JP5937898B2 - 箱桁橋の構築法 - Google Patents

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Description

本発明は、上床板、下床板、および上床板と下床板とを連結する少なくとも一対のウェブを有する箱桁橋のうち、少なくとも下床板およびウェブを含む主桁がプレキャストコンクリートにより形成された箱桁橋の構築方法に関する。
比較的短い支間に適した橋として、上床板と下床板とを少なくとも一対のウェブで連結した箱型断面を有する箱桁橋がある。箱桁橋は、断面形状により、箱形断面部を1つ有する単一箱桁橋や、箱形断面部を2つ以上有する多主桁箱桁橋、箱形断面部が連続する多重箱桁橋などに分類することができる。また箱桁橋は、支持状態により、2支点間を連絡する単純桁橋、3支点間以上の多支間(径間)にわたって連続する多径間連続橋に分類することができる。
箱桁の架設方法としては、箱桁(主桁)を橋軸方向に分割して複数のプレキャストセグメントから構成するものとし、架設径間を跨ぐように橋軸方向に設置した架設用ガーダで各セグメントを吊り上げ、その状態でセグメントの接合、主桁と橋柱部との継ぎ目へのコンクリートの打設、外ケーブルを用いたプレストレス付与による主桁と橋柱部との一体化を行うスパンバイスパン工法が知られている(特許文献1参照)。
また、多径間連続橋でのスパンバイスパン工法において、ガーダの使用時間を短くして工期の短縮を図り得る工法として、後方の(架設済みの)架設径間の橋桁上にて複数のセグメントの接合、ポストテンション方式での主桁へのプレストレス付与を行い、一体化したこの主桁をガーダで吊って前方へ移動させた後、主桁と橋柱部との継ぎ目へのコンクリートの打設、外ケーブルを用いたプレストレス付与による主桁と橋柱部との一体化を行うようにした後方組立方式スパンバイスパン工法を本出願人は提案している(特許文献2参照)。
さらに本出願人は、スパンバイスパン工法において、ガーダに生じる曲げモーメントを小さくするために、プレストレスが付与されたU形断面を有するプレキャスト桁を架設径間の直下に配置し、橋軸方向の両端部を支持する態様でプレキャスト桁をガーダで吊り上げ、橋柱部と接合するようにしたU桁リフティング架設工法(特許文献3参照)を提案するとともに、さらにこれを改良し、プレキャスト桁を橋軸方向に分割して複数のプレキャストセグメントから構成するものとし、ガーダによる吊り上げ前にポストテンション方式でプレストレスを付与して複数のプレキャストセグメントを一体化することで、製作ヤードに十分な広さを確保できない場合にも適用できるようにした分割製作方式U桁リフティング架設工法を実用化している。
特開平8−134845号公報 特開2008−297777号公報 特開2009−68249号公報
ところで、箱桁橋においては、これらの先行技術でも用いているように、主に支間長を長くすることを目的としてプレストレスが付与されることが多い。プレストレスの付与方式としては、主桁のコンクリート打設前にPC鋼材を配置・緊張しておき、コンクリートの打設・硬化後にPC鋼材の緊張を解いて主桁にプレストレスを付与するプレテンション方式と、シースを設置した状態でコンクリートを打設し、コンクリートの硬化後にシース中に挿入したPC鋼材を緊張・定着させることで主桁にプレストレスを付与するポストテンション方式とがある。
ポストテンション方式は、硬化したコンクリートに直接プレストレスを付与するため、反力台が不要である反面、高価な定着具が多数必要になり工費が高くなる。また、定着具を設置するために下床板端部の部材厚を他の部分に比べて厚くする必要が生じることが多く、この場合にはコンクリート工や鉄筋工の材料費や施工費が高くなるばかりでなく、重量増大により架設設備の大型化も招く。さらに、グラウト注入作業が必要になることによっても工費が高くなる。なお、プレグラウトPC鋼材を用いることにより、グラウト作業をなくすことはできるが、材料費が大幅に高くなるために工費の削減は望めない。加えて、硬化後にグラウトの品質検査が必要になる場合には、さらに工費が高くなる。
