JP6988587B2 - 鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法および製造方法に関する。

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、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および舗装材７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。なお、以下においては、デッキプレート３を基準として、舗装材７が設けられる側を上方とし、縦リブ６が設けられる側を下方とする。

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の上面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の下面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、例えば逆Ｔ字形状を有し、かつ橋梁１の幅方向に延びるように設けられている。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の上端部は、デッキプレート３の下面３ｂに溶接されている。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、長尺形状を有し、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。図１に示した縦リブ６は、いわゆるＵリブであり、Ｙ−Ｚ平面に垂直な断面において、左右方向に延びる底部６ａと、底部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）ほど互いの間隔が大きくなるように、底部６ａに対して傾斜している。縦リブ６の上部がデッキプレート３によって塞がれるように、側壁部６ｂ，６ｃの上端部は、デッキプレート３の下面３ｂに溶接されている。すなわち、縦リブ６は、閉断面リブである。本明細書における「閉断面リブ」とは、デッキプレートの下面に溶接されることで、デッキプレートの下面との間に閉断面を形成する長尺状のリブのことを言う。

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と縦リブ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（溶接部）１０を介してデッキプレート３に接合される。通常、溶接ビード１０の溶け込み量は、縦リブ６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はデッキプレート３に接合されない。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、曲げ応力および引張応力が発生する。これらの応力の内、橋梁１の幅方向（左右方向）の引張応力が上述の残留応力に重畳されることにより、溶接ビード１０の近傍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、縦リブ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、縦リブ６の外側からは目視でき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作業者が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を縦リブ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、縦リブ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（縦リブ）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上面に打撃を与える。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 特開２０１６−１９４２３６号公報

しかしながら、上記の方法では、デッキプレートの上面側をピーニング工具によって打撃するので、デッキプレートの下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、鋼床版において、閉断面リブとデッキプレートとを接合する溶接部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、下記の鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法および製造方法を要旨とする。

（１）上面および下面を有するデッキプレートと、前記デッキプレートの前記下面に溶接され、前記デッキプレートの前記下面との間で閉断面を形成する長尺状のリブとを備えた鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法であって、
前記リブの内側に設けられた第１押圧部材および第２押圧部材を前記デッキプレートの厚み方向において相対的に離れる方向に移動させて、前記第１押圧部材および前記第２押圧部材によって前記デッキプレートおよび前記リブを前記厚み方向において相対的に離れる方向に押す押圧工程と、
前記押圧工程後に、前記第１押圧部材および前記第２押圧部材を前記厚み方向において相対的に近付く方向に移動させる除荷工程と、を備える疲労亀裂発生抑制方法。

（２）前記リブの長さ方向に垂直な断面において、前記リブは、前記厚み方向において前記デッキプレートの下面から離れる方向に向かって凸となる円弧状の底部を有し、
前記長さ方向に垂直な断面において、前記第１押圧部材は、前記厚み方向において前記デッキプレートの前記下面から離れる方向に向かって凸となる円弧状の第１押圧面を有し、前記第２押圧部材は、前記厚み方向において前記デッキプレートの前記下面に対向する平坦状の第２押圧面を有し、
前記押圧工程では、前記第１押圧面によって前記リブの前記底部を押し、かつ前記第２押圧面によって前記デッキプレートの前記下面を押す、上記（１）に記載の疲労亀裂発生抑制方法。

（３）前記デッキプレートの前記厚み方向と前記リブの前記長さ方向とに直交する方向を幅方向とした場合に、前記長さ方向に垂直な断面において、前記リブは、前記幅方向における前記底部の両端部から、前記幅方向における互いの間隔が漸次大きくなるように前記デッキプレートに向かって直線状に延びる一対の側壁部を有し、
前記押圧工程では、前記第１押圧面を前記リブの前記底部に接触させかつ前記第２押圧面を前記デッキプレートの前記下面に接触させた状態から、前記第１押圧面および前記第２押圧面を前記相対的に離れる方向に、前記リブの厚みの０．５倍以上移動させる、上記（２）に記載の疲労亀裂発生抑制方法。

