスト削減及び工期短縮に寄与できる。

また、本実施形態によれば、鋼床版１０の下側から施工可能であり、舗装２０表面の道路を占用することがないため、道路封鎖にともなう車線の切り回しや通行止め、また諸作業に危険がともなう夜間工事を行う必要もない。したがって、工区や工期を細分する必要がないため工事期間を短縮できるとともに、日中の明るい時間帯に工事可能である。また、クレーンなどの大型重機を用いる必要もなく、手作業で施工可能であるのでコスト削減に寄与できる。

なお、本実施形態において、補強リブ２４の形状は扇形を用いたが、これに限ることなく、デッキプレート１２の下面とＵリブ１４の側面とを支持する形状であれば、三角形や台形でもよく、またこれらの補強リブ２４を２重に配置してもよい。

また、本実施形態において、断面形状がＵ字型であるＵリブ１４の例を示しているが、これに限ることなく、Ｖ字型又は矩形型などのように閉断面をもつ縦リブであれば、本発明の適応が可能である。このような場合には、縦リブを支持する補強リブ２４の縁端部形状を、それら縦リブの側面に接合するように適宜成形する。

また、本実施形態において、補強リブ２４を溶接により接合するものとしているが、これに限ることなく、ボルトやネジを用いた接合方法でもよい。

また、本実施形態において、無収縮モルタル３２をＵリブ内部空間に充填方法には、Ｕリブ１４の外周面に注入穴及び空気穴を設け、当該注入穴から無収縮モルタル３２を注入しながら空気穴から充填状況を確認するとしているが、これに限らず、舗装２０が占用可能の時にはＵリブ内部空間の上側から、すなわちデッキプレート１２及び舗装２０から、充填用の注入穴及び空気穴を設け、当該注入穴から無収縮モルタル３２を注入しながら、空気穴から充填状況を確認する方法をとってもよい。また、Ｕリブ１４の外周面に注入穴を設け、デッキプレート１２及び舗装２０に空気穴を設け、無収縮モルタル３２を注入する方法ととってもよい。

また、本実施形態において、Ｕリブ内部空間に充填する充填材として無収縮モルタル３２を用いたが、これに限らず、Ｕリブ内部空間に隙間なく充填でき、かつ、Ｕリブ内部空間の変形を抑制できる強度を有するものであればよい。

また、本実施形態において、デッキプレート１２の下側から補強リブ２４を設置し、Ｕリブ１４内に無収縮モルタル３２を充填する順序で鋼床版を補強する施工について説明したが、これらの工程順序は適宜変更しても構わない。

次に、本発明の参考例について説明する。下記に示す説明において、上記実施形態と同様の構成を用いたものと対応する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、本発明の参考例に係る補強プレートを用いた鋼床版の横断面図であり、図６は、本参考例に係る補強プレートを用いた鋼床版の矢視図である。また図７は、図５に示す補強プレートの分解図である。

図７に示すように本参考例では、デッキプレート１２の下側の隣接するＵリブ１４の両側面間に、板材を逆Ｕ字型に屈曲してなる逆Ｕ型補強部材２６ａを、その外側の両側面がそれぞれＵリブ１４の両側面に当接するように設置する。また、板材をＵ字型に屈曲してなる大型のＵ型補強部材２６ｂを、その内側の両側面が、隣り合う縦リブの外側の両側面にそれぞれ当接するように、補強逆Ｕ型プレート２６ａの下側に設置する。さらに、板材をＬ字型に屈曲してなるＬ型補強部材２６ｃを橋軸直交方向の端部に位置するＵリブ１４の下面と主桁１８の側面とに跨るように接合する。なお、デッキプレート１２の下面とＵリブ１４の側面との成す角に多少のばらつきが生じても、各補強プレートと鋼床版との接合面を密着させて接合できるように、補強逆Ｕ型プレート２６ａと大型Ｕプレート２６ｂとＬ型プレート２６ｃとの材質に、例えば、弾力性のある鋼板を用いる。ただし、図５に示すように、補強逆Ｕ型プレート２６ａをデッキプレート１２との間に所定の間隔を隔てて空間Ｂが形成するように設置する。この時、所定の厚みをもつスペーサー等（図示しない）を補強逆Ｕ型プレート２６ａとデッキプレート１２の間に設置することにより各空間Ｂの間隔を一定に確保する。

