JP6705336B2 - 鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法、鋼床版の製造方法、および内面押圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼床版の疲労亀裂発生を抑制する方法、疲労亀裂の発生が抑制された鋼床版を製造する方法、およびＵリブの内面を押圧する内面押圧装置に関する。

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、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の長さ方向を前後方向ともいい、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。図２は、鋼床版２の一部を斜め下方から見た図である。なお、図２においても、図１と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を示している。

図１および図２を参照して、鋼床版２は、デッキプレート３と、複数の主桁４（図１参照）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。

図１を参照して、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、例えばＩ字形状を有している。主桁４は、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。

図１および図２を参照して、横リブ５は、Ｘ−Ｚ平面に平行な断面において、例えば逆Ｔ字形状を有している。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。

図２を参照して、横リブ５は、上下方向に延びる板状のウェブ５ａと、ウェブ５ａの下端から前後方向に延びる板状のフランジ５ｂとを有している。ウェブ５ａ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。

ウェブ５ａの上端部には、複数の凹部５ｃが設けられている。各凹部５ｃは、上方に向かって（デッキプレート３に向かって）開口するように形成されている。これにより、デッキプレート３とウェブ５ａとの間に、縦リブ６を通すための孔が形成されている。

図１および図２を参照して、縦リブ６は、デッキプレート３側が開口するように開断面形状（Ｕ字形状）を有するＵリブである。以下、縦リブ６を、Ｕリブ６という。具体的には、Ｕ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。Ｕ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。Ｕリブ６の外周面は、横リブ５のウェブ５ａに溶接されている。

図１を参照して、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Ｕ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３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３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、Ｕ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、曲げ応力が発生したり、引張および圧縮の変動応力が発生したりする。これらの応力の内、鋼床版の幅方向に生じる引張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、Ｕ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の強度低下を抑制しやすい。

一方、ルート部１４は、Ｕ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Ｕ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、Ｕ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抑制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。

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、Ｕ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疲労亀裂が発生すること、およびルート部に疲労亀裂が発生した場合にその疲労亀裂が進展すること、を抑制するのに適した、方法および装置を提供することを目的としている。

（１）本発明の一実施形態に係る疲労亀裂発生抑制方法は、デッキプレートと、前記デッキプレートの下面に溶接された板厚Ｔのウェブを有する横リブと、前記ウェブを貫通して延びかつ一対の側壁部が前記デッキプレートおよび前記ウェブに溶接されたＵリブと、を有する鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法であって、
前記一対の側壁部が前記Ｕリブの外側に向かって変形するように、一対の押圧部材によって前記一対の側壁部を前記Ｕリブの内側から押圧する負荷工程と、
前記負荷工程において前記一対の押圧部材によって前記一対の側壁部に加えられた圧力を除く除荷工程とを備え、
前記Ｕリブの長さ方向を前後方向と定義し、前記一対の側壁部において、基準領域Ｒｂ、前記基準領域Ｒｂよりも後方の後方領域Ｒｒ、および前記基準領域Ｒｂよりも前方の前方領域Ｒｆを下記のように定義した場合に、
前記負荷工程は、前記一対の押圧部材が後方領域Ｒｒの少なくとも一部に接触しつつ前記一対の側壁部を押圧する後方負荷工程と、前記一対の押圧部材が前方領域Ｒｆの少なくとも一部に接触しつつ前記一対の側壁部を押圧する前方負荷工程とを含み、
前記後方負荷工程および前記前方負荷工程において、前記一対の押圧部材は、基準領域Ｒｂに接触しないように前記一対の側壁部を押圧する。
基準領域Ｒｂ：前記ウェブの板厚中心線から後方に０．５Ｔの位置よりも前方でかつ前記板厚中心線から前方に０．５Ｔの位置よりも後方の領域。
後方領域Ｒｒ：前記板厚中心線から後方に０．５Ｔの位置よりも後方でかつ前記板厚中心線から後方に２．５Ｔの位置よりも前方の領域。
前方領域Ｒｆ：前記板厚中心線から前方に０．５Ｔの位置よりも前方でかつ前記板厚中心線から前方に２．５Ｔの位置よりも後方の領域。

（２）前記負荷工程では、前記一対の押圧部材は、前記一対の側壁部を押圧するように前記Ｕリブの前記長さ方向に直交する方向に移動し、
前記除荷工程では、前記一対の押圧部材は、前記一対の側壁部から離れるように前記Ｕリブの前記長さ方向に直交する方向に移動してもよい。