（４）前記第２押圧面の前記幅方向における長さは、前記デッキプレートの厚みの６倍以上である、上記（３）に記載の疲労亀裂発生抑制方法。

（５）上面および下面を有するデッキプレートと前記デッキプレートの前記下面に溶接されたリブとを備えた基材に対して、上記（１）から（４）のいずれかに記載の疲労亀裂発生抑制方法を実施して鋼床版を得る、鋼床版の製造方法。

本発明によれば、鋼床版において、閉断面リブとデッキプレートとを接合する溶接部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ことができる。

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、縦リブと側壁部との接合部を示す拡大図である。 図３は、Ｖ字形状の縦リブを備えた鋼床版を示す図である。 図４は、鋼床版の解析モデルを説明するための図である。 図５は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図６は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図７は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図８は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図９は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図１０は、鋼床版の解析モデルを示す図である。 図１１は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図１２は、ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 図１３は、本発明の一実施形態に係る疲労亀裂発生抑制方法を説明するための図である。 図１４は、鋼床版の他の例を示す図である。 図１５は、本発明の他の実施形態に係る疲労亀裂発生抑制方法を説明するための図である。

（本発明者らによる検討）
本発明者らは、これまで、閉断面リブを有する鋼床版において疲労亀裂が発生することを抑制するために、種々の研究を行ってきた。そして、本発明者らは、特許文献２（特開２０１６−１９４２３６号公報）に開示されているように、図１に示したような形状を有する縦リブ６に対しては、側壁部６ｂ，６ｃを縦リブ６の内側から外側に押すことによって、疲労亀裂の発生を抑制できることを見出した。具体的には、側壁部６ｂ，６ｃを縦リブ６の内側から外側に押して縦リブ６に荷重を加えた後、その荷重を除くことによって、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。これにより、デッキプレート３に荷重が繰り返し加わったとしても、ルート部１４の近傍からの疲労亀裂の発生・進展を抑制することができる。

一方で、本発明者らは、種々の形状の閉断面リブを有する鋼床版の疲労亀裂発生を抑制するために、さらに研究を進めてきた。その研究の中で、本発明者らは、図３に示すような縦リブ２０を備えた鋼床版２ａに適した疲労亀裂発生抑制方法について詳細な検討を行った。まず、縦リブ２０について簡単に説明する。

縦リブ２０は、上述の縦リブ６と同様に長尺形状を有している。図３は、鋼床版２ａを、縦リブ２０の長さ方向から見た図である。縦リブ２０は、長さ方向に垂直な断面においてＶ字形状を有している。また、縦リブ２０は、上述の縦リブ６と同様に、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。なお、図３においては、デッキプレート３の厚み方向を矢印ｄ１で示し、縦リブ２０の幅方向を矢印ｄ２で示している。縦リブ２０の幅方向ｄ２は、デッキプレート３の厚み方向ｄ１と縦リブ２０の長さ方向とに直交する方向である。縦リブ２０は、厚み方向ｄ１において、デッキプレート３の下面３ｂから離れる方向に凸となるように、下面３ｂに溶接されている。

図３を参照して、縦リブ２０は、底部２０ａと、一対の側壁部２０ｂ，２０ｃとを有している。縦リブ２０の長さ方向に垂直な断面において、底部２０ａは、デッキプレート３の厚み方向ｄ１においてデッキプレート３の下面３ｂから離れる方向に向かって凸となるように、円弧状に湾曲している。側壁部２０ｂ，２０ｃは、幅方向ｄ２における底部２０ａの両端部から、幅方向ｄ２における互いの間隔が漸次大きくなるように、デッキプレート３に向かって直線状に延びている。側壁部２０ｂ，２０ｃそれぞれの先端部（デッキプレート３側の端部）は、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。

本発明者らは、上記のような構成を有する鋼床版２ａについて解析モデルを作成し、ＦＥＭ解析（弾塑性解析）を行うとともに、解析結果に基づいて詳細な検討を行った。図４は、鋼床版の解析モデルを説明するための図である。具体的には、図４（ａ）は、鋼床版２ａの解析モデルを示す図であり、図４（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。

