JP6642314B2 - 鋼床版の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼床版の製造方法に関する。

従来、橋梁等の土木構造物において、鋼床版が用いられている。図１は、従来の鋼床版を備えた橋梁の一例を示す図である。なお、図１においては、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を示している。Ｘ方向は橋梁１の長さ方向を示し、Ｙ方向は橋梁１の幅方向を示し、Ｚ方向は鉛直方向を示す。以下の説明では、橋梁１の幅方向を、左右方向ともいう。

図１に示す橋梁１は、鋼床版２を有している。鋼床版２は、デッキプレート３と、複数の主桁４と、複数の横リブ５と、複数の縦リブ６とを有している。デッキプレート３、主桁４、横リブ５および縦リブ６はそれぞれ、鋼材からなる。

デッキプレート３は、平板形状を有する。デッキプレート３の表面３ａは、舗装材７によって舗装されている。舗装材７としては、例えば、アスファルトまたはコンクリート等の種々の材料を用いることができる。

主桁４は、Ｙ−Ｚ平面に平行な断面においてＩ字形状を有し、かつ橋梁１の長さ方向に延びるように設けられている。主桁４の上端部は、例えば、デッキプレート３の裏面３ｂに溶接されている。

横リブ５は、Ｘ−Ｚ平面に平行な断面において略Ｉ字形状を有している。具体的には、横リブ５は、上下に延びるウェブと、ウェブの下端部に一体に設けられたフランジとを有している。横リブ５は、橋梁１の幅方向に延びるように設けられている。横リブ５の左右の端部は、例えば、主桁４に溶接されている。

縦リブ６は、上方に向かって開口するように開断面形状（図１の例では、略Ｕ字形状）を有している。縦リブ６は、いわゆるトラフリブ（Ｕリブ）である。以下、縦リブ６を、トラフリブ６という。具体的には、トラフリブ６は、左右方向に延びる底壁部６ａと、底壁部６ａの左右方向における両端部から上方に延びる一対の側壁部６ｂ，６ｃとを有する。側壁部６ｂ，６ｃは、先端側（図１においては上側）にいくほど互いの間隔が広がるように、底壁部６ａに対して傾斜している。トラフリブ６は、橋梁１の長さ方向に延びるように、かつ横リブ５を貫通するように設けられている。側壁部６ｂ，６ｃの上端部は、デッキプレート３の裏面３ｂに溶接されている。

上記のような構成を有する橋梁１では、例えば、橋梁１上を自動車８が通過することによって、鋼床版２において疲労亀裂が発生する場合がある。この疲労亀裂は、例えば、デッキプレート３とトラフリブ６との接合部９において発生する。以下、接合部９における疲労亀裂の発生態様について説明する。

図２は、デッキプレート３と側壁部６ｂとの接合部９を示す拡大図である。図２に示すように、側壁部６ｂをデッキプレート３に溶接する際には、例えば、側壁部６ｂの先端部のうち外側の部分６ｄが溶接ビード１０によってデッキプレート３に接合される。通常、溶接ビード１０の溶け込み量は、トラフリブの厚みの７５％が基準とされており、側壁部６ｂの先端部のうち内側の部分６ｅは接合されない。このため、デッキプレート３と溶接ビード１０と部分６ｅとの間に、切欠き状の空間１１（以下、不溶着部１１という。）が形成されている。このような接合部９では、溶接ビード１０の近傍において、溶接時の膨張および溶接後の収縮が拘束されることによって、引張りの残留応力が発生している。

ここで、自動車８が橋梁１上を通過すると、デッキプレート３に荷重が加わり、デッキプレート３が撓む。これにより、デッキプレート３と溶接ビード１０との境界部および側壁部６ｂと溶接ビード１０との境界部に、曲げ応力や引張圧縮の変動応力が発生する。これらの応力の内、鋼床版の幅方向に生じる引張圧縮の変動応力が上述の残留応力に重畳されることにより、接合部９では大きな引張の変動応力が発生しやすい。そして、複数の自動車８が通過することによって、上記荷重がデッキプレート３に繰り返し加わると、デッキプレート３と溶接ビード１０との境界部近傍および側壁部６ｂと溶接ビード１０との境界部近傍において疲労亀裂が発生する場合がある。例えば、溶接ビード１０のデッキプレート３側の止端１２または側壁部６ｂ側の止端１３に疲労亀裂が発生したり、デッキプレート３側のルート部１４に疲労亀裂が発生したりする。これにより、鋼床版２の強度が低下するおそれがある。