（３）前記負荷工程および前記除荷工程は、前記一対の押圧部材を前記Ｕリブの前記長さ方向に移動させて繰り返し実行されてもよい。

（４）本発明の他の実施形態に係る鋼床版の製造方法は、デッキプレートと、前記デッキプレートの下面に溶接された板厚Ｔのウェブを有する横リブと、前記ウェブを貫通して延びかつ一対の側壁部が前記デッキプレートおよび前記ウェブに溶接されたＵリブと、を備えた基材に対して、上記の疲労亀裂発生抑制方法を実施する工程を含む。

（５）本発明の他の実施形態に係る内面押圧装置は、疲労亀裂発生抑制方法を実施するために、前記Ｕリブの内側に配置されて使用される内面押圧装置であって、
本体部と、
前記本体部が前記Ｕリブの前記長さ方向に移動できるように前記本体部を支持する支持部と、
前記本体部に対して移動可能に該本体部に支持される前記一対の押圧部材と、
前記一対の押圧部材が前記Ｕリブの一対の側壁部を前記Ｕリブの外側に向かって押圧するように、前記一対の押圧部材を移動させる駆動機構とを備える。

本発明によれば、Ｕリブおよび横リブを有する鋼床版において、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、鋼床版の一部を斜め下方から見た図である。 図３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４は、本発明の一実施形態に係る疲労亀裂発生抑制方法の基本動作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疲労亀裂発生抑制方法の基本動作を説明するための図である。 図６は、本実施形態に係る抑制方法の基本動作による作用効果を説明するための図である。 図７は、横リブ、一対の側壁部および一対の押圧部材の位置関係を示す平面図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る内面押圧装置の概略構成を示す平面図である。 図９は、押圧装置の使用例を説明するための図である。 図１０は、実験で用いた鋼床版を示す図である。 図１１は、除荷工程後のルート部に発生している応力を示す図である。 図１２は、疲労試験の結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳しく説明する。なお、本明細書において疲労亀裂発生抑制とは、疲労亀裂が新たに発生することを抑制するだけではなく、すでに存在している疲労亀裂がさらに進展して拡大することを抑制することも意味する。

（疲労亀裂発生抑制方法の基本動作）
まず、本発明の一実施形態に係る疲労亀裂発生抑制方法の基本動作について説明する。図４および図５は、本発明の一実施形態に係る疲労亀裂発生抑制方法の基本動作を説明するための図である。以下においては、図１〜図３に示した鋼床版２において、本実施形態に係る疲労亀裂発生抑制方法（以下、単に抑制方法ともいう。）を適用する場合について説明する。本発明が適用される鋼床版２において、デッキプレート３の厚みは、例えば、１２〜１６ｍｍであり、Ｕリブ６の厚みは、例えば、３〜１２ｍｍである。

なお、本実施形態に係る抑制方法は、橋梁１の構成要素として用いられる前の鋼床版２に対して実施してもよく、橋梁１の構成要素として用いられている状態の鋼床版２に対して実施してもよい。また、本実施形態に係る抑制方法は、主桁４が設けられていない鋼床版に対して実施してもよく、主桁４が設けられた状態の鋼床版に対して実施してもよい。以下においては、橋梁１の構成要素として用いられる前で、かつ主桁４が設けられていない状態の鋼床版２に対して本実施形態に係る抑制方法を実施する場合について説明する。

図４および図５においては、横リブ５の図示は省略しているが、本実施形態に係る抑制方法は、横リブ５が設けられた状態の鋼床版２に対して実施される。以下の説明では、上下方向およびＵリブ６の長さ方向に対して垂直な方向をＵリブ６の幅方向とする。図４においては、左右方向がＵリブ６の幅方向になる。

図４を参照して、本実施形態では、例えば、デッキプレート３が下になりかつＵ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上に鋼床版２を置く。

次に、Ｕリブ６内に一対の押圧部材１６を配置する。押圧部材１６は、断面円弧状の曲面部１６ａを有する。Ｕリブ６の長さ方向に垂直な断面において、曲面部１６ａの曲率半径は、例えば、５〜８０ｍｍに設定される。

本実施形態では、押圧部材１６は、Ｕリブ６の長さ方向に延びるように設けられている。より具体的には、Ｕリブ６の長さ方向における曲面部１６ａの長さは、例えば、側壁部６ｂ，６ｃの厚みｔの４〜５０倍に設定される。一方の押圧部材１６の曲面部１６ａは、側壁部６ｂの内面に対向するように設けられ、他方の押圧部材１６の曲面部１６ａは、側壁部６ｃの内面に対向するように設けられている。押圧部材１６は、左右方向に移動可能に設けられており、図示しない駆動機構によって駆動されることによって左右方向に移動する。

