JPH10131117A - 斜張橋の主桁構造及び構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 斜張橋の主桁内の位置により充填量及び種類
を変化させてコンクリートを充填する斜張橋の構造及び
その構築方法を提供する。 【解決手段】 本発明の斜張橋の主桁構造は、主桁が鋼
製閉断面構造又は鋼製上部開断面構造であり、斜張橋の
支間において主桁に発生する断面力に応じた主桁内の各
位置に、コンクリートをその種類及び充填量を変えて充
填する。鋼製閉断面構造の主桁が、円形、楕円形または
多角形の閉断面形状の鋼管からなり、鋼製上部開断面構
造の主桁が、溝形、Ｕ字形または箱形の上部開断面形状
を有する。斜張橋の主桁の構築方法は、主桁が鋼製閉断
面構造または鋼製上部開断面構造であり、斜張橋の支間
において主桁に発生する断面力を求め、断面力に応じた
主桁内の各位置に、コンクリートをその種類及び充填量
を変えて充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木及び建築分野
における大スパン（架空）構造及びその構築方法に関
し、特に、コンクリートを斜張橋の主桁内の各位置に応
じてその充填量及び種類を変えて充填する斜張橋の構造
及びその構築方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】斜張橋の主桁の施工工法は、斜張橋主塔
から斜張ケーブルによって保持された主桁区分を架設
し、この架設した主桁に次の斜張ケーブルによって保持
された主桁区分を次々に延長施工する張出架設工法が採
用されている。従来、コンクリート斜張橋主桁には、プ
レストレスコンクリート主桁構造またはコンクリートに
より埋設したメラン材主桁構造が主に採用されてきた。
これらの主桁内へのコンクリート打設により主桁耐力の
向上を図っている。これらの主桁構造を採用することに
より主桁耐力は向上することができるが、コンクリート
を充填した主桁に大きな断面力が発生する。斜張橋の架
設時に主桁を主桁下方より支持できない架設現場では、
前述の張出架設工法により斜張橋は施工されるが、この
斜張橋の張出架設工法には下記に示す困難な問題が存在
する。

【０００３】プレストレスコンクリート主桁構造を採用
した斜張橋の張出架設においては、延長主桁に打設する
コンクリート重量が既設主桁に負荷される。この負荷を
補うため、本来必要とされるＰＣ鋼材量よりも多くのＰ
Ｃ鋼材量を配筋しなければならない問題が生じる。ま
た、当然のことであるがコンクリートを現場で打設する
ためにはコンクリート打設用型枠及びＰＣ鋼材にプレス
トレスを負荷する設備を設ける必要があり、且つこの架
設作業に使用する作業台車も大きくなる。したがって、
プレストレスコンクリート主桁構造を採用した斜張橋の
張出架設においては、ＰＣ鋼材量の増加だけではなく、
これら架設作業設備付加装置の重量増加により斜張張力
が増加することを考慮して、斜張ケーブルの強度は施工
後に本来必要とされるするよりも大きな強度にしなけれ
ばならない。

【０００４】上記欠点を解決するために、張出主桁を既
設主桁に支持させるためのＰＣ鋼材を不要にして、コン
クリートにより埋設した鋼製メラン材主桁構造を採用し
た斜張橋の架設方法が、特開平５−１０６２１０号公報
に開示されている。この架設方法においては、鋼製メラ
ン材を張出架設しこれを斜張ケーブルによって支持し、
既設主桁区分及び張出架設鋼製メラン材に作業台車を載
せて主桁のコンクリート型枠を取り付けて鉄筋を配筋
し、その後、コンクリートを現場で打設し順次主桁を延
長して施工する。しかしながらこの方法においても、鋼
製メラン材全面をコンクリートで覆うためにコンクリー
ト型枠を設ける必要がある。したがって、コンクリート
重量が大きくなり、上記従来技術と同様にこれらの重量
を考慮して斜張ケーブルの強度は施工後に本来必要とす
るよりも大きな強度にしなければならない。

