JP6451476B2 - 鋼床版 - Google Patents

Description

本発明は、鋼床版で懸念される閉断面リブの溶接ルート部からの疲労亀裂の発生防止対策を目的とするもので、橋軸方向に延びて積載荷重が負荷される鋼床版に関する。

従来から、デッキプレートに閉断面リブによる補強を施した橋梁用鋼床版では、平坦な表面を有するデッキプレートに、閉断面リブの端部を溶接によって接合した構造が一般的である。橋梁用鋼床版は、上面に舗装が施されたデッキプレートと、下面を補剛する縦リブ及び横リブとで構成されて、縦リブとして閉断面形状の部材を用いることで、比較的低コストでの製造が可能となるものである。

ここで、橋梁用鋼床版は、要求される全耐荷荷重に対して占める交通荷重の割合が大きく、繰返し交通荷重による疲労損傷が発生しやすいため、特に、デッキプレートと閉断面縦リブとの接合箇所に形成された溶接ルート部で発生する疲労亀裂は、その発生数が多いだけでなく、デッキプレートの陥没を引き起して直ちに交通への重大な影響を及ぼす可能性があることから、その対策技術の確立が必要とされている。

このため、特許文献１に開示された鋼床版は、閉断面リブの端部に曲げ加工を施すことで、溶接ルート部に発生する応力振幅を低減して、疲労寿命を延長しようとするものである。また、特許文献２に開示された鋼床版は、特に、横リブに閉断面リブが挿通される部材交差部で、溶接ルート部に発生する応力振幅が大きくなることから、デッキプレートに溶接されるリブを閉断面リブ内で閉断面リブと並行する方向に追加することで、部材交差部での応力振幅を低減させて、溶接ルート部からの疲労亀裂の発生を抑止しようとするものである。

特開２０１３−８７４３２号公報 特開２０１４−９２０００号公報

しかし、特許文献１に開示された鋼床版は、閉断面リブ端部を閉断面リブ内側に向けるように曲げ加工を施した場合に、曲げ加工部に溶接を行うため、母材に高じん性が要求されるものとなり、他方で、閉断面リブ端部を閉断面リブ外側に向けるように曲げ加工を施した場合に、横リブに閉断面リブが挿通される部材交差部の構造が複雑となることから、製作性が低下するおそれがある。

また、特許文献２に開示された鋼床版は、既存のデッキプレート、縦リブ及び横リブだけでなく、さらに付加物となるリブが取り付けられることで、全体重量の増加を招くものとなって、鋼床版の優位性の一つである軽量性が損なわれるだけでなく、付加物とデッキプレートとの溶接部の端部が疲労損傷を発生させやすいディテールとなって、新たな疲労亀裂の起点の発生も懸念されるものとなる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、従来と同様の素材を用いることで製造を容易にするとともに、新たな溶接部の追加や重量増加を伴わず、デッキプレートと閉断面リブとの溶接箇所に形成される溶接ルート部での疲労強度を向上させた鋼床版を提供することにある。

第１発明に係る鋼床版は、橋軸方向に延びて積載荷重が負荷される鋼床版であって、略板状に形成されたデッキプレートと、前記デッキプレートの裏面側に溶接されて橋軸方向に延びる閉断面リブと、前記デッキプレートの裏面側に形成される溝部とを備え、前記閉断面リブは、橋軸直交方向で閉断面形状に形成される閉空間と、溶接金属を溶融することで前記デッキプレートの裏面側に取り付けられる端縁部と、前記デッキプレートの裏面と溶接金属との境界で前記閉空間側に形成される溶接ルート部とを有し、前記溝部は、前記溝部の最深部と前記デッキプレートの表面との間を示す溝底で所定の残存板厚を有し、前記溶接ルート部から前記閉空間側に所定の離間距離で離間させて、橋軸方向に沿って形成されることを特徴とする。

第２発明に係る鋼床版は、第１発明において、前記デッキプレートは、前記閉断面リブに交差させて橋軸直交方向に延びる横リブが、前記デッキプレートの裏面側に溶接により固定されるものであり、橋軸方向で前記横リブの両側に設けられる溶接金属の脚長と、前記デッキプレートの裏面に対向する前記横リブの端面とで、橋軸方向に所定の固定幅で固定面が形成されて、前記溝部は、前記固定面の橋軸直交方向の中心軸を前記閉空間まで延ばした仮想基準線から、橋軸方向の両側に離間した位置に、橋軸方向に延びる両端部の各々が配置されることを特徴とする。

第３発明に係る鋼床版は、第２発明において、前記溝部は、前記仮想基準線から橋軸方向で１０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下の範囲に、前記両端部の各々が配置されることを特徴とする。

第４発明に係る鋼床版は、第２発明又は第３発明において、前記溝部は、橋軸方向で前記仮想基準線に跨がって、橋軸方向に所定の延伸長で延びて連続して形成されることを特徴とする。