本実施形態では、曲面部１６ａの曲率中心１６ｂとデッキプレート３の裏面３ｂとの距離ｄ１は、例えば、側壁部６ｂ，６ｃの厚みｔの１．５倍以上に設定され、好ましくは２倍以上に設定され、より好ましくは３倍以上に設定される。また、距離ｄ１は、例えば、側壁部６ｂ，６ｃの厚みｔの７倍以下に設定され、好ましくは５倍以下に設定され、より好ましくは４倍以下に設定される。なお、距離ｄ１は、デッキプレート３の厚み方向（図４では上下方向）における長さである。また、厚みｔは、例えば、側壁部６ｂ，６ｃの平均の厚みとして算出される。

次に、図４および図５（ａ）を参照して、一対の押圧部材１６をＵリブ６の外側に向かって移動させて、側壁部６ｂ，６ｃの内面に接触させる。なお、図４を参照して、本実施形態では、側壁部６ｂ，６ｃは、デッキプレート３から離れるほど互いの間隔が狭くなるように、デッキプレート３に対して傾斜している。このため、図５（ａ）を参照して、一方の押圧部材１６の曲面部１６ａと側壁部６ｂとの接触部１７は、曲率中心１６ｂよりも上方に位置する。説明は省略するが、他方の押圧部材１６も同様に側壁部６ｃに接触する。なお、以下においては、側壁部６ｂと一方の押圧部材１６との関係について説明するが、側壁部６ｃと他方の押圧部材１６との関係も同様である。

次に、図５（ｂ）に示すように、押圧部材１６をＵリブ６の外側に向かって移動させる（負荷工程）。これにより、Ｕリブ６の内側から側壁部６ｂに対して圧力が加えられる。その結果、側壁部６ｂは、Ｕリブ６の外側に向かって膨らむように変形する。なお、負荷工程における押圧部材１６の移動距離ｄ２は、例えば、０．０５〜１０ｍｍに設定される。本実施形態では、負荷工程において、例えば、ルート部１４の近傍を塑性変形させるように、側壁部６ｂに圧力を加える。

次に、図５（ｃ）を参照して、押圧部材１６を側壁部６ｂから離れるように移動させる（除荷工程）。これにより、負荷工程で側壁部６ｂに加えられた圧力が除かれる。その結果、側壁部６ｂは、負荷工程前の側壁部６ｂの形状に戻るように変形する。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は、負荷工程前の側壁部６ｂの形状に完全には戻らない。

ここで、Ｕリブ６の長さ方向に垂直な断面において、負荷工程前の側壁部６ｂの位置と除荷工程後の側壁部６ｂの位置との左右方向における距離を残留変位量とする。本実施形態では、Ｕリブ６の長さ方向に垂直な断面において、負荷工程前の側壁部６ｂの外面（または内面）の任意の位置と除荷工程後の側壁部６ｂの外面（または内面）の任意の位置との左右方向における距離を残留変位量とする。図５（ｃ）においては、裏面３ｂからデッキプレート３の厚み方向に距離ｄ１離れた位置における残留変位量が、距離ｄ３（以下、残留変位量ｄ３という。）として示されている。本実施形態では、残留変位量ｄ３が０．０１〜３ｍｍになるように、負荷工程および除荷工程が実行される。負荷工程および除荷工程は、同一の部分に対して、１回実施されてもよく、２回以上実施されてもよい。すなわち、残留変位量ｄ３が０．０１〜３ｍｍの範囲の値になるまで、負荷工程および除荷工程を繰り返し実行してもよい。なお、Ｕリブ６の形状および断面係数、ならびに横リブ５の面外座屈の抑制等を考慮して、残留変位量ｄ３の目標値は適宜設定される。残留変位量ｄ３を精度よく測定することが好ましく、残留変位量ｄ３は０．１ｍｍ以上であることが好ましい。残留変位量ｄ３は、例えば、ダイヤルゲージやレーザー変位計を用いて測定できる。

（疲労亀裂発生抑制方法の基本動作による効果）

以下、本実施形態に係る抑制方法の基本動作による作用効果について説明する。図６は、本実施形態に係る抑制方法の基本動作による作用効果を説明するための図である。

図６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、Ｕ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Ｕ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、Ｕ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Ｕリブ６の内側に向かって押し付けられる。すなわち、いわゆるスプリングバックの効果が生じる。これにより、ルート部１４近傍に圧縮方向の力を加えることができる。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。これにより、例えば、鋼床版２に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防止することができる。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、その亀裂先端の引張残留応力を低減できる、または亀裂先端に圧縮残留応力を発生させることができるので、疲労亀裂が進展することを抑制することができる。

