JP6700989B2 - 桁の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、桁の補強構造に係り、例えば、鉄道や自動車等が通る橋梁を構成する桁の補強に利用して有効な技術に関する。

鉄道や自動車等が通る橋梁は、複数の橋脚に桁が横架されて構成されている。
近年、鉄道や自動車等の走行速度の高速化や通行量の増加に伴い、桁に作用する荷重が変化したことで、桁に共振現象が生じてしまうことがある。
桁に共振現象が生じると、当初想定したよりも大きな揺れや撓みが発生するなどして、桁に過剰な負荷がかかり劣化が進む虞があるので、桁に生じる振動や撓みを低減するよう、桁の剛性を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−１３８５４４号公報

上記特許文献１の技術では、スラブの両側端部にある地覆の上面に高剛性板を接合して、桁の剛性を高めるようになっている。
そのため、地覆上に既に高欄や防音壁が設置されている場合には、高剛性板による補強を行うのが困難なことがあるという問題があった。

本発明の目的は、既設の桁を好適に補強することができる桁の補強構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明は、
対向配置された支持構造物の間に架け渡されている複数の主桁を補強する桁の補強構造であって、
前記複数の主桁には、その複数の主桁と交差する方向に延在して隣り合う主桁同士を連結した横桁が少なくとも１対設けられており、
両端部がそれぞれ前記横桁に繋がれている梁構造体が、前記１対の横桁の間に設置されており、
前記梁構造体は、
前記１対の横桁にそれぞれ固設されている、対向する横桁に向けて端部を突き出した片持ち梁部と、
一方の片持ち梁部の端部に一端部を突き合わせ、他方の片持ち梁部の端部に他端部を突き合わせて配設された中間梁部と、
前記片持ち梁部と前記中間梁部の端部同士をそれぞれ接続した接続部と、
を備え、
前記接続部は、
前記片持ち梁部と前記中間梁部の端部を内挿している管状部材と、
前記片持ち梁部及び前記中間梁部と前記管状部材の間に充填された充填材と、を有するようにした。

かかる構成の桁の補強構造であれば、１対の横桁の間に両端部をそれぞれ横桁に繋いだ梁構造体が設置されているので、その梁構造体によって主桁にかかる荷重を支えるようにして、主桁を補強することができる。
特に、１対の横桁の間に梁構造体を設置した補強によって主桁の剛性を向上させて、その主桁の固有周期を短くすることができるので、例えば、主桁上に鉄道用の軌道が敷設されている場合、その軌道を列車が走行することに伴う主桁の共振を抑制することができる。
また、１対の横桁に固設されている１対の片持ち梁部と、その片持ち梁部の間に配設された中間梁部と、片持ち梁部と中間梁部の端部同士をそれぞれ接続した接続部とを備えた梁構造体が、１対の横桁の間に設置されているので、その梁構造体によって主桁にかかる荷重を支えるようにして、主桁を補強することができる。
また、このような管状部材と充填材を有する接続部を備えていれば、片持ち梁部と中間梁部を良好に接続でき、片持ち梁部と中間梁部との接続強度を高めることができるので、より好適に主桁を補強することができる。

また、望ましくは、
前記片持ち梁部及び前記中間梁部と前記管状部材の間に挿通されて、一端側が前記片持ち梁部に固定され、他端側が前記中間梁部に固定されている棒状部材を有するようにする。
このような棒状部材を有する接続部であれば、片持ち梁部と中間梁部との接続強度を高めることができるので、より好適に主桁を補強することができる。

また、望ましくは、
前記管状部材の内周面には、一部が狭く括れた複数の節が設けられ、前記管状部材に内挿されている前記片持ち梁部及び前記中間梁部の外周面には、一部が太く膨らんだ複数の節が設けられているようにする。
管状部材の内周面に狭く括れた複数の節が設けられていて、その管状部材に内挿されている片持ち梁部及び中間梁部の外周面にそれぞれ太く膨らんだ複数の節が設けられていれば、接続部において片持ち梁部と中間梁部は軸方向への移動が規制されるので、その接続強度を高めることができる。

また、望ましくは、
前記片持ち梁部と前記中間梁部の端部は、それぞれ先太りする形状を有しているようにする。
片持ち梁部と中間梁部の端部が、例えばテーパー状に先太りする形状を有していれば、接続部において片持ち梁部と中間梁部は軸方向への移動が規制されるので、その接続強度を高めることができる。

また、望ましくは、
前記主桁と前記梁構造体を接続した支持部材を備えるようにする。
このような支持部材を備えた桁の補強構造であれば、より好適に主桁の剛性を高めることができる。

