JP5878316B2 - 鋼橋の部分複合構造および部分複合構造化工法 - Google Patents
鋼橋の部分複合構造および部分複合構造化工法 Download PDFInfo
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Description
たとえば、鋼橋の支点部には、図10に示すように腐食や応力集中部の疲労による損傷箇所が発生しがちである。
鋼トラス橋のトラス斜材の補修・補強には、トラス斜材の腐食損傷部分からRC床版を剥がし取り、図14に示すように、腐食損傷部分に新しい当て板を高力ボルトで留めて保護する当て板補修が施されることが多い。
トラス斜材の当て板補修では、数年経過後に再び同じ場所が腐食する場合が多く、保護効果が十分でない。また、腐食損傷部分は狭隘部にあるためボルト孔あけ、ボルト締めなどの施工が困難で施工性が劣る。
さらに、供用中の既設鋼橋の補修・補強工事はできるだけ車や鉄道の通行を妨げないように施工することが求められる。たとえば、都市部の鉄道橋では、最長連続作業時間は夜間の3〜5時間程度となるケースが多く、短時間の作業で分割施工を組み合わせながら実施することが要請され、施工上の制約を満たしうる構造形式を採用する必要がある。
また、複合構造化工法についても、既設鋼橋には溶接に適しない鋼材で製作されたリベット構造の橋梁も多く、補修・補強の工事において溶接が適さない場合もある。
特許文献1に開示された複合構造化工法は、ずれ止めとしてパネル内の腹板にスタッドを溶接する必要があり、施工性が悪く、主桁端部の狭隘部で迅速な補修・補強作業を行う工法として合理的とはいいがたい。また、鋼部材とコンクリートの間に浸入する雨水等の問題は根本的に解決されず、鋼部材の腐食による損傷の進行が抑えられない。さらに、型枠を外した後のコンクリート表面は、モルタルやペンキなどによる塗装を施す必要がある。
しかし、非特許文献1に開示された複合構造化工法は、床版がない開床式の鋼橋を対象として、鋼桁で囲われた空間に底板を付けてコンクリートを流し込むことにより複合構造化するもので、鋼部材における部分的な損傷に対する補修・補強ではなく、橋梁の全体的な補強を目的とするのであって、鋼橋の支点部など腐食や疲労が見られる任意の部分を直接的に補修・補強することには利用することができない。
したがって、本発明の部分複合構造を形成することにより、保護領域の鋼部材を腐食や疲労から保護して長寿命化させることができ、かつ、既存の鋼橋の耐荷力および耐久性を向上させ、騒音と振動を低減させることができる。
緩衝材は、鋼部材と補強コンクリートに対する接着性の観点から、ポリマーセメントモルタル、ポリマーモルタル、ポリマーのいずれかであることが好ましく、特に性能の高さから、ゴムラテックスモルタルであることが好ましい。
なお、型枠は、軽く頑丈で表面美観を備えた繊維強化プラスチックス(FRP)で形成したものであることが好ましく、特に軽量で強度が高いガラス繊維強化プラスチック(GFRP)で形成することがより好ましい。
特に、コンクリート施工作業においては、打ち込んだ補強コンクリートが適当な強度になる前に施工中の鋼橋上を列車が走行すると、補強コンクリートがしっかりと付着せず、堅固な複合構造化が形成できなくなるので、補強コンクリートの硬化に必要な時間を確保してしっかり合成化させる必要がある。
したがって、列車運行休止期間の短い鉄道橋などに適用する場合は、打設後3時間程度で受容可能な圧縮強度を備えるようになる速硬軽量コンクリートを使用することが好ましい。
図1は本実施例に係る鋼橋の部分複合構造を示す斜視図、図2は部分複合構造に用いる型枠の分解図、図3は部分複合構造の断面図、図4は部分複合構造の補強コンクリートを充填する前の状態を示す平面図、図5は鋼橋の部分複合構造化工法の例についてその手順を説明する流れ図、図6は型枠設置の手順例を説明する流れ図である。
すなわち、型枠13の型枠側壁部材14を、腐食により劣化した鋼部材部分などの保護対象領域を立体的に囲うように立て廻らせて、鋼部材に接する型枠部材の端縁部を鋼部材面に接着するなどして固定する。なお、鋼部材面と型枠部材の端縁部を接合するときはこの部分の接合面積を確保するため、L字型部材18を当て板として使用し、弾性接着剤で留めるようにしてもよい。また、型枠側壁部材14同士を接合する部分にもL字型部材17を当て板として弾性接着剤で留めることが好ましい。なお、弾性接着剤が硬化するまでの仮押さえとして接合部をリベットなどで固定するようにしてもよい。