また、本実施形態では、デッキプレート３に直接力を加える必要がない。これにより、デッキプレート３の変形および損傷を防止できる。

本実施形態では、曲面部１６ａを有する押圧部材１６によって、側壁部６ｂ，６ｃに圧力が加えられる。この場合、Ｕリブ６の内面が損傷することを抑制できる。

（疲労亀裂発生抑制方法の実施位置）
上述したように、本実施形態に係る抑制方法は、横リブ５を有する鋼床版２に対して実施される。本発明者らの種々の検討の結果、横リブ５の周辺の適切な位置において本実施形態に係る抑制方法を実施することによって、押圧部材１６の押圧力を大きくすることなく、横リブ５の周辺において、上述のスプリングバックの効果を適切に得られることが分かった。以下、具体的に説明する。

図７は、横リブ５、一対の側壁部６ｂ，６ｃおよび一対の押圧部材１６の位置関係を示す平面図である。なお、以下の説明では、Ｕリブ６の長さ方向を、前後方向とする。

図７を参照して、本実施形態では、一対の押圧部材１６のＵリブ６の長さ方向への移動と、上述の負荷工程および除荷工程がそれぞれ繰り返し間欠的に実行される。ここで、本発明者らが疲労亀裂発生抑制方法について検討を進める中で、横リブ５とＵリブ６とが交差する部分においてスプリングバックの効果を十分に得るためには、大きな力で一対の側壁部６ｂ，６ｃを押圧しなければならないことが分かった。これは、上記交差する部分では、一対の側壁部６ｂ，６ｃの変形が横リブ５によって抑制されるからである。

しかしながら、上記交差する部分において大きな力で一対の側壁部６ｂ，６ｃを押圧するためには、大きな力で一対の押圧部材１６を駆動する必要がある。この場合、一対の押圧部材１６を駆動するための装置が大型化し、好ましくない。

そこで、本実施形態では、まず、図７に示すように、一対の側壁部６ｂ，６ｃにおいて、基準領域Ｒｂ、後方領域Ｒｒ、および前方領域Ｒｆを定義した。具体的には、一対の側壁部６ｂ，６ｃにおいて、ウェブ５ａの板厚中心線Ｃから後方に０．５Ｔ（Ｔはウェブ５ａの板厚）の位置Ｐ１よりも前方でかつ板厚中心線Ｃから前方に０．５Ｔの位置Ｐ２よりも後方の領域を、基準領域Ｒｂと定義した。言い換えると、一対の側壁部６ｂ，６ｃのうち、ウェブ５ａと交差する領域を、基準領域Ｒｂと定義した。また、一対の側壁部６ｂ，６ｃにおいて、板厚中心線Ｃから後方に０．５Ｔの位置Ｐ１よりも後方でかつ板厚中心線Ｃから後方に２．５Ｔの位置Ｐ３よりも前方の領域を、後方領域Ｒｒと定義した。さらに、一対の側壁部６ｂ，６ｃにおいて、板厚中心線Ｃから前方に０．５Ｔの位置Ｐ２よりも前方でかつ板厚中心線Ｃから前方に２．５Ｔの位置Ｐ４よりも後方の領域を、前方領域Ｒｆと定義した。

本実施形態では、後方領域Ｒｒにおいて上述の負荷工程および除荷工程を実施するとともに、前方領域Ｒｆにおいて上述の負荷工程および除荷工程を実施する。なお、以下においては、後方領域Ｒｒにおいて実行される負荷工程を、後方負荷工程といい、前方領域Ｒｆにおいて実行される負荷工程を、前方負荷工程という。

後方負荷工程では、一対の押圧部材１６がそれぞれ後方領域Ｒｒの少なくとも一部に接触しつつ一対の側壁部６ｂ，６ｃを押圧する。また、前方負荷工程では、一対の押圧部材１６がそれぞれ前方領域Ｒｆの少なくとも一部に接触しつつ一対の側壁部６ｂ，６ｃを押圧する。ただし、後方負荷工程および前方負荷工程において、一対の押圧部材１６は、基準領域Ｒｂに接触しないように一対の側壁部６ｂ，６ｃを押圧する。

上記のように、本実施形態では、後方負荷工程および前方負荷工程において、一対の押圧部材１６は、一対の側壁部６ｂ，６ｃのうち横リブ５と交差する部分（すなわち、基準領域Ｒｂ）を押圧しない。この場合、小さな力で、一対の側壁部６ｂ，６ｃを十分に変形させることができる。それにより、一対の側壁部６ｂ，６ｃのうち、基準領域Ｒｂの前後の領域（後方領域Ｒｒおよび前方領域Ｒｆ）において、小さな押圧力で、スプリングバックの効果を十分に得ることができる。

