JP5378324B2 - 鋼床版リブ交差部接合構造および橋梁 - Google Patents

Description

本発明は、鋼床版における縦リブと横リブとの交差部を接合する接合構造、および当該接合構造が適用された橋梁に適用する。

橋梁は、床板の下面に、橋軸方向に沿って縦リブが溶接接合されていると共に、橋軸方向に直交する幅方向に沿って横リブが溶接接合された鋼床版を備えている。そして、一般の鋼床版は、縦リブと横リブとの交差部について、縦リブを通すために横リブに設けられた切り込みの一側縁と、縦リブの一側面とが溶接により接合されている。

上述した縦リブと横リブとの交差部の接合においては、床板への車重の負荷により発生する応力によって、縦リブとの溶接部の端部を起点として横リブおよび鋼床版に亀裂が生じている。そこで、従来では、その補修として、ボルトの締結による連結部材を介して縦リブと横リブとを接合している（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開２００７−１０７１８５号公報 特開２００８−２３１７１９号公報

上述した従来の補修によれば、縦リブと横リブとをボルトの締結による連結部材を介して接合することで、横リブにおける発生応力を低減することが可能である。しかし、これでは、縦リブと横リブとの溶接部を残したままであることから、依然として、横リブにおける発生応力は存在し、縦リブとの溶接部の端部を起点として横リブおよび鋼床版に亀裂が生じる事態を防ぐことは難しい。また、従来の接合構造を新設橋梁に適用した場合には、狭隘な縦リブと横リブを溶接にて接合するため、疲労耐久性に優れた品質を確保するためには製作工数がかかる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、製作工数を低減すると共に、縦リブとの溶接部の端部を起点とした横リブおよび鋼床版への亀裂の発生を防止することのできる鋼床版リブ交差部接合構造および橋梁を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の鋼床版リブ交差部接合構造は、鋼材からなる床板と、前記床板の下面にて橋軸方向に沿って設けられた鋼材からなる縦リブと、前記床板の下面にて橋軸方向に直交する幅方向に沿って設けられた鋼材からなる横リブとを備えた鋼床版について、互いに交差する前記縦リブと前記横リブとを接合する鋼床版リブ交差部接合構造において、前記縦リブを非接触で挿通する態様で前記横リブに設けられた切欠部と、前記切欠部を跨いだ状態で高力ボルトの締結により前記縦リブと前記横リブとを連結する鋼材からなる連結部材と、を備えることを特徴とする。

この鋼床版リブ交差部接合構造によれば、縦リブと横リブとを接合する溶接部が存在せず、縦リブと横リブとの相互が高力ボルトの締結により連結部材で接合されているため、従来溶接部に生じていた応力が生じない。この結果、縦リブとの溶接部の端部を起点とした横リブおよび鋼床版への亀裂の発生を防止することができる。しかも、縦リブと横リブとを溶接により接合しないので橋梁新設時の製作工数を低減することができる。

また、本発明の鋼床版リブ交差部接合構造は、前記縦リブを間に挟んで前記連結部材を設けることを特徴とする。

この鋼床版リブ交差部接合構造によれば、縦リブの両側において連結部材を介して横リブと接合することにより、縦リブとの溶接部の端部を起点とした横リブおよび鋼床版への亀裂の発生を防止することができ、かつ縦リブと横リブとの接合の剛性を向上することができる。

また、本発明の鋼床版リブ交差部接合構造は、前記縦リブが、球平形鋼または平板リブであることを特徴とする。

この鋼床版リブ交差部接合構造によれば、球平形鋼は、球形部分により延在方向に交差する方向に強度を有し、一部が板状に形成されている。また、平板リブは、全体が板状に形成されている。このため、連結部材を介した横リブとの接合において適しており、縦リブとの溶接部の端部を起点とした横リブおよび鋼床版への亀裂の発生を防止する効果を顕著に得ることができる。しかも、球平形鋼および平板リブは、板状に形成されているため、縦リブを間に挟んで連結部材を設けることに適しており、縦リブとの溶接部の端部を起点とした横リブおよび鋼床版への亀裂の発生を防止する効果を顕著に得ると共に、縦リブと横リブとの接合の剛性を向上する効果を顕著に得ることができる。