一方、プレテンション方式では、主桁の直接的な製造コストはポストテンション方式に比べて安価になる傾向にあるが、主桁の製造時にPC鋼材を緊張するための反力台が必要になる。そのため、桁材を現場の製作ヤードで製作する場合には、専用の反力台を仮設として構築する必要があるうえ、工事完了後にはこの反力台を撤去する必要があり、工事全体としてはコストと手間は減少しない。また、製作ヤードの確保が困難で、反力台を構築する場所が橋梁の真下しか利用できないような場合には、重機を用いた撤去作業が実質的に不可能な場合もある。
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、仮設の反力台を用いることなく、プレテンション方式で主桁にプレストレスを付与することのできる箱桁橋の構築方法を提供することをその目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、上床板(13)、下床板(11)、および前記上床板と前記下床板とを連結する少なくとも一対のウェブ(12)を有する箱桁橋(1)のうち、少なくとも前記下床板および前記一対のウェブを含む主桁(3B)がプレキャストコンクリートにより形成された箱桁橋の構築方法であって、前記下床板について下半部(11L)のみにコンクリートを打設して前記主桁のプレキャスト半製品(一次製作部分14)を製作する第1ステップと、前記主桁の前記下床板の上半部(11U)にPC鋼材(26)を配置し、前記主桁のプレキャスト半製品を反力台として利用して前記PC鋼材に緊張力を加えた状態で前記下床板の上半部のコンクリートを打設する第2ステップと、前記下床板の上半部のコンクリートが硬化した後、前記PC鋼材への緊張力を開放して前記下床板にプレストレスを付与し、前記主桁のプレキャスト・プレストレスト製品(3B)を製作する第3ステップとを含む構成とする。
箱桁橋の構築方法をこのような構成とすることにより、仮設の反力台を用いることなく、プレテンション方式で主桁にプレストレスを付与することができる。また、半製品の製作を所定の製作ヤードで行って、架設径間の直下でプレストレスを付与することもできる。このようにすれば、製作ヤードから架設現場へ搬送する際の主桁の重量を軽減でき、運搬車両や揚重機を小型なものにすることができる。
また、本発明の一側面によれば、前記主桁が、橋軸方向に分割された複数のプレキャストセグメント(3b)を接合して構成されるものであり、前記第1ステップでは、各プレキャストセグメントの前記下床板について下半部のみにコンクリートを打設し、前記第2ステップでは、前記複数のプレキャストセグメントを材軸方向に連続配置し、前記下床板の上半部にPC鋼材(26)および鉄筋(20U)を配置し、連続配置された前記プレキャストセグメントを反力台として利用して前記PC鋼材に緊張力を加える構成とすることができる。
この構成によれば、セグメント化することで主桁の取り扱いを容易にすることができ、主桁を製作するのに十分な広さの製作ヤードを確保できない場合にも本方法を適用することができる。また、主桁をセグメント化しても、下床板の上半部に配置される主筋を橋軸方向に連続させることができ、箱桁橋の破壊特性を脆性的なものから延性的なものにすることができる。
また、本発明の一側面によれば、プレストレスが付与された前記主桁を所定の架設位置の直下に配置し、架設径間を跨ぐように橋軸方向に設置した架設用ガーダ(6)により、橋軸方向の両端部を支持して前記主桁を所定の架設位置へ吊り上げるステップを更に含む構成とすることができる。
この構成によれば、主桁を橋軸方向の3箇所以上で支持する形態に比べ、ガーダに生じる曲げモーメントが小さく済むため、ガーダをより小型で安価なものにすることができる。
このように本発明によれば、仮設の反力台を用いることなく、プレテンション方式で主桁にプレストレスを付与できる箱桁橋の構築方法を提供することができる。
第1実施形態に係る箱桁橋の側面を示す構築方法の説明図 図1中のII−II断面図 図1中のIII−III断面図 図1に示す径間部のプレキャスト半製品としての状態を示す断面図 図4に示す径間部の要部斜視図 図1に示す径間部の側面を示すプレストレス付与方法の説明図 図1に示す径間部のプレキャスト・プレストレス製品としての状態を示す断面図 図1中のVIII−VIII断面図 第2実施形態に係る径間部の縦断面を示すプレストレス付与方法の説明図
