JP5464350B2 - プレストレス木床版を用いた木橋 - Google Patents

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本発明は、プレストレス木床版を用いて作製する木橋に関するものである。
本発明は、「平成21年度、農林水産省、新たな農林水産政策を推進する実用技術開発事業委託事業、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願」である。
プレストレス木床版は、製材や集成材を床版の幅方向に貫通するプレストレス鋼棒(PS鋼棒)で緊張させることにより一体化させた木床版である。これは、元来疲労・老朽化した釘打ち積層床版の補修を目的として、1970年代中頃にカナダのオンタリオ州で開発された工法であり、より耐久生のあるPS鋼棒で床版の幅員方向にプレストレスを加えることにより床版の剛性、耐久性を向上させるというものである。最近は、森林の保全や有効活用の観点から、木材を見直す動きが活発になりつつあること、小径木や間伐材が有効利用できるようになったことなどから、プレストレス木床版が注目されてきている。たとえば、山間部や農地などにおいて、運搬や加工の容易な木材を用いて簡単に組み立てができるので、床版橋として農道や林道橋あるいは災害時の応急橋に適用されている。さらに、大型車両も通過可能な強度の大きいプレストレス木床版の開発が進んでいる。
たとえば、集成材床版体の厚みの中央部に床版面に平行で集成材の繊維方向に直交して穿設された多数の貫通孔にPS鋼棒を貫挿し、この貫挿PS鋼棒の両端に配設された木製の定着板を用いて集成材床版体にプレストレス力を導入したプレストレス木床版を木橋の床版に使用することが提案されている。このプレストレス木床版を使用した木橋の概説図を図11に示す。左右の橋台113、113上に並設された支承体114,114上にPS鋼棒112および定着板111で一体化したプレストレス木床版110が架設されて木橋が構成される。(特許文献1)
特開2000-226811
しかし、集成材を用いた木床版は角材を用いた橋よりも剛性や強度のバラツキは小さいものの、他の要因(たとえば、内部欠陥)から剛性や強度のバラツキは十分に小さくはない。また、木製の定着板も集成材床版体の強度のバラツキを小さくすることはできるが、強度を大きく上げることはできない。従って、図11に示すような従来のプレストレス木床版橋は、比較的短いスパンで、比較的小さい荷重に対しては現地で簡単に組み立て可能であるという目的にかなった木橋であるが、長いスパンで大きな荷重に対しては、別の方法でその剛性や強度を高める必要がある。たとえば、大断面積の集成材を用いて桁高を大きくしたり、さらに鋼板を挿入するなどして剛性や強度を大きくしたりする方法がある。しかしながら、このような方法では、集成材の運搬が大変であり、プレストレス木床版橋の作成には大掛かりな設備が必要になるので、また鋼板の挿入には大掛かりな設備がいるので、現地で簡単に組み立てることができない。まして、大断面積の集成材を現地で調達することは難しく、間伐材を利用することもできなくなるので、工場で加工された集成材は使用することはできるものの、現地製材を利用することは困難となる。
本発明は、以上の課題を解決するために、プレストレス木床版およびこれと同様の構造部材を上下に(桁高方向に)離間して配置し、これらを連結部材を用いて連結する。(以下、連結した橋の上側であって人や車が通る方を通常の「プレストレス木床版」と呼び、下に配置されるプレストレス木床版と同様の構造部材を「プレストレス木部材」と呼ぶ。)プレストレス木床版およびプレストレス木部材を上下に(桁高方向に)離間して配置し連結部材を用いて連結する。プレストレス木床版およびプレストレス木部材は、複数の集成材を幅員方向に並べ、外側から2枚の鋼板で挟み、これらの鋼板および集成材に設けた複数の貫通孔にそれぞれPS鋼棒を挿通した後、鋼板の外側からPS鋼棒をナットで締め付けて鋼板を通して両側の鋼板に挟まれた複数の集成材を圧縮して、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の緊張力を利用して一体化する。プレストレス木床版およびプレストレス木部材の両側の鋼板は、プレストレス木床版およびプレストレス木部材のそれぞれの内側においてプレストレス木床版およびプレストレス木部材の内面より突出して鋼板に接続する突出継手部を有している。プレストレス木床版およびプレストレス木部材のそれぞれの内側の内面を対面させて一定の距離を隔てて離間させた状態で、互いの突出継手部に連結部材を用いてプレストレス木床版およびプレストレス木部材を連結固定する。連結部材は、たとえば、トラス部材(垂直材、斜材等)を用いたトラス構造を構成する。
トラス構造によりプレストレス木床版およびプレストレス木部材が連結固定されているので、桁高の大きい集成材を用いずに、剛性や強度が大きな複合橋(鋼板を用いたプレストレス木床版およびプレストレス木部材+トラス部材)を作製できる。従って、間伐材等を集成材として使用することができるので、資源の有効活用がはかれるほかに、集成材などの現地調達が可能となり、橋の現地組立・作製も容易に行うことができる。