また、望ましくは、
前記主桁の上に固定された床版を備え、
前記床版と前記梁構造体を接続した支持部材を備えるようにする。
このような支持部材を備えた桁の補強構造であれば、より好適に主桁の剛性を高めることができる。

本発明によれば、既設の桁を好適に補強することができる。

本実施形態の桁の補強構造によって補強された橋梁を示す断面図であり、レールに垂直な断面図（ａ）と、レールに平行な断面図（ｂ）である。 本実施形態の桁の補強構造を構築する手順を示す説明図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）である。 桁の補強構造の変形例であり、レールに垂直な断面図（ａ）と、レールに平行な断面図（ｂ）である。 桁の補強構造の変形例であり、レールに垂直な断面図（ａ）と、レールに平行な断面図（ｂ）である。 桁の補強構造の接続部の他の形態に関する説明図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。 桁の補強構造の接続部の変形例を示す断面図（ａ）（ｂ）である。 桁の補強構造の接続部の変形例を示す斜視図である。 桁の補強構造の変形例であり、比較的太い中間梁部を用いた梁構造体（ａ）と、比較的細い中間梁部を用いた梁構造体（ｂ）を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る桁の補強構造の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１（ａ）（ｂ）は、本実施形態の桁の補強構造によって補強された橋梁を示す断面図であり、図１（ａ）はレールに垂直な断面図、図１（ｂ）はレールに平行な断面図である。
図１（ａ）（ｂ）に示すように橋梁は、対向配置された支持構造物である橋脚１と、橋脚１の間に架け渡されている互いに平行な複数（本実施形態では４本）の主桁２を備えている。なお、主桁２は支承３を介して橋脚１上に設置されている。この支承３は、例えばゴム支承である。

複数（４本）の主桁２の両端部には、主桁２と交差する方向に延在して隣り合う主桁２同士を連結した端横桁４が設けられている。端横桁４は主桁２と一体に成型されている。
また、複数（４本）の主桁２における橋脚１間に相当する箇所には、主桁２と交差する方向に延在して隣り合う主桁２同士を連結した中間横桁５が設けられている。中間横桁５は主桁２と一体に成型されている。
この主桁２は、主桁２の上部に固定された床版６を支持しており、その床版６の上には、路盤コンクリート７と軌道スラブ８を介してレール９が敷設されて鉄道用の軌道が設けられている。

このような橋梁の主桁２を補強するため、対を成すように対向している端横桁４と中間横桁５の間に両端部をそれぞれ横桁に繋いだ梁構造体９０を設置して、桁の補強構造１００を構築した。
本実施形態では、径間中央に一本の中間横桁５が設けられているので、一方の端横桁４と中間横桁５の間と、他方の端横桁４と中間横桁５の間にそれぞれ梁構造体９０を設置した。
そして、４本の主桁２の延在方向に沿うように、各主桁２間に梁構造体９０を設置して、計６体の梁構造体９０を設置した。

本実施形態の梁構造体９０は、端横桁４と中間横桁５にそれぞれ固設されている片持ち梁部１０と、一方の片持ち梁部１０の端部１１に一方の端部２１を突き合わせ、他方の片持ち梁部１０の端部１１に他方の端部２１を突き合わせて配設された中間梁部２０と、片持ち梁部１０と中間梁部２０の端部同士をそれぞれ接続した接続部３０と、を備えている。
この接続部３０は、片持ち梁部１０の端部１１と中間梁部２０の端部２１を内挿している管状部材４０と、片持ち梁部１０及び中間梁部２０と管状部材４０の間に充填された充填材５０と、を有している。

片持ち梁部１０は、対向する横桁（端横桁４、中間横桁５）に向けて端部１１を突き出して設けられている。
具体的に、端横桁４に固設されている片持ち梁部１０は、中間横桁５に向けて端部１１を突き出して延在しており、中間横桁５に固設されている片持ち梁部１０は、端横桁４に向けて端部１１を突き出して延在している。
この片持ち梁部１０は、例えば、横桁（端横桁４、中間横桁５）の壁面に固定したアンカー１０ｂを芯材とするように取り付けた鋼管（鋼管１０ａ、図２参照）をモルタルなどの固化材料で固定して形成することができる。
中間梁部２０は、例えば、鋼管を用いて形成することができる。なお、中間梁部２０とする鋼管は片持ち梁部１０に用いた鋼管（１０ａ）と同じ径であることが好ましい。
なお、片持ち梁部１０や中間梁部２０に用いる鋼管は、丸型鋼管であることに限らず、角型鋼管であってもよい。