以下、本発明に係る箱桁橋1の構築方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
≪第1実施形態≫
まず、第1実施形態に係る箱桁橋1の構築方法の概要を説明する。図1に示すように、多径間連続橋である箱桁橋1の構築位置に橋軸方向に沿って複数の橋脚2を構築しておく。ここでは、箱桁橋1を橋桁下部3と橋桁上部4とに分けて構築するものとし、まず、橋桁下部3の橋脚上部分である柱頭部3Aを各橋脚2上に構築する。具体的には、プレキャストコンクリートにより柱頭部3Aを製作し、これをクレーン41で橋脚2上に設置する。なお、ここでは橋脚2と柱頭部3Aとの間には支承5を介装する。
次に、架設径間を跨ぐように隣接する一対の橋脚2上にガーダ6を架設し、このガーダ6を用いて橋桁下部3の径間部分であるプレキャストコンクリート製の径間部3Bを架設する。径間部3Bの架設は、まず、架設位置の直下(径間の地上部)に径間部3Bを配置し、ガーダ6に設けた一対の吊上装置7により、径間部3Bの橋軸方向両端部を支持した状態で上方へ吊り上げて行う。
橋桁下部3の架設後、橋桁下部3上に橋桁上部4を構築する。具体的には、橋軸方向に分割された複数のプレキャスト板8を橋桁下部3上に設置し、その上に現場打ちでコンクリートを打設することで橋桁上部4を構築する。そして、橋桁下部3の架設作業と橋桁上部4の構築作業とを各径間について順次繰り返し施工することにより、多径間連続箱桁橋を完成させる。
次に、箱桁橋1の構造および構築方法について詳細に説明する。
図2は径間部3Bにおける完成した箱桁橋1の横断面を、図3は柱頭部3Aにおける構築中の箱桁橋1の横断面をそれぞれ示している。図2および図3に示すように、箱桁橋1は、略水平に延在する下床板11と、下床板11の橋軸直交方向の両端部から立ち上がる一対のウェブ12と、両ウェブ12の上端に連結して略水平に延在する上床板13とから構成される単一箱桁橋である。一対のウェブ12は上方に向けて開くように傾斜しており、ここではウェブ12の下床板11に対する傾斜角θは60度程度とされている。上床板13は、一対のウェブ12の上端同士を連結して下床板11とともに箱形断面を形成するほか、両ウェブ12から側方に突出する左右の張出し部13Aを有しており、これにより箱桁橋1の幅員を増大させている。
箱桁橋1は、U字状断面を呈し、下床板11と一対のウェブ12とを構成するプレキャスト製の橋桁下部3と、橋桁下部3の上方に構築されて上床板13を構成する橋桁上部4とから構成される。
さらに橋桁下部3の径間部3Bは、図2および図4に示すように、下床板11の下半部分11L、一対のウェブ12および張出し部13Aの下半を構成するプレキャストコンクリートの半製品である一次製作部分14と、プレキャストコンクリートにより形成されて下床板11の上半部分11Uを構成する二次製作部分15とから構成される。なお、半製品の一次製作部分14に二次製作部分15が構築されてプレキャスト・プレストレストコンクリート製品としての径間部3Bが構成される。
また、橋桁上部4は、プレキャスト板8からなり、上床板13における一対のウェブ12間の下半部分13Lを構成するプレキャスト部分16と、現場打ちコンクリートからなり、上床板13における一対のウェブ12間の上半部分13Uと張出し部13Aの上半とを構成する現場打ち部分17とから構成される。
なお、一次製作部分14の上部には、プレキャスト板8の載置面およびプレキャスト板8の橋軸直交方向の移動規制面を形成する嵌合部14aが形成されており、嵌合部14aの載置面よりも上側の部分が張出し部13Aの下半を構成している。
本実施形態は、プレキャスト製品およびプレキャスト・プレストレスト製品を所定の製作ヤードにて製作するものであり、次のようにして箱桁橋1を構築する。
まず、製作ヤードにて鉄筋・型枠を組み立て、コンクリートを打設して、橋桁下部3を構成する柱頭部3Aおよび径間部3B、並びに橋桁上部4を構成するプレキャスト板8を予め製作する。なお、両柱頭部3Aには、図3に示すように、後述する外ケーブル30(図2参照)用の定着具31を設置するための横桁32を形成し、横桁32には、作業時および点検時に通路となる開口32aを形成しておく。また、径間部3Bには、図2に示すように、後述する外ケーブル30を挿通させて支持するケーブル支持部33または外ケーブル30用の定着部を形成しておく。
