JP4650255B2 - 鋼床版の補強構造及び既設鋼床版の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁や高架道路に用いられる鋼床版の剛性及び耐久性を向上させる鋼床版の補強構造及び既設鋼床版の補強方法に関するものである。

一般的に、橋梁や高架道路の鋼床版は、デッキプレートの下面に略Ｕ字形の縦リブが溶接により固着され補強されている。長期間にわたってデッキプレートの上を車両等が走行すると、車両等の輪荷重により鋼床版の変形が繰り返され、その結果、鋼床版が損傷するという問題点があった。そこで、以下に示すように、鋼床版の剛性を向上させるための技術が多く提案されている。

例えば、特許文献１には、デッキプレート下面と縦リブとで形成される閉断面空間内に充填材を充填する方法が開示されている。これは閉断面空間内に充填材を充填することにより、縦リブの断面疲労強度を向上させるとともに、デッキプレートと縦リブとの溶接部分を補強し、デッキプレートと縦リブとの溶接部分に生じる疲労亀裂を防止するためのものである。

また、特許文献２には、縦リブの下方に主桁間に架設される新設の横桁を設け、縦リブと新設の横桁との間に縦リブを支持するための支持部材を設ける補強構造が開示されている。これは、支持部材及び新設の横桁を設けることにより、デッキプレートに作用する載荷荷重を支持部材及び新設の横桁を介して主桁に伝達し、縦リブに作用する応力を小さくして溶接部分に生じる疲労を軽減し、デッキプレートと縦リブとの溶接部分に生じる疲労亀裂を防止するためのものである。
特開２００１−２４８１１４号公報 特開２００２−１７３９１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の閉断面空間内に充填材を充填する方法では、縦リブが設置された橋軸方向の剛性は向上するものの、鋼床版自身の荷重（以下、死荷重という）が増加し、その増加した荷重はデッキプレートにかかる反面、デッキプレートに作用する載荷荷重をデッキプレートのみで支えている縦リブ間には、鋼床版の剛性を向上させるための補強の手段が講じられていないために、デッキプレートの橋軸と直交する方向の構造性能は低下してしまうという問題点があった。

そして、特許文献２に記載の縦リブを支持するための支持部材を設ける方法では、既設の鋼床版の支持点を変更（増加）しただけであり、既設部分の劣化程度・範囲が大きい場合は対策にならないという問題点があった。また、特許文献１と同様に、縦リブ間には補強の手段が講じられていないために、橋軸と直交する方向の構造性能は低いままであるという問題点があった。さらに、縦リブと横桁との間に、精度良く嵌合又は固定できるような支持部材が必要であるが、鋼床版は長期間にわたり使用されており局部的な歪み等の変形が生じているために、予め工場等にて製作した支持部材を取付けることは困難であり、現場で現状に合わせた加工を施さねばならず、手間及び時間がかかるという問題点があった。

そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、橋梁や高架道路等の走行路を占用することなく施工が可能であって、かつ、剛性及び耐久性を向上させる鋼床版の補強構造及び既設鋼床版の補強方法を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明の鋼床版の補強構造は、デッキプレートを橋軸と直交する方向に並ぶように複数配設された主桁と、隣接する該主桁同士を結合するとともに、橋軸方向に所定の間隔で配設された横桁とで支持し、該デッキプレートの下面に橋軸方向に延設された縦リブを橋軸と直交する方向に複数個設置して構成された鋼床版であって、隣接する前記主桁間と隣接する前記横桁間との間の前記縦リブの下方に配設された鋼板と、前記鋼板を支持するために、隣接する主桁間に架設された新設の横桁とを備え、前記デッキプレート及び前記縦リブの下面と前記鋼板との間に充填材を充填してなることを特徴とする（第１の発明）。

本発明による鋼床版の補強構造によれば、鋼板及び新設の横桁を設け、デッキプレート及び縦リブの下面と鋼板との間に充填材を充填することにより、デッキプレートに作用する載荷荷重を充填材を介して鋼板及び新設の横桁に伝達することが可能である。したがって、デッキプレートに作用する載荷荷重を既設鋼床版に作用させることなく、新設した鋼板及び新設の横桁にて支持するために、耐力及び耐久性の高い構造とすることが可能となる。

