JP2006183320A - 既設鋼製橋脚の隅角部の補強構造及び補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既設の鋼製橋脚の隅角部を、建築限界や美観の問題を生じさせることなく確実に補強できる工法を提供する。
【解決手段】
既設の鋼製橋脚１０の柱部１１と梁部１２で作る隅角部１３の補強に際し、梁部１２を構成する各鋼製箱桁１９の内部に２つの鋼製ブレース２１をクロスさせて設ける。隣り合う鋼製箱桁１９，１９のブレース２１，２１どうしを力伝達可能に連結する。これらブレース２１，２１…の連続体２１Ｓを、隅角部１３を含む梁部１２の全長にわたるように構築する。このブレース連続体２１Ｓによって、梁部１２に働く荷重を長手方向に伝達可能な応力伝達装置２０が構成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、既設の鋼製橋脚の隅角部を補強する工法に関し、特に箱型断面の鋼製橋脚に適した補強工法に関する。

鋼製橋脚の柱部と梁部とで作る隅角部は、シアラグ応力度（剪断遅れ）が大きい（図７（ａ）参照）。そのため、上記隅角部のうち柱部と梁部の接合部分の両端に応力集中が起き、疲労亀裂が出来やすい。そこで、従来より種々の補強工法が提案されている（下記特許文献１〜３参照）。
例えば、特許文献１；特開２００３−０４９４０４では、プレストレス鋼材を梁部の外側面から柱部の外側面へ斜めに架け渡している。このプレストレス鋼材によって梁部から柱部への力の流れをバイパスし、これにより、隅角部の剪断遅れを緩和し、疲労亀裂の発生防止ないし進展抑制を図っている。
特許文献２；特開２００３−０４９４１０では、柱部の外側面と梁部の外側面とで画成された角にコンクリートを装填するようになっている。
特許文献３；特開２００４−０６８４０２では、鋼板を柱部の前後の外面から梁部の前後の外面へ跨るように設置するとともに熱プレストレスをかけるようになっている。
特開２００３−０４９４０４ 特開２００３−０４９４１０ 特開２００４−０６８４０２

上掲特許文献１〜３の従来工法では、補強構造が橋脚の外部に現れることになり美観確保の問題がある。また、建築限界に引っ掛かると施工が制限される。設置しようとする箇所の外壁にマンホールや排水管等が設けられていることもある。
さらに、補強装置が隅角部にだけ配置され、隅角部でだけ力の経路や応力状態を調節しており、応力が隅角部に伝達されて行く状態は変わっていない。また、プレストレス鋼材の場合、ト字状や十字状の隅角部には適しているが、Ｔ字状やΓ字状の隅角部の外側部には設置しにくい。

上記課題を解決するために、本発明は、既設の鋼製橋脚の柱部と梁部で作る隅角部の補強構造であって、前記梁部又は柱部に働く荷重を長手方向に伝達可能な鋼製細長部材からなる応力伝達装置を、前記隅角部を含む梁部又は柱部略全長又は相当長さにわたって連続するように設けたことを特徴とする。また、既設の鋼製橋脚の柱部と梁部で作る隅角部を補強する方法であって、前記梁部又は柱部に働く荷重を長手方向に伝達可能な鋼製細長部材からなる応力伝達装置を、前記隅角部の応力が集中しない箇所を通るとともに前記梁部又は柱部の略全長又は相当長さにわたって連続するように設けることを特徴とする。
これによって、梁部又は柱部の長手方向に力のバイパス経路を設けることができ、隅角部での剪断遅れを低減できるだけでなく、荷重を梁部又は柱部の長手方向に分散させることができ、ひいては隅角部の一層の補強を図ることができる。また、隅角部の形状に制限が無く、ト字状や十字状の隅角部はもちろん、Ｔ字状やΓ字状の隅角部にも適用できる。前記既設鋼製橋脚が箱型断面である場合には、前記応力伝達装置を箱断面の梁部又は柱部の内部に設けるのが望ましい。これによって建築限界や美観低下の問題が解消される。

ここで、前記応力伝達装置が、前記梁部又は柱部に沿って一列に並べられ、隣り合うものどうしが互いに逆方向に傾斜され力伝達可能に連結された複数のブレース状鋼製細長部材からなることが望ましい。
これによって、力の伝達及び分散を効果的に行なうことができる。