径間部3Bの製作手順は次の通りである。まず、図4に示す断面を有する径間部3Bの一次製作部分14を製作する(第1ステップ)。ここで、下床板11の鉄筋20(主筋21および配力筋22)は、上下に2段(以下、上筋20U、下筋20Lと記す。)に配置する設計としておき、一次製作部分14(下半部分11L)に下筋20Lが埋設され、二次製作部分15(上半部分11U)に上筋20Uが埋設されるようにする。したがって、一次製作部分14を製作する際には、上筋20Uは組立てず、コンクリート打設後に幅止め筋23のみが突出するようにする。また、上筋20Uの配力筋22をウェブ12に連結させるため、ウェブ12の内側面の下端近傍には、配力筋継手24を突出させておく。
一次製作部分14のコンクリート打設後、図5に示すように、二次製作部分15の打継ぎ面14a、すなわち下床板11の下半部分11Lの上面、およびウェブ12の内側面の下部に、コンクリートの接合強度を確保するために目粗しを施す。
その後、図4に想像線で示すように、下床板11の上半部分11Uに、PC鋼材26を橋軸方向に延在するように橋軸直交方向に所定間隔に複数設置し、その上方に下床板11の上筋20Uを組立てる。さらに、図6に示すように、径間部3Bの一次製作部分14の橋軸方向両端部に反力架台27を設置する。ここでは反力架台27としてH形鋼を用いており、下床板11の下半部分11Lの端面および一対のウェブ12の端面下部に接するようにH形鋼を配置する。
そして、一次製作部分14のコンクリート強度が所定値以上になった後、反力架台27に設けたジャッキ28を用いてPC鋼材26に緊張力を加える。PC鋼材26に対する緊張力の反力は、反力架台27を介して径間部3Bの一次製作部分14に伝わり、圧縮力となって一次製作部分14により支持される。つまり、一次製作部分14を反力台として利用して緊張力を加える。その後、PC鋼材26の緊張状態を保った状態で、図7に示すようにコンクリートを打設して下床板11の上半部分11Uを構築する(第2ステップ)。
下床板11の上半部分11Uのコンクリート強度が所定値以上になった後、緊張力を開放して下床板11にプレストレスを付与する(第3ステップ)。なお、PC鋼材26によるプレストレスが橋軸方向の端部近傍で大きすぎる場合には、PC鋼材26の端部に適宜な処理を施してコンクリートに付着しないようにするボンドコントロールを行い、橋軸方向について所望のプレストレスを得られるようにする。付与するプレストレスの大きさは、少なくとも径間部3Bが橋軸方向両端の2点で支持され得る強度(許容曲げ応力度)を得られるように設定する。プレストレスの付与後、PC鋼材26の不要な部分は切断する。これにより、図7に示す断面を有し、プレテンション方式でプレストレスが付与されたプレキャスト・プレストレスト製品である径間部3Bの製作が完了する。
図1に戻り、次に、トレーラー42などを用いて径間部3Bを架設位置の直下(径間の地上部)に搬送し、上述したガーダ6および一対の吊上装置7を用いて径間部3Bの橋軸方向両端部を支持して上方へ吊り上げることで、径間部3Bを所定の架設位置に配置する(第4ステップ)。
次に、ガーダ6および吊上装置7で径間部3Bを吊った状態で、径間部3Bと両柱頭部3Aとの継ぎ目に目地コンクリート29を打設する。目地コンクリート29の硬化後、図8に示すように、一対の柱頭部3Aの定着具31と径間部3Bに形成したケーブル支持部33とを挿通させるように外ケーブル30を設置し、外ケーブル30に緊張力を加えてその両端部を定着具31に定着させることで橋桁下部3にプレストレスを付与し、径間部3Bと両柱頭部3Aとを一体化させる。これにより1径間分の橋桁下部3の架設が完了する。
その後、上記したように、プレキャスト板8を橋桁下部3上に設置し、上半部分13Uおよび張出し部13Aの上半の鉄筋・型枠を組み立て、現場打ちでコンクリートを打設して橋桁上部4を構築することで、図2に示す断面を有する1径間分の箱桁橋1の架設が完了する。
