JP3728391B2

JP3728391B2 - 連続桁橋梁構造

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Publication number: JP3728391B2
Application number: JP32925899A
Authority: JP
Inventors: 節雄岩田; 松野　　進; 和宏安田; 塩見　　健
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: JP2001146713A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続桁橋梁の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９に２径間連続合成桁形式の橋梁を示すが、この合成桁は、鋼桁１とコンクリート床版２とがスタッド３を介して機械的に結合されているもので、非合成桁に比べて撓み等の合成が増加し、鋼桁１の重量を減じることができるので、コストダウンが図れる。また、疲労クラックが発生しにくい等、損傷しにくい有利な橋梁構造である。
【０００３】
ところで、連続桁橋梁では、一般に橋の中間部にも中間支承４を配置し、図９（ｂ）に示すように、鋼桁１がこの中間支承４によって支持されている。そして、このような連続桁が自動車などの荷重（活荷重）を受けると、支間中間部Ａにおいては、図９（ｃ）に示したような正曲げモーメントｍ1 によって、コンクリート床版２に図９（ｄ）に示したような圧縮応力σｃが生じるので、コンクリート床版２にクラックを発生させるような引張り応力は生じない。
【０００４】
しかし、中間支点部Ｂにおいては、図９（ｃ）に示したような負曲げモーメントｍ2 によって、コンクリート床版２に図９（ｅ）に示したような引張り応力σｔが発生するために、その引張り応力がコンクリートのクラック発生応力を超える場合には、図９（ｃ）に示したように、コンクリート床版２にクラック５が発生する可能性がある。
【０００５】
そこで、上記したような、中間支点部Ｂにおけるコンクリート床版２のクラック５の発生を防止するために、当該部分にプレストレスを導入したものが採用されるようになってきた。
【０００６】
このうち、図１０は合成桁の中間支点部Ｂにおけるコンクリート床版部分に、直接プレストレスを導入する場合を示したもので、中間支点部Ｂに例えばプレキャスト床版６を配置し、このプレキャスト床版６の橋軸方向に、プレストレス鋼線７を用いてプレストレスを導入することで、図１０（ｃ）に示したように、中間支点部Ｂにおけるプレキャスト床版６に、一様に圧縮応力σｃを発生させるものである。
【０００７】
そして、このプレストレスの導入により、活荷重が作用して鋼桁１の下フランジに引張り応力σｔが発生しても、プレストレスによる圧縮応力σｃと差し引きすると、図１０（ｄ）に示したように、プレキャスト床版６には圧縮応力σｃ1 が残留することになって、プレキャスト床版６にクラックが発生しないようになる。
【０００８】
また、図１１は橋梁端部の支点の上下方向変位を拘束したまま、鋼桁１を中間支点部Ｂで、δだけジャッキアップすることで、橋軸方向にプレストレスを導入する場合を示したもので、鋼桁１には予めスタッド３が溶接されており、図１１（ａ）に示したように、中間支点部Ｂをδだけジャッキアップしたままでコンクリート床版２を打設し（図１１（ｂ））、硬化した後ジャッキを緩めて前記δだけダウンさせると（図１１（ｃ））、鋼桁１は前に上昇させた分のスプリングバック量とコンクリート床版２及び鋼桁１の自重によって元の位置に沈下し、コンクリート床版２には、図１１（ｄ）に示すように、圧縮応力σｃが導入される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示したような、コンクリート床版に直接プレストレスを導入する方法では、次に列挙するような問題がある。
▲１▼ プレキャスト床版６が、鋼桁１とスタッド３で拘束されているので、主桁近傍では、プレストレスが入りにくく、コンクリート床版全域に均等にプレストレスが導入されない。