【０００５】さらに、プレストレスコンクリート主桁構
造またはコンクリートにより埋設したメラン材主桁構造
を採用した斜張橋の場合には、斜張ケーブルの張力調整
及び主桁高さの調整がコンクリート打設後に再度必要と
なり、その施工工程が複雑になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、斜張橋の主
桁に鋼製閉断面構造または鋼製上部開断面構造を用い、
主桁耐力を向上させるため主桁内部にコンクリートを充
填するに際し、主桁耐力を向上させるとともに主桁及び
コンクリート重量により発生する断面力を低く抑えるこ
とを目的とする。さらに、斜張橋の主桁の張出架設施工
時において、コンクリート型枠及び配筋作業装置等を無
くして、それにより張出架設作業台車を軽量化し、施工
時の架設作業設備付加装置の重量による斜張ケーブルに
加わる張力を極力少なくすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、鋼
製閉断面構造の前記主桁が、円形、楕円形または多角形
の閉断面形状を有する鋼管からなり、且つ鋼製上部開断
面構造の前記主桁が、溝形、Ｕ字形または箱形の上部開
断面形状を有する形鋼からなる斜張橋の主桁構造におい
て、この主桁内に充填するコンクリート重量により発生
する断面力（曲げモーメント、剪断力、軸方向力及びね
じりモーメント）に基づき、斜張橋の支間に主桁内に充
填するコンクリートの種類、充填量及び充填位置を変え
ることにより、主桁に発生する断面力を制御した斜張橋
の主桁構造によって達成される。さらに、本発明の上記
課題は、上記形状の斜張橋の主桁の構築方法において、
斜張橋の支間において主桁に発生する断面力を求め、断
面力に応じた主桁内の各位置に、コンクリートをその種
類及び充填量を変えて充填した斜張橋の主桁の構築方法
によって達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】斜張橋主桁の閉断面構造は主桁の
断面形状が円形、楕円形または多角形の閉断面を有する
鋼管構造である。また、上部開断面構造は主桁の断面形
状が溝形、Ｕ字形または箱型の上部開断面鋼製構造であ
る。次に図面を参照して本発明を詳細を説明する。図１
（ａ）は，鋼製閉断面構造主桁３に鋼管を用いた斜張橋
を示す。同図（ｂ）に示すように斜張橋の主塔１、１の
間を中央径間部Ｅとし、その両端部を側径間Ａ、Ａとす
る。前述の中央径間部Ｅの各区分Ｂ、Ｃ及びＤの自重及
び通過車両等により中央径間部Ｅには下向きの鉛直荷重
が作用すると、同図（ｃ）に示すように、側径間Ａの端
部の支承点Ｐ１並びにＰ４及び主塔の支承点Ｐ２並びの
Ｐ３には中央径間部の領域Ｄ付近とは逆向きの上向き反
力が生じる。この上向き反力をバランスさせるために、
側径間Ａの主桁はカウンターウエイトとして重量主桁と
する必要がある。同図（ｄ）に示すように、曲げモーメ
ントは、主塔１、１の支承点Ｐ２、Ｐ３で最大となり、
それらの支承点Ｐ２、Ｐ３から離れるにしたがって曲げ
モーメントは減少し、側径部の領域Ａ及び主桁中央部の
領域Ｄには下向きの正の曲げモーメントが作用する。さ
らに、同図（ｅ）に示すように，圧縮力は、主塔１、１
の支承点Ｐ２及びＰ３付近で最大であり主塔から離れる
にしたがって圧縮力は減少し、主桁の中央部Ｄではほぼ
０まで減少する。

【０００９】上記図１（ｃ）に示す上向き反力をバラン
スさせるために、側径間Ａの主桁はカウンターウエイト
として重量主桁とするために、図２（ａ）及び（ｂ）に
示すように、側径間Ａの鋼管主桁３の内部に普通コンク
リート５−２を充填すると有効である。鋼管主桁３の重
量をさらに増加したい場合には、図２（ｃ）に示すよう
に、側径間Ａの鋼管主桁３の内部に重量コンクリート５
−１を充填する。側径間Ａの鋼管主桁内に充填するコン
クリートの種類は、重量コンクリート及び普通コンクリ
ートから選択される。本発明の主桁は、閉断面鋼管構造
及び上部開断面鋼製構造とするためにコンクリート打設
用型枠を必要としない。また、主桁側径間Ａの主桁内の
コンクリート充填は、一般的に主桁内全体に充填される
が、主塔間の中央径間部Ｅの主桁内のコンクリート充填
は次の方法によって行う。