なお、後方負荷工程および前方負荷工程において基準領域Ｒｂは押圧されないので、基準領域Ｒｂにおいてはスプリングバックの効果を十分に得られない場合がある。しかしながら、上記のように、基準領域Ｒｂの前後の領域（後方領域Ｒｒおよび前方領域Ｒｆ）においてスプリングバックの効果を十分に得ることができる。このため、仮に、基準領域Ｒｂにおいて亀裂が発生したとしても、その亀裂の進展を、後方領域Ｒｒおよび前方領域Ｒｆにおいて十分に抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、横リブ５の周辺のルート部１４において疲労亀裂が発生すること、または疲労亀裂が進展することを、小さな押圧力で十分に抑制することができる。

なお、後方負荷工程が実施される前または後に、一対の押圧部材１６によって基準領域Ｒｂを押圧するように負荷工程を実施してもよい。この場合、大きな力で基準領域Ｒｂを押圧する必要はない。同様に、前方負荷工程が実施される前または後に、一対の押圧部材１６によって基準領域Ｒｂを押圧するように負荷工程を実施してもよい。一方、後方負荷工程が実施される前または後、並びに、前方負荷工程が実施される前または後に、一対の押圧部材１６によって基準領域Ｒｂを押圧しないことが好ましい。疲労亀裂発生抑制方法に必要となる手間が増えるからである。

（内面押圧装置の説明）
次に、上述の抑制方法を実施する際に使用される内面押圧装置について説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る内面押圧装置（以下、押圧装置と略記する。）２０の概略構成を示す平面図である。

図８参照して、押圧装置２０は、本体部２２、車輪２４ａ〜２４ｄ、車軸２６ａ，２６ｂ、駆動機構２８，３０、移動量検出部３２ａ,３２ｂ、荷重検出部３４ａ，３４ｂ、距離検出部３６、撮像装置３７、通信部３８、および上述の一対の押圧部材１６を備えている。

本実施形態では、本体部２２は、駆動機構２８，３０、移動量検出部３２ａ，３２ｂ、荷重検出部３４ａ，３４ｂ、距離検出部３６および通信部３８を収容している。車輪２４ａ，２４ｂは、車軸２６ａを介して、本体部２２に回転可能に支持されている。車輪２４ｃ，２４ｄは、車軸２６ｂを介して、本体部２２に回転可能に支持されている。本実施形態では、車輪２４ａ〜２４ｄは、磁石を含む。本実施形態では、車輪２４ａ〜２４ｄおよび車軸２６ａ,２６ｂが、本体部２２を支持する支持部に相当する。

駆動機構２８は、例えば電動モータを含み、車軸２６ａを介して車輪２４ａ，２４ｂを回転駆動する。これにより、押圧装置２０が移動する。なお、図８に示すように、以下においては、押圧装置２０が移動する方向を前後方向とする。また、該前後方向を基準として、左右方向を規定する。

一対の押圧部材１６は、本体部２２の前後方向における中央部において、左右方向に移動可能に本体部２２に支持されている。駆動機構３０は、例えば、油圧によって一対の押圧部材１６を左右方向に移動させる。

移動量検出部３２ａは、一方の押圧部材１６の移動量を検出し、移動量検出部３２ｂは、他方の押圧部材１６の移動量を検出する。移動量検出部３２ａ，３２ｂの検出結果は、距離検出部３６へ出力される。なお、移動量検出部３２ａ，３２ｂとしては、例えば、公知の変位センサを用いることができる。したがって、移動量検出部３２ａ，３２ｂの詳細な説明は省略する。

荷重検出部３４ａは、一方の押圧部材１６にかかる荷重を検出し、荷重検出部３４ｂは、他方の押圧部材１６にかかる荷重を検出する。荷重検出部３４ａ，３４ｂの検出結果は、距離検出部３６へ出力される。なお、荷重検出部３４ａ，３４ｂとしては、例えば、公知の荷重センサを用いることができる。したがって、荷重検出部３４ａ，３４ｂの詳細な説明は省略する。

距離検出部３６は、後述するように、移動量検出部３２ａ,３２ｂおよび荷重検出部３４ａ,３４ｂの検出結果に基づいて、Ｕリブ６の側壁部６ｂ,６ｃの残留変位量を検出する。距離検出部３６の検出結果は、通信部３８へ出力される。