上述の目的を達成するために、本発明の橋梁は、鋼材からなる床板と、前記床板の下面にて橋軸方向に沿って設けられた鋼材からなる縦リブと、前記床板の下面にて橋軸方向に直交する幅方向に沿って設けられた鋼材からなる横リブとからなる鋼床版を備えた橋梁において、互いに交差する前記縦リブと前記横リブとの接合に、上述したいずれか一つに記載の接合構造を適用したことを特徴とする。

この橋梁によれば、新設時の製作工数を低減すると共に、縦リブとの溶接部の端部を起点とした横リブおよび鋼床版への亀裂の発生を防止することができ、かつ鋼床版の耐久性を向上することができる。この結果、橋梁としての耐久性を向上することができる。

本発明によれば、製作工数を低減すると共に、縦リブとの溶接部の端部を起点とした横リブおよび鋼床版への亀裂の発生を防止することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る橋梁の斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る接合構造の正面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る接合構造の斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る接合構造の斜視図である。 図５は、本発明の実施例に係る解析対象を示す概略図である。 図６は、本発明の実施例に係る解析結果を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施の形態に係る橋梁の斜視図であり、図２は、本実施の形態に係る接合構造の正面図であり、図３および図４は、本実施の形態に係る接合構造の斜視図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態の橋梁は、鋼材からなるもので、床板１と、床板１の下面にて橋軸方向（橋梁の長手方向）に沿って設けられた縦リブ２と、床板１の下面にて橋軸方向に直交する幅方向に沿って設けられた横リブ３とを備えた鋼床版１０を有している。

床板１は、橋梁の橋軸方向に連続すると共に、幅方向の全域に渡り設けられた鋼板であり、車両などが走行する橋梁の床面を構成するものである。床板１の上面には、車両などの走行面として舗装などが敷設される。

縦リブ２は、床板１の下面に上端が溶接Ｗにより接合され、橋軸方向に延在すると共に、幅方向で所定間隔をおいて複数並設されている。縦リブ２は、形鋼または鋼板で構成され、本実施の形態では、下端に球状の膨出部を有する形鋼としての球平形鋼、または鋼板としての平板リブとして構成されている。

横リブ３は、床板１の下面に上端が溶接Ｗにより接合され、幅方向のほぼ全域に延在すると共に、橋軸方向で所定間隔をおいて複数並設されている。横リブ３は、鋼板で構成され、本実施の形態では、下端にフランジを有するＴ形鋼として構成されている。

縦リブ２と横リブ３とは、それぞれが延在する橋軸方向と幅方向とで互いに交差して設けられている。かかる交差部においては、横リブ３に、縦リブ２を非接触で挿通する切欠部３１が形成され、この切欠部３１に縦リブ２を通すことで縦リブ２と横リブ３とが互いに交差する。

また、図１に示すように、鋼床版１０は、桁部材４が設けられている。桁部材４は、本実施の形態では箱桁として構成され、溶接による接合やボルトによる締結で箱状に組み付けられている。桁部材４は、横リブ３に接合されると共に、橋軸方向に延在して設けられ、各横リブ３を介して床板１を支持する。この桁部材４は、図には明示しないが、地面に立設された架台（橋脚）上に載置される。また、図示しないが、桁部材４は、鈑桁として構成されていてもよい。

このような橋梁について、本実施の形態の鋼床版１０のリブ交差部接合構造は、上述したように、横リブ３に、縦リブ２を非接触で挿通する切欠部３１が形成されている。そして、図２〜図４に示すように、切欠部３１を跨いだ状態で高力ボルトＧの締結により縦リブ２と横リブ３とが連結部材５を介して連結されている。連結部材５は、鋼材からなるＬ字形状のプレートであり、Ｌ字形状に折り曲げられた一片５１が縦リブ２の鉛直面に添いつつ高力ボルトＧにより縦リブ２に締結され、他辺５２が横リブ３の鉛直面に添いつつ高力ボルトＧにより横リブ３に締結されている。

また、連結部材５は、縦リブ２を間に挟んで設けられている。すなわち、縦リブ２の両側の鉛直面に一対の連結部材５の一片５１が添って、各一片５１および間の縦リブ２が高力ボルトＧで締結されている。なお、図には明示しないが、連結部材５は、横リブ３の両側に配置され、計４つで縦リブ２と横リブ３とを締結するように設けられていてもよい。