【００１０】
▲２▼ プレストレスを導入するためのジャッキを配置するスペースを確保する必要があるが、このスペースをプレストレス導入後に目地コンクリート８で埋める必要があるので、その分、工程が延びることになる。
▲３▼ プレストレスの導入後にプレストレス量が、乾燥収縮やクリープによって減少する量を推定できない。また、プレストレス量が減少しても、プレストレスを再導入して一定のプレストレスを確保することが困難である。
【００１１】
また、図１１に示したような、ジャッキアップ・ジャッキダウンによるプレストレス導入法では、以下に列挙する問題がある。
▲１▼ 鋼桁１の嵩上げ量が現実には約１ｍ程度になり、現場作業の安全性に十分な注意が必要になる。
【００１２】
▲２▼ コンクリートの硬化中にコンクリートの乾燥収縮によって同一嵩上げ量でも導入するプレストレス量が異なり、必ずしも所定のプレストレスを導入できない可能性がある。
▲３▼ 一度ジャッキアップ量を設定してコンクリートが硬化すると、ジャッキダウン時にプレストレス量が不足しても修正することができない。
【００１３】
▲４▼ ジャッキダウン時以降にコンクリートの乾燥収縮及びクリープによって予想以上にプレストレス量が減少しても修正することができない。なお、プレストレスの減少量を測定するには、センサーなどを埋め込むことで可能であるが、このような方法は、非常に高価であり、特殊技術を必要とする。
【００１４】
本発明は、上記した連続桁橋梁にあった問題点に鑑みてなされたものであり、連続桁橋梁の中間支点部にプレストレスを導入することなく、活荷重が作用した場合にも、中間支点部の床版にクラックが発生することのない連続桁橋梁構造を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の連続桁橋梁構造は、連続桁の中間支点部における鋼桁部分に、波形鋼板ウェブを配置し、この波形鋼板ウェブを配置した中間支点部のコンクリート床版にプレストレスを導入することとしている。そして、このようにすることで、連続桁の中間支点部に容易にプレストレスを導入することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の連続桁橋梁構造は、連続桁の中間支点部における鋼桁部分に、波形鋼板ウェブを配置し、この波形鋼板ウェブを配置した中間支点部のコンクリート床版にプレストレスを導入したものである。すなわち、本発明の連続桁橋梁構造は、図１（ｃ）に示すように、連続桁の中間支点部の負曲げモーメント（−Ｍ）の範囲内に波形鋼板ウェブを使用し、この波形鋼板ウェブ上のコンクリート床版にプレストレスを導入するようにしたものである。
【００１７】
本発明の連続桁橋梁構造は、連続桁の中間支点部における鋼桁部分に、波形鋼板ウェブを配置することで、この波形鋼板ウェブ上のコンクリート床版に容易にプレストレスを導入することができるようになる。
【００１８】
本発明の連続桁橋梁構造において、波形鋼板ウェブの中間支点位置に添接板を取付け、この添接板と波形鋼板ウェブとで形成された空洞に、コンクリートを充填した場合には、コンクリート充填部においては、圧縮荷重に対する耐力が増加する。
【００１９】
また、本発明の連続桁橋梁構造において、波形鋼板ウェブの上フランジに代えて、多数のリング状ジベルを取付けた場合には、より有効にコンクリート床版にプレストレスを導入することができる。
【００２０】
そして、この際、鋼桁と波形鋼板ウェブとの取付けに際し、鋼桁の上フランジのみを波形鋼板ウェブ側に張出させ、この張出し部に設けた嵌入用切欠きに波形鋼板ウェブを嵌入させて溶接一体化した場合には、接合部での応力集中を小さくすることができる。