管状部材４０は、例えば、予め所定の長さに形成された鋼管であり、片持ち梁部１０および中間梁部２０を内挿可能なサイズを有している。なお、管状部材４０に用いる鋼管は、丸型鋼管であることに限らず、角型鋼管であってもよく、片持ち梁部１０や中間梁部２０に対応させた鋼管であればよい。
充填材５０は、例えば、モルタルなどの固化材料であり、流動性を有する状態で充填された後に固化した状態で配設されている。

次に、本実施形態の桁の補強構造１００を構築する手順について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、端横桁４と中間横桁５とが対向している壁面に、それぞれアンカー設置孔４ａ、５ａを形成する。
次いで、図２（ｂ）に示すように、アンカー設置孔４ａ、５ａにそれぞれアンカー１０ｂを挿入し、更にアンカー設置孔４ａ、５ａにモルタルなどの固化材料を充填して、アンカー１０ｂを横桁に固定する。このアンカー１０ｂは、両端部がそれぞれ先太りしたテーパーアンカーである。
なお、アンカー１０ｂを横桁に固定する際、アンカー１０ｂに緊張力を付与する。

次いで、図２（ｃ）に示すように、端横桁４と中間横桁５の壁面にそれぞれベースプレート１０ｃを設置した後、アンカー１０ｂに被せるように鋼管１０ａを取り付ける。このベースプレート１０ｃにはアンカー１０ｂを通すための穴が形成されている。
更に、鋼管１０ａ内にモルタルなどの固化材料を充填し、その鋼管１０ａを壁面に固定して、片持ち梁部１０を形成する。
ここで、鋼管１０ａ内に充填したモルタル（固化材料）を固化させる際、アンカー１０ｂを引っ張るテンションを掛けることで、アンカー１０ｂに緊張力を付与する。

次いで、図２（ｄ）に示すように、片持ち梁部１０に管状部材４０を被せ通した状態で仮置きする。
次いで、図２（ｅ）に示すように、対を成している片持ち梁部１０の間に中間梁部２０をセットし、管状部材４０を片持ち梁部１０から中間梁部２０側にスライド移動させる。
具体的には、管状部材４０が片持ち梁部１０と中間梁部２０を跨ぐ配置になるまで、管状部材４０をスライド移動させ、片持ち梁部１０の端部１１と中間梁部２０の端部２１を突き合わせた箇所を覆うように管状部材４０を取り付ける。
このように一旦仮置きした管状部材４０をスライド移動させて、管状部材４０を所定箇所に取り付ける手法であれば、主桁２の間であって床版６の下の狭隘な空間であっても、管状部材４０の取り付け作業を行い易い。

次いで、図２（ｆ）に示すように、片持ち梁部１０及び中間梁部２０と管状部材４０の間に充填材５０を充填して固化させて、接続部３０を形成する。
こうして端横桁４と中間横桁５の間に梁構造体９０を組み付けてなる、桁の補強構造１００を構築することができる。

このように、主桁２に沿う向きの梁構造体９０を端横桁４と中間横桁５の間に設置することで、この梁構造体９０によって主桁２にかかる荷重を支えるようにして、主桁２を補強することができる。
特に、梁構造体９０を設置した補強によって主桁２の剛性を向上させて、その主桁２の固有周期を短くすることができるので、列車が軌道を走行することに伴う主桁２の共振を抑制することができる。

また、この梁構造体９０（桁の補強構造１００）を構築する際に、アンカー１０ｂに緊張力を付与したことで引張鋼材として機能させ、横桁（端横桁４、中間横桁５）と片持ち梁部１０の接合箇所を開かせないようにすることができる。このようにして、梁構造体９０の剛性を低下させないようにすることができる。
さらに、片持ち梁部１０における鋼管１０ａとベースプレート１０ｃの間を開かせないことで、主要部が鋼管で形成されている梁構造体９０（片持ち梁部１０、中間梁部２０、管状部材４０）の曲げ剛性を有効活用することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図３（ａ）（ｂ）に示すように、主桁２と中間梁部２０（梁構造体９０）を接続している支持部材６０を備えてもよい。
本実施形態では、各中間梁部２０を四方から挟み込むように４つの支持部材６０が設けられている。
この支持部材６０は、例えば、鉄筋コンクリート製の部材であり、主桁２に一体化するように設けられている。
このような支持部材６０を備えた梁構造体９０（桁の補強構造１００）であれば、より好適に主桁２の剛性を高めることができる。