第５発明に係る鋼床版は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記溝部は、前記デッキプレートの裏面側に前記端縁部が取り付けられる溶接箇所での橋軸直交方向の断面で、前記溶接ルート部から前記溝部の内側での前記溝底の内面に向けた接線が、前記デッキプレートの裏面に対する傾斜角度θを３０°以上として、かつ、前記溝底の残存板厚が８ｍｍ以上となるように形成されることを特徴とする。

第６発明に係る鋼床版は、第１発明〜第５発明の何れかにおいて、前記溝部は、前記デッキプレートの裏面側に前記端縁部が取り付けられる溶接箇所での橋軸直交方向の断面で、前記溝部の内側での前記溝底の内面が略半円弧状に形成されるとともに、前記溝底の内面の曲率半径ｒが、下記（１）式により規定される関係を満足することを特徴とする。ここで、ｒ：前記溝底の内面の曲率半径、ｔｄ：前記デッキプレートの板厚とする。

第１発明〜第６発明によれば、デッキプレートの裏面側で溶接ルート部から閉空間側に離間させて、容易な加工で溝部が形成されるため、デッキプレートに曲げ外力が作用したときに、デッキプレートの表面側に引張応力が発生するものの、デッキプレートの裏面側での圧縮応力の流れが溝部で遮断されるものとなり、溝部の側方に低応力領域が形成されて、デッキプレートの裏面で溶接ルート部の近傍での応力集中を回避することで、溶接ルート部を起点とした疲労亀裂がデッキプレートの裏面側に発生することを防止することが可能となる。

第２発明によれば、閉断面リブと横リブとを交差させた箇所において、デッキプレートに著しく大きい曲げ外力が作用するにもかかわらず、デッキプレートの裏面側に形成された溝部で圧縮応力の流れが遮断されることで、新たな溶接部の追加や重量増加を伴わず、溶接ルート部の疲労強度を向上させて、デッキプレートの裏面側での疲労亀裂の発生を確実に防止することが可能となる。

第３発明によれば、仮想基準線から橋軸方向で１０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下の範囲に溝部の両端部が配置されることで、溝部の延伸長が２０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下となり、デッキプレートの断面剛性の低下等を懸念することなく、溶接ルート部での発生応力を十分に低減させることが可能となる。

第４発明によれば、橋軸方向で仮想基準線に跨がって、溝部が連続して形成されることで、デッキプレートの裏面と横リブの端面とが固定面で拘束された範囲に、溝部で遮断された圧縮応力が流れないものとなり、デッキプレートの裏面側での疲労亀裂の発生を確実に防止することが可能となる。

第５発明によれば、溶接ルート部から溝底の内面に向けた接線が、デッキプレートの裏面に対する傾斜角度を３０°以上として、かつ、溝底の残存板厚が８ｍｍ以上となるように形成されることで、溶接ルート部での発生応力を十分に低減させながら、必要な残存板厚を確保することが可能となる。

第６発明によれば、溝底の内面の曲率半径が上記（１）式により規定される関係を満足することで、接線の傾斜角度が如何なる大きさであっても、溝底の内面での応力集中の抑制効果を安定させることが可能となる。

本発明を適用した鋼床版が導入される橋梁を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用した鋼床版を示す正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。 （ａ）は、本発明を適用した鋼床版で断面略半円形状の閉断面リブを示す正面図であり、（ｂ）は、断面略Ｖ形状の閉断面リブを示す正面図である。 本発明を適用した鋼床版の溶接ルート部を示す拡大正面図である。 本発明を適用した鋼床版の溶接ルート部の変形例を示す拡大正面図である。 本発明を適用した鋼床版の溝部の態様を示す拡大正面図である。 本発明を適用した鋼床版の溝部の態様を示す拡大平面図である。 （ａ）は、従来のデッキプレートに発生する疲労亀裂を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、本発明を適用した鋼床版の低応力領域又は無応力領域を示す拡大正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した鋼床版で閉断面リブと横リブとが交差しない箇所を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、閉断面リブと横リブとが交差する箇所を示す拡大正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した鋼床版の有限要素解析モデルを示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 本発明を適用した鋼床版の溶接ルート部での発生応力及び溝底の残存板厚と接線の傾斜角度との関係を示すグラフである。 本発明を適用した鋼床版の発生応力と溝部の延伸長との関係を示すグラフである。 （ａ）は、本発明を適用した鋼床版で応力集中係数とｒ／ｔｄとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、応力集中係数の変化率とｒ／ｔｄとの関係を示すグラフである。 本発明を適用した鋼床版でスカラップが形成された横リブを示す正面図である。 本発明を適用した鋼床版でスカラップが形成された横リブを示す拡大平面図である。 （ａ）は、本発明を適用した鋼床版で橋軸直交方向に延びるダイアフラムを示す正面図であり、（ｂ）は、橋軸直交方向に延びるブラケットを示す正面図である。