また、鋼桁の上フランジの張出し部に丸みをつけた場合には、接合部での応力集中をより小さくすることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の連続桁橋梁構造を図１〜図８に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の連続桁橋梁構造の概要を説明する図で、（ａ）は橋脚間に橋桁を掛け渡した図、（ｂ）は橋桁の上にコンクリートを打設した図、（ｃ）は橋桁に作用する曲げモーメントを説明した図、図２は本発明の連続桁橋梁構造の説明図で、中間支点部分の斜視図、図３の（ａ）は図２を側面方向から見た図、（ｂ）は図２を平面方向から見た図、（ｃ）は図２を正面方向から見た図、図４は図２に示した本発明の連続桁橋梁構造において、プレストレスを導入する際の説明図（斜視図）、図５の（ａ）は図４のＡ−Ａ断面を平面方向から見た図、（ｂ）は図４のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は図４のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は図４のＣ−Ｃ断面図、図６は本発明の連続桁橋梁構造の他の実施例の説明図で、（ａ）は側面方向から見た図、（ｂ）は中間支点部の斜視図、図７は図６（ｂ）の要部拡大斜視図、図８は図６に示した実施例における鋼桁と波形鋼板ウェブとの溶接部の説明図で、（ａ）は通常の溶接構造図、（ｂ）は本発明の構造を採用した鋼桁の上フランジの説明図、（ｃ）は（ｂ）の構造を採用した場合の溶接構造図である。
【００２２】
図１〜図８において、１１は波形鋼板ウェブで、本発明の連続桁橋梁構造では、この波形鋼板ウェブ１１を、連続桁の中間支点部Ｂにおける鋼桁１部分に配置しているのである。
【００２３】
そして、施工に際しては、先ず、波形鋼板ウェブ１１とＩ型の鋼桁１とを溶接し、図１（ａ）に示すように、橋脚１２間に波形鋼板ウェブ１１と鋼桁１とを溶接して一体化した橋桁を掛け渡す。この時、波形鋼板ウェブ１１には上下にフランジ１１ａ，１１ｂがついているので、波形鋼板ウェブ１１がアコーディオンのように広がることはない。
【００２４】
この状態で、鋼桁１や波形鋼板ウェブ１１の上フランジ１ａ，１１ａ上にコンクリートを打設すると、鋼桁１や波形鋼板ウェブ１１の上フランジ１ａ，１１ａ上に溶接されたスタッド３を介してコンクリート床版２と鋼桁１や波形鋼板ウェブ１１が結合される。
【００２５】
そして、コンクリートの硬化後に、図１（ｂ）に示すように、鋼桁１の波形鋼板ウェブ１１近傍に取付けたアンカー金具１３にＰＣ鋼棒１４及びナット１５を取付け、ＰＣ鋼棒１４を締付けることによって、波形鋼板ウェブ１１の範囲のコンクリート床版２にプレストレスを導入する。
【００２６】
導入するプレストレス量Ｐは、コンクリート床版２に導入する平均圧縮応力を１．４７ＭＰａとすると、コンクリート床版２（幅１６ｍ、厚さ０．３２ｍ）全体では、
Ｐ＝１６×０．３２×１．４７×１０⁶ ＝７５２６４００Ｎ
となる。
【００２７】
従って、１桁当たり約４００トンとすると、ＰＣ鋼棒１４は１本当たり約４９０ｋＮの力をかけられるので、図３（ｃ）に示したように、１桁当たり８本のＰＣ鋼棒１４をセットできるように、アンカー金具１３を設計すればよいことになる。一般に鋼桁１の上フランジ１ａの幅は５００〜６００ｍｍであるから、１桁当たり８本程度のＰＣ鋼棒１４を取付けるのは、それほど困難ではない。
【００２８】
図２は本発明の連続桁橋梁構造における中間支点部分の斜視図を示したものであるが、中間支点部に配置される中間支承４にはかなりの荷重が作用する。従って、図２、図３に示した実施例では、波形鋼板ウェブ１１の中間支承４に相当する位置に、添接板１６を取付けて、この添接板１６と波形鋼板ウェブ１１とで形成された空洞にコンクリート１７を充填し、圧縮荷重に抵抗させるようにしている。なお、中間支点部上では鋼桁１の捩れ変形を拘束するために、横桁１８が配置されるが、この横桁１８は波形鋼板ウェブ１１に溶接或いはボルトによって接合させる。
【００２９】
図４及び図５にＰＣ鋼棒１４の詳細配置を示す。このうち、図４の断面Ａは鋼桁１、波形鋼板ウェブ１１、コンクリート床版２からなる主桁の外側橋軸方向断面を、断面Ｂは同じく主桁の内側断面を、断面Ｃは同じく主桁の支間中央断面を示すものである。
【００３０】
そして、断面Ａでは、橋軸方向に水平状にＰＣ鋼棒１４を配置する。