図1は、本発明のプレストレス木床版を用いた木橋の構造を示す図である。 図2は、プレストレス木床版の幅(幅員)方向に対してトラス構造を有する本発明のプレストレス木床版を用いた木橋の構造を示す図である。 図3は、連続した板状部材を突出継手部として用いた実施形態を示す。 図4は、隙間を持つ突出継手部を有する本発明の実施形態を示す図である。 図5は、パンチングメタルを上下のプレストレス木床版およびプレストレス木部材の連結部材に用いた本発明の実施形態を示す図である。 図6は、本発明の上下に連結したプレストレス木床版およびプレストレス木部材をさらに横方向に連結した実施形態を示す図である。 図7は、上側のプレストレス木床版の中間鋼板付近におけるPS鋼棒を含む断面図である。 図8は、中間鋼板がプレストレス木床版の表面に露出しないタイプのプレストレス木床版橋を示す斜視図である。 図9は、中間鋼板がプレストレス木床版の表面に露出しない木橋における、プレストレス木床版側の中間鋼板付近におけるPS鋼棒を含む断面図である。 図10は、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の複合橋の正面図、平面図、および側面図である。 図11は、プレストレス木床版を使用した従来の木橋の概説図である。 図12は、本発明のプレストレス木床版を用いた木橋を橋台に設置した状態を示す概説図である。
図1は、本発明のプレストレス木床版を用いた木橋の構造を示す一実施形態である。本発明は、同様な構造をしたプレストレス木床版およびプレストレス木部材を桁高方向に離間して(すなわち、一定の距離を隔てて)鋼部材で連結させた、プレストレス木床版およびプレストレス木部材並びに鋼部材の複合橋である。図1においては、連結鋼部材はトラス構造を構成している。図1は本発明の複合橋の斜視図であるが、組立構造が見やすいように描いているので、縦・横・高さの寸法の比率は実際とは異なっている。特にプレストレス木床版(上側)およびプレストレス木部材(下側)間(の内側)が良く分かるように、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の間を伸ばして描いている。
図1に示すように、プレストレス木床版11およびプレストレス木部材12はほぼ同じ構造であり、お互いの内側の内面が対面して鋼部材により連結されている。プレストレス木床版11の表側を車両や人が通る。本明細書において、同じ機能を持つ同じ構造の部材については特に区別をする必要があるものを除いて同一番号を付す。プレストレス木床版11およびプレストレス木部材12は、多数の角材または集成材13を板幅(幅員)方向に並べ、外側を鋼板14および15で挟み、集成材13よび鋼板14、15に設けた貫通孔に複数のPS鋼棒16を挿入して、ナット17で締め付けて圧縮し、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の緊張力を利用して一体化したものである。鋼板14、15は、集成材13の長手方向に一枚の板となっていて、長手方向にPS鋼棒16およびナット17が多数配置されているので、各ナット17を均等に締め付けて圧縮することにより、これらの鋼板に挟持された多数の集成材の内部応力、すなわちプレストレス木床版およびプレストレス木部材の緊張力は内部で均一になる。従って、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の剛性や強度は安定するので、品質の良いプレストレス木床版およびプレストレス木部材を作製できる。ナット17と鋼板14、15の間に支圧板18を挟んでも良いし、鋼板14、15を支圧板と兼用して支圧板18を省略することもできる。
図1に示す本発明の第1の実施形態において、本発明の木橋に用いられるプレストレス木床版11およびプレストレス木部材12に用いられる鋼板14、15は突出継手部21を持つ。突出継手部21は、プレストレス木床版11およびプレストレス木部材12におけるそれぞれの内側の集成材平坦面より外側に出ていて、鋼板14、15と連結している。図1においては、突出継手部21と鋼板14、15の間には継ぎ目があるように描いているが、鋼板14、15と連続した材質で一体化していても良い。たとえば、1枚の鋼板から突出継手部21間の鋼板を切り出し、突出継手部21および鋼板14(または15)を残して作製できる。この場合は、鋼板14、15と突出継手部21は完全に連続しているので、充分大きな強度を持たせることが可能である。切り出したことにより、突出継手部21と鋼板14、15との連結強度が弱くなるようであれば、切断部の付け根部分(直角に切り抜かれた部分)は応力が集中しやすく亀裂が入りやすいので、テーパーをつけてなめらかにしたり、これらのつながる部分に補強材をあてたりすれば連結強度を増大することは容易に可能である。突出継手部21は鋼板14、15と分離可能な部材を使うこともできる。その場合には、連結部材(たとえば、ボルトナット結合部材)を用いて突出継手部21を鋼板14、15に連結できる。また、この場合は、突出継手部21を鋼板14、15と異なる材質とすることもでき、最適な材料や連結方式を選定できるという利点がある。図1に示されているように、突出継手部21は鋼板14、15とはつながっているが、隣接する突出継手部21同士は分離していてつながっていない。