ところで、鋼床版２では、止端１２および止端１３は、トラフリブ６の外側に位置する。このため、止端１２および止端１３において発生した疲労亀裂は、橋梁１の点検時等に、作業者によって発見されやすい。この場合、疲労亀裂が発生した部分を早期に補修することができるので、鋼床版２の強度低下を防止しやすい。

一方、ルート部１４は、トラフリブ６の外側からは見えない位置にあるので、ルート部１４において発生した疲労亀裂を発見することは難しい。また、仮に、ルート部１４に疲労亀裂が発生していることを発見できたとしても、ルート部１４をトラフリブ６の外側から補修することは難しい。このため、ルート部１４に疲労亀裂が発生した場合は、トラフリブ６の内側からルート部１４を補修する必要があり、疲労亀裂の補修に時間および労力を要する。

そこで、従来、ルート部１４において疲労亀裂が発生することを防止するための技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、ピーニング施工方法が記載されている。特許文献１に記載された方法では、Ｕリブを用いた鋼床版において、ピーニング工具によってデッキプレートの表面に打撃を与える。特許文献１には、上記のように打撃を与えることによって、Ｕリブの内側の部分に圧縮残留ひずみを与えることができると記載されている。特許文献１に記載された方法では、上記のようにして圧縮残留応力を与えることによって、Ｕリブの内側の部分に発生した疲労亀裂の進展を抑制していると考えられる。

特開２０１４−１７２０４３号公報

しかしながら、上記の方法では、デッキプレートの表面側をピーニング工具によって打撃するので、デッキプレートの裏面側に十分な大きさの圧縮残留応力を与えることは難しい。この場合、疲労亀裂の進展または疲労亀裂の発生を十分に抑制できない。また、デッキプレートの裏面側に十分な大きさの圧縮残留応力を発生させようとすると、大きな力でデッキプレートを打撃しなければならないので、デッキプレートが変形するおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、デッキプレートの変形を抑制しつつ、トラフリブとデッキプレートとを接合する溶接ビードのルート部における疲労亀裂発生および疲労亀裂進展を抑制できる、鋼床版の製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、下記の鋼床版の製造方法を要旨とする。

（１）底壁部および前記底壁部の幅方向における両端部から立ち上がる一対の側壁部を有するトラフリブと、前記一対の側壁部の先端部が溶接されたデッキプレートと、を備えた鋼床版の製造方法であって、
前記一対の側壁部の先端部が前記デッキプレートに溶接された状態で、前記一対の側壁部が前記トラフリブの外側に向かって変形するように、押圧部材の押圧面で前記底壁部を前記トラフリブの外側から前記デッキプレート側に向かって押すことによって、前記底壁部に圧力を加える負荷工程と、
前記負荷工程において前記底壁部に加えられた圧力を除く除荷工程とを備える、鋼床版の製造方法。

（２）前記押圧面の幅方向における中央部には、前記底壁部側に突出する突起部が設けられ、
前記負荷工程では、前記突起部によって前記底壁部の幅方向における中央部を押圧する、上記（１）に記載の鋼床版の製造方法。

（３）前記押圧面は平面形状である、上記（１）に記載の鋼床版の製造方法。

（４）前記押圧面の幅方向における長さは、前記底壁部の幅方向における長さよりも長い、上記（１）から（３）のいずれかに記載の鋼床版の製造方法。

（５）前記押圧面の幅方向における長さは、前記底壁部の幅方向における長さよりも短い、上記（１）から（３）のいずれかに記載の鋼床版の製造方法。

（６）前記押圧面の幅方向における長さ（ｍｍ）は、前記底壁部の幅方向における長さ（ｍｍ）をＢとしたとき、５０×Ｂ／２１３．３以上である、上記（１）から（５）のいずれかに記載の鋼床版の製造方法。

（７）前記押圧面の幅方向における長さ（ｍｍ）は、前記底壁部の幅方向における長さ（ｍｍ）をＢとしたとき、３００×Ｂ／２１３．３未満である、上記（１）から（６）のいずれかに記載の鋼床版の製造方法。

