JPH0320524B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、たとえば合成桁橋を架設するとき
に、鉄筋コンクリート床版と鋼桁とを合成させて
合成桁を形成するに当たつて鉄筋コンクリート床
版に予め圧縮応力を与え、次に鉄筋コンクリート
床版と鋼桁を一体化させ、その後前記圧縮応力を
所望量だけ解放することによつて合成桁全体に引
張力および曲げモーメントを所望量だけ発生させ
ることができる工法に関する。 従来、合成構造部材として多用されているもの
の例としては、橋梁の合成桁橋における鉄筋コン
クリート床版と鋼桁とを合成させた合成桁（梁）
がある。これは、鉄筋コンクリート床版と鋼桁と
をジベルなどのコネクターを用いて一体化させ、
その後の荷重に対しては両者が共同して抵抗する
ようにしたものである。この従来の工法では鉄筋
コンクリート床版の施工は、まず鋼桁を架設し、
次に型枠を施工してからコンクリートを打設して
いる。したがつて型枠、床版の施工に要する工数
が大であり費用が高くつく。そのため鋼桁の軽量
化および小型化が所望されている。 本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、
合成構造部材の小型化および軽量化を実現するこ
とができる応力調整可能な合成構造部材形成工法
を提供することであり、さらに詳しくは本発明を
たとえば合成桁橋へ適用することによつて鉄筋コ
ンクリート床版の施工に要する工数、費用の低減
と鋼桁の軽量化、小型化が実現でき、経済的な合
成桁橋を架橋することが可能となる応力調整を伴
なう合成構造部材形成工法を提供することであ
る。 第１図は本発明が用いられる橋梁の一実施例の
側面図であり、第２図はその平面図である。橋梁
１は両端部で橋台２，３によつて支持される。橋
梁１は、その軸線方向に延びる工形断面の鋼桁か
らなる複数の主桁４とこれらの主桁によつて支持
されている横桁あるいは対傾構と呼ばれる鋼製の
部材５などを含む骨組を有する。鋼桁４の上面に
は通路板６が設置されている。この通路板６は第
２図において図解を容易にするため右半分が省略
されている。この通路板６は、複数のコンクリー
ト床版７が連接して構成される。このコンクリー
ト床版７は後述するようにその内部に幅方向に延
びるpc鋼（高張力鋼）線８が複数個相互に平行
に埋設されている。なお、コンクリート床版７は
その内部に埋設されているpc鋼線８が鋼桁４と
平行になるように設置される。なお、pc鋼線８
に代えてpc鋼棒が用いられてもよい。 第３図はコンクリート床版７が鋼桁４に取付け
られた状態を簡略化して示す斜視図であり、第４
図は矢符Ａ側から見た側面図であり、第５図は矢
符Ｂ側から見た平面図であり、第６図は第５図の
切断面線−から見た断面図である。水平方向
に延びる鋼桁４は鉛直方向に延びるウエブ９と、
ウエブ９の両端部でウエブ９に直角方向に延びる
上フランジ１０および下フランジ１１とを含む。
上フランジ１０の上面にはコンクリート床版７の
すべりを防止するためのすべり防止部材１２が備
えられる。このすべり防止部材１２はたとえばジ
ベルであり、複数の棒状の突起１３から成り、上
フランジ１０の上面に溶植されて固定される。こ
のすべり防止部材１２は上フランジ１０の上面に
間隔をあけて複数個配置されている。 コンクリート床版７には鋼桁４間に敷設された
時にすべり防止部材１２が嵌入することができる
長孔１４が、突起１３の位置に対応して複数個コ
ンクリート床板７の幅方向に沿つて形成されてい
る。またコンクリート床版７には幅方向に貫通す
るシース管１５が予め複数個挿入されている。こ
のシース管１５の径はpc鋼線８が緩やかに挿通
することができる値に選ばれている。 コンクリート床版７を鋼桁４に敷設して通路板
６を形成する工程を以下に説明する。 まずコンクリート床版７を鋼桁４間に隙間なく
仮接合する。その後各コンクリート床版７の継目
部分４０に接着剤を塗布またはセメントモルタル
などを注入または打設して各コンクリート床版７
間の一体化を図る。次にコンクリート床版７に鋼
桁４の部材軸方向沿うプレストレスを導入し、コ