また、断面Ｂでは、断面Ａと同じようにＰＣ鋼棒１４を配置すると共に、コンクリート床版２内に圧縮力を導入するために曲線状のＰＣ鋼線１９を配置する。このＰＣ鋼線１９は、例えば楔形金具２０を用いて、アンカー金具１３に固定する。但し、水平状のＰＣ鋼棒１４のみで、十分なプレストレスが導入できる場合には、前記したＰＣ鋼線１９は不要である。
【００３１】
また、断面Ｃでは、上記したような主桁から導入するプレストレスだけでは十分でない場合に、コンクリート床版２に直接、橋軸方向のプレストレスを導入するＰＣ鋼線１９の配置を示したものである。この場合、ＰＣ鋼線１９の定着部は、コンクリート床版２の下面を少し大きくなるように張出し、その部分にＰＣ鋼線１９からの圧縮力によるひび割れを防止するための補強鉄筋２１を埋設する。この断面Ｃにおけるプレストレスの導入は、コンクリート床版２の下方からジャッキを用いて行なうことになる。
【００３２】
以上の実施例は、波形鋼板ウェブ１１に上フランジ１１ａが設けられているものについて示したものであるが、図６〜図８は上フランジがない実施例を示している。この上フランジがない場合には、プレストレスを導入した場合に、この上フランジが抵抗しないので、より有効にコンクリート床版２にプレストレスを導入することができるようになる。
【００３３】
このような上フランジを設けない場合、波形鋼板ウェブ１１とコンクリート床版２との結合は、波形鋼板ウェブ１１の上部に孔を開け、この孔にリング状のジベル２２を取付けることによって行なう。このようなリング状のジベル２２の場合には、直筋に比べて鉄筋の位置保持が容易であるという利点がある。
【００３４】
また、このような上フランジを設けない波形鋼板ウェブ１１を用いた場合、桁を中間支承４に掛けていく場合には、曲げ剛性が不足するという問題があるが、このような問題に対しては、ＰＣ鋼棒１４を予め取り付けることによって、上フランジが受け持っていた引張り力を分担するようにすればよい。なお、図６〜図８に示した上フランジを設けない波形鋼板ウェブ１１を用いた場合でも、中間支承４上で横桁１８を取付けるが、この横桁１８と波形鋼板ウェブ１１との接合は、溶接或いはボルトによって行なう。
【００３５】
ところで、前後の鋼桁１と波形鋼板ウェブ１１との接合は、通常、モーメントが小さくなる位置で突き合わせ溶接によって行なうが、上フランジを設けない波形鋼板ウェブ１１を用いた場合、鋼桁１の上フランジ１ａ部分では図８（ａ）に示したように、急激な断面変化が生じ、疲労クラックが発生する原因になることが懸念される。
【００３６】
そこで、このような場合には、図８（ｂ）に示したように、前後の鋼桁１の上フランジ１ａのみを波形鋼板ウェブ１１側に張出させ、この張出し部に設けた嵌入用切欠き１ｂに、図８（ｃ）に示すように、波形鋼板ウェブ１１を嵌入させて溶接一体化する。このようにした場合には、接合部での応力集中を小さくすることができる。
【００３７】
また、この時、鋼桁１の上フランジ１ａの張出し部には、図８（ｂ）に示したように、丸みをつけて上フランジ１ａの剛性が急激に変化しないようにした場合には、この部分での応力集中を避けることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る連続桁橋梁構造によれば、連続桁橋梁の中間支点部に、容易にプレストレスを導入することができる。また、本発明に係る橋梁の主桁構造では、プレストレス導入のためのスペースを必要とせず、しかも、導入プレストレス量が明確で、仮に乾燥収縮及びクリープによってプレストレスが減少しても、常に最適な量に再導入することが可能である。また、本発明に係る橋梁の主桁構造では、ジャッキアップ・ジャッキダウンによる橋軸方向のプレストレス導入と併用した場合には、さらに正確なプレストレスを導入することができる。
【００３９】
また、本発明の連続桁橋梁構造において、波形鋼板ウェブの中間支点位置に添接板を取付け、この添接板と波形鋼板ウェブとで形成された空洞に、コンクリートを充填した場合には、このコンクリート充填部では、圧縮荷重に対する耐力を増加させることができる。
【００４０】