本発明によれば、トラフリブを有する鋼床版において、デッキプレートの変形を防止しつつ、溶接ビードのルート部における疲労亀裂発生および疲労亀裂進展を抑制できる。

図１は、鋼床版を備えた橋梁の一例を示す図である。 図２は、デッキプレートと側壁部との接合部を示す拡大図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る製造方法の作用効果を説明するための図である。 図１０は、押圧部材の他の例を示す図である。 図１１は、押圧部材のその他の例を示す図である。 図１２は、押圧部材のさらに他の例を示す図である。 図１３は、シミュレーションで用いた基材のＦＥＭ解析モデルを説明するための図である。 図１４は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図１５は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図１６は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図１７は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図１８は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図１９は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図２０は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図２１は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図２２は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。

（鋼床版の製造方法の説明）
以下、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図３〜図８は、本発明の一実施形態に係る鋼床版の製造方法を説明するための図である。なお、図８において、（ａ）は、後述する負荷工程前の、デッキプレート３と側壁部６ｂとの関係を示す図であり、（ｂ）は、負荷工程時の、デッキプレート３と側壁部６ｂとの関係を示す図であり、（ｃ）は、負荷工程後の、デッキプレート３と側壁部６ｂとの関係を示す図である。また、図８（ｂ），（ｃ）においては、負荷工程前の側壁部６ｂの位置を、破線で示している。

図３を参照して、本実施形態に係る製造方法では、基材２０を用いて鋼床版を製造する。したがって、本実施形態に係る製造方法を実施する前に、基材２０を準備する。基材２０としては、例えば、図１および２で説明した従来の鋼床版２を用いることができる。なお、基材として、橋梁の構成要素として用いられる前の鋼床版を利用してもよく、橋梁の構成要素として用いられている状態の鋼床版を利用してもよい。また、図１および２で説明した鋼床版２は、デッキプレート３と、複数の主桁４と、複数の横リブ５と、複数のトラフリブ６と備えている。しかしながら、本実施形態に係る製造方法において利用できる基材は、少なくともデッキプレートとトラフリブとを備えていればよく、主桁および横リブを備えていなくてもよい。以下においては、主桁および横リブを備えていない基材２０を用いる場合について説明するが、本発明は、主桁および横リブを備えた基材を用いて鋼床版を製造する際にも好適に利用できる。

図３を参照して、基材２０は、デッキプレート３と、長尺状のトラフリブ６とを備える。デッキプレート３およびトラフリブ６は、上述の従来の鋼床版２のデッキプレート３およびトラフリブ６と同様の構成を有するので、デッキプレート３およびトラフリブ６については簡単に説明する。なお、以下の説明では、トラフリブ６の長さ方向に対して垂直でかつデッキプレート３の裏面３ｂ（トラフリブ６が溶接される面）に平行な方向を、トラフリブ６の幅方向とする。

図３を参照して、デッキプレート３は、平板形状を有し、トラフリブ６は、開断面形状（略Ｕ字形状）を有している。トラフリブ６は、底壁部６ａと、一対の側壁部６ｂ，６ｃとを有する。本実施形態では、側壁部６ｂ，６ｃは、底壁部６ａの幅方向における両端部から立ち上がるように設けられている。また、側壁部６ｂ，６ｃは、先端側（デッキプレート３側）ほど互いの間隔が広がるように、底壁部６ａに対して傾斜している。

なお、トラフリブ６としては、例えば、日本鋼構造協会規格で規定されている鋼床版用Ｕ形鋼を用いることができる。したがって、トラフリブ６の寸法（図３に示すトラフリブ６の厚みｔ、高さＨ、幅Ａ、内面の角部の曲率半径Ｒ、および底壁部６ａの幅Ｂ等）は、例えば、日本鋼構造協会規格の規定に基づいて決定することができる。

側壁部６ｂ，６ｃの先端部は、デッキプレート３の裏面３ｂに溶接されている。具体的には、図１および２で説明した従来の鋼床版２と同様に、側壁部６ｂ，６ｃの先端部のうち外側の部分が溶接ビード１０によってデッキプレート３に接合されている。このため、基材２０においても、上述の従来の鋼床版２と同様に、デッキプレート３と溶接ビード１０と側壁部６ｂ（側壁部６ｃ）との間には、不溶着部１１が形成されている。また、上述の従来の鋼床版２と同様に、基材２０においても、ルート部１４の近傍において、溶接時の膨張および溶接後の収縮によって、引張りの残留応力が発生している。

図４を参照して、本実施形態に係る製造方法では、例えば、デッキプレート３が下になりかつトラフリブ６（より具体的には、底壁部６ａ）が上になるように、作業台１５上に基材２０を置く。なお、以下に説明する製造方法は一例であり、デッキプレート３が上でトラフリブ６が下になった状態で本発明に係る製造方法を実施して鋼床版を製造してもよい。