また、デッキプレート及び縦リブの下面と鋼板との間に充填された充填材により、鋼床版の橋軸と直交する方向の変形が抑制されるために、剛性が向上し、デッキプレートと縦リブとの溶接接合部に作用する応力が低減される。さらに、橋軸方向にも充填材が充填されているために、橋軸方向の剛性も向上し、鋼床版全体の剛性が向上する。

そして、本発明による鋼床版の補強構造によれば、長期間にわたり使用されて変形が生じた既設の鋼床版を補強する場合においても、デッキプレート及び縦リブの下面を変形自在な充填材で覆うために、設計通りの補強構造を構築することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、前記縦リブの両側に、下縁が前記鋼板の上面に接合されて橋軸方向に延設された縦補強部材により構成されてなることを特徴とする。
本発明による縦補強部材によれば、縦補強材が橋軸方向に伸びているために、橋軸方向の剛性を向上させることが可能となる。

第３の発明は、第２の発明において、前記縦補強部材は、逆Ｔ字形の断面形状を有することを特徴とする。
本発明による逆Ｔ字形の断面形状を有する縦補強部材によれば、市販されているＴバー等の形鋼を用いることが可能であり、入手性がよい。また、水平なフランジ部分を有するために鋼板に固着することが容易であり、取付け作業性に優れる。

第４の発明は、第２の発明において、前記縦補強部材は、略逆Ｕ字形の断面形状を有することを特徴とする。
本発明による略逆Ｕ字形の断面形状を有する縦補強部材によれば、縦補強部材が橋軸方向に設置されることにより鋼床版の橋軸方向の剛性が向上するために、縦補強部材と鋼板との間に形成される閉断面空間内への充填材の充填を省略することが可能となる。したがって、デッキプレート及び縦リブの下方と鋼板との間の空間内すべてに充填材を充填する方法よりも死荷重を減少させることが可能となる。

第５の発明は、第２又は４の発明において、前記鋼板の上面と前記略逆Ｕ字形の断面形状を有する縦補強部材とで形成される閉断面空間内に、橋軸と直交する方向に横補強部材が設置されてなることを特徴とする。
本発明による横補強部材によれば、横補強材が橋軸と直交する方向に設置されるために、橋軸と直交する方向の剛性を向上させることが可能となる。

第６の発明は、第１の発明において、前記縦リブの下面と前記鋼板の上面との隙間にスペーサーを設けたことを特徴とする。
本発明によるスペーサーによれば、縦リブの下面と鋼板の上面との間に常に隙間が確保されるために、縦リブの下面と鋼板の上面との間に確実に充填材を充填することが可能となる。

第７の発明は、第４又は５の発明において、前記デッキプレートの下面と前記縦補強部材の上面との隙間にスペーサーを設けたことを特徴とする。
本発明によるスペーサーによれば、デッキプレートの下面と縦補強部材の上面との間に常に隙間が確保されるために、デッキプレートの下面と縦補強部材の上面との間に確実に充填材を充填することが可能となる。

第８の発明は、第１の発明において、前記充填材として無収縮モルタルを用いることを特徴とする。
本発明による充填材として無収縮モルタルを用いることによれば、デッキプレートに輪荷重が作用しても充填材は収縮しないために、鋼床版の変形が抑制される。したがって、鋼床版の剛性が向上し、デッキプレートと縦リブとの溶接接合部に作用する応力が低減される。また、隙間無く充填されるために、デッキプレートに作用した荷重を確実に鋼板及び新設の横桁に伝達することが可能となる。