図1においては、突出継手部21は略直方体形状(矩形板状)で突出しているが、略半円形状(半円板状)や長円形状(長円板状)等の他の形状でも良い。この突出継手部21を用いてプレストレス木床版11とプレストレス木部材12とをトラス構造で連結固定する。突出継手部21は結合固定治具によりトラス構造を構成するトラス部材23、24と結合固定する。たとえば、図1においては、結合固定治具としてボルトナット構造を採用していて、この突出継手部21には、ボルト孔22があけられている。このボルト孔22を用いて、トラス部材23(垂直材)、24(斜材)を固定する。すなわち、プレストレス木床版11の内側とプレストレス木部材12の内側を対向させて、プレストレス木床版11およびプレストレス木部材12を平行に適度な距離で離間させた状態で、プレストレス木床版11の内側の突出継手部21のボルト孔22およびトラス部材23、24の一端部にあけたボルト孔25にボルト26を通して、ナット27で締め付けてトラス部材23、24をプレストレス木床版11に固定する。同様にして、プレストレス木部材12の内側の突出継手部21のボルト孔22およびトラス部材23、24の他端部にあけたボルト孔28にボルト26を通して、ナット27で締め付けてトラス部材23、24をプレストレス木部材11に固定する。ボルト26の頭部と突出継手部21の間、或いはナット17と突出継手部21の間には座金板31が入っている。たとえば、トラス部材の連結には、トルシア形高力ボルト等の高力ボルトを使い、座金板31として高力ボルト専用の座金を使用することができる。
図1におけるトラス構造において、プレストレス木床版11の鋼板14、15および突出継手部21が上弦材、プレストレス木部材12の鋼板14、15および突出継手部21が下弦材に相当する。従って、トラス部材23(垂直材)、24(斜材)およびこれらの上弦材、下弦材によりトラス構造が形成される。本発明において、突出継手部21の位置は鋼板14、15の領域内において自由に決定できるので、トラス部材23、24を自由に配置できる。たとえば、基本的なトラス構造であるワーレントラス構造、プラットトラス構造、ハウトラス構造、ラティストラス構造、ダブルワーレントラス構造など種々のトラス構造を組むことができる。或いはこれらのトラス構造を組み合わせることもできる。トラス構造は少ない材料(たとえば、山形鋼や溝型鋼など)で引張りや圧縮に対して強い構造である。従って、所望の剛性や強度を有する上下のプレストレス木床版およびプレストレス木部材の結合した複合橋を作製できる。
尚、図1においては、プレストレス木床版11およびプレストレス木部材12に挟まれた木橋の内部を良く分かるようにするために、トラス部材23、24は枠だけを実線で示し透明にして示している。トラス部材は、その形状が板状、L字状、V字状、角状や棒状であり、その材質は、強度を増大したり、耐久性を向上させたりするために好適には鋼材であるが、目的の剛性や強度に応じて木材や繊維強化プラスチックなども使用できる。また、突出継手部21のボルト孔22やトラス部材23、24の両端部のボルト孔25、28が見えるように、一部はボルト26やナット27を示していないが、実際にはトラス部材23、24を突出継手部21に固定している所はすべてボルト26やナット27が存在し、ボルトナット結合により結合固定している。たとえば、トルシア形高力ボルトなどを用いた高力ボルト摩擦結合により結合固定できる。プレストレス木部材12も、プレストレス木床版11と同様に集成材の集合体である。また、トラス部材の垂直材や斜材を突出継手部に共通のボルトで締め付け固定している(図1〜図4、図6、図7)が、図10に示すように、垂直材と斜材を異なるボルトで突出継手部に別々に締め付け固定しても良い。(一般には、別々に固定するケースが多い。)
図1に示すボルトナット構造は、頭部を持つボルトを採用しているが、頭部のないスタッドボルトなど種々の方式を採用できる。図1においては、トラス部材23、24と突出継手部21との結合固定方法としてボルトナット構造を採用しているが、係合して結合固定する方法など他の固定結合方式も採用できる。目的の強度および剛性力により適切な結合固定方法を採用することができる。
プレストレス木床版およびプレストレス木部材の長手方向(すなわち、鋼板の長手方向)にトラス部材を配置固定するだけでなく、本発明はプレストレス木床版およびプレストレス木部材の幅方向(すなわち、集成材の幅方向(幅員方向)であって、長手方向に対して直角方向)に対してもトラス構造を作製できる。(これを対傾構とも言う。)図2は、このようなプレストレス木床版およびプレストレス木部材の幅方向に対して作製したトラス構造を有する、本発明のプレストレス木床版およびプレストレス木部材を用いた木橋の構造を示す一実施形態である。すなわち、図2に示すように、プレストレス木部材において、下部補強部材(対傾構下弦材)41を対向する2つの鋼板14、15の突出継手部21のボルト孔22(図2においては見えていない)に接続固定する。同様に、プレストレス木床版およびプレストレス木部材において、上部補強部材(対傾構上弦材)(図2の斜視図においては見えていない)を対向する2つの鋼板の突出継手部21のボルト孔22に接続固定する。上部補強部材および下部補強部材41の適当な場所にボルト孔43を幾つか形成しておき、これらのボルト孔43に結合固定具47を用いて(たとえば、ネジ棒やボルトネジを通してナットで締め付けて固定する)、複合橋の連結を補強する対傾構部材としての対傾構垂直材44や対傾構斜材45等を上部補強部材および下部補強部材41に連結固定することにより、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の幅方向における対傾構構造を作製できる。本発明においては、垂直材、斜材、上部補強部材や下部補強部材の対傾構部材を自由に配置できるので、橋の目的に応じて適切な強度を持つ対傾構構造(トラス構造)をプレストレス木床版およびプレストレス木部材の幅方向にも作製できる。