また、図４（ａ）（ｂ）に示すように、床版６と梁構造体９０を接続している支持部材６０を備えてもよい。
本実施形態では、断面視略Ｔ字形状を呈する支持部材６０（図４（ａ）参照）が、床版６と梁構造体９０の間に設けられている。
この支持部材６０は、例えば、鉄筋コンクリート製の部材であり、床版６に一体化するように設けられている。
このような支持部材６０を備えた梁構造体９０（桁の補強構造１００）であれば、より好適に主桁２の剛性を高めることができる。

また、接続部３０の構造や構成は、上記実施形態に限られるものではない。

例えば、図５（ｃ）に示すように、片持ち梁部１０及び中間梁部２０と管状部材４０の間に挿通されて、一端側が片持ち梁部１０に固定され、他端側が中間梁部２０に固定されている複数の棒状部材３１を有する接続部３０であってもよい。
本実施形態では、片持ち梁部１０にフランジ部１２が設けられ、中間梁部２０にフランジ部２２が設けられており、棒状部材３１の一端側が片持ち梁部１０のフランジ部１２に固定され、棒状部材３１の他端側が中間梁部２０のフランジ部２２に固定されている。

具体的には、図５（ａ）に示すように、片持ち梁部１０に管状部材４０を被せ通した状態で、対を成している片持ち梁部１０の間に中間梁部２０をセットする。
次いで、図５（ｂ）に示すように、一方のフランジ部２２に形成されている小孔を通した棒状部材３１を管状部材４０の内側を通し、更にその棒状部材３１を他方のフランジ部１２に形成されている小孔に通して取り付ける。
次いで、図５（ｃ）に示すように、片持ち梁部１０の端部１１と中間梁部２０の端部２１を突き合わせた箇所を覆う位置に管状部材４０をスライド移動させた後、片持ち梁部１０及び中間梁部２０と管状部材４０の間に充填材５０を充填して固化させる。このとき、棒状部材３１を引っ張るテンションを掛けることで、棒状部材３１に緊張力を付与する。
そして、緊張力を付与した棒状部材３１の両端部をフランジ部１２，２２に接合して固定する。なお、棒状部材３１とフランジ部１２，２２との接合は、ボルト接合であっても溶接であってもよい。

このような棒状部材３１を有する接続部３０であれば、片持ち梁部１０と中間梁部２０との接続強度を高めることができるので、梁構造体９０の剛性を向上させて、より好適に主桁２を補強することができる。

また、図６（ａ）に示すように、片持ち梁部１０の端部１１と中間梁部２０の端部２１は、それぞれ先太りする形状を有していてもよい。
片持ち梁部１０と中間梁部２０の端部（１１、２１）が、例えばテーパー状に先太りする形状を有していれば、接続部３０において片持ち梁部１０と中間梁部２０は軸方向への移動が規制されるので、その接続強度を高めることができる。

また、図６（ｂ）に示すように、管状部材４０の内周面に、一部が狭く括れた複数の節４３が設けられ、管状部材４０に内挿されている片持ち梁部１０及び中間梁部２０の外周面に、一部が太く膨らんだ複数の節１３，２３が設けられていてもよい。
管状部材４０の内周面に狭く括れた複数の節４３が設けられていて、その管状部材４０に内挿されている片持ち梁部１０及び中間梁部２０の外周面にそれぞれ太く膨らんだ複数の節１３，２３が設けられていれば、接続部３０において片持ち梁部１０と中間梁部２０は軸方向への移動が規制されるので、その接続強度を高めることができる。

また、図７に示すように、片持ち梁部１０と中間梁部２０の端部を突き合わせた箇所に、片持ち梁部１０と中間梁部２０に跨って形成されている貫通孔３２に、接続継手である接続貫入部材３３を嵌め込んで、片持ち梁部１０と中間梁部２０を接続してもよい。なお、両側が太く形成されている接続貫入部材３３を用いた接続構造は「千切り継ぎ（チギリツギ）」と一般に称されている。
このように管状部材４０を用いない接続手法であれば、管状部材４０を用いた接続部３０よりも小径な接続部にすることができる。

また、梁構造体９０の構造や構成は、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図８（ａ）に示すように、片持ち梁部１０よりも径が太く、片持ち梁部１０を内挿可能なサイズの鋼管からなる中間梁部２０を備えた梁構造体９０であってもよい。
具体的には、中間梁部２０の両端部２１に、対を成す片持ち梁部１０の端部１１が嵌入されて固定された構造を有する梁構造体９０であってもよい。なお、中間梁部２０と片持ち梁部１０とが重なっている部分が接続部として機能している。
このような梁構造体９０であっても、主桁２の剛性を高めることができる。

