JP6838539B2 - 鋼桁橋 - Google Patents

Description

本発明は、鋼桁橋に関するものである。

鋼桁橋等の鋼構造物に関して、超高層ビルや物流倉庫における鉄骨部材断面の大型化に伴い、Ｈ形断面の鉄骨梁において高強度の鋼材が使用されるケースが増加している。

例えば、降伏強度の異なるフランジとウェブとを接合させて形成されたＨ形断面の鉄骨梁として、特許文献１、２に開示されるハイブリッドＨ形鋼が提案されている。

特許文献１に開示されたハイブリッドＨ形鋼は、図１３に示すように、フランジ８２を軟鋼とするとともに、ウェブ８１を高張力鋼としたものである。このハイブリッドＨ形鋼は、大きな荷重が作用し、フランジ８２が降伏し始めた後も、ウェブ８１が弾性範囲内にあることで、フランジ８２の局部変形が拘束されるというものである。

特許文献２に開示されたハイブリッドＨ形鋼９１は、図１４に示すように、降伏強度ｆ１のＴ形鋼９２と降伏強度ｆ２のウェブ板９３とを溶接Ｗにより接合して形成される桁高ＬのハイブリッドＨ形鋼であり、ｆ１＞ｆ２となるものである。このハイブリッドＨ形鋼９１は、Ｔ形鋼９２の高さＬ１が、Ｌ１≧（ｆ１−ｆ２）×Ｌ／（２×ｆ１）となるように設定されることで、フランジ９５が降伏する前にウェブ９６に降伏が生じないようにするというものである。なお、Ｔ形鋼９２には、圧延Ｔ形鋼又はカットＴ形鋼が用いられる。

また、塗り替えなどの保守点検作業を極力少なくし得る橋梁として、異種鋼材を組み合わせた断面を有する鋼橋構造が特許文献３に開示されている。

特許文献３に開示された鋼橋構造は、図１５に示すように、風雨に曝されて錆が発生する橋桁１０２の外面部材（主桁材１１１、底板材１１２等）に、ステンレス鋼材を使用するとともに、この外面部材の内部に配置される補強部材（帯状リブ板１２１等）に、一般構造用鋼材を使用して、ハイブリッド構造としている。本当に塗装の塗り替えを必要とする部分だけに、高価なステンレス鋼材を使用し、他の補強部材に、安価な一般構造用鋼材を使用したので、コストの増加を抑制しつつ、保守点検の回数を減らすことができるというものである。

特開平４−２６９２４９号公報 特開２００８−２９７８３９号公報 特開２００３−２０６１５号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の技術には、下記のような問題点があった。

まず、特許文献１に開示されたハイブリッドＨ形鋼は、ウェブ８１をフランジ８２に比べて高強度にして、大きな荷重に耐えられるようにしたものであるが、鋼橋構造のように、曲げモーメントに対する耐力（曲げ耐力）が要求される場合、曲げ耐力に大きく寄与するフランジ８２の強度が低いことは、使用する上で大きな問題点になる。

次に、特許文献２に開示されたハイブリッドＨ形鋼９１は、Ｔ形鋼９２とウェブ板９３の降伏強度に大きな差がある場合（ｆ１＞＞ｆ２）に、Ｔ形鋼９２のウェブ高さＬ１が大きくなるものとなり、全断面に高強度鋼が用いられたＨ形鋼に近似することから、不経済となるという問題点があった。また、ウェブ９６における部材軸方向の溶接線が２か所必要となるため、製作コストが嵩み、不経済となるという問題点があった。しかも、ウェブ９６における部材軸方向の溶接線が２か所必要となるため、１つのウェブパネル内の残留応力分布が溶接熱の影響で複雑となり、強度設計の信頼性が損なわれるという問題点があった。

次に、特許文献３に開示されたハイブリッド構造は、腐食抵抗力が高いステンレス製鋼板を構造外面に使用する腐食耐久性を高めることを目的としたハイブリッド構造であり、構造物の強度を合理的に向上させることを目的としたものではない。そのため、桁鋼重を低減させる効果が無く、経済性および耐震性が向上しないという問題点があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、経済性および耐震性に優れた鋼桁橋を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］上フランジとウェブと下フランジとを有するＩ形断面部材を複数備えた鋼桁と、該鋼桁の上方に位置するコンクリート床版とを具備した鋼桁橋であって、
前記鋼桁は、前記Ｉ形断面部材の下方に、ウェブとフランジとを有する逆Ｔ形断面部材を備え、該逆Ｔ形断面部材の引張強度が前記Ｉ形断面部材の引張強度よりも高いことを特徴とする鋼桁橋。