撮像装置３７は、Ｕリブ６内を撮影し、画像データを通信部３８へ出力する。通信部３８は、図示しない遠隔操作装置との間でデータを送受信する。

本実施形態では、例えば、押圧装置２０の操縦者は、上記遠隔操作装置を介して押圧装置２０を操縦することができる。本実施形態では、例えば、操縦者の操作に基づいて、駆動機構２８,３０を制御するための制御信号が上記遠隔操作装置から出力され、該制御信号が通信部３８によって受信される。通信部３８は受信した制御信号を、駆動機構２８,３０へ出力する。これにより、駆動機構２８,３０が制御される。また、距離検出部３６の検出結果は、通信部３８を介して遠隔操作装置に送信される。これにより、押圧装置２０の操縦者は、遠隔操作装置に送信されてきた距離検出部３６の検出結果を参照して、押圧装置２０を操縦することができる。また、撮影装置３７によって撮影されたＵリブ６の内部の画像データは、通信部３８を解して遠隔操作装置に送信される。操縦者は、上記画像データを参照して、横リブ５の位置を把握することができる。これにより、上述の前方負荷工程および後方負荷工程を適切な位置で行うことができる。なお、詳細な説明は省略するが、例えば、Ｕリブ６内における横リブ５の位置と、押圧装置２０の移動距離との関係を押圧装置２０に予め記憶させておいて、押圧装置２０が所定の位置に移動した際に上述の前方負荷工程および後方負荷工程を行うようにしてもよい。

図９は、押圧装置２０の使用例を説明するための図である。図９を参照して、押圧装置２０を使用する際には、押圧装置２０をＵリブ６の内側に配置する。上述したように、本実施形態では、車輪２４ａ〜２４ｄは磁石を含む。このため、デッキプレート３が上でかつ底壁部６ａが下になった状態で、デッキプレート３の裏面３ｂに、磁力によって車輪２４ａ〜２４ｄをくっつけることができる。例えば、鋼床版２（図１参照）が橋梁１（図１参照）の構成部材として利用されている状態で、デッキプレート３の裏面３ｂに、車輪２４ａ〜２４ｄをくっつけることができる。また、上述したように、押圧装置２０は、前後方向に移動できる。これにより、押圧装置２０は、Ｕリブ６の内側において、Ｕリブ６の長さ方向に移動することができる。

上記のように押圧装置２０を配置した後、一対の押圧部材１６を左右方向に移動させて、上述の負荷工程および除荷工程を実行する。その後、押圧装置２０を前進させて、負荷工程および除荷工程を実行する。上記の動作を繰り返すことによって、Ｕリブ６の長さ方向の全体に亘って、上述の負荷工程および除荷工程を実行することができる。

押圧装置２０においては、以下のようにして、側壁部の残留変位量を検出することができる。なお、以下においては、側壁部６ｂの残留変位量の検出方法について説明するが、側壁部６ｃの残留変位量の検出方法も同様である。

図９を参照して、まず、負荷工程において、押圧部材１６を基準位置（ゼロ点）から側壁部６ｂ側に移動させることによって、曲面部１６ａが側壁部６ｂに接触する。曲面部１６ａが側壁部６ｂに接触することによって、押圧部材１６にかかる荷重が増加する。このため、距離検出部３６は、荷重検出部３４ａの検出結果に基づいて、曲面部１６ａが側壁部６ｂに接触したことを検知できる。また、距離検出部３６は、移動量検出部３２ａの検出結果に基づいて、曲面部１６ａが側壁部６ｂに接触したときの押圧部材１６の移動量（基準位置からの移動量）を検出することができる。以下、曲面部１６ａが側壁部６ｂに接触したときの押圧部材１６の移動量を第１移動量という。

次に、除荷工程において、押圧部材１６を本体部２２側に移動させることによって、曲面部１６ａが側壁部６ｂから離れる。曲面部１６ａが側壁部６ｂから離れることによって、押圧部材１６にかかる荷重が減少する。このため、距離検出部３６は、荷重検出部３４ａの検出結果に基づいて、曲面部１６ａが側壁部６ｂから離れたことを検知できる。また、距離検出部３６は、移動量検出部３２ａの検出結果に基づいて、曲面部１６ａが側壁部６ｂから離れたときの押圧部材１６の移動量を検出することができる。以下、曲面部１６ａが側壁部６ｂから離れたときの押圧部材１６の移動量（基準位置からの移動量）を第２移動量という。

最後に、距離検出部３６は、上記のようにして検出した第１移動量と第２移動量との差を求める。これにより、距離検出部３６は、上記負荷工程前の側壁部６ｂの位置と上記除荷工程後の側壁部６ｂの位置との距離（本実施形態では、デッキプレート３の裏面３ｂに平行な方向における距離）を検出することができる。すなわち、本実施形態では、距離検出部３６は、上記のようにして検出した第１移動量と第２移動量との差を算出することによって、側壁部６ｂの残留変位量を求めることができる。具体的には、距離検出部３６は、第２移動量から第１移動量を減算することによって、側壁部６ｂの残留変位量を求めることができる。

（鋼床版の製造方法）
上述の疲労亀裂発生抑制方法は、鋼床版を製造する際にも利用できる。具体的には、まず、デッキプレートに、横リブおよびＵリブが溶接された構成を有する基材を準備する。基材としては、例えば、上述の抑制方法を実施する前の鋼床版２（図２参照）を用いることができる。したがって、基材は、従来の鋼床版を製造する際に利用される公知の製造方法によって製造することができる。基材を準備した後、その基材に対して、上述の疲労亀裂発生抑制方法を実施する。これにより、疲労亀裂の発生および進展が抑制された鋼床版を製造することができる。

