JP5178450B2 - 鋼製橋脚隅角部の補強方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、基礎上に立設された柱部材と、該柱部材に交差するように接続された梁部材とにより形成される既設の鋼製橋脚の隅角部を補強する方法及び装置に関するものである。

近年の交通量の増加、重車両化に伴う厳しい活荷重実態を背景に、橋梁各部の疲労損傷が報告されてきており、特に柱部材と梁部材とにより形成される隅角部で疲労による損傷が発見されてきている。この疲労損傷の発見以降、疲労損傷に関する研究報告が行われ、疲労損傷のメカニズムが徐々に明らかになっていき、隅角部が橋梁の疲労強度上の弱点となっていることが確認されている。現在では、隅角部の耐疲労強度の向上や応力集中の軽減を図るべく、隅角部に補強部材を設けた構成のものが提案されており、既設の鋼製橋脚についても隅角部に事後的に補強部材を後付けして補強するための方法が種々提案されてきている。

図４は、従来の鋼製橋脚の補強方法の一例を示すもので、図示しない地上のベースプレート上に立設された柱部材１と、該柱部材１によって所定高さに支持されるとともに上面に図示しない道路桁を搭載する梁部材２とを接続して鋼製橋脚とするときに、上記柱部材１と梁部材２との接続部に形成される上側と下側の各隅角部４ａと４ｂに、補強部材３ａと３ｂを跨ぐように配置して、ボルト５で締結して接合し補強するようにしたものである。

すなわち、上記柱部材１と梁部材２との接続部に形成される上側と下側の各隅角部４ａ，４ｂを補強する場合に、該各隅角部４ａ，４ｂを跨ぐように柱部材１と梁部材２の両側に補強部材３ａ，３ｂを用意して、それぞれ両端部が柱部材１と梁部材２の各側面に重合するように配置し、各補強部材３ａ，３ｂの柱部材１との重合部と梁部材２との重合部とを、ボルト５による締結により固定し、上記隅角部４ａと４ｂを補強部材３ａ，３ｂとボルト５により補強を行うようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−６８４０２号公報

上記特許文献１に記載されているような鋼製橋脚の補強方法の場合は、図４に示すように、隅角部４ａ，４ｂを跨ぐように配置する補強部材３ａ，３ｂが、柱部材１や梁部材２の側面に当てて重合させられるものであれば、採用が可能であり、補強部材３ａ，３ｂを溶接による接合によらないで、ボルト５の締結による施工ができる。

ところが、たとえば、図５に一例を示す如く、ウエブ１ａとフランジ１ｂから形成される柱部材１とウエブ２ａとフランジ２ｂから形成される梁部材２との接続部に形成される隅角部４の近傍位置に、活荷重の集中荷重を載荷させるようにする主桁受けブラケット６が取り付けてあるような場合は、前記した図４に示すような補強部材３ａ，３ｂとボルト５による施工は困難となる。

そのため、これに代る方法として、図６乃至図９に示すようにする補強方法が案出されている。図６は、一例として、図５のように形成されている柱部材１と梁部材２の接続部隅角部４について示すもので、柱部材１のウエブ１ａと梁部材２のウエブ２ａの端面に、ほぼ三角形状としてあるフィレット７の２つの辺の端面を、後付けで突き合わせ、該突き合わせ部を溶接接合して、隅角部４を補強するようにした例を示すものである。

図７は、梁部材２のフランジ２ｂを広幅として、該フランジ２ｂの表面と柱部材１のウエブ１ａの端面に、ほぼ三角形状としてあるフィレット７の２つの辺の端面を溶接接合して、隅角部４を補強するようにした例を示すものである。

図８は、柱部材１のフランジ１ｂを広幅として、該柱部材１のフランジ１ｂの表面と梁部材２のウエブ２ａの端面に、ほぼ三角形状としてあるフィレット７の２つの辺の端面を溶接接合して、隅角部４を補強するようにした例を示すものである。