また、本発明の連続桁橋梁構造において、波形鋼板ウェブの上フランジに代えて、多数のリング状ジベルを取付けた場合には、より有効にコンクリート床版にプレストレスを導入することができる。そして、その際、鋼桁と波形鋼板ウェブとの取付けに際し、鋼桁の上フランジのみを波形鋼板ウェブ側に張出させ、この張出し部に設けた嵌入用切欠きに波形鋼板ウェブを嵌入させて溶接一体化した場合には、接合部での応力集中を小さくすることができる。また、鋼桁の上フランジの張出し部に丸みをつけた場合には、接合部での応力集中をより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続桁橋梁構造の概要を説明する図で、（ａ）は橋脚間に橋桁を掛け渡した図、（ｂ）は橋桁の上にコンクリートを打設した図、（ｃ）は橋桁に作用する曲げモーメントを説明した図である。
【図２】本発明の連続桁橋梁構造の説明図で、中間支点部分の斜視図である。
【図３】（ａ）は図２を側面方向から見た図、（ｂ）は図２を平面方向から見た図、（ｃ）は図２を正面方向から見た図である。
【図４】図２に示した本発明の連続桁橋梁構造において、プレストレスを導入する際の説明図（斜視図）である。
【図５】（ａ）は図４のＡ−Ａ断面を平面方向から見た図、（ｂ）は図４のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は図４のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は図４のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明の連続桁橋梁構造の他の実施例の説明図で、（ａ）は側面方向から見た図、（ｂ）は中間支点部の斜視図である。
【図７】図６（ｂ）の要部拡大斜視図である。
【図８】図６に示した実施例における鋼桁と波形鋼板ウェブとの溶接部の説明図で、（ａ）は通常の溶接構造図、（ｂ）は本発明の構造を採用した鋼桁の上フランジの説明図、（ｃ）は（ｂ）の構造を採用した場合の溶接構造図である。
【図９】従来の連続桁橋梁の問題点を説明する図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は（ａ）の中間支点部を正面方向から見た図、（ｃ）は連続桁橋梁に活荷重が作用した場合の説明図、（ｄ）は連続桁橋梁に活荷重が作用した場合に、支間中間部に作用する応力の説明図、（ｅ）は連続桁橋梁に活荷重が作用した場合に、中間支点部に作用する応力の説明図である。
【図１０】連続桁橋梁の中間支点部にプレストレスを導入する従来方法の説明図で、（ａ）はプレストレスの導入中の説明図、（ｂ）はプレストレスの導入後の説明図、（ｃ）はプレストレスの導入後に中間支点部に作用する応力の説明図、（ｄ）は活荷重が作用した場合に、中間支点部に作用する応力の説明図である。
【図１１】連続桁橋梁の中間支点部にプレストレスを導入する従来の他の方法の説明図で、（ａ）は鋼桁のジャッキアップ中の説明図、（ｂ）はコンクリートを打設中の説明図、（ｃ）は鋼桁をジャッキダウンした時の説明図、（ｄ）はジャッキダウンによってコンクリート床版に導入された圧縮応力の説明図である。
【符号の説明】
１鋼桁
１ａ上フランジ
１ｂ切欠き
４中間支承
１１波形鋼板ウェブ
１１ａ上フランジ
１３アンカー金具
１４ＰＣ鋼棒
１５ナット
１６添接板
１７コンクリート
１９ＰＣ鋼線
２２リング状ジベル

Claims

連続桁の中間支点部における鋼桁部分に、波形鋼板ウェブを配置し、この波形鋼板ウェブを配置した中間支点部のコンクリート床版にプレストレスを導入したことを特徴とする連続桁橋梁構造。
波形鋼板ウェブの中間支点位置に添接板を取付け、この添接板と波形鋼板ウェブとで形成された空洞に、コンクリートを充填したことを特徴とする請求項１記載の連続桁橋梁構造。
波形鋼板ウェブの上フランジに代えて、多数のリング状ジベルを取付けたことを特徴とする請求項１又は２記載の連続桁橋梁構造。
請求項３記載の連続桁橋梁構造における鋼桁と波形鋼板ウェブとの取付けに際し、鋼桁の上フランジのみを波形鋼板ウェブ側に張出させ、この張出し部に設けた嵌入用切欠きに波形鋼板ウェブを嵌入させて溶接一体化したことを特徴とする連続桁橋梁構造。
鋼桁の上フランジの張出し部に丸みをつけたことを特徴とする請求項４記載の連続桁橋梁構造。