図４（ａ）に示すように、本発明者らは、４節点の２次元平面ひずみ要素を用いて、鋼床版２ａの１／２モデルを作成するとともに、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２の解析モデルを作成した。底部２０ａの外面の曲率半径Ｒ１は、４０ｍｍとした。第１押圧部材３０は、第１押圧面３０ａを有し、第２押圧部材３２は、第２押圧面３２ａを有している。第１押圧面３０ａは、デッキプレート３の下面３ｂから下方（厚み方向ｄ１において下面３ｂから離れる方向）に向かって凸となるように円弧形状を有している。第２押圧面３２ａは、デッキプレート３の下面３ｂに対向するように平坦形状を有している。なお、図４（ａ）においては、解析モデルの拘束方向を三角形の記号で示している。また、図４（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。

ＦＥＭ解析では、鋼床版２ａの材料としてＳＭ４９０Ｂ（ＪＩＳ Ｇ３１０６ ２０１５）を用いたと仮定し、その応力−ひずみ線図を用いた。ＳＭ４９０Ｂの降伏応力は４５２ＭＰａ、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。

以下においては、第１押圧面３０ａが縦リブ２０の内側から底部２０ａに接触し、かつ第２押圧面３２ａが縦リブ２０の内側からデッキプレート３の下面３ｂに接触した状態（すなわち、図４（ａ）に示す状態）を基準状態とする。基準状態では、鋼床版２ａは変形していない。

ＦＥＭ解析では、まず、基準状態から、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２を厚み方向ｄ１において互いに離れる方向に移動させることによって、第１押圧面３０ａによって底部２０ａを押すとともに第２押圧面３２ａによってデッキプレート３の下面３ｂを押して、鋼床版２ａに荷重を加えた（押圧工程）。その後、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２を厚み方向ｄ１において互いに近付く方向に移動させることによって、第１押圧面３０ａを縦リブ２０から離すとともに、第２押圧面３２ａをデッキプレート３から離して、押圧工程において鋼床版２ａに加えられた荷重を除いた（除荷工程）。

なお、ＦＥＭ解析は、第１押圧面３０ａの曲率半径Ｒ２、第２押圧面３２ａの幅Ｗ（幅方向ｄ２における長さ）、および押圧工程における第１押圧部材３０と第２押圧部材３２との相対的な変位量の最大値を変化させて実施した。具体的には、第１押圧面３０ａの曲率半径Ｒ２は、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、および３０ｍｍに設定した。第２押圧面３２ａの幅Ｗは、２０ｍｍ、４０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍ、および１６０ｍｍに設定した。また、押圧工程において、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２の厚み方向ｄ１における相対的な変位量の最大値は、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、および３０ｍｍに設定した。なお、押圧工程においては、第１押圧部材３０が底部２０ａを押す力および第２押圧部材３２がデッキプレート３を押す力が等しくなるようにした。

図５〜図９は、解析結果を示すグラフである。具体的には、図５は、押圧工程における第１押圧部材３０および第２押圧部材３２の相対的な変位量と溶接ビード１０のデッキプレート３側のルート部１４（図３参照）に生じる応力との関係を、押圧工程における第１押圧部材３０および第２押圧部材３２の相対的な変位量の最大値ごとに示したグラフである。なお、図５において押圧部材の変位量とは、第１押圧部材３０と第２押圧部材３２との上下方向（厚み方向ｄ１）における距離の、基準状態からの増加量を意味する。また、図５および後述の他の図において、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。なお、本解析では、鋼床版２ａの解析モデルにおいて、不溶着部１１（図４参照）の先端近傍において幅方向ｄ２（図４参照）に生じている応力を、ルート部１４において生じている応力とした。また、図６は、押圧工程における第１押圧部材３０および第２押圧部材３２の相対的な変位量の最大値（最大変位量）と、除荷工程後にルート部１４に生じている応力との関係を示した図である。なお、図５および図６には、第１押圧面３０ａの曲率半径Ｒ２を２０ｍｍに設定し、第２押圧面３２ａの幅Ｗを１００ｍｍに設定した場合の解析結果を示している。