以下、本発明を適用した鋼床版１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した鋼床版１は、図１に示すように、橋梁８等の床版として用いられて、鉄道の車輪又は車両のタイヤ８０等の交通荷重が積載荷重として負荷されるものである。

本発明を適用した鋼床版１は、略板状に形成された鋼板等が用いられるデッキプレート２と、デッキプレート２の裏面側Ｂに取り付けられるＵリブ等の閉断面リブ３と、デッキプレート２の裏面側Ｂに形成される溝部５とを備える。

デッキプレート２は、デッキプレート２の裏面２ａに沿って、例えば、複数の閉断面リブ３が橋軸直交方向Ｘに並べられて取り付けられる。デッキプレート２は、必要に応じて、デッキプレート２の表面２ｂに沿って、高さ方向Ｙの上方に舗装８１等が施される。

デッキプレート２は、裏面２ａ及び表面２ｂが略平坦状に形成されて、橋軸方向Ｚに延びる１又は複数の閉断面リブ３と、閉断面リブ３に交差させて橋軸直交方向Ｘに延びる１又は複数の横リブ４とが、デッキプレート２の裏面側Ｂに溶接により固定される。

デッキプレート２は、図２に示すように、高さ方向Ｙに１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の板厚ｔｄとなり、また、閉断面リブ３は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度の板厚ｔｌとなるとともに、横リブ４は、橋軸方向Ｚに９ｍｍ〜１９ｍｍ程度の板厚ｔｂとなる。

閉断面リブ３は、図２（ａ）に示すように、鋼板等を折り曲げることにより断面略Ｕ形状に形成される。なお、閉断面リブ３は、図３（ａ）に示すように、断面略半円形状等の略円弧状に形成されてもよく、また、図３（ｂ）に示すように、断面略Ｖ形状等に形成されてもよく、さらに、断面略Ｕ形状、略円弧状、略Ｖ形状等にその他の断面形状を組み合わせたものとしてもよい。

閉断面リブ３は、デッキプレート２を補強するために設けられて、図２（ａ）に示すように、デッキプレート２の裏面２ａと略平行に延びて略平坦状に形成されるＵリブフランジ３５と、橋軸直交方向ＸでＵリブフランジ３５の両側端から上方に向けて延びる一対のＵリブウェブ３６とを備える。

閉断面リブ３は、橋軸直交方向Ｘで閉断面形状に形成される閉空間３０と、デッキプレート２の裏面側Ｂに取り付けられる端縁部３１とを有する。閉断面リブ３は、Ｕリブフランジ３５と一対のＵリブウェブ３６とに取り囲まれて閉空間３０が形成されるとともに、Ｕリブウェブ３６の高さ方向Ｙの上端が、デッキプレート２の裏面２ａに溶接される端縁部３１となる。

閉断面リブ３は、図４に示すように、溶接金属６を溶融することでデッキプレート２の裏面側Ｂに端縁部３１が取り付けられるものであり、デッキプレート２の裏面２ａと溶接金属６との境界で、閉空間３０側に形成される溶接ルート部６１を有する。

閉断面リブ３は、デッキプレート２の裏面側Ｂに端縁部３１が取り付けられる溶接箇所での橋軸直交方向Ｘの断面で、デッキプレート２の裏面２ａと溶接金属６との交点が２箇所に形成されて、２箇所の交点のうち閉空間３０側の交点が溶接ルート部６１となり、また、２箇所の交点のうち横リブ４側の交点が溶接止端部６２となる。

溶接ルート部６１は、デッキプレート２の裏面２ａ及び閉断面リブ３の端縁部３１に、溶接金属６を十分に一体化させて、溶接金属６が閉空間３０の内側まで設けられないものとされて、閉断面リブ３の端縁部３１の上方で、閉空間３０の内側と外側との境界に形成される。

溶接ルート部６１は、図５（ａ）に示すように、デッキプレート２の裏面２ａや閉断面リブ３の端縁部３１に、溶接金属６が十分に一体化されない場合においては、閉空間３０の外側に形成される。溶接ルート部６１は、図５（ｂ）に示すように、閉空間３０の外側から内側まで溶接金属６が設けられる場合においては、閉空間３０の内側に形成されるものとなる。

溶接止端部６２は、グラインダー処理又は超音波衝撃処理（ＵＩＴ）等の溶接箇所改善処理を施すことができる。ここで、超音波衝撃処理（ＵＩＴ）とは、超音波衝撃処理装置の先端に取り付けられたピンを溶接止端部６２に当てて、超音波振動による衝撃をピンから溶接止端部６２に加えることにより、溶接止端部６２の溶接残留応力を引張から圧縮に変化させて、溶接箇所での溶接金属６の金属組織を改善させるものである。

横リブ４は、図２（ｂ）に示すように、例えば、所定の板厚ｔｂの鋼板等が用いられる。横リブ４は、閉断面リブ３のＵリブフランジ３５及びＵリブウェブ３６に沿って切り欠かれることで切欠部４０が形成されて、閉断面リブ３を切欠部４０に嵌め込むようにして、閉断面リブ３に交差させるものとなる。