【００１０】斜張橋の主塔近傍の主桁は圧縮力及び曲げ
モーメントによる座屈を防止するために耐力を大きくす
る必要がある。この場合に、鋼材板厚を厚くして耐力を
大きくすることもできるが、この主塔近傍の主桁位置に
コンクリートを充填して耐力を向上させる。コンクリー
トの充填量、充填位置及び種類選択についてさらに以下
に示す。これらの曲げモーメントと圧縮力と、すなわち
断面力を考慮して、重くて圧縮力に強い主桁とするため
に領域Ａの主塔近傍には、図３（ａ）に示すように鋼管
主桁内部全体に普通コンクリートまたは重量コンクリー
トを充填する。次に、圧縮力に強い主桁とするために主
塔近傍の領域Ｂには、図３（ｂ）に示すように鋼管主桁
内部全体に普通コンクリートを充填する。主塔間の中央
径間部の領域Ｃにおいては、主桁はなるべく軽量で、し
かし、圧縮力に強くするために、図２（ａ）及び図３
（ｃ）に示すように、主桁内の充填形状を二重鋼管中空
環状として内側鋼管と外側鋼管主桁の間に普通コンクリ
ートまたは軽量コンクリートを充填する。また、この領
域Ｃにおいて主桁中央部に近づくにしたがって中空環状
の内径を大きくすることもできるが、さらに鋼管内全体
に軽量コンクリートを充填することもできる（図示せ
ず）。図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように領域Ｃに軽量
コンクリート５−４を充填することもできる。図１
（ｅ）に示すように主桁中央部の領域Ｄには圧縮力がほ
とんど加わらず、さらに主塔１、１の支承点Ｐ２及びＰ
３での上向き反力を最小とするために、主桁中央部の領
域Ｄには図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ｄ）に示すよう
にコンクリートは充填しない。また、場合によっては主
桁中央部において、主桁内の上部にコンクリート未充填
領域を形成し、主桁中央部に近づくにしたがって未充填
領域を大きくすることもできる（図示せず）。主塔間の
中央径間の主桁内に充填するコンクリートの種類は、普
通コンクリート或いは軽量コンクリートから選択され
る。本発明の主桁は、上記方法にしたがって、主桁架設
前にあらかじめコンクリートを打設した閉断面鋼管構造
物及び上部開断面鋼製構造物を架設することもできる。

【００１１】前述のように主塔１、１の中央径間の領域
Ｂの付近には図１（ｄ）に示す曲げモーメントに加えて
図１（ｅ）に示す圧縮力が同時に作用する。コンクリー
トを充填した鋼管主桁は、この圧縮力と曲げモーメント
とが合成された力に対して大きな耐力を示す。この圧縮
力と曲げモーメントが同時に作用したときの鋼管主桁に
加わる耐力を図４に示す。図４において縦軸は圧縮力Ｎ
であり、横軸は曲げモーメントＭである。鋼管のみの主
桁の耐力曲線はＦであり、コンクリートのみの主桁の耐
力曲線はＧである。鋼管のみの主桁或いはコンクリート
のみの主桁は、圧縮力及び曲げモーメントに対する耐力
は小さな値である。しかし、本発明により鋼管主桁にコ
ンクリートを充填した場合には、曲線Ｈで示される耐力
曲線を示し、鋼管のみの主桁の耐力とコンクリートのみ
の主桁の耐力を単に積算したよりも、非常に耐力が向上
され、特に大きな曲げモーメントにも耐えられることが
示された。この結果は、鋼管主桁にコンクリートを充填
することにより、双方の材料による相乗効果あることが
示された。