（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。シミュレーションでは、図１０に示す寸法・形状の鋼床版（以下、仮想鋼床版という。）を想定して、ＦＥＭ解析モデルを作成した。図１０に示す仮想鋼床版は、デッキプレートに相当する板材に３つのＵリブを溶接した構成とした。また、仮想鋼床版では、Ｕリブの長さ方向における中央部に、横リブのウェブに相当する板材（厚さ：９ｍｍ）を溶接した構成とした。図１０に示す寸法の単位は、「ｍｍ」である。

なお、ＦＥＭ解析では、図１０に示す仮想鋼床版の１／４対称モデルを解析モデルとして使用し、８節点６面体要素要素を用いて解析を行った。使用鋼材の応力ひずみ関係は、ＳＭ４９０Ｂのデータを用いた。また、ヤング率は２０６ＧＰａ、ポアソン比は０．３とし、硬化則は等方硬化を用いた。

また、ＦＥＭ解析では、さらに、上述の一対の押圧部材１６に相当する解析モデルを作成し、Ｕリブの側壁部に対して負荷工程および除荷工程を実施した。押圧部材の曲面部（図４の曲面部１６ａ参照）の曲率半径は、３５ｍｍとし、長さは（Ｕリブの長さ方向における長さ）は、５０ｍｍとした。ＦＥＭ解析では、横リブのウェブの板厚中心線と押圧部材との距離（図７の距離Ｌ参照）を段階的に変化させて、負荷工程および除荷工程を行い、負荷工程における押し込み荷重、および除荷工程後のルート部の残留応力を算出した。なお、負荷工程時の押圧部材の押し込み量は、１．２ｍｍとした。下記の表１に、解析条件および解析結果（押し込み荷重）を示す。なお、上述したように、解析モデルにおいてウェブの板厚（図７の板厚Ｔ参照）は９ｍｍであるので、解析Ｎｏ．３〜５の距離Ｌはそれぞれ、０．５Ｔ（４．５ｍｍ）、１．０Ｔ（９．０ｍｍ）、および１．５Ｔ（１３．５ｍｍ）に相当する。したがって、解析Ｎｏ．３〜５における負荷工程は、上述の前方負荷工程に相当する。一方、解析Ｎｏ．１および２では、負荷工程において、押圧部材は、ウェブの板厚中心線から前方に０．５Ｔ以内の領域を押圧している。すなわち、解析Ｎｏ．１および２では、押圧部材が、側壁部の基準領域（図７の基準領域Ｒｂ参照）を押圧している。

表１に示すように、側壁部の基準領域を押圧した解析Ｎｏ．１および２に比べて、基準領域を押圧していない解析Ｎｏ．３〜６では、押し込み荷重を十分に低減できた。この結果から、本発明の実施の形態に係る抑制方法によれば、小さな力で、一対の側壁部を変形させることが可能であることがわかる。

図１１は、除荷工程後のルート部１４に発生している応力を示す図である。図１１において縦軸は、Ｕリブの幅方向に生じる応力を示し、正の値は引張応力を示し、負の値は圧縮応力を示す。また、図１１において横軸は、Ｕリブの長さ方向における、ウェブの板厚中心線からの距離を示す。図１１に示すように、解析Ｎｏ．３〜６では、横リブと交差する部分（基準領域：ウェブの板厚中心線から４．５ｍｍ以内の領域）において、側壁部の変形量が減少するため、上記交差する部分の近傍において、十分な圧縮応力を発生できていない。しかし、ウェブの板厚中心線から２０ｍｍ程度離れた位置においては、十分な圧縮応力を発生させることができた。特に、上述の実施形態の前方負荷工程に相当する負荷工程を実施した解析Ｎｏ．３〜５では、引張残留応力が発生する領域を十分に狭くすることができた。これにより、横リブ周辺のルート部において仮に疲労亀裂が発生したとしても、その疲労亀裂の進展を、圧縮応力によって十分に抑制することができることがわかる。

