JP2008231688A - 合成床版を用いた橋梁構造及びその施工方法、合成床版用型枠 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で曲げ剛性を向上させ、またコンクリートの充填性を向上させ、さらに補強鋼材の疲労耐久性をも向上させる。
【解決手段】鋼製底板１３上において形鋼２からなる複数の補強鋼材を互いに橋軸方向へ並列配置することにより合成床版用型枠５を作製し、合成床版用型枠５を、少なくとも橋軸方向に互いに連結し、補強鋼材の上フランジには少なくともこれに直交する縦鉄筋１７を架設し、上記補強鋼材と鉄筋１７とを、コンクリートと一体化して構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路橋、高架橋、歩道橋や鉄道橋等の新設又は架け替えに適用される合成床版を用いた橋梁構造及びその施工方法、またこの合成床版を用いた橋梁構造のみに適用される合成床版用型枠に関する。

近年における橋梁は、床版支持間隔を大きくして主桁本数を少なくする構造が主流となっており、そのような橋梁における床版として、鋼材とコンクリートとの合成床版が採用されるようになってきている。

合成床版は、鋼製底板を型枠としてその上部にコンクリートを打設することで形成されるものであって、鋼製底板の上面にはこの鋼製底板の剛性を確保するための横リブ等を形成し鉄筋と組み合わせコンクリートと一体化を図るものである。このような合成床版は、施工性に優れるのみならず、ＲＣ床版やＰＣ床版よりも版厚を薄くでき、耐久性にも優れるため、広く普及しつつある。

従来の合成床版を利用した橋梁の施工方法が各種提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の開示技術では、帯状の鋼板に多数の孔を分布して設けたリブを底板上に適当な間隔をおいて並設する。そして、これらのリブに設けた多数の孔にそれぞれ鉄筋を貫通させるとともに、リブの上方にも鉄筋を適当な間隔をおいて配設し、これらに対してコンクリートを打設することにより橋梁を完成させる。

また、これと類似する構成は、特許文献２においてもずれ止めを溝形鋼のウェブに設けた孔と、主部材間のスタッドで行う構成が開示されている。

また、特許文献３には、突起付きＴ形鋼を鋼部材及びずれ止めに用いた合成床版が開示されている。
特開平９−２２１７０６号公報 特開２００４−１９３８６号公報 特開昭６２−２１９１０号公報

ところで、上記特許文献２の開示技術では、補強鋼材として図１１(a)に示すようなフランジとウェブからなる溝形鋼８１を用いている。また、特許文献３の開示技術では、補強鋼材として図１１(b)に示すようなＣＴ形鋼８２を用いている。

しかしながら、これら溝形鋼８１やＣＴ形鋼８２を補強鋼材に用いるケースでは、曲げ剛性をさらに向上させることが困難であることが知られている。即ち、橋梁として構成した場合において特に高い曲げ剛性が要求される場合に、これに対応するためには、補強鋼材の数を増加させたり、或いは補強鋼材自体の断面係数を向上させたりする設計変更では、その施工コストの上昇を招くことになるため、より安価でしかも簡易な構成で曲げ剛性を向上させる必要があった。

またＣＴ形鋼８２を補強鋼材に用いるケースでは、フランジ突出長が長くなる。このため、図１２に示すように特に縦断勾配が急な橋梁を施工する際においてコンクリートを打設するとき、空隙８３が形成され、フランジの下部においてコンクリートの充填不良を起こしてしまう可能性が出てくる。

また、特に特許文献１の開示技術では、帯状の鋼板に多数の孔を分布して設けたリブを補強鋼材として底板上に設けるため、補強鋼材における孔が形成されている箇所に応力が集中する傾向となり、鋼部材の疲労寿命がそれで決定されてしまう場合があり、疲労耐久性を向上させることができないという問題点もあった。また、このような多数の孔を補強鋼材に設ける工程が入ることになるため、加工度が大きくなるため、加工コストが大幅に増加してしまうという問題点もあった。