［２］上フランジとウェブと下フランジとを有するＩ形断面部材を複数備えた鋼桁と、該鋼桁の上方に位置するコンクリート床版とを具備した鋼桁橋であって、
前記鋼桁は、前記Ｉ形断面部材の下方に、２個のウェブと１個のフランジとを有する逆Π形断面部材を備え、該逆Π形断面部材の引張強度が前記Ｉ形断面部材の引張強度よりも高いことを特徴とする鋼桁橋。

［３］前記Ｉ形断面部材において、ウェブの板厚をｔ、ウェブの高さをｈ、ウェブの静弾性係数をＥ、ウェブの降伏強度をｆｙ、ウェブのポアソン比をν、安全率をｓＦとしたとき、
ｔ／ｈ≧（１２（１−ν²）／π²Ｅ・ｓＦｆｙ／２３．９）^1/2
であることを特徴とする前記［１］に記載の鋼桁橋。

［４］前記Ｉ形断面部材において、ウェブの板厚をｔ、ウェブの高さをｈ、ウェブの静弾性係数をＥ、ウェブの降伏強度をｆｙ、ウェブのポアソン比をν、安全率をｓＦとしたとき、
ｔ／ｈ≧（１２（１−ν²）／π²Ｅ・ｓＦｆｙ／２３．９）^1/2
であることを特徴とする前記［２］に記載の鋼桁橋。

［５］前記逆Ｔ形断面部材において、ウェブの板厚をｔ₁、ウェブの高さをｈ₁、ウェブの静弾性係数をＥ₁、ウェブの降伏強度をｆｙ₁、ウェブのポアソン比をν₁、安全率をｓＦ₁としたとき、
ｔ₁／ｈ₁≧（１２（１−ν₁ ²）／π²Ｅ₁・ｓＦ₁ｆｙ₁／２３．９）^1/2
であることを特徴とする前記［１］または［３］に記載の鋼桁橋。

［６］前記逆Π形断面部材において、ウェブの板厚をｔ₂、ウェブの高さをｈ₂、ウェブの静弾性係数をＥ₂、ウェブの降伏強度をｆｙ₂、ウェブのポアソン比をν₂、安全率をｓＦ₂としたとき、
ｔ₂／ｈ₂≧（１２（１−ν₂ ²）／π²Ｅ₂・ｓＦ₂ｆｙ₂／２３．９）^1/2
であることを特徴とする前記［２］または［４］かに記載の鋼桁橋。

［７］当該鋼桁橋の断面中立軸位置よりも下方まで床版コンクリートが打設されていることを特徴とする前記［１］〜［６］のいずれかに記載の鋼桁橋。

［８］前記［１］〜［７］のいずれかに記載の鋼桁橋において、前記Ｉ形断面部材に用いられることを特徴とするＩ形鋼。

［９］前記［１］、［３］、［５］のいずれかに記載の鋼桁橋において、前記逆Ｔ形断面部材に用いられることを特徴とするＴ形鋼。

［１０］前記［１］、［３］、［５］のいずれかに記載の鋼桁橋において、前記Ｉ形断面部材と前記逆Ｔ形断面部材を構成する形鋼であって、Ｉ形鋼のフランジ外面にＴ形鋼のウェブ端部が接合されていることを特徴とする組合せ形鋼。

本発明によれば、経済性および耐震性に優れた鋼桁橋を得ることができる。

本発明の実施形態における鋼桁橋の全体図である。 本発明の実施形態１における鋼桁橋を示す断面図と応力分布図である。 本発明の実施形態１において、コンクリート床版と鋼桁とが接合されていない鋼桁橋を示す図である。 本発明の実施形態１において、コンクリート床版と鋼桁とが接合されている鋼桁橋を示す図である。 本発明の実施形態１において、鋼桁橋の断面中立軸位置よりも下方まで床版コンクリートが打設されている鋼桁橋を示す図である。 本発明の実施形態１における鋼桁橋の上方からの斜視図である。 本発明の実施形態１における鋼桁橋の下方からの斜視図である。 本発明の実施形態１における鋼桁橋のバリエーションを示す図である。 本発明の実施形態１における鋼桁橋のバリエーションを示す図である。 本発明の実施形態２における鋼桁橋を示す断面図と応力分布図である。 本発明の実施形態２における鋼桁橋の上方からの斜視図である。 本発明の実施形態３における鋼桁橋を示す断面図と応力分布図である。 従来技術（特許文献１）の概略図である。 従来技術（特許文献２）の概略図である。 従来技術（特許文献３）の概略図である。

本発明の実施形態（実施形態１〜３）を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態１〜３における鋼桁橋２０の全体図である。図１に示すように、この鋼桁橋２０は、コンクリート床版１、橋台２、橋脚３、沓４、鋼桁５、鋼桁５に設置した支点垂直補剛材７を具備している。

そして、以下の実施形態１〜３においては、コンクリート床版１と鋼桁５の構成について述べる。

［実施形態１］
図２は、本発明の実施形態１における鋼桁橋２１を示す図であり、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は応力分布図である。