また、図６に示すように、補強逆Ｕ型プレート２６ａと大型Ｕプレート２６ｂとＬ型プレート２６ｃとは、区間Ａの領域を均等に補強するため、互いに補強位置が交差しないように、千鳥状に交互に入れ替えながら橋軸方向に配設される。このとき、各補強プレートの橋軸方向のプレート幅は、デッキプレート１２にかかる輪荷重を分散支持するため、Ｕリブ１４間の間隔ａと同一の幅とし、これら配置間隔も各補強プレートのプレート幅を目安として設定する。

また、図７に示すように、補強逆Ｕ型プレート２６ａ、大型Ｕプレート２６ｂ及びＬ型プレート２６ｃをワンサイドボルト３０で固定する。

また、本参考例の鋼床版においても、上記実施形態と同様にＵリブ内部空間に無収縮モルタル３２を充填する。さらに、本実施形態では、デッキプレート１２と補強逆Ｕ型プレート２６ａとの間に形成された空間Ｂにも無収縮モルタル３２を充填する。この時、空間Ｂから無収縮モルタル３２が漏れ出ないように、例えば、空間Ｂのうち補強逆Ｕ型プレート２６ａの橋軸方向の縁端部に、仕切板やスポンジ等を当接することで空間Ｂを密閉し、その後、当該密閉された空間Ｂの外周面に注入穴および空気穴を設け、無収縮モルタル３２を充填するなどの充填方法をとる。

以上説明したように、本参考例によれば、補強逆Ｕ型プレート２６ａと大型Ｕプレート２６ｂとＬ型プレート２６ｃとによって、デッキプレート１２の橋軸直交方向の変形を抑制するだけでなく、Ｕリブ１４の内部に充填される無収縮モルタル３２によってデッキプレート１２とＵリブ１４との継ぎ手内側の疲労亀裂の発生を抑制するとともにＵリブ１４の変形防止及び梁として構造性能を高めることができる。特に、従来の鋼床版の構造で脆弱であったデッキプレート１２の区間Ａの範囲は、補強逆Ｕ型プレート２６ａと大型Ｕプレート２６ｂとにより２重に補強することができる。また、Ｕリブ１４の側面と補強逆Ｕ型プレート２６ａと大型Ｕプレート２６ｂとで囲まれたデッキプレート１２は、２方向性のスラブとして支持されるので、耐荷重性及び耐久性を向上させることができる。

また、本参考例によれば、補強逆Ｕ型プレート２６ａと大型Ｕプレート２６ｂとＬ型プレート２６ｃとに、接合面を密着させて固定できる材質を用いるので、接合位置に多少の歪みが生じている際にも取り付け可能である。したがって、鋼床版１０全体を入れ替えするような大規模工事などを行う必要もないため、コスト削減及び工期短縮に寄与できる。

また、本参考例によれば、鋼床版１０の下側から施工可能であり、舗装２０を占用することがないため、道路封鎖にともなう車線の切り回しや通行止め、また諸作業に危険がともなう夜間工事を行う必要もない。したがって、工区や工期を細分する必要がないため工事期間を短縮できるとともに、また基本的に日中の明るい時間帯に工事を行なうことが可能となる。また、特にクレーンなどの大型重機を用いる必要もなく、手作業で施工可能であるのでコスト削減に寄与できる。

また、本参考例によれば、デッキプレート１２と補強逆Ｕ型プレート２６ａとの間に形成された空間Ｂにも無収縮モルタル３２を充填するため、輪荷重が作用した時に歪みが生じやすいデッキプレート１２の区間Ａの変形を抑制することができる。