対傾構構造における垂直材44、斜材45、上部補強部材(上弦部材)および下部補強部材(下弦部材)41の形状は、断面が矩形形状の板材や棒材や柱材、或いは断面が円形形状や楕円形状や棒材や柱材、これらの組合せ形状など種々の形状である。また、これらの材質は、鋼質や他の金属、或いは木材や繊維強化プラスチックなどである。プレストレス木床版11とプレストレス木部材12の間の所定空間や所定強度等に適合した大きさ、形状および材質を選定することができる。たとえば、山形鋼などの鋼板を下部補強部材(下弦部材)41等に使用することができる。
プレストレス木床版単独で作った木橋(図11に示す)の剛性や強度を大きくするために、プレストレス木床版の桁高hを大きくする方法がある。しかし、前述したように桁高hを大きくするには、より太い木材が必要となるので、間伐材だけで集成材を作ることが困難となり、現場で調達することができなくなる。しかし、本発明を用いると、従来の間伐材を用いた集成材によるプレストレス木床版を使用することができるので、現地で組み立てを簡単に行うことができる。しかも、トラス構造でプレストレス木床版およびプレストレス木部材を上下に離間して連結するので、プレストレス木床版およびプレストレス木部材で作製した木橋の剛性や強度が飛躍的に増大する。突出継手部の数を調整することにより、種々のトラス構造を組むことができるので、さらに、プレストレス木床版およびプレストレス木部材で作製した木橋の剛性や強度を増大できる。さらに、プレストレス木床版とプレストレス木部材との距離Lの調節も比較的自由にできるので、この距離の増減によってもプレストレス木床版およびプレストレス木部材で作製した木橋の剛性や強度を調整できる。トラス部材の形状や材質も種々選択可能であるから、これによるプレストレス木床版およびプレストレス木部材で作製した木橋の剛性や強度を調整できる。
図3は、突出継手部52として連続した板状部材を用いた実施形態を示す。図1に示した突出継手部21がつながって1枚の板状部材になったとみなすことができる。或いは、鋼板51の上方部(52の部分に相当、図3に示すようにプレストレス木部材が置かれた場合は上方部になるが、プレストレス木床版では下方部となる)は集成材13を押さえていない部分とみることもできる。後者とみなす場合は、突出継手部52と鋼板51は一体物で同一材質であり、図中の分離線は不要となる。前者の場合は、鋼板51と一体物である場合もあれば、鋼板51に突出継手部52を結合することもできる。たとえば、他の部材を用いて結合することもできる。(たとえば、板状の部材を鋼板51と突出継手部52それぞれにボルト接続をする。)
図3に示す突出継手部52の場合も、図3に示すように、図1と同様にトラス部材23、24を用いてトラス構造を作製できる。すなわち、突出継手部52の適当な位置にボルト孔(或いは、ネジ孔やピン孔と呼んでも良い)53を形成し、トラス部材23、24のそれぞれの両端部に形成したボルト孔25、28と合わせて、ボルト(或いは、ネジやピン)26をこれらの穴に通して、ナット27で締めてトラス部材23、24を突出継手部52に固定する。このようにして多数のトラス構造によりプレストレス木床版11とプレストレス木部材12を強固に連結固定することができる。
図3に示す突出継手部52が鋼板51と一体物である場合は、図1に示す突出継手部21と異なり、加工が容易であるという利点がある。すなわち、断面が矩形形状の板状部材(すなわち、略直方体形状)として鋼板を加工すれば良い。また、ボルト孔53を突出継手部21の任意の位置に形成でき、トラス部材23、24を最適の場所に結合固定できるので、所望の剛性や強度を持った橋を作製できる。橋の作製途中で設計変更になった場合でも、残りの穴を用いてトラス部材を結合固定していくことができるので、容易に剛性や強度を増大可能である。さらに、橋が完成した後にも余分の穴を利用してトラス構造を増やすことができるという利点もある。
図3に示す突出継手部52は隣接する突出継手部52とつながり一体となっている。従って、トラス構造の連結部となっている1つの突出継手部52が受ける力は、全体の突出継手部で受けて分散されるので、図1に示すような分断された突出継手部に比較すると、橋の剛性や強度が大きい。また、切断部分がないので、極度に弱い部分(たとえば、図1に示す突出継手部21の場合には、鋼材14との接続部や角部が弱くなる可能性がある)がないので、品質面でも良好である。さらには加工工数を減らすこともできる。ただし、図1に示す突出継手部21の場合には、突出部分21の部分が少ないので、軽いという利点があり、さらに後述するように橋の通気性が良いことや、特にプレストレス木部材の場合には雨だまりができないという利点がある。図3に示す突出継手部52の場合も、通気性を良くし、雨だまりをなくす目的で、適当な所に隙間あるいは穴を形成すると良い。これを図4に示す。すなわち、図4は隙間を持つ突出継手部を有する本発明の実施形態を示す図である。このような隙間または穴55は、特に集成材13の面に接近して形成すると通気性向上や雨だまり対策に効果的である。ただし、これらの隙間または穴55は、ボルト孔53に接近しすぎないようにしなければならない。余り接近しすぎると、トラス部材23、24と突出継手部52との結合固定部の強度が低下してしまう。