図２（ａ）に示すように、この実施形態１における鋼桁橋２１、上フランジ５ａとウェブ５ｂと下フランジ５ｃとを有するＩ形断面部材５Ａを複数備えた鋼桁５と、鋼桁５の上方に位置するコンクリート床版１とを具備しており、鋼桁５は、Ｉ形断面部材５Ａの下方に、ウェブ５ｄと下フランジ５ｅとを有する逆Ｔ形断面部材５Ｂを備えている。そして、逆Ｔ形断面部材５Ｂ（ウェブ５ｄ、下フランジ５ｅ）の引張強度をＩ形断面部材５Ａ（上フランジ５ａ、ウェブ５ｂ、下フランジ５ｃ）の引張強度よりも高くしている。

なお、コンクリート床版１にはハンチ部１ｃも含まれる。また、コンクリート床版１中には鉄筋１ｂが埋設されている。図２（ａ）では鋼桁５が２つある場合を示しているが、鋼桁５は２つに限定されるものではなく複数であれば良い。コンクリート床版１と鋼桁５とは、スラブアンカー、スタッドジベル、馬蹄形ジベル、あるいは孔あき鋼板ジベルで接合するのが好ましい。

図２（ｂ）中のＮは鋼桁橋２１の断面中立軸であり、Ｓは橋軸方向の作用応力分布である。作用応力分布Ｓの上方の三角形部分は圧縮応力領域、作用応力分布Ｓの下方の三角形部分は引張応力領域であり、コンクリート床版１と鋼桁５とを強固に接合した完全合成桁橋の場合を示している。コンクリート床版１の強度、コンクリート床版１の厚さやハンチ１ｃの高さ、コンクリート床版１の鉄筋量等の断面諸量を調整することで、鋼桁５を橋軸方向に全断面引張応力状態とすることができる。その結果、鋼桁５の橋軸方向座屈を考慮しない高許容応力度の設定で設計を行うことができる。逆Ｔ形断面部材５Ｂに発生する引張応力は、Ｉ形断面部材５Ａに発生する引張応力よりも大きく、逆Ｔ形断面部材５ＢにＩ形断面部材５Ａよりも引張強度が高い鋼材を用いているので、鋼材の断面積を減らすことができ、力学的および経済的に合理的な構造となる。Ａ１がＩ形断面部材５Ａの許容応力度、Ａ２が逆Ｔ形断面部材の許容応力度を示しており、（Ａ２の許容応力度の絶対値）＞（Ａ１の許容応力度の絶対値）となるよう鋼種を選定することにより、Ｉ形断面部材５Ａのウェブ５ｂおよび下フランジ５ｃの板厚を減らすことができる。なお、逆Ｔ形断面部材５Ｂには、圧延Ｔ形鋼又はカットＴ形鋼が用いることが望ましい。

さらに、Ｉ形断面部材５Ａにおいて、ウェブ５ｂの板厚をｔ、ウェブ５ｂの高さをｈ、ウェブ５ｂの静弾性係数をＥ、ウェブ５ｂの降伏強度をｆｙ、ウェブ５ｂのポアソン比をν、安全率をｓＦとしたとき、曲げに対して局部座屈しないための条件式から導かれる下記（１）式を満足させれば、ウェブ５ｂの座屈が抑制される。

ｔ／ｈ≧（１２（１−ν²）／π²Ｅ・ｓＦｆｙ／２３．９）^1/2 ・・・（１）

すなわち、上記（１）式を満足するＩ形断面部材５Ａの鋼桁を用いれば、ウェブ５ｂに水平補剛材を設置しなくとも、より安全でより経済的な鋼桁橋を追及することができる。

また、逆Ｔ形断面部材５Ｂにおいて、ウェブ５ｄの板厚をｔ₁、ウェブ５ｄの高さをｈ₁、ウェブ５ｄの静弾性係数をＥ₁、ウェブ５ｄの降伏強度をｆｙ₁、ウェブ５ｄのポアソン比をν₁、安全率をｓＦ₁としたとき、曲げに対して局部座屈しないための条件式から導かれる下記（２）式を満足させれば、ウェブ５ｄの座屈が抑制される。

ｔ₁／ｈ₁≧（１２（１−ν₁ ²）／π²Ｅ₁・ｓＦ₁ｆｙ₁／２３．９）^1/2 ・・・（２）

すなわち、連続桁の支点上の断面では、Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃが圧縮領域となり、必然、その下方の逆Ｔ形断面部材５Ｂのウェブ５ｄも圧縮領域となり、座屈の可能性が高まる。このとき、上記（２）式を満足させれば、より安全でより経済的な鋼桁橋を追及することができる。