第９の発明の既設鋼床版の補強方法は、デッキプレートを橋軸と直交する方向に並ぶように複数配設された主桁と、隣接する該主桁同士を結合するとともに、橋軸方向に所定の間隔で配設された横桁とで支持し、該デッキプレートの下面に橋軸方向に延設された縦リブを橋軸と直交する方向に複数個設置して構成された鋼床版を補強する既設鋼床版の補強方法において、橋軸方向に延設される縦補強部材が隣接する前記縦リブ間に配設されるように鋼板の上面に該縦補強部材を接合する工程と、隣接する前記主桁間と隣接する前記横桁間との間の前記縦リブの下方に前記鋼板を設置する工程と、前記鋼板を支持するための新設の横桁を隣接する主桁間に架設する工程と、前記デッキプレート及び前記縦リブの下面と前記鋼板との間に充填材を充填する工程とを備えることを特徴とする。
本発明による既設鋼床版の補強方法によれば、鋼床版の下側から工事可能なために、橋梁、高架道路等の走行路を占用する必要はなく、日中に安全、かつ短期間で既設の鋼床版を補強することが可能となる。

本発明の鋼床版の補強構造及び既設鋼床版の補強方法を用いることにより、橋梁や高架道路等の走行路を占用することなく施工が可能であって、かつ、剛性及び耐久性を向上させることが可能となる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る鋼床版の補強構造を適用した高架道路の横断面図、図２は、図１のＡ−Ａ’矢視図である。図１及び図２に示すように、高架道路２は、鋼床版１０と、橋軸と直交する方向（以下、橋軸直交方向という）に並ぶように複数配設され、鋼床版１０を支持する主桁１８と、隣接する主桁１８同士を結合するとともに、橋軸方向に所定の間隔で配設され、鋼床版１０を支持する横桁１７と、鋼床版１０の上側に施工されたアスファルト等の舗装２０とから構成される。

また、鋼床版１０は、デッキプレート１２と、デッキプレート１２の下面に設置された縦リブ１４と、縦リブ１４の下方に設置された鋼板１６と、鋼板１６を支持するために、隣接する主桁１８間に架設された新設の横桁２２と、各縦リブ１４の両側に設置された縦補強部材４とから構成される。

縦リブ１４は略Ｕ字形の断面形状を有する形鋼であり、この両端部がデッキプレート１２の下面に溶接にて固着され、橋軸方向に延設される。また、縦リブ１４は、橋軸直交方向に複数個設置される。

鋼板１６は、隣接する主桁１８間と隣接する横桁１７間との間の縦リブ１４の下方に所定の隙間を隔てて、主桁１８間の幅、新設の横桁２２間の長さにて配設される。
この新設の横桁２２は、鋼板１６の橋軸方向の両縁部を支持するために、橋軸方向に所定の間隔にて設置される。
また、主桁１８は上下端縁にそれぞれフランジを有するＩ形断面形状の形鋼であり、その両側には橋軸方向に所定の間隔で新設の横桁２２を取付けるための主桁用リブ１９が溶接等にて固着されている。

縦補強部材４は、下端縁にフランジを有する逆Ｔ字形断面形状の形鋼であり、隣接する縦リブ１４間に配設されるように、下面のフランジが鋼板１６の上面に溶接等にて固着され、橋軸方向に延設される。本実施形態においては、縦補強部材４として、例えば、Ｔバーを用い、各縦リブ１４の両側にそれぞれ１個ずつ、つまり、隣接する縦リブ１４間には２個ずつ設置し、橋軸直交方向の両側端部の縦リブ１４の外方にはそれぞれ１個ずつ設置する。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、隣接する縦リブ１４間に１個ずつ設置してもよい。
そして、縦補強部材４が取付けられた鋼板１６を、隣接する主桁１８間と隣接する横桁１７間との間の縦リブ１４の下方に配設し、仮受けする。

新設の横桁２２は、上下端縁にそれぞれフランジを有するコ形断面形状の溝型鋼（以下、チャンネルという）であり、上側のフランジが鋼板１６の下面に当接するように配設されるとともに、主桁用リブ１９にボルト等の結合手段２５で取付けられて、主桁１８間に架設される。そして、新設の横桁２２の上側のフランジを鋼板１６に溶接等にて固着し、仮受けを撤去する。本実施形態においては、新設の横桁２２として、チャンネルを用いる方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、Ｈ形等の型鋼を用いてもよい。