実施例では、図１０に示した仮想鋼床版を作成し、上述の負荷工程および除荷工程を実施して、疲労寿命を測定した。押圧部材による一対の側壁部の押圧位置は、上述の解析Ｎｏ．３と同様の位置とした。押圧部材の押圧面の曲率半径は、３５ｍｍとし、油圧ジャッキを用いて負荷工程を実施した。一対の押圧部材の押し込み量は、１．８ｍｍとし、側壁部の残留変位量は、約１．１ｍｍであった。また、比較例として、図１０に示した仮想鋼床版に対して、上述の負荷工程および除荷工程を実施せずに、疲労寿命を測定した。疲労試験では、デッキプレートの上面（より具体的には、Ｕリブの中央部の上方）に大型車のシングルタイヤを想定した２００×２００ｍｍのゴム板(４０ｍｍ厚)を設置し、軸荷重を載荷した。また、疲労試験では、デッキプレートの下面において、Ｕリブとの交点から５ｍｍの位置（Ｕリブの内側の位置：２箇所）にひずみゲージ(ゲージ長：１ｍｍ)を貼付け、載荷中のひずみ振幅を測定した。疲労寿命の判定には、軸荷重の載荷開始後、ひずみ振幅が１０％低下した際の繰返し数を用いた。図１２に、疲労試験の結果を示す。

図１２に示す結果から、本発明の実施形態に係る負荷工程および除荷工程を実施した仮想鋼床版では、疲労寿命が十分に向上したことがわかる。

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、Ｕ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 Ｕ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
１６ 押圧部材

Claims (5)

1. デッキプレートと、前記デッキプレートの下面に溶接された板厚Ｔのウェブを有する横リブと、前記ウェブを貫通して延びかつ一対の側壁部が前記デッキプレートおよび前記ウェブに溶接されたＵリブと、を有する鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法であって、
   前記一対の側壁部が前記Ｕリブの外側に向かって変形するように、一対の押圧部材によって前記一対の側壁部を前記Ｕリブの内側から押圧する負荷工程と、
   前記負荷工程において前記一対の押圧部材によって前記一対の側壁部に加えられた圧力を除く除荷工程とを備え、
   前記Ｕリブの長さ方向を前後方向と定義し、前記一対の側壁部において、基準領域Ｒｂ、前記基準領域Ｒｂよりも後方の後方領域Ｒｒ、および前記基準領域Ｒｂよりも前方の前方領域Ｒｆを下記のように定義した場合に、
   前記負荷工程は、前記一対の押圧部材が後方領域Ｒｒの少なくとも一部に接触しつつ前記一対の側壁部を押圧する後方負荷工程と、前記一対の押圧部材が前方領域Ｒｆの少なくとも一部に接触しつつ前記一対の側壁部を押圧する前方負荷工程とを含み、
   前記後方負荷工程および前記前方負荷工程において、前記一対の押圧部材は、基準領域Ｒｂに接触しないように前記一対の側壁部を押圧する、疲労亀裂発生抑制方法。
   基準領域Ｒｂ：前記ウェブの板厚中心線から後方に０．５Ｔの位置よりも前方でかつ前記板厚中心線から前方に０．５Ｔの位置よりも後方の領域。
   後方領域Ｒｒ：前記板厚中心線から後方に０．５Ｔの位置よりも後方でかつ前記板厚中心線から後方に２．５Ｔの位置よりも前方の領域。
   前方領域Ｒｆ：前記板厚中心線から前方に０．５Ｔの位置よりも前方でかつ前記板厚中心線から前方に２．５Ｔの位置よりも後方の領域。
2. 前記負荷工程では、前記一対の押圧部材は、前記一対の側壁部を押圧するように前記Ｕリブの前記長さ方向に直交する方向に移動し、
   前記除荷工程では、前記一対の押圧部材は、前記一対の側壁部から離れるように前記Ｕリブの前記長さ方向に直交する方向に移動する、請求項１に記載の疲労亀裂発生抑制方法。
3. 前記負荷工程および前記除荷工程は、前記一対の押圧部材を前記Ｕリブの前記長さ方向に移動させて繰り返し実行される、請求項１または２に記載の疲労亀裂発生抑制方法。
4. デッキプレートと、前記デッキプレートの下面に溶接された板厚Ｔのウェブを有する横リブと、前記ウェブを貫通して延びかつ一対の側壁部が前記デッキプレートおよび前記ウェブに溶接されたＵリブと、を備えた基材に対して、請求項１から３のいずれかに記載の疲労亀裂発生抑制方法を実施する工程を含む、鋼床版の製造方法。
5. 請求項１から３のいずれかに記載の疲労亀裂発生抑制方法を実施するために、前記Ｕリブの内側に配置されて使用される内面押圧装置であって、
   本体部と、
   前記本体部が前記Ｕリブの前記長さ方向に移動できるように前記本体部を支持する支持部と、
   前記本体部に対して移動可能に該本体部に支持される前記一対の押圧部材と、
   前記一対の押圧部材が前記Ｕリブの一対の側壁部を前記Ｕリブの外側に向かって押圧するように、前記一対の押圧部材を移動させる駆動機構とを備える、内面押圧装置。

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