次に、図３は、コンクリート床版１と鋼桁５とが接合されていない場合の鋼桁橋２１を示す図であり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は応力分布図である。図３中のＮ１はコンクリート床版１の断面中立軸であり、Ｎ２は鋼桁５の断面中立軸である。また、Ｓ１はコンクリート床版１の橋軸方向の作用応力分布であり、作用応力分布Ｓ１の上方の三角形部分は圧縮応力領域であり、作用応力分布Ｓ１の下方の三角形部分は引張応力領域である。Ｓ２は鋼桁５の橋軸方向の作用応力分布であり、作用応力分布Ｓ２の上方の三角形部分は圧縮応力領域であり、作用応力分布Ｓ２の下方の三角形部分は引張応力領域である。すなわち、非合成桁橋の作用応力分布となる。コンクリート床版１の下面に引張応力が作用し、この引張応力によるコンクリートのひび割れを考慮しなければならない。また、鋼桁高が高くなる場合、鋼桁５の断面上方には、大きな圧縮応力が作用する。これに伴うＩ形断面部材５Ａのウェブ５ｂの座屈を、上記の（１）式を満足させずに防止するには、図３（ａ）に示すように、ウェブ５ｂに水平補剛材６を設置する方法がある。

一方、図４は、コンクリート床版１と鋼桁５とが接合されている場合の鋼桁橋２１を示す図であり、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は応力分布図である。コンクリート床版１と鋼桁５とを完全に固着させれば、図２（ｂ）に示したようなコンクリート床版１の断面中立軸位置と鋼桁５の断面中立軸位置とが一致する完全合成桁橋となるのに対し、低剛度のシアコネクタを用いた場合やシアコネクタ間隔が大きい場合には、コンクリート床版１の断面中立軸位置と鋼桁５の断面中立軸位置とは一致しない不完全合成桁橋となる。このとき、鋼桁５の断面中立軸の位置は、非合成桁橋の場合の鋼桁５の断面中立軸位置と完全合成桁橋の場合の断面中立軸位置の間で、シアコネクタの剛度や間隔に応じて移動する。

すなわち、鋼桁５とコンクリート床版１とをせん断力を伝達するシアコネクタにより強固に接合されれば、断面が一体挙動し、少なくともコンクリート床版１上面が圧縮側となる正曲げ作用時においては、鋼桁橋５の断面中立軸位置が、鋼桁５とコンクリート床版１とがシアコネクタにより強固に接合されていない場合に比べ、コンクリート床版１側に移動する。その結果、Ｉ形断面部材５Ａのウェブ５ｂの面内圧縮領域が減少し、ウェブ５ｂの座屈が抑制され、鋼桁橋２１の曲げ耐力の上昇に繋がる。

また、鋼桁５とコンクリート床版１とをシアコネクタにより接合し、コンクリート床版１の強度、コンクリート床版１の厚さやハンチ１ｃの高さ、コンクリート床版１の鉄筋量、あるいはシアコネクタの剛度および設置間隔を調整することにより、鋼桁橋２１の断面中立軸位置をＩ形断面部材５Ａのウェブ５ｂ上端よりコンクリート床版１側に置くことができる。その結果、鋼桁５断面には軸方向引張力が作用し、鋼桁５の面内座屈による抵抗力低下が生じ得ないため、鋼桁橋２１の曲げ耐荷力の上昇に繋がる。ただし、その代わりにＩ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃ側にはより厳しい軸方向引張応力が作用する。これに抵抗させるために、Ｉ形断面部材５Ａより引張強度が高い逆Ｔ型断面部材５Ｂを設置し、効率的な曲げ耐力向上に繋げている。

また、図５は、鋼桁橋２１の断面中立軸Ｎの位置よりも下方まで床版コンクリートを打設した場合を示す図であり、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は応力分布図である。図５（ｂ）に示すように、鋼桁橋断面内には軸方向応力が作用しており、作用応力分布Ｓの上方の三角形部分は圧縮応力領域であり、作用応力分布Ｓの下方の三角形部分は引張応力領域である。図５では、圧縮領域の鋼桁５部分において生じ得る座屈現象を、コンクリートで被覆することにより防止している。

すなわち、コンクリート床版１の強度、コンクリート床版１の厚さやハンチ１ｃの高さ、コンクリート床版１の鉄筋量、あるいはシアコネクタの剛度および設置間隔を調整することにより、鋼桁橋の５の断面中立軸位置をＩ形断面部材５Ａのウェブ５ｂ上端よりコンクリート床版１側に置くことが困難である場合、床版コンクリートを鋼桁橋２１の断面中立軸位置Ｎよりも下方まで打ちおろせば、Ｉ形断面部材５Ａのウェブ５ｂの面内圧縮領域の座屈を防止でき、鋼桁橋２１の曲げ耐力の上昇に繋がる。