ンクリート床版７に圧縮応力を与える。具体的に
説明すると、シース管１５内にpc鋼線８を挿入
する。その後ジヤツキなどによつてpc鋼線８に
張力を与えて支持板１６および定着部材１７によ
つて固定する。この時コンクリートには支持板１
６を介して圧縮力が作用し、内部に圧縮応力が発
生する。定着部材１７はコンクリート床版７に圧
縮応力を固定定着させるための手段であり、また
後述するようにコンクリート床版７内の圧縮応力
を任意に調整することができる機能も果たしてい
る。 このようにしてプレストレスが導入されたコン
クリート床版７を鋼桁４と一体化させる。具体的
に説明すればコンクリート床版７の長孔１４にコ
ンクリートやセメントモルタルなどを充填して施
工する。これによつてコンクリート床版７と鋼桁
４とは相互に固定され一体化される。こうして鋼
桁４とコンクリート床版７とは合成桁となる。こ
のようにしてコンクリート床版７を鋼桁４と合成
した後に、コンクリート床版７の軸方向のプレス
トレスを除荷することによつて鋼桁４に引張力と
曲げモーメントを発生させることができる。具体
的にその手順を説明すれば、定着部材１７を緩め
ることによつてpc鋼線８の張力が解放される。
これによつてプレストレス（予め発生している圧
縮応力）によつて縮められていたコンクリート床
版７は橋軸方向に延びようとする。しかしながら
コンクリート床版７と鋼桁４とは一体化されてい
るのでその延びは拘束され、そのため鋼桁４には
梁を上方に彎曲させる。すなわちこの曲げモーメ
ントと引張力が作用する。そのためプレストレス
が与えられていない通常のコンクリート床版を、
鋼桁に設置して構成したとする場合に比べて本発
明に従う合成桁はこの曲げモーメントの分だけ正
の曲げモーメントが小さくなる。その結果たとえ
ば自動車や人などの活荷重による正の曲げモーメ
ントが与えられても、許容曲げ応力までには十分
の余裕があり、したがつて鋼桁断面を小さくする
ことも可能となる。なおプレストレスの除荷後は
シース管１５はセメントペーストなどでグラウト
する。 なおプレストレスの解放に際しては、定着部材
１７を用いて所望量だけ解放することによつて、
合成構造部材全体としての作用する応力を調整す
ることが可能となる。 なお本実施例ではコンクリート床版７は工場に
おいて予め製造されていたけれども、従来の現場
打ちコンクリートのように型枠を用いてこの型枠
内にコンクリートを流し込んで形成するようにし
てもよい。 第７図はコンクリート床版の他の実施例の平面
図であり、第８図はその一部を拡大した斜視図で
ある。このコンクリート床版７ａには、その長手
方向に沿う両端部に凹凸面２１が形成されてい
る。この凹凸面２１は凹所２２がその幅方向に沿
つて複数個形成されている。たとえばこのコンク
リート床版７ａの幅長は1.5ｍであるとすれば、
この凹所２２の奥行ｄ１は２ｍであり、ピツチｄ
２は20cmである。なおこの凹凸面２１の形状は第
７図示のような形状に限定されるものではなく、
また奥行ｄ１およピツチｄ２の値もこれに限定さ
れるものではないことは勿論である。このような
形状を有するコンクリート床版７ａを鋼桁４の上
フランジ１０上に一定の間隔をあけて対向させて
配置させる。その後は前述の実施例と同様にプレ
ストレスを導入し、圧縮応力が発生した後は定着
部材１７によつて固定する。その後コンクリート
床版７ａを鋼桁４に一体化させるにあたつて、コ
ンクリート床版７ａの凹凸面２１と、その対向す
る凹凸面２１との空間２３に固着剤としてのたと
えばコンクリートやセメントモルタルなどを充填
することによつてコンクリート床版７ａと鋼桁４
とを一体化させる。その後のプレストレスの除荷
の方法は前述の実施例と同様である。このように
本実施例ではコンクリート床版７ａに凹凸面２１
を形成するようにしたので、コンクリート床版７
ａが鋼桁４に確実に一体化され、そのためプレス
トレスが解放されたときにも、コンクリート床版
７ａが鋼桁４上を滑つてしまうというような事態
の発生が防がれる。 第９図は鋼桁４に第１図示のコンクリート床版
７が設置されたときの、鋼桁４およびコンクリー
ト床版７の応力度を説明するための図であり、第