また、本参考例によれば、補強プレートをワンサイドボルト３０などのボルトで固定することができるので、迅速に施工でき工事の短期化に寄与できる。

なお、本参考例において、デッキプレート１２と補強逆Ｕ型プレート２６ａとの間に形成された空間Ｂと、Ｕリブ内部空間とに充填する充填材として無収縮モルタル３２を用いたが、これに限らず、これら空間に隙間なく充填でき、かつ、これら空間の変形を抑制できる強度を有するものであればよい。

また、本参考例において、デッキプレート１２の下側から補強逆Ｕ型プレート２６ａと大型Ｕプレート２６ｂとＬ型プレート２６ｃとを設置し、Ｕリブ１４内及び二重空間Ｂに無収縮モルタル３２を充填する順序で鋼床版を補強する施工を説明したが、これらの工程順序は適宜変更しても構わない。

また、ワンサイドボルト３０には、鋼材間を接合できるものであればこれに限らず、市販のネジを用いてもよい。

本発明に係る鋼床版の補強構造及びその補強方法の施工対象となる鋼床版の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る鋼床版の横断面図である。 本発明の一実施形態に係る鋼床版の矢視図である。 図２に示す補強リブの分解図である。 本発明の参考例に係る鋼床版の横断面図である。 本発明の参考例に係る鋼床版の矢視図である。 図５に示す補強プレートの分解図である。

符号の説明

１０ 鋼床版
１２ デッキプレート
１４ Ｕリブ
２４ 補強リブ
２４ａ 補強リブの上縁
２４ｂ 補強リブの側縁
２６ａ 補強逆Ｕ型プレート
２６ｂ 大型Ｕプレート
２６ｃ Ｌ型プレート
３０ ワンサイドボルト
３２ 無収縮モルタル
Ａ デッキプレート内の下面にＵリブが設置されていない区間
Ｂ 略逆Ｕ型プレートとデッキプレートとの間に形成される空間
ａ 補強部材の設置間隔

Claims (4)

1. デッキプレートの下面に橋軸方向に延設された縦リブを複数並設し、前記デッキプレートの下面と前記縦リブとの間に形成される空間内に充填材を充填するとともに、隣接する縦リブ間に補強部材を設置してなる鋼床版の補強構造であって、
   前記補強部材は、その縁部が前記デッキプレートの下面と一方の縦リブの側面とに亘って接合された板状部材であり、
   前記補強部材の、前記一方の縦リブの側面と接合される縁部と前記デッキプレートの下面に接合される縁部との成す角を、前記一方の縦リブの側面と前記デッキプレートの下面とが成す角よりも大きくし、前記補強部材を鉛直軸まわりに回転させることにより前記補強部材の縁部を前記デッキプレートの下面と前記一方の縦リブの側面とに密着させて接合したことを特徴とする鋼床版の補強構造。
2. 前記補強部材は、橋軸方向に所定の間隔をおいて複数、隣り合う前記縦リブの側面のうち前記補強部材が接合される側面を交互に入れ替えて千鳥状に設置され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. デッキプレートの下面に橋軸方向に延設された縦リブを複数並設し、前記デッキプレートの下面と前記縦リブとの間に形成される空間内に充填材を充填するとともに、隣接する縦リブ間に補強部材を設置する鋼床版の補強方法において、
   前記補強部材は、その縁部が前記デッキプレートの下面と一方の縦リブの側面とに亘って接合された板状部材であり、
   前記補強部材の、前記一方の縦リブと接合される縁部と前記デッキプレートの下面に接合される縁部との成す角を、前記一方の縦リブの側面と前記デッキプレートの下面とが成す角よりも大きくし、前記補強部材を鉛直軸まわりに回転させることにより前記補強部材の縁部を前記デッキプレートの下面と前記一方の縦リブの側面とに密着させて接合することを特徴とする鋼床版の補強方法。
4. 前記補強部材を、橋軸方向に所定の間隔をおいて複数、隣り合う前記縦リブの側面のうち前記補強部材が接合される側面を交互に入れ替えて千鳥状に設置することを特徴とする請求項３に記載の鋼床版の補強方法。

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