図5は、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の連結部材としてトラス部材の代わりにパンチングメタル61を用いた実施形態を示す。パンチングメタル61に置き換えた以外は、図1に示すものと同様のプレストレス木床およびプレストレス木部材を使用している。ただし、図5においては、パンチングメタル61を突出継手部21に結合固定するボルト部材として頭部のないボルト(たとえば、ネジピン)63を用いている。上下のプレストレス木床11およびプレストレス木部材12はパンチングメタル61により連結固定されている。パンチングメタル61の所定箇所に形成されたボルト孔(図5においては、ボルト63に隠れて見えていない)にボルト63を挿入してナット66、67で締め付けて、パンチングメタル61をプレストレス木部材の突出継手部材21に結合固定する。尚、パンチング孔61の大きさを調整してボルト孔と兼用することもできる。パンチングメタルの場合は、鋼板自体の材質を変えて強度を上げたり、或いは鋼板を厚くして強度を上げたりして、所望の剛性や強度を持つプレストレス木床版およびプレストレス木部材橋を作製できる。
パンチングメタル61にはパンチング孔62が多数あけられている。パンチング孔62を多数設けている目的は、通気性を良くしてプレストレス木床版およびプレストレス木部材の間の湿気を除去することである。また、内部にたまった水分を速く除去するために、プレストレス木部材の内側(図5においては、内側が上向きになっている)に隙間64が生じるように、パンチングメタル61を鋼板14から少し離している。同様に(プレストレス木部材ほどではないが、通気性も考えて)、パンチングメタル61を鋼板14から少し離して、プレストレス木床版の内側に隙間65を作っている。プレストレス木床版およびプレストレス木部材の間の湿度が高い状態が保持されると木材の劣化が急速に進み、プレストレス木床版橋の寿命が短くなる。また、水分がたまっているとやはり、木材の劣化が急速に進み、プレストレス木床版橋の寿命が短くなる。そこで、上記のように通気性を良くして、水分の除去を速やかに行うことにより、プレストレス木床版橋の寿命を長くすることができる。また、パンチングメタルの剛性が不足する場合は、パンチング孔を利用して山形鋼等をトラス状にボルトで固定して補強することも可能である。
余り湿気が多くない場所であればパンチング孔の少ない鋼板や或いは全くパンチング孔のない鋼板も使用できる。また、木床版を構成する集成材の桁高を大きくするのは、通気性の観点からも余り好ましくはない。すなわち、湿気や水分が集成材の内部へ浸透して中心部付近の湿気や水分が多くなる可能性があるが、厚い集成材の場合はこの中心部付近の湿気や水分がなかなか外へ抜けないので、集成材の内部から劣化していく可能性がある。本発明のプレストレス木床版橋は、桁高方向へ集成材の厚みを厚くする必要はないので、湿気や水分対策という点でも従来法に比較して優れている。
図6は本発明の上下に連結したプレストレス木床版およびプレストレス木部材をさらに横方向に連結した実施形態を示す。集成材の長手方向(すなわち、縦方向)に対しては、これまで説明した本発明の木橋をつなげて行けば良いので容易に長くできる。或いは集成材をつなげて長くしていき、ある一定距離ごとにPS鋼棒を用いて圧縮しながら一体化していけば、集成材の長手方向(すなわち、縦方向)に対して木橋を長くできる。しかし、集成材の幅方向(すなわち、横方向でPS鋼棒の軸方向)に対しては、集成材を多数束ねていっても集成材同士の圧縮力が十分に伝達しなくなるので、集成材の束ねる数量には限界があり、余り広くできない。また。ナットを強く締め付けていけばある程度は集成材の束ねる数量を増やすことはできるが、集成材の一部に過度の力が加わり集成材を破損するおそれもある。(尚、本発明のプレストレス木床版およびプレストレス木部材は集成材の幅員方向の両側を1枚の鋼板14、15全体で押さえつけているので、図11に示す従来のプレストレス木床版のような1部分を押さえる場合に比べて、集成材の一部に過度の力が加わり集成材が破損するという現象も少ないという利点もあるが、それでも過度の力で締めるのは上記の問題を生じる。)
そこで、横方向に橋を大きくするために、本発明は、中間に鋼板をはさみながら集成材を幅員方向に並べて増やしていく。すなわち、図6に示すように全体の集成材を両サイドから鋼板71および73で挟み、一定の距離を有して中間に同様の鋼板72を挿入する。プレストレス木床版およびプレストレス木部材の幅員方向の中間部分に配置している鋼板(72)ということで、両側の鋼板(71、73)と区別する意味で、中間鋼板と呼ぶ。この中間鋼板72を含めて集成材74、75および両サイドの鋼板71、73にPS鋼棒16を貫通孔に挿通してナット17で締め付けて圧縮し、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の緊張力を利用して一体化する。一定の距離を有して中間に両サイドの鋼板71、73と同様の中間鋼板72が挿入されているので、ナットによる締め付け力を増大しても一部の集成材に力が集中することがなく均一に集成材の各部分に圧縮力が配分される。この結果、中間鋼板72を挿入しない場合に比べて多数の集成材を幅員方向に並べていくことができる。
上記のようにして、プレストレス木床版69およびプレストレス木部材70を作製し、その後プレストレス木床版69およびプレストレス木部材70を、上述したトラス構造等を用いて連結し、プレストレス木床版69およびプレストレス木部材70が一体となった複合橋を作製できる。