次に、底壁部６ａの上方に、押圧部材１６を配置する。押圧部材１６は、トラフリブ６の長さ方向に延びるように設けられている。押圧部材１６は、押圧面１８を有している。本実施形態では、底壁部６ａと押圧面１８とが対向するように、底壁部６ａの上方に押圧部材１６が設けられる。

押圧面１８は、突起部１８ａ、曲面部１８ｂ，１８ｃおよび平面部１８ｄ，１８ｅを有している。押圧部材１６の断面（トラフリブ６の長さ方向に垂直な断面）において、突起部１８ａは、押圧面１８の中央部に設けられ、曲面部１８ｂ，１８ｃは、押圧面１８の両端部に設けられる。平面部１８ｄは、突起部１８ａと曲面部１８ｂとの間に設けられ、平面部１８ｅは、突起部１８ａと曲面部１８ｃとの間に設けられている。

平面部１８ｄ，１８ｅは、底壁部６ａに対して平行に設けられている。押圧部材１６の上記断面において、突起部１８ａは、平面部１８ｄ，１８ｅから底壁部６ａ側に突出している。突起部１８ａの突出長さｄは、例えば、１ｍｍ以上に設定される。本実施形態では、押圧部材１６の上記断面において、突起部１８ａ、曲面部１８ｂおよび曲面部１８ｃはそれぞれ、円弧状に湾曲している。突起部１８ａの曲率半径ｒは、例えば、５０ｍｍに設定される。本実施形態では、突起部１８ａ、曲面部１８ｂおよび曲面部１８ｃの曲率半径は、例えば、互いに等しい。

本実施形態では、押圧部材１６の上記断面において、平面部１８ｄ，１８ｅの幅Ｌ（ｍｍ）は、底壁部６ａの幅Ｂ（ｍｍ：図３参照）よりも小さい。なお、平面部１８ｄ，１８ｅの幅Ｌとは、曲面部１８ｂと平面部１８ｄとの境界から、平面部１８ｅと曲面部１８ｃとの境界までの長さである。

押圧部材１６の上記断面において、押圧面１８の幅Ｗ（ｍｍ）は、例えば、底壁部６ａの幅Ｂ（ｍｍ：図３参照）よりも短い。押圧面１８の幅Ｗは、３００×Ｂ／２１３．３未満に設定されることが好ましく、２５０×Ｂ／２１３．３以下に設定されることがより好ましく、２００×Ｂ／２１３．３以下に設定されることがさらに好ましい。また、押圧面１８の幅Ｗは、５０×Ｂ／２１３．３以上に設定されることが好ましく、１２５×Ｂ／２１３．３以上に設定されることがより好ましく、１７５×Ｂ／２１３．３以上に設定されることがさらに好ましい。

次に、図５を参照して、押圧部材１６の押圧面１８で、底壁部６ａをトラフリブ６の外側からデッキプレート３側に向かって押すことによって、底壁部６ａに圧力を加える（負荷工程）。これにより、図５および図８（ａ），（ｂ）に示すように、側壁部６ｂ，６ｃがトラフリブ６の幅方向外側に向かって変形する。より具体的には、側壁部６ｂ，６ｃがトラフリブ６の幅方向外側に向かって膨らむように変形する。本実施形態では、負荷工程において、ルート部１４の近傍が塑性変形するように、側壁部６ｂ，６ｃをトラフリブ６の外側に向かって変形させる。

なお、本実施形態では、図５に示すように、負荷工程において、まず、突起部１８ａによって底壁部６ａの幅方向における中央部が押される。これにより、底壁部６ａの中央部がデッキプレート３側へ凹み、側壁部６ｂ，６ｃがトラフリブ６の外側に向かって撓む。その後、図６に示すように、押圧面１８をデッキプレート３側へさらに押し込む。これにより、底壁部６ａの幅方向における両端部が曲面部１８ｂ，１８ｃによって押される。その結果、側壁部６ｂ，６ｃをトラフリブ６の外側に向かって円滑に変形させることができる。例えば、日本鋼構造協会規格 JSS II 08-2006で規定されている形状のトラフリブであれば、底壁部をトラフリブの外側からデッキプレート側に向かって押すことによって、側壁部をトラフリブの外側に向かって変形させることができる。