なお、たとえ圧縮領域であっても断面中立軸Ｎ位置近傍の圧縮応力は小さく、座屈発生応力度以下の圧縮応力であることが担保されていれば圧縮領域の鋼桁部分をコンクリートで被覆しなくても良い。

そして、図６と図７は、実施形態１における鋼桁橋２１について、それぞれ上方からの斜視図と下方からの斜視図である。図６、７において、８は水平補剛材、１０は横繋ぎ材である。横力が作用する場合には、別途、鋼桁５の下部にトラス状の横構を設けることが望ましい。

さらに、図８と図９は、実施形態１における鋼桁橋２１のバリエーションを示す断面図である。

図８においては、Ｉ形断面部材５Ａの上フランジ５ａをコンクリート床版１のハンチ部１ｃに沿うように曲げ加工を施している。これにより、コンクリート床版１の施工時にコンクリート型枠から漏れ出したセメントミルクが鋼桁５に付着するのを防ぐことができる。例えば鋼桁５が耐候性鋼を適用した無塗装の鋼桁である場合、セメントミルクの鋼桁５への付着がその後の腐食耐久性および美観に悪影響を与えるのに対し、Ｉ形断面部材５Ａの上フランジ５ａが下フランジ５ｃの自由端よりも床版幅方向に長いため、上フランジ５ａ端部から滴り落ちるセメントミルクは下フランジ５ｃ上面を汚さず腐食耐久性および美観の低下を防ぐ。

図９においては、図８に示したことに加えて、コンクリート床版１の底面を底鋼板１１で覆っている。これによって、より一層コンクリート床版施工時のセメントミルクやコンクリート塊の鋼桁への付着を防ぐことができる。

なお、Ｉ形断面部材５ＡにはＩ形鋼を用い、逆Ｔ形断面部材５ＢにはＴ形鋼を用いることができる。さらに、Ｉ形断面部材５Ａと逆Ｔ形断面部材を構成する形鋼として、Ｉ形鋼のフランジ外面にＴ形鋼のウェブ端部が接合されている組合せ形鋼を用いることができる。

［実施形態２］
図１０は、本発明の実施形態２における鋼桁橋２２を示す図であり、図１０（ａ）は断面図、図１０（ｂ）は応力分布図である。

図１０（ａ）に示すように、この実施形態２における鋼桁橋２２の基本的な構成は、上記の実施形態１における鋼桁橋２１と同じである。そして、実施形態１における鋼桁橋２１では、鋼桁５が、Ｉ形断面部材５Ａの下方に、ウェブ５ｄと下フランジ５ｅとを有する逆Ｔ形断面部材５Ｂを備えているのに対して、この実施形態２における鋼桁橋２２では、鋼桁５が、Ｉ形断面部材５Ａの下方に、２個のウェブ５ｆ、５ｆと１個の下フランジ５ｇとを有する逆Π形断面部材５Ｃを備えている点が異なっている。これに伴って、逆Π形断面部材５Ｃ（ウェブ５ｆ、下フランジ５ｇ）の引張強度をＩ形断面部材５Ａ（上フランジ５ａ、ウェブ５ｂ、下フランジ５ｃ）の引張強度よりも高くしている。なお、ここでは、逆Π形断面部材５Ｃの下フランジ５ｇに補剛材５ｈを設置している。

また、逆Π形断面部材５Ｃにおいて、ウェブ５ｆの板厚をｔ₂、ウェブ５ｆの高さをｈ₂、ウェブ５ｆの静弾性係数をＥ₂、ウェブ５ｆの降伏強度をｆｙ₂、ウェブ５ｆのポアソン比をν₂、安全率をｓＦ₂としたとき、曲げに対して局部座屈しないための条件式から導かれる下記（３）式を満足させれば、ウェブ５ｆの座屈が抑制される。

ｔ₂／ｈ₂≧（１２（１−ν₂ ²）／π²Ｅ₂・ｓＦ₂ｆｙ₂／２３．９）^1/2 ・・・（３）

そして、図１１は、実施形態２における鋼桁橋２２の上方からの斜視図である。図１１において、８は水平補剛材、９はダイヤフラムである。

ちなみに、その他の構成については、上述の実施形態１で述べた構成を採用することができる。

［実施形態３］
図１２は、本発明の実施形態３における鋼桁橋２３を示す図であり、図１２（ａ）は断面図、図１２（ｂ）は応力分布図である。

図１２（ａ）に示すように、この実施形態３における鋼桁橋２３の基本的な構成は、上記の実施形態２における鋼桁橋２２と同じである。そして、実施形態２における鋼桁橋２２では、Ｉ形断面部材５Ａと逆Π形断面部材５Ｃからなる箱断面５Ｄが１個であるのに対して、この実施形態３における鋼桁橋２３では、Ｉ形断面部材５Ａと逆Π形断面部材５Ｃからなる箱断面５Ｄが２個である点が異なっている。なお、箱断面５Ｄは２個に限定されるものではなく３個以上あってもよい。