中間鋼板72に突出継手部77を接続しておけば、図7に示すように、トラス部材23、24(垂直材23、斜材24)を用いてトラス構造を構成することができる。或いは、パンチ鋼板等も使用することもできるし、図3に示すようなプレストレス木床版およびプレストレス木部材の幅方向にトラス構造や梁を作製することもできる。この結果所望の剛性や強度を有する橋を作ることができる。突出継手部77は、中間鋼板72を延長させて材質の等しい一体物として作製することもできるし、ボルト結合を用いて中間鋼板72に接続することもできる。また、両サイドの鋼板71、73に突出継手部76、78を接続することは上述した内容と同様である。
図7は、プレストレス木床版およびプレストレス木部材側の中間鋼板72付近におけるPS鋼棒16の断面図である。中間鋼板72は集成材74および75の間に挿入されていて、集成材74、75および中間鋼板72にあけられた貫通孔79にPS鋼棒16が挿通され、集成材74、75および中間鋼板72が圧縮されている。集成材74、75には中間鋼板72を通して均等に圧縮力が伝達される。図7(a)は、組立直後のプレストレス木床版側の断面図であり、集成材74、75および中間鋼板72の上面は平坦になっている。橋として設置後は、この上面を車両等が通過する。鋼板72に比べて集成材74、75の消耗度が大きいので、長期間使用すると図7(b)に示すように、集成材74、75の上面に対して鋼材72が突き出た状態となる。この状態になると橋として使用できなくなるので、補修するか交換する必要がある。
そこで、本発明においてはさらに、中間鋼板を組立当初からプレストレス木床版の表面に出さないようにする。図8は、中間鋼板82がプレストレス木床版の表面に露出しないタイプのプレストレス木床版橋を示す斜視図である。中間鋼板82は集成材の中に嵌めこまれた構造であり、車両等が通るプレストレス木床版69の表面には中間鋼板82は露出しない。
図9は、図8に示す中間鋼板82がプレストレス木床版の表面に出ない木橋における、プレストレス木床版69側の中間鋼板82付近におけるPS鋼棒16の断面図である。中間鋼板82は集成材84に嵌めこまれており、プレストレス木床版69の表面には露出していない。従って、車両や人の通るプレストレス木床版69の表面は同じ材質の木材であるから均等に摩耗していき、長年使用しても凹凸が生じないので、木橋の寿命を長くすることができる。しかも、貫通孔79は、集成材84、85だけでなく中間鋼板82にもあけられていて、PS鋼棒16を挿通することができ、両サイドの鋼板からの圧縮力が中間鋼板82にも伝達され、そのまわりの集成材84、85に均等に圧縮力を配分することができる。集成材84に中間鋼板82が入るような溝を作製しておけば容易に中間鋼板82を集成材84に嵌めこむことができる。また、その加工も簡単であるから現地での作業も可能である。集成材84と集成材85の接触面84Cと85Cは、集成材を圧縮したときにぴったり重なるようにしておけば、この接触面84C、85Cに無理な力が加わらず破損することもない。
さらに、中間鋼板82に突出継手部87を接続しておけば、図8に示すように、トラス部材88、89(垂直材88、斜材89)を用いてトラス構造を構成することができる。或いは、パンチ鋼板等も使用することもできるし、図3に示すようなプレストレス木床版およびプレストレス木部材の幅方向にトラス構造や梁を作製することもできる。この結果所望の剛性や強度を有する木橋を作ることができる。突出継手部87は、中間鋼板82を延長させて材質の等しい一体物として作製することもできるし、或いはボルト結合を用いて中間鋼板82に接続することもできる。
図9においては、中間鋼板82が集成材84に形成された溝に嵌めこまれているとして記載したが、集成材84および集成材85の両方に嵌めこんでも良い。その場合は、集成材85にも溝を形成し、集成材84および85の両方で形成される溝に鋼板82が入り込むようにすれば良い。PS鋼棒16を入れて両サイドから締め付けたときに、鋼板82がその厚み方向(すなわち、PS鋼棒16の軸方向)に縮むことは殆どないが、集成材74、75はその厚み方向に縮むので、その縮み代を考慮して鋼板82の入り込む溝の深さを決定することにより、集成材84、85の接触面84Cと85Cをぴったりと接触させることができる。
プレストレス木床版の表面の摩耗は車両や人の通るプレストレス木床版の表面側が大きく、しかも問題になるのは車両や人の通るプレストレス木床版の表面側であるから、図8に示すようにプレストレス木部材の表面側は中間鋼板が露出していても良い。ただし、本発明の2つのプレストレス木床版(プレストレス木床およびプレストレス木部材)を連結した複合橋は、プレストレス木床版が消耗してきた場合には、補修をしながら使用を続けていくこともできるが、より簡単には上下を逆にして使用することも可能である。すなわち、逆にすれば、プレストレス木部材を上にすれば同じように使用することができる。従って、プレストレス木部材側も図8や図9に示すものと同様に、プレストレス木部材側の中間鋼板をプレストレス木部材の表面に露出しないように作製することが望ましい。尚、プレストレス木部材およびプレストレス木部材を全く同一に作製する必要はない。その目的に応じて最適な構造とし、その組合せで上下のプレストレス木床版およびプレストレス木部材を連結すれば良い。本発明はこのように自由度が極めて大きいことも特徴の一つである。