１０図は第９図に対応した曲げモーメント図を示
している。第９図では説明の簡略化を図るために
鋼桁４は両端で単純支点２６，２７で支持されて
いるものと想定する。鋼桁４が支点２６，２７で
支持されている状態は第９図１で示される。この
状態では鋼桁４には自重による等分布荷重によつ
て第１０図１に示されるように放物線で表わされ
る正の曲げモーメントｌ１が作用する。鋼桁４に
コンクリート床版７を設置して一体化した状態は
第９図２で示される。この状態における曲げモー
メントｌ２は第１０図２で示される。次にコンク
リート床版７の内部に発生しているプレストレス
を解放すると、第９図３図示のようにコンクリー
トが元の形状に戻ろうとする引張力ｐが鋼桁４に
作用し、これによつて負の曲げモーメントｌ３が
鋼桁４に作用する。すなわち第１０図３で示され
るプレストレスによる負の曲げモーメントｌ３が
第１０図２の曲げモーメントに加わり、その結果
鋼桁４は第１０図４で示されるような曲げモーメ
ントｌ４が発生することになる。第１０図４にお
いて仮想線ｌ５で示される通常の合成桁の曲げモ
ーメントよりも、プレストレスによる曲げモーメ
ントｌ３だけ小さくなつている。このようにして
通常の合成桁と比較すると、本発明によれば正の
曲げモーメントを小さくできるので、鋼桁４の断
面を小さくすることができる。 第１１図は、プレストレス解放後のコンクリー
ト床版７と鋼桁４とに作用する応力度を具体的に
解析するための基礎となる図である。合成断面に
作用する断面力すなわち軸方向応力Ｎと曲げモー
メントＭは第１式および第２式で表わされる。 Ｎ＝−pc ……(1) Ｍ＝Ndc＝−pc・dc ……(2) ただしpcはプレストレスであり、dcはコンク
リート床版７の断面の重心ｃと合成断面の重心ｖ
との距離を示す。 鋼桁４の縁応力δsu、δslは第３式で表わされ
る。 δsu＝Ｎ／Av−Ｍ／Ivyvsu δsl＝Ｎ／Av−Ｍ／Ivyvsl ……(3) ここでAvは合成断面の断面積であり、Ivは合
成断面の断面２次モーメントであり、yvsuは合
成断面の重心と上フランジとの距離であり、yvsl
は合成断面の重心と下フランジとの距離である。 したがつて第１式および第２式を第３式に代入
して縁応力δsu、δslは第４式で示される。 δsu＝−pc／Av＋pc・dc／Ivyvsu δsl＝−pc／Av＋pc・dc／Ivyvsl ……(4) コンクリート床版７の縁応力δcu、δclは当初プ
レストレスpc／コンクリート床版の断面積Acの
圧縮力が生じているので第５式および第６式で示
される。 δcu＝pc／Av＋Ｎ／nAv−Ｍ／ｎ・Ivyvcu ＝pc／Ac−pc／ｎ・Av＋pc・dc／ｎ・Ivyvcu……(5
) δcl＝pc／Ac＋Ｎ／ｎ・Av−Ｍ／ｎ・Ivyvcl ＝pc／Ac−pc／ｎ・Av＋pc・dc／nIvyvcl ……(6) ここでｎはコンクリートの弾性係数Ecと鋼桁
の弾性係数の比、すなわちｎ＝Es／Ecであり、
yvcuは合成断面の重心ｖとコンクリート床版７
の上面との距離であり、yvclは合成断面の重心ｖ
と上フランジとの距離である。 単純活荷重合成桁が用いられる道路橋を型枠を
使用して組立てる場合の合成構造を形成する前に
考慮する荷重は一般には表１で示される。

【表】 したがつて通常の合成桁のときの考慮する荷重
は0.700t／m²〜1.050t／m²であるが、型枠を使用
しない本件では考慮する荷重は0.600t／m²〜
0.950t／m²となる。したがつて床版施工時の死荷
重を14％〜10％軽くすることができる。 さらに上述の結果、および第４式〜第６式を用
いて、本件発明者が通常の合成桁と本件による合
成桁とを設計計算した一例が第２表に示されてい
る。なお、第２表では許容応力は±2100Kg／cm²と
し、コンクリート断面は横が2736cm、縦が230cm
とする。

【表】

【表】 第２表によつて鋼桁の重量比は第７式で示され
る。 388.2−341.6／388.3×100＝12.0％ ……(7) すなわち、本発明によれば、鋼桁の重量を従来
よりも12.0％軽くすることができることになる。 通常、合成桁橋の鋼桁部には、鋼桁、床版、地