次に、図７を参照して、押圧部材１６を底壁部６ａから離すことによって、負荷工程において底壁部６ａに加えられた圧力を除く（除荷工程）。除荷工程を実行することによって、いわゆるスプリングバックが発生し、図７および図８（ｃ）に示すように、側壁部６ｂ，６ｃは、負荷工程前の側壁部６ｂ，６ｃの形状に戻るように変形する。これにより、鋼床版１００が完成する。

なお、本実施形態では、上述のように、負荷工程においてルート部１４の近傍を塑性変形させている。そのため、除荷工程後の側壁部６ｂ，６ｃは、負荷工程前の側壁部６ｂ，６ｃの形状および位置に完全には戻らない。

以下、本実施形態に係る製造方法の作用効果について説明する。図９は、本実施形態に係る製造方法の作用効果を説明するための図である。なお、以下においては、側壁部６ｂとデッキプレート３との接合部９において生じる現象について説明するが、側壁部６ｃとデッキプレート３との接合部９においても同様の現象が生じている。

図９を参照して、上述したように、溶接ビード１０のルート部１４近傍においては、溶接時の膨張および溶接後の収縮が拘束されることによって、引張の残留応力が発生している。この状態で、上述の負荷工程を実行することによって、側壁部６ｂは、トラフリブ６の外側に向かって移動しようとする。これにより、溶接ビード１０がトラフリブ６の外側に向かって引っ張られ、ルート部１４近傍の引張応力は一時的に大きくなる。

その後、除荷工程を実行することによって、側壁部６ｂは、トラフリブ６の内側に向かって移動しようとする。これにより、溶接ビード１０がトラフリブ６の内側に向かって押し付けられる。すなわち、ルート部１４近傍に、圧縮方向の力が加えられる。その結果、ルート部１４近傍の引張残留応力を低減できる、またはルート部１４近傍に圧縮残留応力を発生させることができる。

以上のように、本実施形態では、負荷工程および除荷工程を実行することによって、ルート部１４近傍の引張残留応力を低減できる、またはルート部１４近傍に圧縮残留応力を発生させることができる。このようにして製造された鋼床版１００では、荷重が繰り返し加わった場合でも、ルート部１４の近傍において大きな引張応力が発生することを抑制することができる。その結果、ルート部１４の近傍において疲労亀裂が発生することを抑制することができる。また、ルート部１４の近傍に疲労亀裂が既に発生している場合には、その疲労亀裂が進展することを抑制することができる。

なお、上述の負荷工程において、押圧部材１６（押圧面１８）の押し込み量は、ルート部１４近傍に圧縮応力を加えることができるように、基材２０の材料、形状および寸法等を考慮して適宜設定される。具体的には、例えば、押圧部材１６の押し込み量は、２．０ｍｍ以上に設定されることが好ましい。

一方、上述の負加工工程において、押圧部材１６の押し込み量が大きすぎると、トラフリブ６において、ルート部１４の近傍以外の部分にも塑性変形が生じやすくなる。この場合、除荷工程における側壁部６ｂ，６ｃのスプリングバック量が減少する。これにより、ルート部１４近傍の引張残留応力の低減量が小さくなる。したがって、負荷工程における押圧部材１６のデッキプレート３側への押し込み量は、例えば、３０ｍｍ以下に設定され、好ましくは、２０ｍｍ以下に設定される。

なお、押圧部材１６の押し込み量とは、押圧面１８が底壁部６ａに接触したときの押圧面１８の位置を０として、押圧面１８のデッキプレート３側への移動量のことを意味する。

なお、本実施形態では、突起部１８ａによって底壁部６ａが押されることによって、底壁部６ａに圧痕を形成することができる。この圧痕を確認することによって、本実施形態に係る製造方法によって製造された鋼床版１００であることを確認することができる。

上述の実施形態では、押圧面１８の幅Ｗが、底壁部６ａの幅Ｂよりも小さい場合について説明したが、押圧面１８の幅Ｗが底壁部６ａの幅Ｂよりも大きくてもよい。また、上述の実施形態では、押圧面１８に突起部１８ａが設けられている場合について説明したが、押圧面の形状は上述の例に限定されない。例えば、図１０に示すように、上述の押圧部材１６（図４参照）において、押圧面１８に突起部１８ａ（図４参照）を形成しなくてもよい。また、押圧面の全体が平面状に形成されていてもよい。例えば、図１１に示すように、平板形状の押圧部材１６aを用いて、本発明に係る製造方法を実施してもよい。また、例えば、図１２に示すように、押圧面１９の全体が円弧状に形成された押圧部材１６ｂを用いて、本発明に係る製造方法を実施してもよい。