図５に示した結果から分かるように、押圧工程において第１押圧部材３０および第２押圧部材３２の相対的な変位量（以下、押圧部材の変位量と記載する。）が増加することにより、ルート部１４に引張応力が生じる。押圧部材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、引張応力はほとんど増加しなくなる。その後、除荷工程において、押圧部材の変位量が減少するのに従ってルート部１４の引張応力も減少する。押圧部材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５および図６に示した結果から、特に、押圧工程において、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２を、基準状態から厚み方向ｄ１に相対的に３ｍｍ以上移動させることによってルート部１４に適切に圧縮応力を生じさせることができ、１５ｍｍ以上移動させることによってルート部１４に十分な圧縮応力を生じさせることができることが分かる。なお、本解析では、縦リブ２０の厚みは６ｍｍに設定されている。この点を考慮すると、押圧工程では、基準状態から第１押圧面３０ａおよび第２押圧面３２ａを厚み方向ｄ１において相対的に離れる方向に、デッキプレート３の厚みの０．５倍以上移動させることが好ましく、２．５倍以上移動させることがより好ましいといえる。ルート部１４に圧縮応力が生じるメカニズムについては後述する。

上記の解析結果から、縦リブ２０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、上述の押圧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。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。したがって、本発明者らは、上記の押圧工程および除荷工程を鋼床版２ａに対して実施することによって、特許文献２に開示された方法と同様に、ルート部１４の近傍からの疲労亀裂の発生・進展を抑制することができると考えた。また、本発明者らは、ルート部１４の近傍に疲労亀裂が既に発生している場合でも、上記の押圧工程および除荷工程を実施することによって、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と考えた。これにより、疲労亀裂が進展することを抑制することができると考えられる。

図７は、第１押圧部材３０の第１押圧面３０ａの曲率半径Ｒ２（図４参照）と除荷工程後のルート部１４に生じる応力との関係を示した図である。なお、図７には、押圧工程における第１押圧部材３０および第２押圧部材３２の相対的な変位量の最大値を１０ｍｍに設定し、第２押圧面３２ａの幅Ｗを１００ｍｍに設定した場合の解析結果を示している。図７に示した結果から、第１押圧面３０ａの曲率半径が２〜３０ｍｍの場合には、ルート部１４に十分な圧縮応力を生じさせることができることが分かる。

図８は、第２押圧部材３２の第２押圧面３２ａの幅Ｗ（図４参照）と除荷工程後のルート部１４に生じる応力との関係を示した図である。また、図９は、第２押圧面３２ａの幅Ｗと、除荷工程後にデッキプレート３において第２押圧部材３２との接触部に生じる相当塑性ひずみとの関係を示した図である。なお、図８および図９には、押圧工程における第１押圧部材３０および第２押圧部材３２の相対的な変位量の最大値を１０ｍｍに設定し、第１押圧面３０ａの曲率半径を２０ｍｍに設定した場合の解析結果を示している。

図８に示した結果から、ルート部１４の圧縮応力は、第２押圧面３２ａの幅Ｗの増加とともに増加し、幅Ｗが１００ｍｍ以上ではほぼ一定となることが分かる。また、図９に示した結果から、デッキプレート３において第２押圧部材３２との接触部に生じる塑性ひずみは、第２押圧面３２ａの幅Ｗの増加とともに減少し、幅Ｗが１００ｍｍ以上ではほぼ一定となることが分かる。これらの結果から、第２押圧面３２ａの幅Ｗを１００ｍｍ以上にすることによって、ルート部１４に十分な圧縮応力を生じさせつつ、デッキプレート３に塑性ひずみが生じることを抑制できることが分かる。なお、本解析では、デッキプレート３の厚みは１６ｍｍに設定されている。この点を考慮すると、第２押圧面３２ａの幅Ｗは、デッキプレート３の厚みの６倍以上に設定することが好ましいといえる。

なお、本発明者らは、比較のために、図１０に示すように、上述の鋼床版２ａの解析モデルを用いて、押圧面５０ａを有する押圧部材５０によって、側壁部２０ｂを縦リブ２０の内側から外側に押した場合についても解析を行った。具体的には、押圧面５０ａを側壁部２０ｂの内面に接触させた状態から、押圧部材５０を幅方向ｄ２において縦リブ２０の外側に向かって移動させることによって、押圧面５０ａによって側壁部２０ｂを内側から外側に向かって押して、鋼床版２ａに荷重を加えた（押圧工程）。その後、押圧部材５０を幅方向ｄ２において縦リブ２０の内側に向かって移動させることによって、押圧面５０ａを縦リブ２０から離して、押圧工程において鋼床版２ａに加えられた荷重を除いた（除荷工程）。なお、押圧面５０ａの曲率半径Ｒ３は３５ｍｍに設定し、上下方向における押圧面５０ａの中心とデッキプレート３（下面３ｂ）との距離は３５ｍｍに設定した。