前記応力伝達装置が、前記梁部又は柱部に沿って一列に並べられ、隣り合うものどうしが互いに逆方向に傾斜され力伝達可能に連結された複数のブレース状鋼製細長部材からなる第１ブレース連続体と、この第１ブレース連続体と並行して並べられ、隣り合うものどうしが互いに逆方向に傾斜され力伝達可能に連結された他の複数のブレース状鋼製細長部材からなる第２ブレース連続体とを含み、これら第１及び第２ブレース連続体の互いに同位置に配置されたブレース状鋼製細長部材どうしが、互いに逆方向に傾斜されていることがより望ましい。
これによって、力の伝達及び分散をより効果的に行なうことができる。

前記ブレース状鋼製細長部材の各々が、前記梁部又は柱部を構成する鋼製箱桁の長手方向切断面の対角線（すなわち鋼製箱桁の正面視ないし側面視対角線）に沿って配置されていることが望ましい。
各ブレース状鋼製細長部材の端部は、前記梁部又は柱部の内面に連結、定着されているのが望ましい。隣り合うブレース状鋼製細長部材の端部どうしは、前記梁部又は柱部の内面の略同一位置に連結されているのが望ましい。ひいては、これら隣り合うブレース状鋼製細長部材の端部どうしが、構造的に直接的に連結されているのが望ましい。
前記梁部又は柱部の内面に連結部材が定着され、この連結部材に前記ブレース状鋼製細長部材の端部が連結されていてもよい。
前記連結部材が一対をなして前記隣り合うブレース状鋼製細長部材の一方の端部と他方の端部にそれぞれ連結され、これら連結部材が、前記梁部又は柱部を構成する鋼製箱桁のダイヤフラムを挟んで互いに連結されていることが望ましい。

本発明によれば、梁部又は柱部の長手方向に力のバイパス経路を設けることができ、隅角部での剪断遅れを低減できるだけでなく、荷重を梁部又は柱部の長手方向に分散させることができ、ひいては隅角部の一層の補強を図ることができる。箱型断面の梁部又は柱部にはその内部に応力伝達装置を配置でき、これにより建築限界や美観低下の問題を解消できる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１及び図２は、既設の鋼製橋脚１０の一例を概略図示したものである。鋼製橋脚１０は、垂直な柱部１１と、この柱部１１の上端部に水平に設けられた横梁部１２を有し、Ｔ字状をなしている。柱部１１及び横梁部１２は、共に複数の鋼製箱桁１９を連ねて構成され、箱型断面になっている。これら柱部１１と横梁部１２が交差して隅角部１３（図２の円で囲まれた部分）が作られている。

図７（ａ）は、本発明工法による補強前の隅角部１３における柱部１１と横梁部１２の上側のフランジ１９ｆとの接合ライン１３ａ（図１参照）での応力分布を示したものである。横梁部１２に荷重が掛かると接合ライン１３ａの両端部に大きな応力集中が現れる。このため、この両端部から疲労亀裂が発生、進展しやすい。
図１に示すように、この隅角部１３を補強するために、横梁部１２の内部に該横梁部１２の長手方向に沿って応力伝達装置２０を設ける。図７（ｂ）の破線に示すように、この応力伝達装置２０は、補強前の上記接合ライン１３ａ上で応力が集中していない箇所すなわち中間部（望ましくは接合ライン１３ａのちょうど中心ないしその近傍）を通り、横梁部１２の長手方向に沿う垂直面上（長手方向切断面上）に配置する。

図１〜図３に示すように、応力伝達装置２０は、例えばＨ形鋼（図４）等の形鋼からなる多数の鋼製ブレース２１（ブレース状鋼製細長部材）を主構成要素としている。これら鋼製ブレース２１は、横梁部１２を構成する鋼製箱桁１９ごとに配置される。設置施工の際は、既設橋梁の柱部１１や横梁部１２の外面に設けられたマンホール１１ｈ，１２ｈを開け、そこから鋼製ブレース２１を横梁部１２の内部へ入れる。更に梁部１２内の各ダイヤフラム１９ｄのマンホール１９ｈを介して各鋼製箱桁１９内に分配する。