【００１２】

【実施例】斜張橋の主塔間の中央径間Ｌは９００ｍであ
り側径間Ｌ１は３６０ｍであった。採用した鋼管主桁
は、材質はＳＭ４９０Ｙであり、鋼管直径２５００ｍ
ｍ、鋼管板厚２５ｍｍであった。側径間の領域Ａにはカ
ウンターウエイトとして重い主桁が望まれるため、鋼管
主桁内に９．５（ｔ／ｍ）のコンクリートを充填した。
主塔部近傍の領域Ｂには圧縮力を卓越するために鋼管主
桁内部に領域Ａと同様の９．５（ｔ／ｍ）のコンクリー
トを充填した。主塔間の中央部に近づくにしたがって圧
縮力が減少し、また主桁自体の重量を減少したいため
に、領域Ｃの主桁内の充填形状を中空環状として外側鋼
管と内側鋼管のあいだに４．２（ｔ／ｍ）のコンクリー
トを充填した。したがって領域Ｃのコンクリート充填重
量は領域Ａ及び領域Ｂの約半分となった。主塔間の中央
部の領域Ｄでは圧縮力がほぼ０であるのでコンクリート
は充填しなかった。設計に用いた荷重強度を表１に示
す。

【００１３】 表１ 領域 死荷重の種類 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ 鋼管主桁（ｔ／ｍ） ２．２ ２．２ ２．２ ２．２ 充填コンクリート（ｔ／ｍ） ９．５ ９．５ ４．２ ０ 床版・舗装・他（ｔ／ｍ） ８．５ ８．５ ８．５ ８．５ 合計（ｔ／ｍ） ２０．２ ２０．２ １４．９ １０．７ 上記死荷重により鋼管主桁の各支承点に発生した反力の
値を表２に示す。側径間の鋼管主桁にはコンクリートを
充填して重くしたことにより、支承点Ｐ１及びＰ４には
上向き反力（負反力）が生じることを抑止することがで
きた。また主塔の支承点Ｐ２及びＰ３の反力は、従来の
同程度のプレストレスコンクリート主桁構造またはコン
クリートにより埋設したメラン材主桁構造を採用した斜
張橋の反力と比較すると小さくすることが確認された。

【００１４】 表２ 支承点 Ｐ１ Ｐ２ Ｐ３ Ｐ４ 反力（ｔ） ５８ １３８７９ １３８７９ ５８ 表１に示す死荷重により鋼管主桁に発生した圧縮力の分
布を図５に示す。発生した圧縮力は主塔近傍がもっとも
大きく中央径間部に近づくにしたがって減少し、中央部
では０となった。側径間部でも端部に向かって圧縮力は
減少し支承点Ｐ１及びＰ４では０となった。この結果に
より、コンクリート充填により耐力の向上が示された。

【００１５】表１に示す死荷重により鋼管主桁に発生し
た曲げモーメントの分布を図６に示す。発生した曲げモ
ーメントは主塔間の径間中央部で下向きの正の曲げモー
メントが生じているが、この部分の主桁にはコンクリー
トを充填せずに主桁重量を減少させたため、同程度の従
来の斜張橋の主桁に比較してこの曲げモーメントは減少
した。主塔近傍には大きな負の曲げモーメントが発生し
ており、この部分には圧縮力も作用しておりもっとも大
きな力が作用する。しかし、本発明の斜張橋のは、コン
クリートを充填した鋼管主桁を採用したためこの曲げモ
ーメントと圧縮力が合成された力すなわち断面力に対し
て高い耐力を示した。また、側径間部には正の曲げモー
メントが発生しているがこの部分にも圧縮力が作用して
いるためにコンクリート充填鋼管を採用し耐力を高め
た。