横リブ４は、デッキプレート２の裏面側Ｂに溶接により固定するときに、デッキプレート２の裏面２ａに対向する端面４１が、高さ方向Ｙの上方に向けて配置される。横リブ４は、端面４１をデッキプレート２の裏面２ａに当接又は離間させるとともに、デッキプレート２の裏面２ａに端面４１を固定することで、橋軸方向Ｚに所定の固定幅Ｅで固定面７が形成される。

横リブ４は、デッキプレート２の裏面側Ｂに溶接により固定されるため、橋軸方向Ｚの両側に設けられる溶接金属６の脚長Ｊと、横リブ４の端面４１の板厚ｔｂとが、固定面７の固定幅Ｅ（Ｅ＝ｔｂ＋２×Ｊ）となる。なお、横リブ４は、デッキプレート２の裏面２ａに機械的に接合する場合、機械的接合によって橋軸方向Ｚにデッキプレート２が拘束される長さが、固定面７の固定幅Ｅとなる。

溝部５は、図６に示すように、デッキプレート２の裏面側Ｂが切り欠かれることで、デッキプレート２の裏面２ａから高さ方向Ｙの上方に向けて凹状に形成されるものとなる。溝部５は、デッキプレート２の表面側Ａの溝底５０で所定の残存板厚ｔａを有して、デッキプレート２の裏面側Ｂから表面側Ａまで貫通させることなく形成される。

溝部５は、溶接ルート部６１から閉断面リブ３の閉空間３０側で、橋軸直交方向Ｘに所定の離間距離ｄで離間させて、溝部５の内側に溝側面５１が形成される。溝部５は、残存板厚ｔａを有する溝底５０の最深部５０ａからデッキプレート２の裏面２ａまで、高さ方向Ｙで所定の高さ寸法ｈを有するものとなる。

溝部５は、デッキプレート２の裏面側Ｂに閉断面リブ３の端縁部３１が取り付けられる溶接箇所での橋軸直交方向Ｘの断面で、デッキプレート２の表面側Ａの溝底５０の内面が、溝部５の内側で所定の曲率半径ｒを有して、略半円弧状の内面形状で形成される。溝部５は、これに限らず、溝部５の内側で溝底５０が如何なる内面形状で形成されてもよい。

溝部５は、例えば、溶接ルート部６１から溝部５の内側での溝底５０の内面に向けた接線Ｃが、デッキプレート２の裏面２ａに対する傾斜角度θを３０°以上として、かつ、溝底５０の残存板厚ｔａが８ｍｍ以上となるように形成される。

溝部５は、溝部５の内側での溝底５０の内面が略半円弧状に形成されるとともに、溝底５０の内面の曲率半径ｒが、下記（１）式により規定される関係を満足するものとなる。ここで、ｒ：溝底５０の内面の曲率半径、ｔｄ：デッキプレート２の板厚とする。

溝部５は、図７に示すように、溶接ルート部６１から橋軸直交方向Ｘに所定の離間距離ｄで離間させて、橋軸方向Ｚに沿って形成されて、橋軸方向Ｚの両端部５２まで所定の延伸長Ｌで延びるものとなる。溝部５は、平面方向で略長円形状に形成されるものであるが、略矩形状、略楕円形状等に形成されてもよい。

溝部５は、横リブ４の固定面７の橋軸方向Ｚの中心軸Ｇを、橋軸直交方向Ｘで閉断面リブ３の閉空間３０まで延ばしたものを仮想基準線Ｈとしたときに、仮想基準線Ｈから橋軸方向Ｚの両側に離間した位置に、橋軸方向Ｚに延びる両端部５２の各々が配置される。

溝部５は、例えば、橋軸方向Ｚで横リブ４の両側に設けられる溶接金属６の脚長Ｊを６ｍｍ、横リブ４の端面４１の板厚ｔｂを９ｍｍとしたとき、固定面７の固定幅Ｅが２１ｍｍとなり、仮想基準線Ｈから橋軸方向Ｚで１０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下の範囲に、両端部５２の各々が配置されるものとなる。

溝部５は、橋軸方向Ｚで仮想基準線Ｈに跨がって、橋軸方向Ｚに延びて連続して形成されて、仮想基準線Ｈから橋軸方向Ｚで１０ｍｍの位置に両端部５２を配置するとき、橋軸方向Ｚの延伸長Ｌが２０ｍｍとなり、仮想基準線Ｈから橋軸方向Ｚで２５０ｍｍの位置に両端部５２を配置するとき、橋軸方向Ｚの延伸長Ｌが５００ｍｍとなる（２０ｍｍ≦Ｌ≦５００ｍｍ）。

なお、溝部５は、仮想基準線Ｈに跨がって、橋軸方向Ｚに延びて連続して形成されるものに限らず、仮想基準線Ｈから橋軸方向Ｚで１０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下の範囲に両端部５２の各々が配置されて、仮想基準線Ｈに跨がることなく、橋軸方向Ｚに断続して形成されてもよい。