図９は、柱部材１のフランジ１ａと梁部材２のフランジ２ａをともに広幅のものとして、柱部材１と梁部材２との接続部に形成される隅角部４の柱部材１のフランジ１ｂと梁部材２のフランジ２ｂの各表面に、ほぼ三角形状としてあるフィレット７の２つの辺の端面を隅肉溶接して、隅角部４を補強するようにした例を示すものである。

しかし、図６に示すように、１枚のフィレット７の２つの辺の端面を、柱部材１のウエブ１ａと梁部材２のウエブ２ａに突き合わせて溶接した場合は、柱部材１のウエブ１ａとフィレット７との溶接部８と、梁部材２のウエブ２ａとフィレット７との溶接部９とにおいて、フィレット７が拘束されることになるため、上記溶接部８と９の一方又は双方に、溶接線に沿う方向に割れ１０が入るという問題がある。

又、図７に示すように、フィレット７の１つの辺を梁部材２のフランジ２ｂの表面に溶接した場合や、図８に示すように、フィレット７の１つの辺を柱部材１のフランジ１ｂの表面に溶接した場合、あるいは、図９に示すように、フィレット７の２つの辺を柱部材１のフランジ１ｂと梁部材２のフランジ２ｂの各表面に溶接した場合は、フィレット７の２辺の溶接による拘束力が高いと、フランジ１ｂ，２ｂにラメラティア（層間剥離）が生じ易くなり、図示の如く、溶接部８，９におけるフランジ１ｂ，２ｂの層間に割れ１０が生じるという問題がある。

このように、既設の鋼製橋脚の柱部材や梁部材の強度が弱い場合は、フィレットを溶接して補強することが困難である。

そこで、本発明は、鋼製橋脚の隅角部をフィレットを溶接して補強する場合に、溶接により割れが生じないように拘束力を低くするようにして補強する鋼製橋脚の隅角部の補強方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、鋼製橋脚の柱部材と梁部材との接続部に形成される隅角部の補強に用いるフィレットを、柱部材側と梁部材側に分割して、一方のフィレット体の一辺を、上記隅角部の柱部材に溶接すると共に、他方のフィレット体の一辺を上記隅角部の梁部材に溶接し、次いで、上記柱部材と梁部材に接合された２つのフィレット体を一体に連結して隅角部の補強を行うようにする鋼製橋脚隅角部の補強方法及び装置とする。

上記において、２つのフィレット体の一体連結を、２つのフィレット体の片面又は両面に添接板を両フィレット体に跨るように配置して、該添接板とフィレット体とを固定して両フィレット体を一体に連結するようにしたり、２つのフィレット体同士を溶接することで行うようにする。

又、上記添接板とフィレット体との固定を、ボルトの締結、あるいは溶接で行うようにする。

更に、上記添接板と２つのフィレット体との固定をボルトで行う場合に、柱部材と梁部材に別々に接合された２枚のフィレット体がほぼ三角形状となるようにし、添接板を、該２枚のフィレット体に沿う形状として隅角部における外側となる添接板の長辺部側の締結に用いるボルトの本数を多くして締結させるようにする鋼製橋脚隅角部の補強方法及び装置とする。