さらに、両サイドの鋼板(たとえば、14、15、51、71、73、203、204、210、211、231、233)に関しても、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の表面より低くしておくことにより、プレストレス木床版およびプレストレス木部材の表面が摩耗した場合でも、両サイドの鋼板が突出することがないので、補修せずに長期間使用できるようになる。
図10は、本発明のプレストレス木床版201およびプレストレス木部材202をトラス構造を用いて連結固定したプレストレス木床版の複合橋について、正面図、平面図および側面図を示す。図10(a)はプレストレス木床版の複合橋の長手方向から見た側面図、図10(b)はプレストレス木床版の複合橋を上方から見た平面図、および図10(c)はプレストレス木床版の複合橋を端部から見た正面図である。図10に示すプレストレス木床版は中間鋼板を有する。図10(a)に示すように、車両はプレストレス木床版201の表面を通る。プレストレス木床版201およびプレストレス木部材202は同様の構造であり、逆にしても基本的な構造に変化はない。
プレストレス木床版201の長手方向には鋼板211(203)および210が配置され、複数のPS鋼棒207が鋼板210、集成材213、中間鋼板212、集成材214、および鋼板211(203)を貫く貫通孔215に挿入され両サイドのナット208により締め付けられ、両サイドの鋼板210および211を通して集成材213、214が圧縮されている。同様に、プレストレス木部材202の長手方向には鋼板233(204)および231が配置され、複数のPS鋼棒207が鋼板233、集成材236、中間鋼板232、集成材235、および鋼板231を貫く貫通孔に挿入され両サイドのナット208により締め付けられ、両サイドの鋼板233および231を通して集成材236、235が圧縮されている。尚ナット208と鋼板の間には座金台209を配置している。
プレストレス木床版201において、鋼板210、211は突出継手部221、223(205)を有し、中間鋼板212は突出継手部222を有している。プレストレス木部材202において、鋼板233(204)、231は突出継手部243(206)、241を有し、中間鋼板232は突出継手部242を有している。これらの突出継手部は鋼板および中間鋼板と一体となっている。プレストレス木床版201側の突出継手部およびプレストレス木部材202側の突出継手部にトラス部材251、252(図10(c)において、245、246、247、248、249、250に対応)が連結固定され、上弦材および下弦材に対応する突出継手部(或いは、鋼板および中間鋼板)とトラス部材251(垂直材)、252(斜材)によりトラス構造を形成する。これらのトラス構造によって、プレストレス木床版201とプレストレス木部材202は強固な複合橋を構成している。
図10(c)に示すように、トラス部材は突出継手部の両側に配置することができるので、さらに強固な複合橋を作製できる。たとえば、プレストレス木床版201の突出継手部221およびプレストレス木部材202の突出継手部241の外側にはトラス部材245(トラス構造体と呼ぶこともできる)を連結固定できるとともに、プレストレス木床版201の突出継手部221およびプレストレス木部材202の突出継手部241の内側にはトラス部材246(トラス構造体と呼ぶこともできる)を連結固定できる。同様に、プレストレス木床版201の突出継手部223およびプレストレス木部材202の突出継手部243の外側にはトラス部材247(トラス構造体と呼ぶこともできる)を連結固定できるとともに、プレストレス木床版201の突出継手部223およびプレストレス木部材202の突出継手部243の内側にはトラス部材248(トラス構造体と呼ぶこともできる)を連結固定できる。さらに、プレストレス木床版201の突出継手部222およびプレストレス木部材202の突出継手部242の一方側にはトラス部材249(トラス構造体と呼ぶこともできる)を連結固定できるとともに、プレストレス木床版201の突出継手部222よびプレストレス木部材202の突出継手部242の他方側にはトラス部材250(トラス構造体と呼ぶこともできる)を連結固定できる。
このように、プレストレス木床版およびプレストレス木部材において集成材の幅員方向(PS鋼棒の軸方向)に対しても、対傾構構造として、トラス部材255(上弦材)、256(上弦材)、257(下弦材)、258(下弦材)、261(垂直材)、262(斜材)、263(垂直材)、264(斜材)を用いてトラス構造を構成できるので、さらに強固な複合橋を作製できる。また、図10においては、中間鋼板を1枚の場合を示しているが、2枚以上の中間鋼板を挿入しても良い。図10に示すタイプの木橋の大きさは種々作成できて、たとえば、幅(集成材の幅員方向)が2m〜7m、長さ(鋼板の長手方向)が5m〜30m、桁高が30〜150cm(木床版の厚み10〜20cm、離間距離20〜120cm)である。これより大きな橋も2つのプレストレス木床版(プレストレス木床およびプレストレス木部材)を用いて作製できるが、これらプレストレス木床版(プレストレス木床およびプレストレス木部材)を幾つも連結して作製することもできる。
図12は、本発明のプレストレス木床版を用いた木橋を橋台に設置した状態を示す概説図である。プレストレス木床版301およびプレストレス木部材302をトラス構造により連結固定して複合橋300を作製する。この複合橋(木橋)300をコンクリート製等の橋台303に設置して支承体等(示されていない)で固定する。このように、本発明を用いると非常に簡便に橋を作製し設置できる。従って、簡単な設備で現地作製および現地設置が可能となる。