このように、下床板11について下半部分11Lのみにコンクリートを打設してプレキャスト半製品である一次製作部分14を製作した後、下床板11の上半部分11UにPC鋼材26を配置し、下床板11の下半部分11Lを反力台として利用してPC鋼材26に緊張力を加えた状態で下床板11の上半部分11Uのコンクリートを打設し、コンクリートの硬化後にPC鋼材26の反力を開放して下床板11にプレストレスを付与するようにしたことにより、仮設の反力台を用いることなく、プレテンション方式で径間部3Bにプレストレスを付与することができる。
これにより、ポストテンション方式で必要になる定着具やシース、グラウト注入作業、或いはグラウト検査を省略することができ、工費を低減することができる。また、定着具設置のために下床板端部の部材厚が厚くなることも抑制できる。
また、プレキャスト半製品である一次製作部分14を運搬可能であれば、一次製作部分14の製作を製作ヤードで行い、架設径間の直下に搬送した後に二次製作部分15を製作して径間部3Bにプレストレスを付与することもできる。このようにすれば、製作ヤードから架設現場へ搬送する際の部材重量を軽減でき、運搬車両や揚重機に小型なものを用いることができる。
本実施形態では、プレストレスが付与された径間部3Bを所定の架設位置の直下に配置し、ガーダ6により橋軸方向の両端部を支持して径間部3Bを所定の架設位置へ吊り上げるため、径間部3Bを橋軸方向の3箇所以上で支持する場合に比べ、ガーダ6に生じる曲げモーメントを小さくすることができ、より小型で安価なガーダ6を用いることができる。
≪第2実施形態≫
次に、図9を参照して本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態では、橋桁下部3の径間部3Bを、橋軸方向に分割された複数のプレキャストセグメント3bを接合して構成する。各プレキャストセグメント3bは、第1実施形態と同様に、下床板11の下半部分11Lと一対のウェブ12とを構成するプレキャストコンクリートの半製品である一次製作部分14と、プレキャストコンクリートにより形成されて下床板11の上半部分11Uを構成する二次製作部分15とから構成される。
箱桁橋1の構築方法は以下の通りである。ます、製作ヤードにて、各プレキャストセグメント3bについて、鉄筋・型枠を組み立て、コンクリートを打設して、一次製作部分14(下床板11について下半部分11Lのみ)を製作する(第1ステップ)。
一次製作部分14のコンクリート強度が発現した後、そのまま製作ヤードにて、またはセグメントごとに搬送して架設位置の直下(径間の地上部)にて、プレキャストセグメント3bの材軸方向端面に接着剤を塗布し、複数のプレキャストセグメント3bを材軸方向に連続配置して接合する。
その後、下床板11の上半部分11Uにて、複数のPC鋼材26を橋軸方向に設置し、その上方に下床板11の上筋20Uを組立てる。なお、上筋20Uの主筋21に継手がある場合には、継手位置がプレキャストセグメント3bの接合位置と重ならないように設計する。
そして、連続配置したプレキャストセグメント3bを反力台として利用してPC鋼材26に緊張力を加え、PC鋼材26の緊張状態を保った状態でコンクリートを打設して下床板11の上半部分11U(二次製作部分15)を構築する(第2ステップ)。なお、反力架台には第1実施形態と同様のものを用いればよい。
下床板11の上半部分11Uのコンクリート強度が所定値以上になった後、緊張力を開放して下床板11にプレストレスを付与することにより(第3ステップ)、プレテンション方式でプレストレスが付与されたプレキャスト・プレストレスト製品である径間部3Bの製作が完了する。
このように、径間部3Bを複数のプレキャストセグメント3bに分割して構成することにより、その取り扱いを容易にでき、径間部3Bを製作するのに十分な広さの製作ヤードを確保できない場合であっても本工法を適用することができる。また、従来のプレキャストセグメントを用いた箱桁橋の架設方法では、下床板の主筋21をセグメント間で通すことはできなかったが、二次製作部分15をプレキャストセグメント3bの連続配置後に構築することにより、上筋20Uの主筋21を複数のプレキャストセグメント3bにわたって通すことができるため、箱桁橋1の破壊特性を脆性的なものから延性的なものにすることができる。