ちなみに、その他の構成については、上述の実施形態１、２で述べた構成を採用することができる。

このような本発明の実施形態１〜３を包括的に述べると以下の如くとなる。

単純桁や連続桁の中央支間においては、Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃに軸方向引張力が作用する。一方、連続桁の支点上においては、Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃに軸方向圧縮力が作用する。これに対して、本発明の実施形態１〜３によれば、Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃに軸方向引張力が作用する場合においても、軸方向圧縮力が作用する場合においても、鋼桁橋の曲げ耐力を合理的に向上させることができる。すなわち、Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃに軸方向引張力が作用する場合においては、鋼桁重量を最小限に抑えつつ曲げ耐力を増加させることができ、Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃに軸方向圧縮力が作用する場合においては、下フランジ５ｃを補剛し、座屈を防止することができる。

鋼桁橋の支間が長くなると、自重の増加により鋼桁橋に作用する曲げモーメントが増加する。作用曲げモーメントに対する抵抗力を増やすには、鋼桁５の高さの増加が最も効率が良い。一般的に鋼桁５の高さが高くなるとウェブ５ｂが座屈し易くなる。ウェブ５ｂが座屈すると下フランジ５ｃ部分の抵抗力を増しても抵抗部材として機能しないため、曲げ耐荷力の増加を見込めない。そこで、ウェブ５ｂの座屈耐荷力を向上させるためには水平補剛材の設置が考えられるが、本発明の実施形態１〜３では、Ｉ形断面部材５Ａと逆Ｔ形断面部材５Ｂの各組合せあるいはＩ形断面部材５Ａと逆Π型断面部材５Ｃの各組合せで鋼桁５断面を構成しているため、Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃが水平補剛材の役目を代替する。すなわち、Ｉ形断面部材５Ａのウェブ５ｂの高さを水平補剛材の設置が不要な高さに留めておき、Ｉ形断面部材５Ａのみでは曲げ耐力が不足する分を逆Ｔ形断面部材５Ｂあるいは逆Π形断面部材５Ｃで補えば、合理的な断面を構成できる。

その結果、本発明の実施形態１〜３においては、以下のような効果を得ることができる。

（ア）鋼桁５について、大きな応力が作用する部位（逆Ｔ形断面部材５Ｂ、逆Π型断面部材５Ｃ）のみ高強度材を適用するハイブリッド桁とすることにより、鋼桁重量を低減させ、経済性および耐震性に優れた鋼桁橋を得ることができる。

（イ）ウェブパネル内で突合せ溶接を行わないため、パネル周辺にのみ溶接熱が導入され、ウェブパネルの残留応力分布を容易に算出でき、強度設計の信頼性が高い。また、突合せ溶接を行う必要が無いため、溶接部の加工費用を縮減でき、経済的である。

（ハ）上記（１）を満足するＩ形断面部材５Ａを板厚に応じて準備しておく。例えば、板厚が９ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍ等、桁支間・床板支間に応じて鋼重量が最小化できるウェブ高さのＩ形断面部材５Ａを数種類標準化し、予め製作あるいは圧延しておく。また、逆Ｔ形断面部材５Ｂは、Ｉ形断面部材部材５Ａよりも引張強度が高く、ウェブ５ｆの板厚がＩ形断面部材５Ａのウェブ５ｂの厚さと同じ、かつウェブ５ｄの高さが下フランジ５ｅの幅よりも高くＩ形断面部材５Ａのウェブ５ｂの高さよりも低い断面のものを数種類標準化し、予め製作あるいは圧延しておく。Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃに逆Ｔ形断面部材５Ｂのウェブ５ｄを溶接することにより、桁支間・床板支間に応じて鋼重量が小さく経済性の高い鋼桁５を、短期間で提供することができる。ここで、逆Ｔ形断面部材５Ｂのウェブ５ｄを必要な高さに切断することにより、鋼重量が最小となる鋼桁５をより短期間で提供することができる。すなわち、ストック部材の標準化により、短期間に製品を調達できる経済性の高い鋼桁橋の提供が実現できる。逆Ｔ形断面部材５Ｂの代わりに逆Π形断面部材５Ｃを用いた場合も同様のことが言える。

なお、一般的なＩ桁橋（Ｉ形鋼を用いた鋼桁橋）において、曲げ耐力に対して大きく寄与するフランジに高強度鋼を適用すれば桁の曲げ耐力はある程度は増大するが、強度の高いフランジが降伏する前に、強度の低いウェブのフランジ近傍で早期に降伏することとなり、曲げ耐力を十分に増大させることができない。高強度のフランジの抵抗力を十分に発揮させるために、ウェブがフランジよりも先に降伏しないための検討を行ったものが本発明である。