また、高力ボルトＧは、所定トルク以上でボルト先端が破断するトルシア形高力ボルトが好ましい。トルシア形高力ボルトは、ボルト先端の破断により締め付けトルクが決まるので、所定の締め付けトルクで締結を行うことが可能である。

このように、本実施の形態の鋼床版リブ交差部接合構造は、鋼材からなる床板１と、床板１の下面にて橋軸方向に沿って設けられた鋼材からなる縦リブ２と、床板１の下面にて橋軸方向に直交する幅方向に沿って設けられた鋼材からなる横リブ３とを備えた鋼床版１０について、互いに交差する縦リブ２と横リブ３とを接合する鋼床版リブ交差部接合構造において、縦リブ２を非接触で挿通する態様で横リブ３に設けられた切欠部３１と、切欠部３１を跨いだ状態で高力ボルトＧの締結により縦リブ２と横リブ３とを連結する鋼材からなる連結部材５とを備える。

この鋼床版リブ交差部接合構造は、切欠部３１により縦リブ２と横リブ３とが非接触で交差して設けられている。すなわち、縦リブ２と横リブ３とが従来のように溶接により接合されていない。しかも、縦リブ２と横リブ３とは、切欠部３１を跨いだ状態で高力ボルトＧの締結により連結部材５によって接合されている。このため、床板１上を車両などが走行する際、車重が床板１に負荷され、横リブ３を介して縦リブ２に伝わることになり、横リブ３には、繰り返しせん断応力が生じる。また、車重の負荷が縦リブ２直上から床板１に負荷された場合は、車重が縦リブ２を介して横リブ３に伝わることがある。しかし、この鋼床版リブ交差部接合構造によれば、縦リブ２と横リブ３とが従来のように溶接により接合されておらず、相互が高力ボルトの締結により連結部材５で接合されているため、従来のように縦リブ２と横リブ３との溶接部に応力が生じない。この結果、縦リブ２との溶接部の端部を起点とした横リブ３および鋼床版１０の床板１への亀裂の発生を防止することが可能になる。そして、鋼床版１０の耐久性を向上することが可能になる。しかも、縦リブ２と横リブ３とを溶接により接合しないので製作工数を低減することが可能になる。

また、本実施の形態の鋼床版リブ交差部接合構造は、縦リブ２を間に挟んで連結部材５を設ける。

この鋼床版リブ交差部接合構造によれば、縦リブ２の両側の鉛直面において連結部材５を介して横リブ３と接合することにより、縦リブ２との溶接部の端部を起点とした横リブ３および鋼床版１０の床板１への亀裂の発生を防止することが可能になり、かつ縦リブ２と横リブ３との接合の剛性をより向上することが可能になる。

また、本実施の形態の鋼床版リブ交差部接合構造は、縦リブ２が、球平形鋼または平板リブである。

球平形鋼は、球形部分により延在方向に交差する方向に強度を有し、一部が板状に形成されている。また、平板リブは、全体が板状に形成されている。このため、連結部材５を介した横リブ３との接合において適しており、縦リブ２との溶接部の端部を起点とした横リブ３および鋼床版１０の床板１への亀裂の発生を防止する効果を顕著に得ることが可能になる。しかも、球平形鋼および平板リブは、板状に形成されているため、縦リブ２を間に挟んで連結部材５を設けることに適しており、縦リブ２との溶接部の端部を起点とした横リブ３および鋼床版１０の床板１への亀裂の発生を防止する効果を顕著に得ると共に、縦リブ２と横リブ３との接合の剛性をより向上する効果を顕著に得ることが可能になる。

本実施の形態の橋梁は、鋼材からなる床板１と、床板１の下面にて橋軸方向に沿って設けられた鋼材からなる縦リブ２と、床板１の下面にて橋軸方向に直交する幅方向に沿って設けられた鋼材からなる横リブ３とからなる鋼床版１０を備えた橋梁において、互いに交差する縦リブ２と横リブ３との接合に、上述した接合構造を適用している。