図１１に解析結果を示す。具体的には、図１１は、押圧工程における押圧部材５０の変位量の最大値（最大変位量）と、除荷工程後にルート部１４に生じている応力との関係を示した図である。図１１に示した結果から、図１０で説明した方法を実施した場合でも、ルート部１４に圧縮応力を生じさせることができることが分かる。

図１２は、除荷工程後に溶接ビード１０の縦リブ２０側の止端（図２の止端１３に対応する部分）の近傍に生じる相当塑性ひずみとルート部１４に生じる応力との関係を示す図である。なお、図１２においては、図４で説明した押圧工程および除荷工程を実施した場合の解析結果を上下方向押し広げとして示し、図１０で説明した押圧工程および除荷工程を実施した場合の解析結果を幅方向押し広げとして示している。

図１２に示した結果から、鋼床版２ａにおいてルート部１４に圧縮応力を生じさせる場合、図４で説明した方法を実施する方が、図１０で説明した方法を実施する場合に比べて、溶接ビード１０の縦リブ２０側の止端に生じる塑性ひずみを小さくできることが分かる。すなわち、Ｖ字形状を有する縦リブ２０を備えた鋼床版２ａにおいてルート部１４に圧縮応力を生じさせる場合には、溶接ビード１０の縦リブ２０側の止端近傍の塑性ひずみを低減する観点から、図４で説明した方法を実施することが好ましいことが分かる。溶接ビード１０の縦リブ２０側の止端近傍の塑性ひずみを低減することによって、当該止端近傍において割れが発生したり、疲労亀裂が発生したりすることを抑制することができる。

なお、図３に示したＶ字形状を有する縦リブ２０を備えた鋼床版２ａと、図１に示したＵ字形状を有する縦リブ６を備えた鋼床版２とを比較した場合、鋼床版２ａにおける側壁部２０ｂ，２０ｃの内面とデッキプレート３の下面３ｂとの間の角度は、鋼床版２における側壁部６ｂ，６ｃの内面とデッキプレート３の下面３ｂとの間の角度よりも小さくなる。このように、鋼床版２ａにおいては、側壁部２０ｂ，２０ｃの内面とデッキプレート３の下面３ｂとの間の角度が小さいので、側壁部２０ｂを内側から幅方向ｄ２に押す場合には、上記止端近傍において塑性ひずみが生じやすくなると考えられる。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。

（本発明の実施形態の説明）
以下、本発明の実施形態に係る鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法および製造方法について説明する。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、既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）
まず、本発明の一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。）について説明する。本実施形態に係る抑制方法は、主桁および横リブが設けられる前の鋼床版に対して実施されてもよく、主桁および横リブが設けられた後の鋼床版に対して実施されてもよい。

図１３は、本実施形態に係る抑制方法を説明するための図である。なお、以下においては、上述の鋼床版２ａ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。本実施形態では、まず、図１３（ａ）に示すように、縦リブ２０の内側に、第１押圧面３０ａを有する第１押圧部材３０および第２押圧面３２ａを有する第２押圧部材３２を配置する。そして、第１押圧面３０ａを底部２０ａに接触させ、第２押圧面３２ａをデッキプレート３の下面３ｂに接触させる。以下、第１押圧面３０ａを底部２０ａに接触させ、第２押圧面３２ａをデッキプレート３の下面３ｂに接触させた状態を基準状態という。なお、基準状態では、デッキプレート３および縦リブ２０は、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２からの力によって変形していない。

なお、本実施形態では、縦リブ２０の長さ方向に垂直な断面において、第１押圧面３０ａは、デッキプレート３の下面３ｂから下方（厚み方向ｄ１において下面３ｂから離れる方向）に向かって凸となるように円弧形状を有している。また、縦リブ２０の長さ方向に垂直な断面において、第２押圧面３２ａは、デッキプレート３の下面３ｂに対向するように平坦形状を有している。第１押圧面３０ａの曲率半径は、例えば、底部２０ａの内面（縦リブ２０の内側の面）の曲率半径よりも小さいことが好ましい。この場合、後述する押圧工程において、幅方向ｄ２における底部２０ａの中心を第１押圧面３０ａによって押すことができるので、第１押圧部材３０から縦リブ２０に効率よく力を与えることができる。本実施形態では、第１押圧面３０ａの曲率半径は、例えば、２〜３０ｍｍに設定される。第２押圧面３２ａの幅方向ｄ２における長さは、例えば、デッキプレート３の厚みの６倍以上に設定される。なお、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２は、図４で説明した第１押圧部材３０および第２押圧部材３２と同様の構成を有しているので詳細な説明は省略する。