なお、押圧面の平面部の幅（図４では、幅Ｌ）が底壁部６ａの幅Ｂよりも長い場合、または押圧部材が平板形状の場合には、底壁部６ａの幅Ｂ（図３参照）の長さが異なる種々の基材２０に対して、同一の押圧部材を用いることができる。また、押圧面に突起部を設けない場合には、押圧部材の加工コストを低減することができる。

上述の実施形態では、側壁部６ｂ，６ｃが湾曲していない基材２０を用いて鋼床版１００を製造する場合について説明したが、基材の形状は上述の例に限定されない。例えば、負荷工程前の基材において、一対の側壁部が予め外側に膨らむように湾曲していてもよい。この場合には、側壁部がさらに外側に膨らむように、負荷工程が実行される。

（シミュレーションに基づく検討）
以下、コンピュータを用いたＦＥＭ解析によるシミュレーション結果とともに、本発明の効果を説明する。図１３は、シミュレーションで用いた基材２０のＦＥＭ解析モデルを説明するための図である。具体的には、図１３（ａ）は、基材２０の解析モデルを示す図であり、図１３（ｂ）は、解析モデルにおいて接合部９に相当する部分の拡大図である。

本シミュレーションでは、４節点の２次元平面ひずみ要素を用いて、ＦＥＭ解析モデルとして、対称性を考慮して基材２０の２次元の１／２モデルを作成した。図１３（ａ）においては、解析モデルの拘束点を三角形の記号で示している。また、図１３（ｂ）に示すように、解析モデルでは、不溶着部１１を切欠き状に形成した。解析モデルは、図３に示したトラフリブ６の厚みｔ、トラフリブ６の高さＨ、トラフリブ６の幅Ａ、トラフリブ６の内面角部の曲率半径Ｒ、および底壁部６ａの幅Ｂを変えて、４種類作成した。トラフリブ６の解析モデルの寸法を下記の表１に示す。

ＦＥＭ解析では、鋼床版２の材料としてＳＭＢ４９０Ｂ（ＪＩＳ Ｇ３１０６ ２００８）を用いたと仮定し、その応力−ひずみ線図を用いた。また、ヤング率は、２０６ＧＰａ、ポアソン比は０．３にそれぞれ設定し、等方硬化則に従ってＦＥＭ解析を行った。

また、図１３には示していないが、このシミュレーションでは、下記の表２に示すように、各部の寸法を変えて、１５種類の押圧部材の解析モデルを作成した。なお、下記の表２において、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５の押圧部材の曲率半径ｒおよび幅Ｗは、図１２に示した押圧部材１６ｂの押圧面１９の曲率半径および幅Ｗをそれぞれ示す。Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１４およびＮｏ．１５の押圧部材の曲率半径ｒ、幅Ｌ、突出長さｄ、および幅Ｗは、図４に示した押圧部材１６の曲率半径ｒ、幅Ｌ、突出長さｄ、および幅Ｗをそれぞれ示す。なお、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１４およびＮｏ．１５の押圧部材において、曲面部１８ｂ，１８ｃ（図４参照）の曲率半径は、突起部１８ａ（図４）の曲率半径と等しい。Ｎｏ．１３の押圧部材において、曲率半径ｒは、図１０に示した押圧部材１６の曲面部１８ｂおよび曲面部１８ｃの曲率半径を示す。

図１４に、基材２０の解析モデル（トラフリブは、解析モデルａ（表１参照））に対して、平板形状の押圧部材の解析モデル∞（表２参照）を用いて、負荷工程および除荷工程を実施した場合の、底壁部６ａの変位量とルート部１４に生じる応力との関係（解析結果）を示す。なお、図１４において、底壁部６ａの変位量とは、底壁部６ａの中央部の外面の変位量を意味する。また、図１４において、正の値の応力は引張応力を示し、負の値の応力は圧縮応力を示す。

図１４から分かるように、負荷工程を実行することにより、底壁部６ａの変位量が増加し、ルート部１４に引張応力が生じる。そして、底壁部６ａの変位量がさらに増加し、ルート部１４近傍が塑性変形し始めると、ルート部１４の引張応力はほとんど増加しなくなる。その後、除荷工程を実行することによってスプリングバックが発生し、底壁部６ａの変位量が減少する。底壁部６ａの変位量の減少に従って、ルート部１４の引張応力も減少する。底壁部６ａの変位量がさらに減少することによって、ルート部１４には圧縮応力が生じる。