【００１６】

【発明の効果】斜張橋の主桁に鋼製開断面構造及び鋼製
上部閉断面構造を用い、主桁内に充填するコンクリート
の充填量、充填位置及びコンクリートの種類を変えるこ
とによって効率的且つ経済的な斜張橋の主桁構造とする
ことができる。従来の施工方法のようにコンクリート型
枠が必要でなく、施工方法が簡素化及び省力化でき施工
期限の短縮ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は鋼製閉断面構造主桁に鋼管を用い
た斜張橋の正面図を示し、（ｂ）は斜張橋の平面図を示
す。（ｃ）は各支承点での反力の向きを示し、（ｄ）は
曲げモーメント分布曲線を示し、及び（ｅ）は圧縮力分
布曲線を示す。

【図２】鋼管主桁の充填コンクリートの種類、位置及び
形状状態を示す断面図であり、図２の（ａ）、（ｂ）及
び（ｃ）は、各領域Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤのコンクリート充
填状態を示す。

【図３】鋼管主桁の充填コンクリート状態を示し、
（ａ）は図１（ａ）の領域Ａの１−１線断面を示し、
（ｂ）は図１（ａ）の領域Ｂの２−２線断面を示し、
（ｃ）は図１（ａ）の領域Ｃの３−３線断面を示し、及
び（ｄ）は図１（ａ）の領域Ｄの４−４線断面を示す。

【図４】コンクリート主桁、コンクリート未充填鋼管主
桁及びコンクリート充填鋼管主桁との耐力曲線の比較を
示す。

【図５】本発明の鋼管主桁を用いた死荷重により鋼管主
桁に発生した圧縮力の分布を示す。

【図６】本発明の鋼管主桁を用いた死荷重により鋼管主
桁に発生した曲げモーメントの分布を示す。

【符号の説明】

１…主塔 ２…側径間端部 ３…床版 ４…斜張ケーブル ５−１…重量コンクリート ５−２…普通コンクリート ５−３…中空環状コンクリート ５−４…軽量コンクリート ５−５…コンクリート未充填部 ６…鋼管主桁 ７…圧縮力分布曲線 ８…曲げモーメント分布曲線 Ａ…側径間の領域Ａ Ｂ…中央径間の領域Ｂ Ｃ…中央径間の領域Ｃ Ｄ…中央径間の領域Ｄ Ｅ…中央径間部 Ｆ…コンクリート未充填鋼管主桁の耐力曲線 Ｇ…コンクリート主桁の耐力曲線 Ｈ…コンクリート充填鋼管主桁の耐力曲線 Ｐ１…側径間端部の支承点 Ｐ２…主塔の支承点 Ｐ３…主塔の支承点 Ｐ４…側径間端部の支承点

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 斜張橋の主桁構造において、該主桁が鋼
   製閉断面構造または鋼製上部開断面構造であり、前記斜
   張橋の支間において前記主桁に発生する断面力に応じた
   前記主桁内の各位置に、コンクリートをその種類及び充
   填量を変えて充填したことを特徴とする斜張橋の主桁構
   造。
2. 【請求項２】 鋼製閉断面構造の前記主桁が、円形、楕
   円形または多角形の閉断面形状を有する鋼管からなる請
   求項１記載の斜張橋の主桁構造。
3. 【請求項３】 鋼製上部開断面構造の前記主桁が、溝
   形、Ｕ字形または箱形の上部開断面形状を有する形鋼か
   らなる請求項１記載の斜張橋の主桁構造。
4. 【請求項４】 斜張橋の主桁の構築方法において、該主
   桁が鋼製閉断面構造または鋼製上部開断面構造であり、
   前記斜張橋の支間において前記主桁に発生する断面力を
   求め、該断面力に応じた前記主桁内の各位置に、コンク
   リートをその種類及び充填量を変えて充填したことを特
   徴とする斜張橋の主桁の構築方法。
5. 【請求項５】 鋼製閉断面構造の前記主桁が、円形、楕
   円形または多角形の閉断面形状を有する鋼管からなる請
   求項４記載の斜張橋の主桁の構築方法。
6. 【請求項６】 鋼製上部開断面構造の前記主桁が、溝
   形、Ｕ字形または箱形の上部開断面形状を有する形鋼か
   らなる請求項１記載の斜張橋の主桁の構築方法。