集成材を両側から挟む板や中間に配置する板は鋼板であるとして説明してきたが、鋼板に限定されず、他の材料でも良い。たとえば、アルミニウム、チタニウム等を含む高強度合金や、セラミック等の無機材料、高強度高分子材料も使用することが可能である。使用する環境、コスト、目標とする剛性や強度などに応じてこれらの材料を選定することができる。また、上述の説明において、ある実施形態において説明した内容であって他の実施形態において説明していない内容であっても、矛盾なく適用できるものは当該他の実施形態においても採用可能なことは言うまでもない。
本発明は、木橋として使用できる。
11・・・プレストレス木床版、12・・・プレストレス木部材、13・・・集成材、
14・・・鋼板、15・・・鋼板、16・・・PS鋼棒16、17・・・ナット、
18・・・支圧板、21・・・突出継手部、22・・・ボルト孔、
23・・・トラス部材(垂直材)、24・・・トラス部材(斜材)、25・・・ボルト孔、
26・・・ボルト、27・・・ナット、28・・・ボルト孔、31・・・座金、

Claims (12)

  1. プレストレス木床版および該プレストレス木床版と同様の構造部材(プレストレス木部材)を上下方向に一定の距離を隔てて平行に配置された木橋であって、
    前記プレストレス木床版および前記プレストレス木部材は、それぞれ、複数の角材または集成材から成る木材が幅員方向に並べられ、並べられた前記木材の両幅端をそれぞれ鋼板で挟み、前記鋼板および前記木材に対して該木材の幅員方向に設けられた複数の貫通孔にPS鋼棒を挿入し、前記PS鋼棒の両端又は一方をナットで締め付けることによって、複数の前記木材が圧縮された構造部材であり、
    前記鋼板は、前記プレストレス木床版と前記プレストレス木部材とが向かい合う方向に、それぞれ突出した突出継手部を有し、
    前記突出継手部に連結部材が固定されて前記プレストレス木床版と前記プレストレス木部材とが互いに平行に配置されていることを特徴とするプレストレス木床版を用いた木橋。
  2. 前記突出継手部は前記鋼板と一体となった鋼板であることを特徴とする、請求項1に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
  3. 前記突出継手部は前記木材の長手方向に連続した板状部材であることを特徴とする、請求項1または2に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
  4. 前記突出継手部は前記木材の長手方向において分離していることを特徴とする、請求項1または2に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
  5. 前記連結部材は、トラス部材であり、トラス構造を構成していることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
  6. 前記連結部材はパンチングメタルであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のプレストレス木床版を用いた木橋
  7. 前記プレストレス木床版およびプレストレス木部材において、前記木材の両幅端に設けられた対向する前記突出継手部の間を補強部材で接続し、前記プレストレス木床版の補強部材と前記プレストレス木部材の補強部材との連結にトラス部材が配置され、前記トラス部材によりトラス構造が構成されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
  8. 前記プレストレス木床版および前記プレストレス木部材の幅員方向におけるそれぞれの中間部分においても、さらに鋼板(中間鋼板)が配置され前記木材を挟んでいることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
  9. 前記中間鋼板も前記プレストレス木床版と前記プレストレス木部材とが向かい合う方向に、それぞれ突出した突出継手部を有し、前記プレストレス木床版における中間鋼板の突出継手部と前記プレストレス木部材における中間鋼板の突出継手部と連結部材により連結固定されていることを特徴とする、請求項8に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
  10. 前記中間鋼板は、前記プレストレス木床版および/または前記プレストレス木部材の表面に露出していないことを特徴とする、請求項8または9に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
  11. 前記中間鋼板を連結した連結部材は、トラス部材および/またはパンチングメタルであり、トラス部材の場合にはトラス構造を構成していることを特徴とする、請求項9または10に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
  12. 前記プレストレス木床版の表面が木橋として使用されることにより摩耗した場合において、前記連結したプレストレス木床版およびプレストレス木部材の木橋を逆にし、前記プレストレス木部材を上にして木橋の表面として使用することを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載のプレストレス木床版を用いた木橋。
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