橋梁８は、図８に示すように、車両のタイヤ８０等による交通荷重が積載されるものであり、特に、タイヤ８０等の積載荷重が、閉断面リブ３の閉空間３０の上方から負荷されるときに、閉断面リブ３の閉空間３０の上方に配置されたデッキプレート２が、高さ方向Ｙの上方から下方に向けてたわんで湾曲変形しようとするものとなる。

このとき、従来のデッキプレート９は、図８（ａ）に示すように、タイヤ８０の積載荷重により高さ方向Ｙの上方から下方に向けて湾曲変形しようとするときに、上方から下方に向けた曲げ外力Ｍが作用することで、デッキプレート９の表面側Ａに引張応力Ｔが発生するとともに、デッキプレート９の裏面側Ｂに圧縮応力Ｐが発生する。

従来のデッキプレート９は、デッキプレート９の裏面側Ｂに圧縮応力Ｐが発生することで、溶接ルート部９１及び溶接止端部９２が形成されるデッキプレート９の裏面９ａに圧縮応力Ｐが集中するものとなり、溶接ルート部９１及び溶接止端部９２を起点として、デッキプレート９の裏面９ａに疲労亀裂Ｆが発生する。

溶接止端部９２は、デッキプレート９の裏面側Ｂに露出するものであり、グラインダー処理又は超音波衝撃処理（ＵＩＴ）等の溶接箇所改善処理を施すことで、溶接止端部９２を起点とした疲労亀裂Ｆの発生を抑止することができる。これに対して、溶接ルート部９１は、閉空間９０側に形成されて露出しないため、超音波衝撃処理（ＵＩＴ）等の溶接箇所改善処理を施すことができないものとなる。

このため、従来のデッキプレート９は、溶接ルート部９１に超音波衝撃処理（ＵＩＴ）等の溶接箇所改善処理を施すことができず、デッキプレート９の裏面側Ｂに圧縮応力Ｐが発生することで、特に、溶接ルート部９１を起点として、デッキプレート９の裏面９ａに疲労亀裂Ｆが発生するおそれがあった。

これに対して、本発明を適用した鋼床版１は、図８（ｂ）に示すように、デッキプレート２の裏面側Ｂで、溶接ルート部６１から閉空間３０側に離間させて溝部５が形成されることで、デッキプレート２に閉空間３０側で曲げ外力Ｍが作用したときに、デッキプレート２の表面側Ａに引張応力Ｔが発生するものの、デッキプレート２の裏面側Ｂでの圧縮応力Ｐの流れが溝部５で遮断されるものとなる。

本発明を適用した鋼床版１は、デッキプレート２の裏面側Ｂでの圧縮応力Ｐの流れが溝部５で遮断されることで、デッキプレート２の裏面２ａより上方に離間して圧縮応力Ｐが発生するものとなり、橋軸直交方向Ｘで溝部５の溶接ルート部６１側に、低応力領域又は無応力領域Ｒが形成される。

これにより、本発明を適用した鋼床版１は、溝部５の溶接ルート部６１側に低応力領域又は無応力領域Ｒが形成されるため、デッキプレート２の裏面２ａで溶接ルート部６１の近傍での応力集中を回避して、溶接ルート部６１を起点とした疲労亀裂Ｆが、デッキプレート２の裏面側Ｂに発生することを防止することが可能となる。

本発明を適用した鋼床版１は、従来と同様の素材を用いることで製造を容易にするとともに、新たな溶接部の追加や重量増加を伴わず、デッキプレート２と閉断面リブ３との溶接箇所に形成される溶接ルート部６１での疲労強度を向上させることが可能となる。

本発明を適用した鋼床版１は、図９（ａ）に示すように、閉断面リブ３と横リブ４とが交差しない箇所においても、デッキプレート２に閉空間３０側で曲げ外力Ｍが作用することから、デッキプレート２の裏面側Ｂで圧縮応力Ｐの流れを溝部５で遮断することで、デッキプレート２の裏面側Ｂに疲労亀裂Ｆが発生することを防止することが可能となる。

本発明を適用した鋼床版１は、特に、図９（ｂ）に示すように、閉断面リブ３と横リブ４とを交差させた箇所において、デッキプレート２の裏面２ａと横リブ４の端面４１とが固定面７で拘束されるため、閉断面リブ３と横リブ４とが交差しない箇所に比較して、デッキプレート２に閉空間３０側で作用する曲げ外力Ｍが著しく大きいものとなる。

これにより、本発明を適用した鋼床版１は、特に、閉断面リブ３と横リブ４とを交差させた箇所で、デッキプレート２に大きい曲げ外力Ｍが作用するにもかかわらず、デッキプレート２の裏面側Ｂに形成された溝部５で圧縮応力Ｐの流れが遮断されることで、デッキプレート２と閉断面リブ３との溶接箇所に形成される溶接ルート部６１での疲労強度を確実に向上させることが可能となる。