また、型枠13を載置する部分と型枠側壁部材14を確実に接合するため、型枠側壁部材14の下端縁に接合面積を確保するためのフランジ19を設けて、弾性接着剤の載せ代とすることが好ましい。フランジ19は、型枠側壁部材14に一体に形成されたものであっても、L字型部材を取り付けたものであってもよい。
また、補強コンクリート12のひび割れを抑止するため、補強コンクリート12の上層部に鉄筋を格子状に組んだ格子状鉄筋15を埋め込むことが好ましい。
初めに、部分複合構造化する保護対象領域を確定する(S11)。
対象部分の周辺をプラスチックシートでマスキングして、対象部分の外側に影響を与えないようにする。また、型枠13の寸法を採って、別途、型枠13の組立ユニットを製作することができる。
緩衝材被覆は、下地の鋼部材に塗膜やサビがあると鋼材との付着力が低下し耐久性が低下するため、緩衝材を被覆する部分について、ディスクサンダーなどにより塗膜を除去し、バキュームブラストなどによるケレンで素地調整をする。素地調整には1平米あたり約130分かかるが、人数を掛けたり分割施工したりすることによって、夜間のまとまった運行休止期間ばかりでなく、昼間の列車間合いにおいても施工が可能である。
緩衝材として、ポリマーを使ったポリマーセメントモルタル(PCM)や、エポキシモルタルなどの樹脂モルタルや、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などの樹脂(ポリマー)や、アスファルトなどが利用できる。
一般に、鋼とコンクリートは付着力が弱くずれ止めなどの物理的な対策が必要となるが、ゴムラテックスモルタルは、コンクリートとの親和性は勿論、鋼板との付着性能が高く、鋼部材の腐食を防止して長寿命化し、騒音を低減するなど、複合構造化に有効な材料である。
なお、ゴムラテックスモルタルの硬化時間は80分程度とされるが、凝結調整剤により硬化時間の調整が可能である。また、断面修復工における付着強度は1.3N/mm2以上が求められるが、ゴムラテックスモルタルでは材齢3時間で1.9N/mm2以上の値を示すので、施工可能な時間が短くても十分な付着強度を得ることができる。
なお、型枠13をゴムラテックスモルタルが吹き付けられた鋼部材の表面に接着剤で固定するため、接合面のゴムラテックスモルタルを平坦に成形することが好ましい。
したがって、初めに、複合構造を形成しようとする領域に合わせて、型枠13の設置位置を決めなければならない(S21)。次に、決められた設置面に適合する型枠13の形状を求めて、型枠13を形成する型枠側壁部材14などの構成部材を製作する。型枠13は保護対象部分を覆うだけの高さがあればよいが、型枠13の容量は鋼・コンクリート複合構造として求められる機能を満たすように設計する必要がある。
型枠13を組み上げるために必要な組み付け調整代を確認して、部材に切り落とし部分の寸法・形状を記入する(S23)。
このようにして、型枠13を所定の位置に配置し、支保工の位置を確認し、必要ならば仮組立して全体の立体的な配置状態を確認する(S24)。
また、保護領域を囲繞する型枠13の底がコンクリート橋台4のコンクリート面に曝される場合は、コンクリート面上にゴム敷板16を敷いて、型枠13の底板とする(S26)。
第1の型枠側壁部材14を所定の位置に配置して接着面同士を接合させる(S28)。
さらに、第1の型枠側壁部材14の端縁と第2の型枠側壁部材14の端縁をL字型部材17を介して接合するため専用接着剤を塗布する(S30)。
第2の型枠側壁部材14を所定の位置に配置して接着面同士を接合させる(S31)。
型枠13から未硬化の補強コンクリート12が洩れ出ないように、型枠13の底部分にできた隙間をコーキングにより塞ぐ(S33)。
組み上がった型枠13の寸法を測定により確認する(S34)。
格子状鉄筋15は、補強コンクリート12がひび割れにより鋼・コンクリート複合構造を崩したり水が浸入したりすることを防止するもので、補強コンクリート12の上層に埋め込んでおくことが好ましい。
なお、使用した速硬軽量コンクリートは、圧縮強度は3時間で約24N/mm2となり、短時間で良好な強度が得られる。また、単位容積質量は、1日で2.09g/cm3、28日で2.04g/cm3になる。
速硬軽量コンクリートの打設自体はたとえば1時間程度で済むと評価されるが、コンクリートの硬化時間として3時間程度を確保するため、夜間施工で行うことが好ましい。なお、完成後に滞水を防ぐため、コンクリート表面に3%程度の排水勾配を設けている。
図7は本実施例に係る鋼橋の部分複合構造を示す側面断面図、図8は図7の部分複合構造のA−A断面を表した平面断面図、図9は本実施例に係る部分複合構造化工法の手順を説明する流れ図である。