この橋梁によれば、縦リブ２との溶接部の端部を起点とした横リブ３および鋼床版１０の床板１への亀裂の発生を防止することが可能になる。そして、鋼床版１０の耐久性を向上することが可能になる。この結果、橋梁としての耐久性を向上することが可能になる。

なお、上述した実施の形態の鋼床版リブ交差部接合構造および橋梁は、新規に施工する橋梁にかかり適用されることが好ましいが、既設の橋梁において、縦リブ２と横リブ３との溶接を切除して連結部材５を高力ボルトＧで締結する補修を行うことも可能である。

本実施例では、鋼床版リブ交差部接合構造についてＦＥＭ解析によりミーゼス応力による評価が行われた（図５および図６参照）。なお、本来、疲労耐久性を厳密に評価するためには、実験を実施することが好ましいが、従来例との疲労耐久性に対する相対的な比較は、ＦＥＭ解析によるミーゼス応力評価で行えると判断した。

解析モデルについて、従来例１は、図５（ａ）に示すように、横リブ３に設けた切り込みの一側と縦リブ２の一側面とを溶接により接合したものである。また、従来例２は、図５（ａ）に示すように、横リブ３に設けた切り込みの一側と縦リブ２の一側面とを溶接により接合したものに、縦リブ２と横リブ３とを連結する部材を設けたもので、特許文献１または特許文献２に相当する。一方、実施例は、図５（ｂ）に示すように、横リブ３に切欠部３１を設けて縦リブ２と非接触とし、かつ縦リブ２を間に挟んで連結部材（図示せず）を設けたものである。また、縦リブ２は、従来例１，２および実施例ともに、幅方向に左から８個設けてある。

解析においては、左から４番目の縦リブ２と５番目の縦リブ２との間、および左から５番目の縦リブ２と６番目の縦リブ２との間において、床板１に１組の車輪の荷重相当の５０ｋＮ×２を載荷した。また、ミーゼス応力の応力算出点は、床板１と横リブ３（切り込み開口端または切欠部３１ａ開口端）との溶接部における端部であるａ〜ｈとした。

この解析の結果、図６に示すように、相対比較をすると、本実施例は、全体として応力算出点での応力が低く、疲労耐久性が向上していることが評価でき、溶接部の端部を起点とした横リブ３への亀裂の発生を防止できることが分かる。

以上のように、本発明に係る鋼床版リブ交差部接合構造および橋梁は、製作工数を低減すると共に、縦リブとの溶接部の端部を起点とした横リブおよび鋼床版への亀裂の発生を防止することに適している。

１ 床板
２ 縦リブ
３ 横リブ
３１ 切欠部
４ 桁部材
５ 連結部材
５１ 一片
５２ 他辺
１０ 鋼床版
Ｇ 高力ボルト
Ｗ 溶接

Claims (3)

1. 鋼材からなる床板と、前記床板の下面にて橋軸方向に沿って設けられた鋼材からなる縦リブと、前記床板の下面にて橋軸方向に直交する幅方向に沿って設けられた鋼材からなる横リブとを備えた鋼床版について、互いに交差する前記縦リブと前記横リブとを接合する鋼床版リブ交差部接合構造において、
   前記縦リブが、球平形鋼または平板リブであり、
   前記縦リブを非接触で挿通する態様で前記横リブに設けられた切欠部と、
   Ｌ字形状に折り曲げられた一片が前記縦リブの鉛直面に添い、他片が前記横リブの鉛直面に添いつつ前記切欠部を跨いだ状態で高力ボルトの締結により前記縦リブと前記横リブとを連結する鋼材からなる連結部材と、
   を備えることを特徴とする鋼床版リブ交差部接合構造。
2. 前記縦リブを間に挟んで前記連結部材を設けることを特徴とする請求項１に記載の鋼床版リブ交差部接合構造。
3. 鋼材からなる床板と、前記床板の下面にて橋軸方向に沿って設けられた鋼材からなる縦リブと、前記床板の下面にて橋軸方向に直交する幅方向に沿って設けられた鋼材からなる横リブとからなる鋼床版を備えた橋梁において、
   互いに交差する前記縦リブと前記横リブとの接合に、請求項１または２に記載の接合構造を適用したことを特徴とする橋梁。

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