本発明を適用した鋼床版１は、溶接ルート部６１から閉空間３０側に離間させた離間距離ｄを、例えば、２ｍｍ以上、５０ｍｍ以下程度とする。本発明を適用した鋼床版１は、離間距離ｄを２ｍｍ以上確保することで、閉断面リブ３の端縁部３１をデッキプレート２の裏面２ａに取り付けるときの施工誤差を吸収することができるものとなり、また、離間距離ｄを５０ｍｍ以下とすることで、溶接ルート部６１の近傍での応力集中を確実に回避することができる。

溶接ルート部６１から溝部５の内側での溝底５０の内面に向けた接線Ｃは、図６に示すように、デッキプレート２の裏面２ａに対して所定の傾斜角度θとなるものであり、接線Ｃの最適な傾斜角度θを求めるために、図１０に示すように、ＦＥＡによる解析的検討を行った。

図１０では、本発明を適用した鋼床版１の一部分を切り出したモデルを対象に、閉断面リブ３と横リブ４とを交差させた箇所で、閉断面リブ３の閉空間３０の上方から負荷する積載荷重を５０ｋＮとして、接線Ｃの傾斜角度θを０°〜７５°に変化させて、溝部５の離間距離ｄを３ｍｍ、デッキプレート２の板厚ｔｄを１６ｍｍ、閉断面リブ３の板厚ｔｌを６ｍｍ、横リブ４の板厚ｔｂを９ｍｍ、横リブ４の溶接箇所の脚長Ｊを６ｍｍ、溝底５０の内面の曲率半径ｒを３．２ｍｍ、溝部５の延伸長Ｌを５００ｍｍとした。

図１１では、ＦＥＡによる解析的検討を行った結果が、左側の縦軸を溶接ルート部６１での発生応力、右側の縦軸を溝底５０の残存板厚ｔａ、横軸を傾斜角度θとして示される。本発明を適用した鋼床版１は、図１１に示すように、接線Ｃの傾斜角度θが３０°以上となるときに、溶接ルート部６１での発生応力が十分に低減するものとなることがわかる。

また、図１０に示すモデルでは、接線Ｃの傾斜角度θが６０°を超えるときに、溝底５０の残存板厚ｔａが８ｍｍを下回ることがわかり、道路橋示方書に規定される最低部材厚の条件を満たさないものとなる。このため、本発明を適用した鋼床版１は、溝底５０の残存板厚ｔａが８ｍｍ以上となるように、接線Ｃの傾斜角度θを設定することが望ましい。

これにより、本発明を適用した鋼床版１は、溶接ルート部６１から溝底５０の内面に向けた接線Ｃが、デッキプレート２の裏面２ａに対する傾斜角度θを３０°以上として、かつ、溝底５０の残存板厚ｔａが８ｍｍ以上となるように形成されることで、溶接ルート部６１での発生応力を十分に低減させながら、必要な残存板厚ｔａを確保することが可能となる。

溝部５の延伸長Ｌは、図７に示すように、橋軸方向Ｚで仮想基準線Ｈに跨がって、橋軸方向Ｚに延びて溝部５が連続するものであり、溝部５の最適な延伸長Ｌを求めるために、図１０に示すモデルで、接線Ｃの傾斜角度θを４５°として、溝部５の延伸長Ｌを０ｍｍ〜５００ｍｍに変化させて、ＦＥＡによる解析的検討を行った。

ここで、溝部５に遮断された圧縮応力Ｐは、図８（ｂ）に示すように、溝底５０に作用するが、このとき、溝底５０の残存板厚ｔａがデッキプレート２の板厚ｔｄより小さくなること、及び溝底５０が形状急変部となっていることにより、溝底５０の内面に過大な応力が発生し、溝底５０の内面から溝底５０が破損することを回避することが必要となり、所定の残存板厚ｔａの溝底５０の内面での発生応力も、溶接ルート部６１での発生応力に併せて、ＦＥＡによる解析的検討の対象とした。

図１２では、ＦＥＡによる解析的検討を行った結果が、縦軸を溝底５０の内面での発生応力、溶接ルート部６１での発生応力として、横軸を溝部５の延伸長Ｌとして示される。

本発明を適用した鋼床版１は、図１２に示すように、溝部５の延伸長Ｌが増大することで、溝底５０の内面での発生応力が漸増する傾向があるものの、溝部５の延伸長Ｌが２０ｍｍ以上となるときに、溝底５０の内面での発生応力の漸増傾向に比較して、溶接ルート部６１での発生応力が十分に低減するものとなることがわかる。

本発明を適用した鋼床版１は、特に、溝部５の延伸長Ｌが４０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下となる範囲において、溶接ルート部６１での発生応力が最も低減したものとなる。本発明を適用した鋼床版１は、溝部５の延伸長Ｌが５００ｍｍを超えると、デッキプレート２の裏面２ａに溝部５を切削加工するための加工費用が増大して、また、デッキプレート２の断面剛性の低下が懸念されるため、溝部５の延伸長Ｌを５００ｍｍ以下とすることが望ましい。