各鋼製ブレース２１は、各鋼製箱桁１９内における幅方向（橋軸方向）中央付近の左上隅から右下隅（又は左下隅から右上隅）へ正面視対角線状（長手方向切断面の対角線状）に配置される。鋼製ブレース２１の両端部は、鋼製箱桁１９の隅にそれぞれ連結固定される。各鋼製箱桁１９内には、２つの鋼製ブレース２１，２１がＸ字状にクロス（互いに逆方向に傾斜）して配置される。

隣り合う２つの鋼製箱桁１９，１９における互いにＶ字状又はΛ字状をなす（逆向きに傾斜する）鋼製ブレース２１，２１どうしは、これら２つの鋼製箱桁１９，１９の境において構造的に直接的に連結される。すなわち、右下がりの鋼製ブレース２１の右下端部には、隣の鋼製箱桁１９の右上がりの鋼製ブレース２１の左下端部が連結される。右上がりの鋼製ブレース２１の右上端部には、隣の鋼製箱桁１９の右下がりの鋼製ブレース２１の左上端部が連結される。

こうして、多数の鋼製ブレース２１，２１…の連続体２１Ｓが、横梁部１２の長手方向（橋幅方向）の一端部から他端部まで途切れなく続くようにする。図３に示すように、このブレース連続体２１Ｓは、各鋼製箱桁１９内に２つの鋼製ブレース２１，２１がクロスされているのに対応して、二列設けられることになる。これら二列のブレース連続体２１Ｓ，２１Ｓによって応力伝達装置２０が構成される。
これらブレース連続体２１Ｓ，２１Ｓの一方を「第１ブレース連続体」とすると、他方が「第２ブレース連続体」となる。

２つの鋼製ブレース２１，２１どうしの連結部分の詳細構造を説明する。図４は、この連結に用いる連結部材２２の一例を示したものである。連結部材２２は、鋼製であり、互いに直交する底板２２ａと背板２２ｂと立板２２ｃで構成されている。図４及び図５に示すように、この連結部材２２底板２２ａが鋼製箱桁１９の下側のフランジ１９ｆの内面に当てられて高力ボルトにて連結される。そして、立板２２ｃに鋼製ブレース２１のウエブ２１ｗの端部が重ねられ高力ボルト２３にて連結される。これによって、鋼製ブレース２１が連結部材２２を介して橋脚１０に連結される。鋼製ブレース２１の一対のフランジ２１ｆの端部は、連結部材２２と干渉しないように予め適度な長さだけ切除しておくとよい。
なお、図４及び図５の例では、鋼製ブレース２１のウエブ２１ｗが立てられ、その上下にフランジ２１ｆ，２１ｆが位置するようになっているが、図６に示すように、鋼製ブレース２１のウエブ２１ｗを横にするとともにフランジ２１ｆ，２１ｆを立て、鋼製ブレース２１のフランジ２１ｆの端部を連結部材２２の立板２２ｃに当てて連結するようにしてもよい。この図６態様において、他方（手前）のフランジ２１ｆの端部が高力ボルト２３締結の邪魔になる場合には、これを適度な長さ切除するとよい。

図４〜図６は、鋼製ブレース２１の下側の端部の連結構造のみを示してあるが、上側の端部も同様になっている。この上側端部用の連結部材２２は鋼製箱桁１９の上側のフランジ１９ｆの内面に当てられて連結される。

連結部材２２の背板２２ｂは、鋼製箱桁１９のダイヤフラム１９ｄに当てられる。このダイヤフラム１９ｄの反対側には、隣の鋼製箱桁１９内の鋼製ブレース２１用の連結部材２２の背板２２ｂが当てられる。これら２つの連結部材２２，２２の背板２２ｂ，２２ｂが、ダイヤフラム１９ｄを挟んで高力ボルト２３にて連結される。これによって、２つの鋼製ブレース２１が、応力を略直接的に伝達可能に連結される。ひいては、応力伝達装置２０が全長にわたって応力伝達可能になる。