ここでは、本発明例１〜３として、上記の本発明の実施形態１〜３における鋼桁橋２１〜２３の諸元を示す。ちなみに、鋼桁橋２１〜２３の諸元については、橋梁の種類、規模等に応じて種々異なるが、その一例は次の通りである。

（本発明例１：本発明の実施形態１における鋼桁橋２１）
コンクリート床版１の幅が６ｍ、厚さが２８ｃｍ、ハンチ高が５ｃｍ、鉄筋径が２２ｍｍ、鋼桁５間隔が４ｍである。鋼桁５高さは１．４５ｍで、Ｉ形断面部材５Ａの上フランジ５ａ厚が１２ｍｍ、上フランジ５ａ幅が３００ｍｍ、Ｉ形断面部材５ａのウェブ５ｂ厚が９ｍｍ、ウェブ５ｂ高さが１ｍ、Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃ厚が１９ｍｍ、下フランジ５ｃ幅が４００ｍｍ、逆Ｔ形断面部材５Ｂのウェブ５ｄ厚が９ｍｍ、ウェブ５ｄ高さが０．４ｍ、逆Ｔ形断面部材５Ｂの下フランジ５ｅ厚が１９ｍｍ、下フランジ５ｅ幅が４００ｍｍである。そして、Ｉ形断面部材５ＡがＳＭ４９０Ｙ材、逆Ｔ形断面部材５ＢがＳＢＨＳ５００材で構成されている。

（本発明例２：本発明の実施形態２における鋼桁橋２２）
コンクリート床版１の幅が７ｍ、厚さが３０ｃｍ、ハンチ高が５ｃｍ、鉄筋径が２５ｍｍ、鋼桁５間隔が５ｍである。鋼桁５高さは２．０ｍで、Ｉ形断面部材５Ａの上フランジ５ａ厚が１６ｍｍ、上フランジ５ａ幅が３００ｍｍ、Ｉ形断面部材５Ａのウェブ５ｂ厚が１０ｍｍ、ウェブ５ｂ高さが１．１ｍ、Ｉ形断面部材５Ａの下フランジ５ｃ厚が２２ｍｍ、下フランジ５ｃ幅が４００ｍｍ、逆Π形断面部材５Ｃのウェブ５ｆ厚が１０ｍｍ、ウェブ５ｆ高さが０．８４ｍ、逆Π形断面部材５Ｃの下フランジ５ｇ厚が２２ｍｍ、フランジ５ｇ幅が５．４ｍ、逆Π形断面部材５Ｃのフランジ補剛材５ｈ厚が９ｍｍ、フランジ補剛材５ｈ高さが１００ｍｍである。そして、Ｉ形断面部材５ＡがＳＢＨＳ５００材、逆Π形断面部材５ＣがＳＢＨＳ７００材で構成されている。

（本発明例３：本発明の実施形態３における鋼桁橋２３）
コンクリート床版１の幅が１０ｍ、厚さが２８ｃｍ、ハンチ高が５ｃｍ、鉄筋径が２２ｍｍ、鋼桁５間隔が２．５ｍである。鋼桁５高さは２．５ｍで、Ｉ形断面部材５Ａの上フランジ５ａ厚が１６ｍｍ、上フランジ５ａ幅が３００ｍｍ、Ｉ形断面部材５Ａのウェブ５ｂ厚が１２ｍｍ、ウェブ５ｂ高さが１．４ｍ、Ｉ形断面部材の下フランジ５ｃ厚が２２ｍｍ、下フランジ５ｃ幅が４００ｍｍ、逆Π形断面部材５Ｃのウェブ５ｆ厚が１２ｍｍ、ウェブ５ｆ高さが１．０４ｍ、逆Π形断面部材５Ｃの下フランジ５ｇ厚が２２ｍｍ、下フランジ５ｇ幅が２．９ｍ、逆Π形断面部材５Ｃのフランジ補剛材５ｈ厚が９ｍｍ、フランジ補剛材５ｈ高さが１００ｍｍである。そして、Ｉ形断面部材５ＡがＳＭ４９０Ｙ材、逆Π形断面部材５ＣがＳＢＨＳ５００材で構成されている。