本発明の鋼製橋脚隅角部の補強方法及び装置によれば、次の如き優れた効果を有する。
（１）鋼製橋脚の柱部材と梁部材との接続部に形成される隅角部の補強に用いるフィレットを、柱部材側と梁部材側に分割して、一方のフィレット体の一辺を、上記隅角部の柱部材に溶接すると共に、他方のフィレット体の一辺を上記隅角部の梁部材に溶接し、次いで、上記柱部材と梁部材に接合された２つのフィレット体を一体に連結して隅角部の補強を行うようにする補強方法及び装置としてあるので、柱部材側に溶接したフィレット体と、梁部材側に溶接したフィレット体が受ける拘束力を小さくできて、既設構造物の材質が悪くて溶接で補強部材を連結することが困難であるような場合にも、補強部材としてのフィレット体を溶接して割れが生じないものとして隅角部の補強を行わせることができる。
（２）柱部材と梁部材に別々に溶接した２つのフィレット体同士を、後から一体に連結することから、柱部材と梁部材を構成しているウエブとフランジのうち、フランジにフィレット体を溶接した場合にも、フランジに層間剥離を生じさせるおそれを防止できる。
（３）柱部材と梁部材に別々に溶接した２つのフィレット体同士の連結に、添接板を用いることにより、連結作業を簡単に行わせることができる。
（４）柱部材と梁部材に別々に接合された２枚のフィレット体がほぼ三角形状となるようにし、添接板を、該２枚のフィレット体に沿う形状として、該添接板の隅角部の外側となる長辺部側のボルトの本数を多くして締結させるようにする構成とすることにより、添接板を介して一体化される両フィレット体に作用する応力をボルトを介して添接板で受けることができ、この際、ボルトの本数を、応力が作用し易い部分に多くするようにしてあるので、垂直荷重による応力に十分に耐えることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図３は本発明の実施の一形態を示すもので、図５に示してあるように、鋼製橋脚を構成する柱部材１と梁部材２との接続部に形成される隅角部４の補強に用いるフィレット１１を、予め２つのフィレット体１１ａと１１ｂに分割した構造とし、１つのフィレット体１１ａを上記隅角部４における柱部材１のウエブ１ａの端面に突き合わせ溶接すると共に、他の１つのフィレット体１１ｂを上記隅角部４における梁部材２のウエブ２ａの端面に突き合わせ溶接して、それぞれ柱部材１と梁部材２に一体化させるようにする。しかる後、上記柱部材１と梁部材２に別々に溶接にて固定された２つのフィレット体１１ａ，１１ｂの片面又は両面に添接板１２を跨るように配置し、該２枚のフィレット体１１ａ，１１ｂと添接板１２とを複数のボルト１３で締結して、隅角部４の補強を行うようにする。

詳述すると、上記分割したフィレット体１１ａと１１ｂは、補強すべき柱部材１と梁部材２の接続部に形成される隅角部４に対応させた大きさとしてあって、補強前の形状は、柱部材１と梁部材２のウエブ１ａ，２ａの端面に突き合わせる側の全長に亘り開先を形成するため、図３（イ）に実線で示す如く全長に亘り所要の幅寸法を有するものとしてあり、突き合わせ側の端縁部に開先（図示せず）が形成されている。又、板厚寸法は、上記ウエブ１ａ，２ａの厚みに合わせたものとしてあり、予め工場で製作して現地に搬入するようにしてある。

又、上記フィレット体１１ａと１１ｂの表面に配置する添接板１２は、上記隅角部４の補強に用いるフィレット１１の大きさ、形状に合わせて三角形に近い平板形状としてあり、２つの辺１２ａと１２ｂが柱部材１と梁部材２の各ウエブ１ａ，２ａの端面に沿い、長辺１２ｃはフィレット１１の長辺側に沿うようにして工場製作とし、ボルト挿通孔１４も工場にて予めあけておくようにしてある。

現地で鋼製橋脚の柱部材１と梁部材２との接続部に形成される隅角部４の補強を行う場合は、先ず、現地に搬入されている分割されたフィレット体１１ａと１１ｂを、上記隅角部４の柱部材１側のウエブ１ａの端面と、梁部材２側のウエブ２ａの端面に、図３（イ）に示す如く突き合わせ、且つ上記両フィレット体１１ａと１１ｂの対峙間隔を適宜寸法の隙間１６が形成されるようにして、上記各フィレット体１１ａと１１ｂを柱部材１と梁部材２のウエブ１ａ，２ａの端面に突き合わせ溶接し、フィレット体１１ａと柱部材１及びフィレット体１１ｂと梁部材２を、それぞれ一体に固定させるようにする。この際、フィレット体１１ａと１１ｂは、柱部材１と梁部材２に溶接接合されるため、それぞれ拘束されるが、該フィレット体１１ａと１１ｂが相対向する部分は、隙間１６で非拘束となっているため、フィレット体１１ａ，１１ｂの拘束力が高くなるようなことはない。