これによって、梁部１２の内部に長手方向に沿う応力伝達のバイパス経路が出来ることになる。したがって、図７（ｂ）に示すように、隅角部１３における梁部１２と柱部１１の接合ライン１３ａの両端部に集中していた応力を接合ライン１３ａの中央部にも分配でき、接合ライン１３ａ上の剪断遅れを低減することができる。しかも、応力伝達装置２０は、隅角部１３及びその周辺だけでなく、梁部１２の略全長にわたって延びているため、荷重を梁部１２の略全体に分散させることができ、隅角部１３への集中度を緩和することができる。これによって、隅角部をより確実に補強でき、疲労亀裂の発生防止ないしは進展抑制効果を確実に発揮することができる。
応力伝達装置２０は、橋脚１０の内部に収容されているので、建築限界を侵すことがなく、美観が損なわれることもない。

次に、他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、上記第１実施形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
図８に示すように、橋脚１０の横梁部１２だけでなく、柱部１１にも鋼製ブレース２１を設けることにしてもよい。この場合、隅角部１３の鋼製ブレース２１を介して横梁部１２と柱部１１の鋼製ブレース２１どうしが連なり、ブレース連続体２１Ｓを構成している。
図９に示すように、応力伝達装置２０を、横梁部１２の全長でなく、隅角部１３を含むある程度の長さの領域にだけ設け、横梁部１２の端部にまで達しないようにしてもよい。

本発明の補強構造は、箱型断面を有する種々の橋脚に適用できる。
図１０に示す橋脚１０Ｘは、柱部１１が左右に一対設けられており、これら一対の柱部１１，１１間に横梁部１２が架け渡され、概略Π字形状をなしている。したがって、左右に２つの隅角部１３，１３が出来ている。この橋脚１０Ｘの横梁部１２の全長にわたって鋼製ブレース２１からなる応力伝達装置２０を構築することにより、２つの隅角部１３，１３を補強することができる。各箱桁１９に２本の鋼製ブレース２１，２１がクロスして配置されているのに対応して、橋脚１０Ｘ全体で２つのブレース連続体２１Ｓ，２１Ｓが設けられ、これら２つのブレース連続体２１Ｓ，２１Ｓによって応力伝達装置２０が構成されている。
なお、図８と同様に、この橋脚１０Ｘの一対の柱部１１にも鋼製ブレース２１をそれぞれ設けることにしてもよい。

図１１に示す橋脚１０Ｙは、左右一対の柱部１１の中間部に横梁部１２Ａが架け渡されるとともに、各柱部１１の上端部から外方向へ横梁部１２Ｂが片持ち状に設けられている。中間の横梁部１２Ａの全長と左右の片持ち状横梁部１２Ｂの全長とにそれぞれ鋼製ブレース２１が設けられるとともに、各柱部１１の上端部から中間横梁部１２Ａまでの間にも鋼製ブレース２１が設けられている。
左右上端部の隅角部１３の鋼製ブレース２１を介して片持ち状横梁部１２Ｂと柱部１１の鋼製ブレース２１どうしが連なっている。中間部の隅角部１３の鋼製ブレース２１を介して柱部１１と中間横梁部１２Ａの鋼製ブレース２１どうしが連なっている。これにより、一対の片持ち状横梁部１２Ｂと、一対の柱部１１の上半分と、中間横梁部１２Ａとにわたって一連のブレース連続体２１Ｓが構成されている。各箱桁１９に２本の鋼製ブレース２１，２１がクロスして配置されているのに対応して、橋脚１０Ｙ全体で２つのブレース連続体２１Ｓ，２１Ｓが設けられ、これら２つのブレース連続体２１Ｓ，２１Ｓによって応力伝達装置２０が構成されている。
なお、この橋脚１０Ｙの柱部１１の下半分にも鋼製ブレース２１を設けることにしてもよい。

図１２に示すように、各鋼製箱桁１９に鋼製ブレース２１を１つだけ設け、橋脚１０全体でブレース連続体２１Ｓを１つだけにしてもよい。
図１３に示すように、鋼製ブレース２１を横梁部１２の中心軸からずらして配置してもよい。この場合、２つの連続体２１Ｓを中心軸から等距離離して設けるのが好ましい。