さらに、デッキプレート１２及び縦リブ１４の下面と鋼板１６との間の空間には充填材３２が充填される。本実施形態においては、充填材３２として、例えば、非圧縮性の無収縮モルタルを用いる。また、縦リブ１４の下面と鋼板１６の上面との間に、橋軸方向に所定の間隔でスペーサー２４を設置し、これらの面同士の当接を防止する。鋼板１６の各端部には、例えば、スポンジ等の変形性能の良い材料を用いて妻型枠が設けられて（図示しない）充填材３２が漏れないにようにシールされ、充填材３２は鋼板１６に設けた注入孔（図示しない）から注入される。

上述した鋼板１６、新設の横桁２２等の補強部材の設置作業及び充填材３２の充填作業は、高架道路２の走行路を利用することなく、すべて鋼床版１０の下から高所作業車等を利用して行われる。

以上説明した本実施形態の鋼床版１０の補強構造によれば、鋼板１６及び新設の横桁２２を設け、デッキプレート１２及び縦リブ１４の下面と鋼板１６との間に充填材３２を充填することにより、デッキプレート１２に作用する載荷荷重を充填材３２を介して鋼板１６及び新設の横桁２２に伝達することが可能である。したがって、デッキプレート１２に作用する載荷荷重を既設の鋼床版１０に負担させることなく、新たに設置した鋼板１６及び新設の横桁２２にて支持するために、耐力及び耐久性の高い構造とすることが可能となる。

また、デッキプレート１２及び縦リブ１４の下面と鋼板１６との間に充填された充填材３２により、鋼床版１０の橋軸直交方向の変形が抑制されるために、剛性が向上し、デッキプレート１２と縦リブ１４との溶接接合部に作用する応力が低減される。さらに、橋軸方向にも充填材３２が充填されているために、橋軸方向の剛性も向上し、鋼床版１０全体の剛性が向上する。

そして、本実施形態の逆Ｔ字形の断面形状を有する縦補強部材４によれば、縦補強部材が橋軸方向に伸びているために、橋軸方向の剛性を向上させることが可能となる。また、縦補強部材４として市販されているＴバー等の形鋼を用いることが可能であり、入手性が容易である。さらに、水平なフランジ部分を有するために鋼板１６に固着することが容易であり、取付け作業性に優れる。

また、本実施形態ではスペーサー２４が、縦リブ１４の下面と鋼板１６の上面との間に設置されることで、両者間の隙間を確保できるために、この隙間に確実に充填材３２を充填することが可能となる。そして、この充填材３２として無収縮モルタルを用いることにより、デッキプレート１２に輪荷重が作用しても充填材３２は収縮しないために、鋼床版１０の変形が抑制される。したがって、鋼床版１０の剛性が向上し、デッキプレート１２と縦リブ１４との溶接接合部に作用する応力が低減される。さらに、充填材３２が隙間無く充填されるために、デッキプレート１２に作用した荷重を確実に鋼板１６及び新設の横桁２２に伝達することが可能となる。

なお、本実施形態において、充填材３２として無収縮モルタルを用いる方法について説明したが、これに限定されるものではなく、間隙無く充填され、かつ、充填されたデッキプレート１２及び縦リブ１４の下面と鋼板１６との間の空間の変形を抑制するとともに、デッキプレート１２に作用する載荷荷重を鋼板１６に伝達可能な強度を有するものであればよい。

次に、本発明の第二の実施形態について説明する。下記に示す説明において、第一実施形態と同様の構成を用いたものと対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

図３は、本発明の第二実施形態に係る鋼床版３６の補強構造を適用した高架道路３４の横断面図、図４は、Ｂ−Ｂ’矢視図である。図３及び図４に示すように、高架道路３４は、第一実施形態にて説明した逆Ｔ字形断面形状の縦補強部材４の替わりに略逆Ｕ字形断面形状（後述する）の縦補強部材６を備えたものである。