覆、高欄、舗装等の死荷重および活荷重などの鉛
直荷重によつて正の曲げモーメントが作用し、上
縁側に圧縮応力、下縁側に引張応力が発生してい
る。本工法では内部に圧縮応力の発生しているコ
ンクリート床版と鋼桁とを一体化した後、コンク
リート床版の応力解放によつて鋼桁部には引張力
と負の曲げモーメントが作用するので、通常の工
法に比べて上縁側の圧縮応力、下縁側の引張応力
ともに小さくなる。従つて通常の工法よりも大き
な荷重に抵抗ができることになる。すなわち、同
じ鉛直荷重に対して両者を比較すれば、本工法の
方が鋼桁部の所要断面積は小さくてすむことにな
り、鋼桁の軽量化、小型化が図れる。また鋼桁断
面を小さくすることによつて、桁高さを低くする
ことができるので、風圧などの橋梁側面に加わる
荷重を小さくすることが可能となる。また、桁下
空間が制限される箇所にも適用でき、取付け道路
の嵩上げ高さを低くすることによつて経済的にも
有利となる。 また従来の工法では鉄筋コンクリート床版を施
工するためには型枠を組立てる必要があるが、本
工法においては予め工場等において製作されたプ
レキヤスト床版を用いることもできこの場合には
型枠を必要とせず、床版の施工に要する工数、費
用の低減が図れる。 また本発明を圧縮力の作用する合成構造部材に
適用した場合には、部材の設計に際して考慮され
る荷重によつて圧縮力が作用する基礎部材に対し
それと一体化させた内部に圧縮応力の発生してい
るコンクリート部材の応力を解放することによつ
て、基礎部材には引張力が作用することになり、
荷重によつて発生する圧縮力を打消すことにな
る。すなわち合成桁橋へ適用した場合と同様に、
型枠施工の省略による工数、費用の低減と部材の
軽量化、小型化が図れ、経済的な合成構造部材を
創ることができる。 なお、前述の実施例では、合成構造部材を形成
するにあたつては、基礎部材として鋼製の部材を
用い、補助部材としてコンクリート部材を用いた
けれども、基礎部材としてコンクリート部材を用
い、補助部材として鋼製の部材を用いてもよく、
また基礎部材および補助部材として鋼製の部材を
用いてもよく、さらにまた基礎部材および補助部
材としてコンクリート部材を用いてもよい。また
基礎部材および補助部材はコンクリート製および
鋼製の複合体からなる部材であつてもよい。 以上のように、本発明によれば合成構造部材を
形成する際、その内部に発生している圧縮応力を
解放することにより、設計上考慮される荷重によ
つて部材に発生する圧縮力あるいは曲げモーメン
トとは逆方向の力が与えられ、そのため部材の軽
量化、小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が使用される橋梁の一実施例の
側面図、第２図はその平面図、第３図はコンクリ
ート床版７が鋼桁４に取り付けられた状態を簡略
化して示す斜視図、第４図は第３図の矢符Ａ側か
ら見た側面図、第５図は第３図の矢符Ｂ側から見
た平面図、第６図は第５図の切断面線−から
見た断面図、第７図はコンクリート床版の他の平
面図、第８図はその一部を拡大した斜視図、第９
図は綱桁４およびコンクリート床版７の応力度を
説明するための図、第１０図は第９図に対応した
曲げモーメント図、第１１図はコンクリート床版
７と綱桁４とに作用する応力度を具体的に解析す
るための基礎となる図である。 １……橋梁、４……綱桁、７，７ａ……コンク
リート床版、８……pc綱線、１２……すべり防
止部材、１４……長孔、１６……支持板、１７…
…定着部材、４０……継ぎ目。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 補助部材を基礎部材に仮接合し、次に補助部
   材に圧縮応力発生手段によつてその内部に圧縮応
   力を発生させ、その後補助部材を基礎部材に前記
   圧縮応力の作用方向と基礎部材の部材軸方向とが
   平行になるよう固定的に設置し、次いで圧縮応力
   調整手段によつて圧縮応力の解放量を調整するこ
   とによつて、基礎部材に前記解放量に対応した前
   記作用方向に沿う引張力および曲げモーメントを
   発生させることを特徴とする応力調整を伴なう合
   成構造部材形成工法。