上記各フィレット体１１ａ，１１ｂの一辺側が柱部材１、梁部材２に溶接接合されると、次に、各溶接部の非破壊検査を行うようにする。

上記溶接部の検査が終了すると、各フィレット体１１ａと１１ｂの隅角部４の外側に位置する部分１７を、図３（イ）に二点鎖線で示すよう切断して撤去すると共に、隅角部４の内側に位置する部分１８を、図３（ロ）に二点鎖線で示すように切断して撤去させ、応力を逃がすように円弧形状とするようにする。

次に、上記柱部材１と梁部材２に一辺が溶接接合されて隙間１６を介して相対向するようにしてある２枚のフィレット体１１ａ，１１ｂを添接板１２で拘束するため、現地に搬入された添接板１２を、２枚のフィレット体１１ａ，１１ｂに跨るように該フィレット体１１ａ，１１ｂの片面又は両面にセットしたときの添接板１２の複数のボルト挿通孔１４に対応させて、上記フィレット体１１ａ，１１ｂに、現地でボルト挿通孔１５を直接設け、上記添接板１２のボルト挿通孔１４と２枚のフィレット体１１ａ，１１ｂのボルト挿通孔１５に、各々高力ボルト１３を通し、ナット１８を螺合して締結させるようにする。

上記において、添接板１２は、２枚のフィレット体１１ａ，１１ｂのほぼ全面を覆い得るような大きさと形状としてあり、該添接板１２の形状に合わせて、隅角部４の外側になるほど添接板１２の長さを長くするようにして、ボルト挿通孔１４の数を多く設けるようにしてある。これにより、２枚のフィレット体１１ａ，１１ｂを添接板１２とボルト１３により一体化したときに大きな応力を受けるようになる部分、すなわち、隅角部４の外側となる部分では、応力が多くのボルト１３を介し添接板１２で受けられることになる。

本発明においては、上記のように、フィレット１１を、フィレット体１１ａと１１ｂに分割した構成として、各フィレット体１１ａ，１１ｂは、一辺のみを柱部材１、梁部材２に溶接するだけであるため、溶接するフィレット体１１ａ，１１ｂの拘束力は小さいものとすることができ、柱部材１や梁部材２の材質の強度が低い場合にも、溶接部に割れを生じさせるようなことをなくすことができる。又、分割した２つのフィレット体１１ａ，１１ｂは、両フィレット体１１ａ，１１ｂに跨がる大きさの添接板１２を介し高力ボルト１３で締結されて一体化されるので、一体化されたフィレット体１１ａ，１１ｂに作用する応力は、添接板１２と該添接板１２の長辺１２ｃ部側の多くのボルト１３で十分に受けることができる、という利点を有している。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、たとえば、添接板１２は、隅角部４の外側に位置する部分に多くのボルト１３が挿通できるようにボルト挿通孔１４が設けられる大きさとしてあれば、図示以外の形状としてもよいこと、２つのフィレット体１１ａ，１１ｂ間の隙間１６の間隔は、任意であること、添接板１２を用いる場合を例示したが、添接板１２を用いないで、２つのフィレット体１１ａと１１ｂの相対向部を突き合わせ溶接することにより一体に連結させるようにすることができること、添接板１２をフィレット体１１ａ，１１ｂに高力ボルト１３で締結させることに代えて、添接板１２とフィレット体１１ａ，１１ｂを隅肉溶接することにより一体化させるようにしてもよいこと、更に、フィレット体１１ａと１１ｂを、柱部材１と梁部材２の各ウエブ１ａと２ｂの端面に突き合わせ溶接する場合を例示したが、柱部材１のフランジ１ｂ（図８、図９参照）にフィレット体１１ａを、又、梁部材２のフランジ２ｂ（図７、図９参照）にフィレット体１１ｂを、それぞれ溶接して本発明を適用するようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の実施の一形態で補強した状態を示す鋼製橋脚の隅角部の概略側面図で、図２のＡ−Ａ矢視図である。 図１のＢ−Ｂ矢視図である。 本発明の実施の一形態で図１に示すように補強する過程を示すもので、（イ）は分割したフィレット体を溶接するときの状況を示す側面図、（ロ）は（イ）のＣ部の拡大図である。 従来の鋼製橋脚の隅角部の補強方法の一例を示す斜視図である。 鋼製橋脚の隅角部を近くに主桁受ブラケットがある例を示す斜視図である。 図５に示す鋼製橋脚の隅角部をフィレットで補強するため、従来考えられていた例を示す概略図である。 鋼製橋脚の柱部材のウエブと梁部材のフランジにフィレットを溶接して補強する場合を示す図６に対応する概略図である。 鋼製橋脚の柱部材のフランジと梁部材のウエブにフィレットを溶接して補強する場合を示す図６に対応する概略図である。 鋼製橋脚の柱部材のフランジと梁部材のフランジにフィレットを溶接して補強する場合を示す図６に対応する概略図である。