縦補強部材６は、略逆Ｕ字形断面形状を有する形鋼であり、この両端部が鋼板１６の上面に溶接にて固着され、橋軸方向に延設される。また、縦補強部材６は、橋軸直交方向に複数個設置される。そして、鋼板１６の上面と縦補強部材６とで形成される閉断面空間内に横補強部材８が設置される。

横補強部材８は、上縁及び両縁が縦補強部材６の内面に溶接等にて固着され、橋軸方向に所定の間隔Ｌで配置される。本実施形態において、この所定の間隔Ｌは、例えば、縦リブ１４の設置間隔ａの２倍の長さとする。なお、本実施形態においては、所定の間隔を縦リブ１４の設置間隔ａの２倍の長さとしたが、これに限定されるものではなく、設計された長さに基づいて適宜変更することが可能である。

なお、本実施形態においては、縦補強部材６の内側に横補強部材８を設置する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、横補強部材８を設置しなくてもよく、さらに充填材３２を充填してもよい。

デッキプレート１２及び縦リブ１４の下面と鋼板１６及び縦補強部材６の上面との間の空間には充填材３２として無収縮モルタルが充填されている。縦リブ１４の下面と鋼板１６の上面との間、及びデッキプレート１２の下面と縦補強部材６の上面との間に、橋軸方向に所定間隔でスペーサー２４を設置し、これらの面同士の当接を防止する。

上述した鋼板１６、新設の横桁２２等の補強部材の設置作業及び充填材３２の充填作業は、第一実施形態と同様に、高架道路３４の走行路を利用することなく、すべて鋼床版３６の下から高所作業車等を利用して行われる。

以上説明した本実施形態の鋼床版３６の補強構造によれば、上記の第一実施形態と同様に、デッキプレート１２及び縦リブ１４の下面と鋼板１６との間に充填材３２を充填することにより、デッキプレート１２に作用する載荷荷重を充填材３２を介して鋼板１６及び新設の横桁２２に伝達することができ、これにより耐力及び耐久性の高い構造とすることが可能となる。また、充填材３２を充填することにより鋼床版３６の橋軸直交方向の変形が抑制されるために、剛性が向上し、デッキプレート１２と縦リブ１４と、及び鋼板１６と縦補強部材６との溶接接合部に作用する応力が低減される。さらに、橋軸方向にも充填材３２が充填されているために、橋軸方向の剛性も向上し、鋼床版３６全体の剛性が向上する。

また、本実施形態によれば、略逆Ｕ字形断面形状を有する縦補強部材６が橋軸方向に延設されているために、橋軸方向の剛性を向上させることが可能となる。また、この縦補強部材６を取付けることにより鋼床版３６の剛性が向上するために、縦補強部材６と鋼板１６との間に形成される閉断面空間内への充填材３２の充填を省くことが可能となる。したがって、デッキプレート１２及び縦リブ１４の下方と鋼板１６との間のすべての空間内に充填材３２を充填する方法よりも死荷重を減少させることが可能となる。

さらに、横補強部材８が橋軸直交方向に延設されているために、橋軸直交方向の剛性を向上させることが可能となる。

また、デッキプレート１２の下面と縦補強部材６の上面との間、及び縦リブ１４の下面と鋼板１６の上面との間にスペーサー２４が設置されることで、それぞれの両者間の隙間を確保できるために、これらの隙間に確実に充填材３２を充填することが可能となる。そして、この充填材３２として無収縮モルタルを用いることにより、鋼床版３６の変形が抑制される。したがって、鋼床版３６の剛性が向上し、デッキプレート１２と縦リブ１４との溶接接合部に作用する応力が低減される。さらに、充填材３２が隙間無く充填されるために、デッキプレート１２に作用した荷重を確実に鋼板１６及び新設の横桁２２に伝達することが可能となる。