本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変をなすことができる。
鋼製箱桁１９、連結部材２２、ブレース２１間の連結手段は、高力ボルトに代えて溶接であってもよい。
応力伝達装置２０を構成する鋼製細長部材が、ブレース状ではなく、梁部１２に沿って水平になっていてもよく、柱部１１に沿って垂直になっていてもよい。
鋼製細長部材は、圧延もしくは溶接にて組立てた形鋼や形鋼以外の細長鋼材を用いることができる。上記実施形態に示したＨ形鋼に代えて、Ｔ形鋼やＬ形鋼等の他の形鋼や、形鋼以外の鋼製細長部材を用いてもよい。鋼製細長部材は、溶接にて組立てたものであってもよい。

この発明は、既設橋梁の橋脚を補強するのに適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る鋼製橋脚の補強構造を示す斜視図である。 上記鋼製橋脚の正面図である。 上記鋼製橋脚の平面図である。 上記補強構造の鋼製ブレースの端部の連結構造の一例を示す斜視図であり、連結手段を実線で示し、鋼製ブレースと鋼製箱桁を仮想線で示し、高力ボルトを省略してある。 上記連結構造の正面図である。 図４の連結構造の変形例を示す斜視図である。 隅角部における柱部と横梁部の上フランジの接合ライン上での応力分布図であり、（ａ）は本発明による補強前の状態を示し、（ｂ）は本発明による補強後の状態を示す。 補強構造の変形例を示す正面図である。 補強構造の他の変形例を示す正面図である。 他の構造の鋼製橋脚に補強構造を適用した実施形態を示す正面図である。 さらに他の構造の鋼製橋脚に補強構造を適用した実施形態を示す正面図である。 補強構造の変形例を示す正面図である。 補強構造の変形例を示す正面図である。

符号の説明

１０ 鋼製橋脚
１１ 柱部
１１ｈ マンホール
１２ 横梁部
１２ｈ マンホール
１２Ａ，１２Ｂ 横梁部
１３ 隅角部
１３ａ 隅角部の柱部と横梁部の接合ライン
１９ 鋼製箱桁
１９ｆ フランジ
１９ｄ ダイヤフラム
１９ｈ マンホール
２０ 応力伝達装置
２１ 形鋼製ブレース（ブレース状鋼製細長部材）
２１ｆ フランジ
２１ｗ ウエブ
２１Ｓ ブレース連続体
２２ 連結部材
２２ａ 底板
２２ｂ 背板
２２ｃ 立板
２３ 高力ボルト

Claims (5)

1. 既設の箱型断面の鋼製橋脚の柱部と梁部で作る隅角部の補強構造であって、前記梁部又は柱部に働く荷重を長手方向に伝達可能な鋼製細長部材からなる応力伝達装置を、前記隅角部を含む梁部又は柱部の内部の略全長又は相当長さにわたって連続するように設けたことを特徴とする既設鋼製橋脚の隅角部の補強構造。
2. 前記応力伝達装置が、前記梁部又は柱部に沿って一列に並べられ、隣り合うものどうしが互いに逆方向に傾斜され力伝達可能に連結された複数のブレース状鋼製細長部材からなることを特徴とする請求項１に記載の隅角部補強構造。
3. 前記応力伝達装置が、前記梁部又は柱部に沿って一列に並べられ、隣り合うものどうしが互いに逆方向に傾斜され力伝達可能に連結された複数のブレース状鋼製細長部材からなる第１ブレース連続体と、この第１ブレース連続体と並行して並べられ、隣り合うものどうしが互いに逆方向に傾斜され力伝達可能に連結された他の複数のブレース状鋼製細長部材からなる第２ブレース連続体とを含み、これら第１及び第２ブレース連続体の互いに同位置に配置されたブレース状鋼製細長部材どうしが、互いに逆方向に傾斜されていることを特徴とする請求項１に記載の隅角部補強構造。
4. 前記ブレース状鋼製細長部材の各々が、前記梁部又は柱部を構成する鋼製箱桁の長手方向切断面の対角線に沿って配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の隅角部補強構造。
5. 既設の箱型断面の鋼製橋脚の柱部と梁部で作る隅角部を補強する方法であって、前記梁部又は柱部に働く荷重を長手方向に伝達可能な鋼製細長部材からなる応力伝達装置を、前記隅角部の応力が集中しない箇所を通るとともに前記梁部又は柱部の内部の略全長又は相当長さにわたって連続するように設けることを特徴とする既設鋼製橋脚の隅角部の補強方法。

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