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、箱桁橋1を多径間連続橋に適用しているが、単純桁橋に適用することもできる。また、上記実施形態では、箱桁橋1を単一箱桁橋としているが、橋桁下部3を2列以上有する多主桁箱桁橋や、橋桁下部3を連設した多重箱桁橋に適用してもよい。また、箱桁橋1を、橋桁下部3と橋桁上部4とに分割して架設するのではなく、上床板13を一体に含むプレキャスト・プレスとレストコンクリート製品として製作し、下床板11、ウェブ12および上床板13を一括で架設してもよい。なお、この場合にも、上床板13の上半部分13Uを架設後に構築するような形態とすれば、架設時の重量を軽減することができる。さらに、上記実施形態では、柱頭部3Aを、支承5を介して橋脚2に支持させる構成としているが、単純桁橋の場合や、多径間連続橋であっても3径間程度の長さである場合には、柱頭部3Aを剛結のラーメン構造としてもよく、この場合には、場所打ちで柱頭部3Aを構築してもよい。
また、上記第2実施形態では、複数のプレキャストセグメント3bを製作ヤードまたは架設位置の直下にて接合するものとして説明しているが、後方の(架設済みの)架設径間の箱桁橋1上にて複数のプレキャストセグメント3bの接合、橋桁下部3へのプレテンション方式でのプレストレスの付与を行うようにしてもよい。
この他、各要素の具体的形状や、配置、数量、および作業手順の順序などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した本発明に係る箱桁橋1の各要素や架設手順の各要素は、必ずしも全てが必須ではなく、適宜、取捨選択可能である。
1 箱桁橋
2 橋脚
3 橋桁下部
3A 柱頭部
3B 径間部(主桁、プレキャスト・プレストレスト製品)
3b プレキャストセグメント
4 橋桁上部
6 ガーダ
11 下床板
11L 下半部分
11U 上半部分
12 ウェブ
13 上床板
14 一次製作部分(プレキャスト半製品)
15 二次製作部分
20 鉄筋
20U 上筋
26 PC鋼材
27 反力架台

Claims (3)

  1. 上床板、下床板、および前記上床板と前記下床板とを連結する少なくとも一対のウェブを有する箱桁橋のうち、少なくとも前記下床板および前記一対のウェブを含む主桁がプレキャストコンクリートにより形成された箱桁橋の構築方法であって、
    前記下床板について下半部のみにコンクリートを打設して前記主桁のプレキャスト半製品を製作する第1ステップと、
    前記主桁の前記下床板の上半部にPC鋼材を配置し、前記主桁のプレキャスト半製品を反力台として利用して前記PC鋼材に緊張力を加えた状態で前記下床板の上半部のコンクリートを打設する第2ステップと、
    前記下床板の上半部のコンクリートが硬化した後、前記PC鋼材への緊張力を開放して前記下床板にプレストレスを付与し、前記主桁のプレキャスト・プレストレスト製品を製作する第3ステップと
    を含むことを特徴とする箱桁橋の構築方法。
  2. 前記主桁が、橋軸方向に分割された複数のプレキャストセグメントを接合して構成されるものであり、
    前記第1ステップでは、各プレキャストセグメントの前記下床板について下半部のみにコンクリートを打設し、
    前記第2ステップでは、前記複数のプレキャストセグメントを材軸方向に連続配置し、前記下床板の上半部にPC鋼材および鉄筋を配置し、連続配置された前記プレキャストセグメントを反力台として利用して前記PC鋼材に緊張力を加えることを特徴とする、請求項1に記載の箱桁橋の構築方法。
  3. プレストレスが付与された前記主桁を所定の架設位置の直下に配置し、架設径間を跨ぐように橋軸方向に設置した架設用ガーダにより、橋軸方向の両端部を支持して前記主桁を所定の架設位置へ吊り上げる第4ステップを更に含むことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の箱桁橋の構築方法。
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