次に、図１３（ｂ）に示すように、基準状態から、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２を厚み方向ｄ１において互いに離れる方向に移動させることによって、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２によってデッキプレート３および縦リブ２０を厚み方向ｄ１において相対的に離れる方向に押す（押圧工程）。本実施形態では、押圧工程において、第１押圧面３０ａによって底部２０ａが押され、第２押圧面３２ａによってデッキプレート３の下面３ｂが押される。これにより、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２から鋼床版２ａに荷重が加えられる。なお、押圧工程では、基準状態から第１押圧面３０ａおよび第２押圧面３２ａを厚み方向ｄ１において相対的に離れる方向に、デッキプレート３の厚みの０．５倍以上移動させことが好ましく、２．５倍以上移動させることがより好ましい。

本実施形態では、押圧工程において、側壁部２０ｂ，２０ｃの内面とデッキプレート３の下面３ｂとのなす角が大きくなるように、鋼床版２ａを変形させる。より具体的には、押圧工程では、溶接ビード１０のデッキプレート３側のルート部１４の近傍を塑性変形させるように、鋼床版２ａに荷重を加える。

次に、図１３（ｃ）を参照して、第１押圧部材３０および第２押圧部材３２を厚み方向ｄ１において互いに近付く方向に移動させることによって、第１押圧面３０ａを縦リブ２０から離すとともに、第２押圧面３２ａをデッキプレート３から離す（除荷工程）。これにより、押圧工程において鋼床版２ａに加えられた荷重が除かれる。その結果、鋼床版２ａは、押圧工程前の鋼床版２ａ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、押圧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、除荷工程後の鋼床版２ａは、押圧工程前の鋼床版２ａの形状に完全には戻らない。

なお、上述の押圧工程および除荷工程は、繰り返し実行されてもよい。

以下、本実施形態に係る抑制方法の作用効果を説明する。上述の鋼床版２と同様に、鋼床版２ａにおいても、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、上述の押圧工程を実行することによって、溶接ビード１０が縦リブ２０（側壁部２０ｂ，２０ｃ）およびデッキプレート３に引っ張られ、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、鋼床版２ａは、押圧工程前の形状に戻るように変形する。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。このため、上述の抑制方法が実施された鋼床版２ａのデッキプレート３に荷重が繰り返し加わったとしても、ルート部１４の近傍からの疲労亀裂の発生・進展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。これにより、疲労亀裂が進展することを抑制することができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、Ｖ字形状を有する閉断面リブ（縦リブ２０）を備えた鋼床版２ａに対して押圧工程および除荷工程を実施する場合について説明したが、本発明に係る抑制方法は、種々の形状の閉断面リブを備えた鋼床版に適用できる。例えば、図１４に示すような、全体として略円弧状に湾曲した縦リブ４０を備えた鋼床版２ｂに対して、上述の押圧工程および除荷工程を実施してもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果が得られる。

また、例えば、図１５に示すように、図１で説明した縦リブ６を備えた鋼床版２に対して、上述の押圧工程および除荷工程を実施してもよい。なお、鋼床版２に対して上述の押圧工程および除荷工程を実施する場合には、例えば、上述の第１押圧部材３０の代わりに、第１押圧面３４ａを有する第１押圧部材３４が用いられる。縦リブ６の長さ方向に垂直な断面において、第１押圧面３４ａは、底部６ａに対向するように平坦形状を有している。このように第１押圧面３４ａが平坦形状を有することによって、底部６ａの一部が局所的に変形することを抑制できる。なお、詳細な説明は省略するが、第１押圧面が平坦形状を有していなくてもよい。この場合には、幅方向ｄ２における底部６ａの両端部を押すことができるように、第１押圧面を形成することが好ましい。