なお、本実施形態において、充填材３２として無収縮モルタルを用いる方法について説明したが、これに限定されるものではなく、間隙無く充填され、かつ、充填されたデッキプレート１２及び縦リブ１４の下面と鋼板１６及び縦補強部材６との間の空間の変形を抑制するとともに、デッキプレート１２に作用する載荷荷重を鋼板１６に伝達可能な強度を有するものであればよい。

なお、上述したすべての実施形態において、鋼床版３６の下方全体を補強する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、補強の必要な箇所等の部分的な補強でもよい。

また、上述したすべての実施形態において、鋼床版３６を支持する主桁１８が２本の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、主桁１８が３本以上であってもよい。

本発明の第一実施形態に係る鋼床版の補強構造を適用した高架道路の横断面図である。 図１のＡ−Ａ’矢視図である。 本発明の第二実施形態に係る鋼床版の補強構造を適用した高架道路の横断面図である。 図３のＢ−Ｂ’矢視図である。

符号の説明

２、３４ 高架道路
４、６ 縦補強部材
８ 横補強部材
１０、３６ 鋼床版
１２ デッキプレート
１４ 縦リブ
１６ 鋼板
１７ 横桁
１８ 主桁
１９ 主桁用リブ
２０ 舗装
２２ 新設の横桁
２４ スペーサー
２５ 結合手段
３２ 充填材
Ｌ 横補強部材を設置する所定の間隔

Claims (9)

1. デッキプレートを橋軸と直交する方向に並ぶように複数配設された主桁と、隣接する該主桁同士を結合するとともに、橋軸方向に所定の間隔で配設された横桁とで支持し、該デッキプレートの下面に橋軸方向に延設された縦リブを橋軸と直交する方向に複数個設置して構成された鋼床版であって、
   隣接する前記主桁間と隣接する前記横桁間との間の前記縦リブの下方に配設された鋼板と、
   前記鋼板を支持するために、隣接する主桁間に架設された新設の横桁とを備え、
   前記デッキプレート及び前記縦リブの下面と前記鋼板との間に充填材を充填してなることを特徴とする鋼床版の補強構造。
2. 前記縦リブの両側に、下縁が前記鋼板の上面に接合されて橋軸方向に延設された縦補強部材により構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の鋼床版の補強構造。
3. 前記縦補強部材は、逆Ｔ字形の断面形状を有することを特徴とする請求項２に記載の鋼床版の補強構造。
4. 前記縦補強部材は、略逆Ｕ字形の断面形状を有することを特徴とする請求項２に記載の鋼床版の補強構造。
5. 前記鋼板の上面と前記略逆Ｕ字形の断面形状を有する縦補強部材とで形成される閉断面空間内に、橋軸と直交する方向に横補強部材が設置されてなることを特徴とする請求項２又は４に記載の鋼床版の補強構造。
6. 前記縦リブの下面と前記鋼板の上面との隙間にスペーサーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の鋼床版の補強構造。
7. 前記デッキプレートの下面と前記縦補強部材の上面との隙間にスペーサーを設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の鋼床版の補強構造。
8. 前記充填材として無収縮モルタルを用いることを特徴とする請求項１に記載の鋼床版の補強構造。
9. デッキプレートを橋軸と直交する方向に並ぶように複数配設された主桁と、隣接する該主桁同士を結合するとともに、橋軸方向に所定の間隔で配設された横桁とで支持し、該デッキプレートの下面に橋軸方向に延設された縦リブを橋軸と直交する方向に複数個設置して構成された鋼床版を補強する既設鋼床版の補強方法において、
   橋軸方向に延設される縦補強部材が隣接する前記縦リブ間に配設されるように鋼板の上面に該縦補強部材を接合する工程と、
   隣接する前記主桁間と隣接する前記横桁間との間の前記縦リブの下方に前記鋼板を設置する工程と、
   前記鋼板を支持するための新設の横桁を隣接する主桁間に架設する工程と、
   前記デッキプレート及び前記縦リブの下面と前記鋼板との間に充填材を充填する工程とを備えることを特徴とする既設鋼床版の補強方法。
   

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