これにより、本発明を適用した鋼床版１は、図７に示すように、仮想基準線Ｈから橋軸方向Ｚで１０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下の範囲に、溝部５の両端部５２が配置されることで、溝部５の延伸長Ｌが２０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下となり、デッキプレート２の断面剛性の低下等を懸念することなく、溶接ルート部６１での発生応力を十分に低減させることが可能となる。

本発明を適用した鋼床版１は、特に、閉断面リブ３と横リブ４とを交差させた箇所において、橋軸方向Ｚで仮想基準線Ｈに跨がって溝部５が連続して形成されることで、デッキプレート２の裏面２ａと横リブ４の端面４１とが固定面７で拘束されて曲げ外力Ｍが大きくなる範囲に、溝部５で遮断された圧縮応力Ｐが流されないものとなり、デッキプレート２と閉断面リブ３との溶接箇所で、溶接ルート部６１での疲労強度を確実に向上させることが可能となる。

溝底５０の内面での発生応力は、図８（ｂ）に示すように、デッキプレート２の裏面側Ｂで溝部５に遮断された圧縮応力Ｐが、溝底５０の内面に集中することから、溝底５０の内面から溝底５０が破損することを回避するものとして、下記（２）式〜（８）式により、溝底５０の内面の最適な曲率半径ｒが求められる。

ここでは、デッキプレート２を２次元両端固定ばりとみなして、溝底５０の残存板厚ｔａの減少による応力増加、残存板厚ｔａの減少による剛性低下が招くモーメントの再分配、略半円弧状に形成した溝底５０の内面における応力集中を考慮して、溝部５が形成されない場合に比較した溝底５０の内面の発生応力の比率（応力集中係数Ｋ）を計算した検討結果が、図１３に示される。

ここで、Ｋ：溝部５が形成される場合の溝底５０の内面での発生応力を溝部５が形成されない場合に溝底５０の内面に相当する部位での発生応力で除した値（応力集中係数）、Ｋｔ：残存板厚ｔａの低下による応力増加を考慮した応力集中係数、Ｋｍ：溝部５の局所的剛性低下を招くモーメントの再分配を考慮した応力集中係数、α：略半円弧状の切欠きを施した丸棒に曲げを作用させた場合の応力集中係数、ｒ：溝底５０の内面の曲率半径、ｔａ：溝底５０の残存板厚、ｔｄ：デッキプレート２の板厚、Ｗ：閉断面リブ３の橋軸直交方向Ｘの幅、ｈ：溝部５の高さ寸法、ν：鋼材のポアソン比（≒０．３）とする。

図１３（ａ）では、縦軸が応力集中係数Ｋ、横軸がｒ／ｔｄとして示される。図１３（ｂ）では、図１３（ａ）に示した各々のｒ／ｔｄにおいて、応力集中係数Ｋを微分することにより求められる応力集中係数Ｋの変化率が縦軸として、ｒ／ｔｄが横軸として示される。本発明を適用した鋼床版１は、図１３（ａ）に示すように、溝底５０の内面を所定の曲率半径ｒとして、ｒ／ｔｄが所定の大きさに設定されることで、応力集中係数Ｋが十分に小さいものとなり、溝底５０の内面での応力集中を抑制させることができるものとなる。

本発明を適用した鋼床版１は、図１３（ｂ）に示すように、特に、ｒ／ｔｄが０．１５未満となるときに、応力集中係数Ｋの変化率が大きく、溝底５０の内面での応力集中の抑制効果が不安定となるが、ｒ／ｔｄが０．１５以上となるとき、接線Ｃの傾斜角度θを３０°、４５°とすることで、ｒ／ｔｄの上限値にかかわらず、応力集中係数Ｋの変化率が安定して、溝底５０の内面での応力集中の抑制効果が安定したものとなる。

本発明を適用した鋼床版１は、接線Ｃの傾斜角度θを６０°として、ｒ／ｔｄが０．６０を超えるときに、応力集中係数Ｋの変化率が大きく、溝底５０の内面での応力集中の抑制効果が不安定となるため、ｒ／ｔｄを０．１５以上、０．６０以下として、溝底５０の内面の曲率半径ｒが上記（１）式により規定される関係を満足することで、接線Ｃの傾斜角度θが如何なる大きさであっても、溝底５０の内面での応力集中の抑制効果を安定させることが可能となる。

本発明を適用した鋼床版１は、図１４に示すように、閉断面リブ３の端縁部３１と、デッキプレート２と、横リブ４との３部材の接合箇所において、横リブ４を部分的に切り欠くことでスカラップ４２が形成される場合にも、デッキプレート２の裏面側Ｂに溝部５を形成することができる。