また、図８（ｂ）に示すように、片持ち梁部１０よりも径が細く、片持ち梁部１０に内挿されるサイズの鋼管からなる中間梁部２０を備えた梁構造体９０であってもよい。
具体的には、中間梁部２０の両端部２１が、対を成す片持ち梁部１０の端部１１に嵌入して固定された構造を有する梁構造体９０であってもよい。なお、中間梁部２０と片持ち梁部１０とが重なっている部分が接続部として機能している。
このような梁構造体９０であっても、主桁２の剛性を高めることができる。

以上のように、端横桁４と中間横桁５の間に梁構造体９０を設置して主桁２を補強することができる。
そして、この補強によって主桁２の剛性を向上させて、主桁２の固有周期を短くすることができるので、列車が軌道を走行することに伴う主桁２の共振を抑制することができ、主桁２に過剰な負荷がかかるのを防ぐことができる。

なお、以上の実施の形態においては、端横桁４と中間横桁５の間に梁構造体９０を設置して、桁の補強構造１００を構築したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数の中間横桁５が設けられている場合、それら中間横桁５の間にも梁構造体９０を設置すればよい。また、中間横桁５が設けられていない場合には、対を成す端横桁４の間に梁構造体９０を設置すればよい。
つまり、レール９の延在方向に連続して、各横桁（端横桁４、中間横桁５）間に梁構造体９０を設置するようにする。

また、以上の実施の形態においては、４本の主桁２の間に３体の梁構造体９０を設置して、桁の補強構造１００を構築したが、全ての主桁２間に梁構造体９０を設置しなくてもよい。
例えば、内側２本の主桁２の間に梁構造体９０を設置したり、外側の主桁２とその隣の主桁２の間に梁構造体９０を設置したりしてもよい。その場合でも、レール９の延在方向に連続して、各横桁間に梁構造体９０を設置するようにする。

また、上記実施形態では、桁の補強構造１００を構築する手順において、鋼管からなる管状部材４０をスライド移動させて所定箇所に取り付ける手法を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、鋼管を軸線に沿って縦割りしてなる一対の略半円型部材を、所定箇所で嵌め合わせるようにして管状部材４０を取り付けるようにしてもよい。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ 橋脚（支持構造物）
２ 主桁
３ 支承
４ 端横桁
５ 中間横桁
６ 床版
７ 路盤コンクリート
８ 軌道スラブ
９ レール
１０ 片持ち梁部
１０ａ 鋼管
１０ｂ アンカー
１０ｃ ベースプレート
１１ 端部
１２ フランジ部
１３ 節
２０ 中間梁部
２１ 端部
２２ フランジ部
２３ 節
３０ 接続部
３１ 棒状部材
３２ 貫通孔
３３ 接続貫入部材
４０ 管状部材
４３ 節
５０ 充填材
６０ 支持部材
９０ 梁構造体
１００ 桁の補強構造

Claims (6)

1. 対向配置された支持構造物の間に架け渡されている複数の主桁を補強する桁の補強構造であって、
   前記複数の主桁には、その複数の主桁と交差する方向に延在して隣り合う主桁同士を連結した横桁が少なくとも１対設けられており、
   両端部がそれぞれ前記横桁に繋がれている梁構造体が、前記１対の横桁の間に設置されており、
   前記梁構造体は、
   前記１対の横桁にそれぞれ固設されている、対向する横桁に向けて端部を突き出した片持ち梁部と、
   一方の片持ち梁部の端部に一端部を突き合わせ、他方の片持ち梁部の端部に他端部を突き合わせて配設された中間梁部と、
   前記片持ち梁部と前記中間梁部の端部同士をそれぞれ接続した接続部と、
   を備え、
   前記接続部は、
   前記片持ち梁部と前記中間梁部の端部を内挿している管状部材と、
   前記片持ち梁部及び前記中間梁部と前記管状部材の間に充填された充填材と、を有することを特徴とする桁の補強構造。
2. 前記片持ち梁部及び前記中間梁部と前記管状部材の間に挿通されて、一端側が前記片持ち梁部に固定され、他端側が前記中間梁部に固定されている棒状部材を有することを特徴とする請求項１に記載の桁の補強構造。
3. 前記管状部材の内周面には、一部が狭く括れた複数の節が設けられ、前記管状部材に内挿されている前記片持ち梁部及び前記中間梁部の外周面には、一部が太く膨らんだ複数の節が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の桁の補強構造。
4. 前記片持ち梁部と前記中間梁部の端部は、それぞれ先太りする形状を有していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の桁の補強構造。
5. 前記主桁と前記梁構造体を接続した支持部材を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の桁の補強構造。
6. 前記主桁の上に固定された床版を備え、
   前記床版と前記梁構造体を接続した支持部材を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の桁の補強構造。

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