符号の説明

１ 柱部材
２ 梁部材
１１ フィレット
１１ａ フィレット体
１１ｂ フィレット体
１２ 添接板
１３ 高力ボルト（ボルト）
１６ 隙間

Claims (9)

1. 鋼製橋脚の柱部材と梁部材との接続部に形成される隅角部の補強に用いるフィレットを、柱部材側と梁部材側に分割して、一方のフィレット体の一辺を、上記隅角部の柱部材に溶接すると共に、他方のフィレット体の一辺を上記隅角部の梁部材に溶接し、次いで、上記柱部材と梁部材に接合された２つのフィレット体を一体に連結して隅角部の補強を行うようにすることを特徴とする鋼製橋脚隅角部の補強方法。
2. ２つのフィレット体の片面又は両面に添接板を両フィレット体に跨るように配置して、該添接板とフィレット体とを固定して両フィレット体を一体に連結するようにする請求項1記載の鋼製橋脚隅角部の補強方法。
3. ２つのフィレット体の一体連結を、２つのフィレット体同士を溶接することで行うようにする請求項１記載の鋼製橋脚隅角部の補強方法。
4. 添接板と２つのフィレット体との固定を、ボルトの締結で行うようにする請求項２記載の鋼製橋脚隅角部の補強方法。
5. 添接板と２つのフィレット体との固定を、溶接で行うようにする請求項２記載の鋼製橋脚隅角部の補強方法。
6. 柱部材と梁部材に別々に接合された２枚のフィレット体がほぼ三角形状となるようにし、添接板を、該２枚のフィレット体に沿う形状として隅角部における外側となる添接板の長辺部側の締結に用いるボルトの本数を多くして締結させるようにする請求項４記載の鋼製橋脚隅角部の補強方法。
7. 鋼製橋脚の柱部材と梁部材との接続部に形成される隅角部における柱部材に溶接する柱部材側のフィレット体と梁部材に溶接する梁部材側のフィレット体とを備え、且つ該両フィレット体を所要の隙間で対峙するように上記柱部材と梁部材に溶接し、更に、上記柱部材と梁部材に接合された柱部材側のフィレット体と梁部材側のフィレット体の相対峙側同士を一体にするようにしてなる構成を有することを特徴とする鋼製橋脚隅角部の補強装置。
8. 所要の隙間で対峙するように隅角部における柱部材と梁部材に別々に溶接した柱部材側のフィレット体と梁部材側のフィレット体を、添接板を介しボルトで締結して、一体にするようにしてなる請求項７記載の鋼製橋脚隅角部の補強装置。
9. 柱部材側のフィレット体と梁部材側のフィレット体を隅角部でほぼ三角形状をなすようにし、添接板を、上記両フィレット体のなすほぼ三角形状に沿う形状とし、該添接板を両フィレット体に締結するボルトの本数を、隅角部の外側となる添接板の長辺部側を多くするようにして締結させるようにしてなる請求項８記載の鋼製橋脚隅角部の補強装置。

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