このとき、本発明を適用した鋼床版１は、図１５に示すように、横リブ４にスカラップ４２が形成されることで、横リブ４が閉断面リブ３の端縁部３１と離間して固定されるものとなり、閉断面リブ３の端縁部３１と橋軸直交方向Ｘに離間した位置において、橋軸方向Ｚの両側に設けられる溶接金属６の脚長Ｊと、横リブ４の端面４１の板厚ｔｂとが、固定面７の固定幅Ｅ（Ｅ＝ｔｂ＋２×Ｊ）となる。

なお、本発明を適用した鋼床版１は、閉断面リブ３が嵌め込まれる切欠部４０が形成された横リブ４に限らず、図１６（ａ）に示すダイアフラム４３や、図１６（ｂ）に示すブラケット４４等が、閉断面リブ３の側方で橋軸直交方向Ｘに延びて、所定の固定幅Ｅとなる固定面７で、デッキプレート２に固定させて設けられてもよい。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、本発明を適用した鋼床版１は、橋軸方向Ｚに延びて積載荷重が負荷される橋梁用の鋼床版１として用いられることを想定して、デッキプレート２の奥行方向を橋軸方向Ｚとして、デッキプレート２の幅方向を橋軸直交方向Ｘとしたが、橋梁用のものに限られず、如何なる用途に適用されてもよい。

１ ：鋼床版
２ ：デッキプレート
２ａ ：裏面
２ｂ ：表面
３ ：閉断面リブ
３０ ：閉空間
３１ ：端縁部
３５ ：Ｕリブフランジ
３６ ：Ｕリブウェブ
４ ：横リブ
４０ ：切欠部
４１ ：端面
４２ ：スカラップ
４３ ：ダイアフラム
４４ ：ブラケット
５ ：溝部
５０ ：溝底
５０ａ ：最深部
５１ ：溝側面
５２ ：両端部
６ ：溶接金属
６１ ：溶接ルート部
６２ ：溶接止端部
７ ：固定面
８ ：橋梁
８０ ：車両
８１ ：舗装
Ａ ：表面側
Ｂ ：裏面側
Ｘ ：橋軸直交方向
Ｙ ：高さ方向
Ｚ ：橋軸方向

Claims (6)

1. 橋軸方向に延びて積載荷重が負荷される鋼床版であって、
   略板状に形成されたデッキプレートと、前記デッキプレートの裏面側に溶接されて橋軸方向に延びる閉断面リブと、前記デッキプレートの裏面側に形成される溝部とを備え、
   前記閉断面リブは、橋軸直交方向で閉断面形状に形成される閉空間と、溶接金属を溶融することで前記デッキプレートの裏面側に取り付けられる端縁部と、前記デッキプレートの裏面と溶接金属との境界で前記閉空間側に形成される溶接ルート部とを有し、
   前記溝部は、前記溝部の最深部と前記デッキプレートの表面との間を示す溝底で所定の残存板厚を有し、前記溶接ルート部から前記閉空間側に所定の離間距離で離間させて、橋軸方向に沿って形成されること
   を特徴とする鋼床版。
2. 前記デッキプレートは、前記閉断面リブに交差させて橋軸直交方向に延びる横リブが、前記デッキプレートの裏面側に溶接により固定されるものであり、橋軸方向で前記横リブの両側に設けられる溶接金属の脚長と、前記デッキプレートの裏面に対向する前記横リブの端面とで、橋軸方向に所定の固定幅で固定面が形成されて、
   前記溝部は、前記固定面の橋軸直交方向の中心軸を前記閉空間まで延ばした仮想基準線から、橋軸方向の両側に離間した位置に、橋軸方向に延びる両端部の各々が配置されること
   を特徴とする請求項１記載の鋼床版。
3. 前記溝部は、前記仮想基準線から橋軸方向で１０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下の範囲に、前記両端部の各々が配置されること
   を特徴とする請求項２記載の鋼床版。
4. 前記溝部は、橋軸方向で前記仮想基準線に跨がって、橋軸方向に所定の延伸長で延びて連続して形成されること
   を特徴とする請求項２又は３記載の鋼床版。
5. 前記溝部は、前記デッキプレートの裏面側に前記端縁部が取り付けられる溶接箇所での橋軸直交方向の断面で、前記溶接ルート部から前記溝部の内側での前記溝底の内面に向けた接線が、前記デッキプレートの裏面に対する傾斜角度θを３０°以上として、かつ、前記溝底の残存板厚が８ｍｍ以上となるように形成されること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の鋼床版。
6. 前記溝部は、前記デッキプレートの裏面側に前記端縁部が取り付けられる溶接箇所での橋軸直交方向の断面で、前記溝部の内側での前記溝底の内面が略半円弧状に形成されるとともに、前記溝底の内面の曲率半径ｒが、下記（１）式により規定される関係を満足すること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の鋼床版。
   

   

   ここで、ｒ：前記溝底の内面の曲率半径、ｔｄ：前記デッキプレートの板厚とする。

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