図１４に示した結果から、側壁部６ｂとデッキプレート３との溶接時にルート部１４に引張の残留応力が発生していたとしても、本発明の実施の形態に係る製造方の負荷工程および除荷工程を実行することにより、ルート部１４に、圧縮方向の力を加えることができることが分かる。これにより、ルート部１４に疲労亀裂が発生することを抑制することができる。

図１５〜図２０は、負荷工程を実施した際の、押圧部材の押し込み量と、基材２０の各部の相当塑性ひずみとの関係（解析結果）を示す図である。なお、図１５〜図２０に示すように、押圧部材のモデルおよびトラフリブのモデルを変えて、解析を行った。また、図１５〜図２０においては、ルート部１４、溶接ビード１０の止端１３、側壁部６ｂの中腹部の内面、底壁部６ａの中央部の外面、底壁部６ａの中央部の内面、トラフリブ６の内面の角部、側壁部６ｂの中腹部の外面、および底壁部６ａの中腹部の外面の塑性ひずみが示されている。なお、側壁部６ｂの中腹部の内面とは、負荷工程において側壁部６ｂが外側に膨らむように変形する際に、圧縮応力が最も高くなる部分である。また、側壁部６ｂの中腹部の外面とは、負荷工程において側壁部６ｂが外側に膨らむように変形する際に、引張応力が最も高くなる部分である。また、底壁部６ａの中腹部の外面とは、負荷工程において底壁部６ａが押される際に、圧縮応力が最も高くなる部分である。

図１５〜図２０に示した結果から、トラフリブ６の寸法に応じて、適切な形状の押圧部材を用いることによって、ルート部１４の塑性変形が早期に開始することが分かる。なお、ルート部１４を他の部分よりも早期に塑性変形させることによって、スプリングバック量を十分に確保することができると考えられる。

下記の表３に、解析モデルに対して負荷工程および除荷工程を実施した際の解析結果を示す。また、表３には、解析Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７で使用した各解析モデルの押圧部材およびトラフリブの種別を符号（表１，２参照）で示している。表３において、ルート部降伏時の荷重（単位長さ当たりの荷重）とは、ルート部１４が降伏点に達したときに、押圧部材からトラフリブ６の底壁部６ａに作用している荷重を示す。ルート部降伏後の押し込み量とは、ルート部１４が降伏点に達した後の、押圧部材（押圧面）のデッキプレート３側への移動量を意味する。除荷後のルート部応力とは、除荷工程を実施した後に、ルート部１４に生じている応力を示す。表３においては、正の値の応力は引張応力を示し、負の値の応力は圧縮応力を示す。各解析モデルにおいて、負荷工程前には、ルート部１４に、３５０ＭＰａの引張応力が発生していた。なお、解析Ｎｏ．１６およびＮｏ．１７では、ルート部１４が降伏点に達した後のデータおよび除荷工程後のデータは取得していない。

表３に示した解析Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５の結果から、本発明の実施の形態に係る製造方法によれば、基材２０のルート部１４に生じていた引張残留応力（３５０ＭＰａ程度）を十分に低減できる、またはルート部１４に圧縮応力を発生させることができることが分かる。

図２１は、表３に示した解析Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７のルート部降伏時の荷重と押圧部材の押圧面の幅（表２の幅Ｗ）との関係を示した図である。図２１に示した関係から、ルート部１４を塑性変形させるために必要な荷重を小さくするためには、押圧面の幅を３００ｍｍ未満にすることが好ましく、２５０ｍｍ以下にすることがより好ましく、２１３．３ｍｍ未満にすることがさらに好ましく、２００ｍｍ以下にすることが十分に好ましいことが分かる。ルート部１４を塑性変形させるために必要な荷重が小さい場合、大きな荷重で底壁部６ａを押す必要がないので、押圧部材を押し込むための装置を小型化できる。また、押圧部材の押し込み荷重を小さくすることによって、ルート部１４以外の部分が塑性変形することを抑制できる。これにより、ルート部１４以外の部分が塑性変形することによって生じるスプリングバック量の減少を抑制できる。