１ コンクリート床版
１ｂ 主鉄筋
１ｃ 床版ハンチ部
２ 橋台
３ 橋脚
４ 沓
５ 鋼桁
５Ａ Ｉ形断面部材
５ａ Ｉ形断面部材の上フランジ
５ｂ Ｉ形断面部材のウェブ
５ｃ Ｉ形断面部材の下フランジ
５Ｂ 逆Ｔ形断面部材
５ｄ 逆Ｔ形断面部材のウェブ
５ｅ 逆Ｔ形断面部材の下フランジ
５Ｃ 逆Π形断面部材
５ｆ 逆Π形断面部材のウェブ
５ｇ 逆Π形断面部材の下フランジ
５ｈ 逆Π形断面部材の下フランジ補剛材
５Ｄ 箱断面
６ 水平補剛材
７ 支点部垂直補剛材
８ 垂直補剛材
９ ダイヤフラム
１０ 横繋ぎ材
１１ 底鋼板
２０ 鋼桁橋
２１ 鋼桁橋
２２ 鋼桁橋
２３ 鋼桁橋
Ｎ 鋼桁橋の断面中立軸
Ｎ１ コンクリート床版の断面中立軸
Ｎ２ 鋼桁の断面中立軸
Ｓ 鋼桁橋断面内の作用応力分布
Ｓ１ コンクリート床版の作用応力分布
Ｓ２ 鋼桁の作用応力分布
Ａ１ Ｉ形断面部材の許容応力度
Ａ２ 逆Ｔ形断面部材あるいは逆Π形断面部材の許容応力度

Claims (8)

1. 上フランジとウェブと下フランジとを有するＩ形断面部材を複数備えた鋼桁と、該鋼桁の上方に位置するコンクリート床版とを具備した鋼桁橋であって、
   前記鋼桁は、前記Ｉ形断面部材の下方に、ウェブとフランジとを有する逆Ｔ形断面部材を備え、該逆Ｔ形断面部材の引張強度が前記Ｉ形断面部材の引張強度よりも高く、
   前記逆Ｔ形断面部材は、前記鋼桁の全長にわたって設けられていることを特徴とする鋼桁橋。
2. 上フランジとウェブと下フランジとを有するＩ形断面部材を複数備えた鋼桁と、該鋼桁の上方に位置するコンクリート床版とを具備した鋼桁橋であって、
   前記鋼桁は、複数の前記Ｉ形断面部材の下方に、２個のウェブと１個のフランジとを有する逆Π形断面部材を、前記逆Π形断面部材の前記ウェブの一つが複数の前記Ｉ形断面部材の一つに、前記逆Π形断面部材の前記ウェブの他の一つが複数の前記Ｉ形断面部材の他の一つに接続されるようにして備え、該逆Π形断面部材の引張強度が前記Ｉ形断面部材の引張強度よりも高く、
   前記逆Π形断面部材は、前記鋼桁の全長にわたって設けられていることを特徴とする鋼桁橋。
3. 前記Ｉ形断面部材において、ウェブの板厚をｔ、ウェブの高さをｈ、ウェブの静弾性係数をＥ、ウェブの降伏強度をｆｙ、ウェブのポアソン比をν、安全率をｓＦとしたとき、
   ｔ／ｈ≧（１２（１−ν²）／π²Ｅ・ｓＦｆｙ／２３．９）^1/2
   であることを特徴とする請求項１に記載の鋼桁橋。
4. 前記Ｉ形断面部材において、ウェブの板厚をｔ、ウェブの高さをｈ、ウェブの静弾性係数をＥ、ウェブの降伏強度をｆｙ、ウェブのポアソン比をν、安全率をｓＦとしたとき、
   ｔ／ｈ≧（１２（１−ν²）／π²Ｅ・ｓＦｆｙ／２３．９）^1/2
   であることを特徴とする請求項２に記載の鋼桁橋。
5. 前記逆Ｔ形断面部材において、ウェブの板厚をｔ₁、ウェブの高さをｈ₁、ウェブの静弾性係数をＥ₁、ウェブの降伏強度をｆｙ₁、ウェブのポアソン比をν₁、安全率をｓＦ₁としたとき、
   ｔ₁／ｈ₁≧（１２（１−ν₁ ²）／π²Ｅ₁・ｓＦ₁ｆｙ₁／２３．９）^1/2
   であることを特徴とする請求項１または３に記載の鋼桁橋。
6. 前記逆Π形断面部材において、ウェブの板厚をｔ₂、ウェブの高さをｈ₂、ウェブの静弾性係数をＥ₂、ウェブの降伏強度をｆｙ₂、ウェブのポアソン比をν₂、安全率をｓＦ₂としたとき、
   ｔ₂／ｈ₂≧（１２（１−ν₂ ²）／π²Ｅ₂・ｓＦ₂ｆｙ₂／２３．９）^1/2
   であることを特徴とする請求項２または４に記載の鋼桁橋。
7. 当該鋼桁橋の断面中立軸位置よりも下方まで床版コンクリートが打設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の鋼桁橋。
8. 請求項１、３、５のいずれかに記載の鋼桁橋において、前記Ｉ形断面部材と前記逆Ｔ形断面部材を構成する形鋼であって、Ｉ形鋼のフランジ外面にＴ形鋼のウェブ端部が接合されていることを特徴とする組合せ形鋼。

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