（鋼床版の製造方法）
本発明の一実施形態に係る鋼床版の製造方法は、デッキプレート３の下面３ｂに縦リブ（例えば、上述の縦リブ６、縦リブ２０または縦リブ４０）を溶接して得られる基材（上述の鋼床版２、鋼床版２ａまたは鋼床版２ｂに相当する部材。）に対して、上述の抑制方法を実施する工程を含む。このため、本発明の一実施形態に係る製造方法によって製造された鋼床版においては、上述の抑制方法が実施された鋼床版と同様に、ルート部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。

なお、本実施形態に係る製造方法は、例えば、上述の押圧工程および除荷工程を実行した後に、デッキプレート３の下面３ｂに横リブ５を溶接する溶接工程をさらに含んでもよい。この場合、デッキプレート３に横リブ５を溶接する前に、上述の押圧工程および除荷工程が行われるので、鋼床版２を容易かつ適切に変形させることができる。

本発明によれば、鋼床版において、閉断面リブとデッキプレートとを接合する溶接部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ことができる。

１ 橋梁
２，２ａ,２ｂ 鋼床版
３ デッキプレート
３ａ 上面
３ｂ 下面
４ 主桁
５ 横リブ
６,２０,４０ 縦リブ
６ａ,２０ａ 底部
６ｂ,６ｃ, ２０ｂ,２０ｃ 側壁部
７ 舗装材
８ 自動車
９ 接合部
１０ 溶接ビード（溶接部）
１１ 不溶着部
１２，１３ 止端
１４ ルート部
３０,３４ 第１押圧部材
３０ａ,３４ａ 第１押圧面
３２ 第２押圧部材
３２ａ 第２押圧面

Claims (5)

1. 上面および下面を有するデッキプレートと、前記デッキプレートの前記下面に溶接され、前記デッキプレートの前記下面との間で閉断面を形成する長尺状のリブとを備えた鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法であって、
   前記リブの内側に設けられた第１押圧部材および第２押圧部材を前記デッキプレートの厚み方向において相対的に離れる方向に移動させて、前記第１押圧部材および前記第２押圧部材によって前記デッキプレートおよび前記リブを前記厚み方向において相対的に離れる方向に押す押圧工程と、
   前記押圧工程後に、前記第１押圧部材および前記第２押圧部材を前記厚み方向において相対的に近付く方向に移動させる除荷工程と、を備える疲労亀裂発生抑制方法。
2. 前記リブの長さ方向に垂直な断面において、前記リブは、前記厚み方向において前記デッキプレートの下面から離れる方向に向かって凸となる円弧状の底部を有し、
   前記長さ方向に垂直な断面において、前記第１押圧部材は、前記厚み方向において前記デッキプレートの前記下面から離れる方向に向かって凸となる円弧状の第１押圧面を有し、前記第２押圧部材は、前記厚み方向において前記デッキプレートの前記下面に対向する平坦状の第２押圧面を有し、
   前記押圧工程では、前記第１押圧面によって前記リブの前記底部を押し、かつ前記第２押圧面によって前記デッキプレートの前記下面を押す、請求項１に記載の疲労亀裂発生抑制方法。
3. 前記デッキプレートの前記厚み方向と前記リブの前記長さ方向とに直交する方向を幅方向とした場合に、前記長さ方向に垂直な断面において、前記リブは、前記幅方向における前記底部の両端部から、前記幅方向における互いの間隔が漸次大きくなるように前記デッキプレートに向かって直線状に延びる一対の側壁部を有し、
   前記押圧工程では、前記第１押圧面を前記リブの前記底部に接触させかつ前記第２押圧面を前記デッキプレートの前記下面に接触させた状態から、前記第１押圧面および前記第２押圧面を前記相対的に離れる方向に、前記リブの厚みの０．５倍以上移動させる、請求項２に記載の疲労亀裂発生抑制方法。
4. 前記第２押圧面の前記幅方向における長さは、前記デッキプレートの厚みの６倍以上である、請求項３に記載の疲労亀裂発生抑制方法。
5. 上面および下面を有するデッキプレートと前記デッキプレートの前記下面に溶接されたリブとを備えた基材に対して、請求項１から４のいずれかに記載の疲労亀裂発生抑制方法を実施して鋼床版を得る、鋼床版の製造方法。

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