なお、解析Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７の解析モデルにおいて、トラフリブ６の底壁部６ａの幅Ｂは、２１３．３ｍｍであった。このことから、ルート部１４を塑性変形させるために必要な荷重を小さくするためには、押圧面の幅（ｍｍ）を、３００×Ｂ／２１３．３未満に設定することが好ましく、２５０×Ｂ／２１３．３以下に設定することがより好ましく、底壁部６ａの幅Ｂ未満に設定することがさらに好ましく、２００×Ｂ／２１３．３以下に設定することが十分に好ましいことが分かる。

図２２は、表３に示した解析Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５の除荷工程後のルート部応力と押圧部材の押圧面の幅（表２の幅Ｗ）との関係を示した図である。図２２に示した関係から、押圧面の幅を５０ｍｍ以上にすることによって、除荷工程前にルート部１４に生じていた引張残留応力（３５０ＭＰａ程度）を、除荷工程後に十分に低減できたことが分かる。また、除荷工程後のルート部１４に圧縮応力を生じさせるためには、押圧面の幅を５０ｍｍよりも大きくすることが好ましく、１２５ｍｍ以上にすることがより好ましく、１７５ｍｍ以上にすることがさらに好ましいことが分かる。

なお、上述のように、解析Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５の解析モデルにおいて、トラフリブ６の底壁部６ａの幅Ｂは、２１３．３ｍｍであった。このことから、ルート部１４に生じている引張応力を十分に低減するためには、押圧面の幅（ｍｍ）を、５０×Ｂ／２１３．３以上に設定することが好ましいことが分かる。また、ルート部１４に圧縮応力を生じさせるためには、押圧面の幅（ｍｍ）を、５０×Ｂ／２１３．３よりも大きく設定することが好ましく、１２５×Ｂ／２１３．３以上に設定することがより好ましく、１７５×Ｂ／２１３．３以上に設定することがさらに好ましいことが分かる。

本発明によれば、鋼床版において、デッキプレートの変形を抑制しつつ、トラフリブとデッキプレートとを接合する溶接ビードのルート部における疲労亀裂発生および疲労亀裂進展を抑制できる。したがって、本発明は、橋梁等を構成する鋼床版の疲労亀裂発生抑制に好適に利用することができる。

１ 橋梁
２ 鋼床版
３ デッキプレート
４ 主桁
５ 横リブ
６ トラフリブ（縦リブ）
７ 舗装材
８ 自動車
９ 接合部
１０ 溶接ビード
１１ 不溶着部
１２，１３ 止端
１４ ルート部
１５ 作業台
１６，１６ａ,１６ｂ 押圧部材
１８,１９ 押圧面

Claims (7)

1. 底壁部および前記底壁部の幅方向における両端部から立ち上がる一対の側壁部を有するトラフリブと、前記一対の側壁部の先端部が溶接されたデッキプレートと、を備えた鋼床版の製造方法であって、
   前記一対の側壁部の先端部が前記デッキプレートに溶接された状態で、前記一対の側壁部が前記トラフリブの外側に向かって変形するように、押圧部材の押圧面で前記底壁部を前記トラフリブの外側から前記デッキプレート側に向かって押すことによって、前記底壁部に圧力を加える負荷工程と、
   前記負荷工程において前記底壁部に加えられた圧力を除く除荷工程とを備える、鋼床版の製造方法。
2. 前記押圧面の幅方向における中央部には、前記底壁部側に突出する突起部が設けられ、
   前記負荷工程では、前記突起部によって前記底壁部の幅方向における中央部を押圧する、請求項１に記載の鋼床版の製造方法。
3. 前記押圧面は平面形状である、請求項１に記載の鋼床版の製造方法。
4. 前記押圧面の幅方向における長さは、前記底壁部の幅方向における長さよりも長い、請求項１から３のいずれかに記載の鋼床版の製造方法。
5. 前記押圧面の幅方向における長さは、前記底壁部の幅方向における長さよりも短い、請求項１から３のいずれかに記載の鋼床版の製造方法。
6. 前記押圧面の幅方向における長さ（ｍｍ）は、前記底壁部の幅方向における長さ（ｍｍ）をＢとしたとき、５０×Ｂ／２１３．３以上である、請求項１から３のいずれかに記載の鋼床版の製造方法。
7. 前記押圧面の幅方向における長さ（ｍｍ）は、前記底壁部の幅方向における長さ（ｍｍ）をＢとしたとき、３００×Ｂ／２１３．３未満である、請求項１から３のいずれかに記載の鋼床版の製造方法。

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