本実施例の部分複合構造は、図9に示した手順に従って、図7と図8に示すような損傷部分の周囲だけに部分的に形成された鋼・コンクリート複合構造であるが、鋼部材に施した緩衝材被覆と、鋼部材の対象部分を囲繞する型枠と、型枠内に充填して硬化させた補強コンクリートを備える技術的思想は第1実施例と同じものである。
エラスタイトは、耐水性・耐腐食性に優れるアスファルト基材に繊維質を配合して圧縮回復率を向上させた目地材で、RC床版とトラス斜材の間に介在させることにより膨張・圧縮の繰り返しでコンクリートと鋼部材の間に隙間が発生することを抑制して、雨水の浸入を防止し、コンクリートの損傷を防止する。
素地調整施工されたトラス斜材21の表面に緩衝材31を吹き付け塗布する(S43)。緩衝材31には、第1実施例と同じく、補強コンクリートと鋼部材のいずれにも接合性が高く、耐水性がよい、ゴムラテックスモルタルなどの材料が選ばれる。
型枠33は、底板など一部をトラス斜材21に接着剤で接合させることにより固設され、支保工により変形しないように固定される。なお、側壁部や底部に補強コンクリートが洩れる隙間があるときは、コーキング材などで目張りすることが好ましい。
型枠33の中の補強コンクリート32が硬化した後に、型枠33を固定していた支保工を除去し、型枠33の外側のRC床版22があった部分に新規のコンクリートを打設する(S46)。
型枠33内の補強コンクリート32の上面は、たとえば3%程度の排水勾配を持つように仕上げて、滞水を防ぐようにすることが好ましい。また、鋼・コンクリート複合構造の機能を損ねないように、補強コンクリート32の内部に格子状鉄筋を埋め込んで補強コンクリート32のひび割れを防ぐようにしてもよい。
さらに、本発明の鋼橋の部分複合構造化工法は、既存の鋼橋において、狭隘な箇所についても容易に施工でき、また、都市内の供用中の鉄道橋梁に対しても供用を妨げることなく適用可能である。
2 下フランジ
3 リブ(垂直補剛材)
4 コンクリート橋台
11 緩衝材
12 補強コンクリート
13 型枠
14 型枠側壁部材
15 格子状鉄筋
16 ゴム敷板
17 L字型部材
18 L字型部材
19 フランジ
21 トラス斜材
22 鉄筋コンクリート(RC)床版
23 コンクリート
31 緩衝材
32 補強コンクリート
33 型枠
34 側壁部材
35 底板
36 接続部材
Claims (8)
- 既設鋼橋における鋼部材の補修・補強部位に適用する部分複合構造であって、
該鋼部材の表面を被覆して該鋼部材とコンクリートを合成化する緩衝材と、
該鋼部材の部分的保護領域を直接囲い込むように設置された型枠と、
前記型枠内の前記保護領域を埋める高さまで充填され硬化したコンクリートとにより構成され、
該硬化したコンクリートの側面に前記型枠を残置してなる鋼橋の部分複合構造。 - 前記緩衝材は、ポリマーセメントモルタル、ポリマーモルタル、ポリマー、アスファルトのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の鋼橋の部分複合構造。
- 前記緩衝材は、ゴムラテックスモルタルであることを特徴とする請求項1記載の鋼橋の部分複合構造。
- 前記型枠の側壁は、繊維強化プラスチックスで形成したものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の鋼橋の部分複合構造。
- 前記コンクリートは、速硬軽量コンクリートであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の鋼橋の部分複合構造。
- 既設鋼橋における鋼部材の補修・補強部位に適用する部分複合構造化工法であって、
該鋼部材の表面を整備する素地調整作業と、
該鋼部材の表面に鋼材とコンクリートを合成化する緩衝材を被覆する緩衝材施工作業と、
型枠を該鋼部材に固定して該型枠が前記鋼部材の部分的保護領域を直接囲い込むように設置する型枠設置作業と、
前記型枠内にコンクリートを流し込んで硬化させるコンクリート施工作業とを含み、
コンクリートが硬化した後も前記型枠を残置することを特徴とする、
鋼橋の部分複合構造化工法。 - 前記緩衝材は、ゴムラテックスモルタルであることを特徴とする請求項6記載の鋼橋の部分複合構造化工法。
- 前記コンクリートは、速硬軽量コンクリートであることを特徴とする請求項6または7に記載の鋼橋の部分複合構造化工法。
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