更に従来の合成床版は、鋼板同士を接合する際においてボルト継ぎ手等を用いているが、その継ぎ手部の防食はあくまで現場作業となり、かつ作業性の悪い床版下面からの防食作業となるため、合成床版そのものの品質や収益が悪化してしまうという問題点もあった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、安価な構成で曲げ剛性を向上させ、またコンクリートの充填性を向上させ、さらに補強鋼材の疲労耐久性をも向上させることにより、合成床版そのものの品質の向上を図ることが可能な合成床版を用いた橋梁構造及びその施工方法、合成床版を提供することを目的とする。

請求項１に係る合成床版を用いた橋梁構造は、鋼製底板上において互いに橋軸方向へ並列配置されたＩ形鋼からなる複数の補強鋼材を備える合成床版用型枠が、少なくとも橋軸方向に互いに連結され、上記補強鋼材の上フランジには少なくともこれに直交する鉄筋が架設され、上記補強鋼材と上記鉄筋は、コンクリートと一体化されて構成されてなることを特徴とする。

請求項２に係る合成床版を用いた橋梁構造は、請求項１記載の発明において、上記合成床版用型枠における橋軸方向両端部には、上記鋼製底板の端部を曲げ加工するか、又は鉛直板を新たに配設することにより構成される端面板を有し、互いに橋軸方向に隣接する上記合成床版用型枠の上記端面板がそれぞれ突き当てられてボルト接合されてなり、さらにこの突き当てられた上記端面板を上記補強鋼材として機能させることを特徴とする。

請求項３に係る合成床版を用いた橋梁構造は、請求項１又は２記載の発明において、Ｉ形鋼は、その上フランジ下面において８．５°以上の勾配が形成されていることを特徴とする。

請求項４に係る合成床版を用いた橋梁構造は、請求項１〜３のうち何れか１項記載の発明において、橋軸直角方向に隣接する当該合成床版用型枠間の上記鋼製底板上において互いに並列配置された補強鋼材に対して橋軸方向へずらした位置にＩ形鋼からなる中間補強鋼材が橋軸方向へ並列配置されてなることを特徴とする。

請求項５に係る合成床版を用いた橋梁構造は、請求項１〜４のうち何れか１項記載の合成床版用型枠を用いた橋梁構造に適用可能とされ、鋼製底板上において互いに橋軸方向へ並列配置されたＩ形鋼からなる複数の補強鋼材を備えることを特徴とする。

請求項６に係る合成床版を用いた橋梁構造の施工方法は、鋼製底板上において、予め部材長手方向の切断のみの加工が施されたＩ形鋼からなる複数の補強鋼材を互いに橋軸方向へ並列配置することにより合成床版用型枠を作製し、上記合成床版用型枠を、少なくとも橋軸方向に互いに連結し、上記補強鋼材の上フランジには少なくともこれに直交する鉄筋を架設し、更に上記補強鋼材と上記鉄筋とを、コンクリートと一体化して構成することを特徴とする。

請求項７に係る合成床版を用いた橋梁構造の施工方法は、請求項６記載の発明において、上記合成床版用型枠における橋軸方向両端部に設けられてなる、上記鋼製底板の端部を曲げ加工するか、又は鉛直板を新たに配設することにより構成される端面板を、互いに橋軸方向に隣接する上記合成床版用型枠間でそれぞれ突き当て、これらをボルト接合することを特徴とする。

請求項８に係る合成床版を用いた橋梁構造の施工方法は、請求項７記載の発明において、鋼製底板上において上フランジ下面において８．５°以上の勾配が形成されているＩ形鋼からなる複数の補強鋼材を並列配置することにより合成床版用型枠を作製することを特徴とする。

請求項９に係る合成床版を用いた橋梁構造の施工方法は、請求項６〜８のうち何れか１項記載の発明において、上記合成床版用型枠並びに上記Ｉ形鋼は、予め工場において作製することを特徴とする。

上述した構成からなる本発明では、安価な構成で曲げ剛性を向上させ、またコンクリートの充填性を向上させ、さらに補強鋼材の疲労耐久性をも向上させることにより、合成床版そのものの品質の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、合成床版を用いた橋梁構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した橋梁構造１の構成を示している。この橋梁構造１は、橋軸直角方向Ａに向けて所定間隔で主桁１１が配設され、主桁１１の上部には、ずれ止め部材２３が設置されている。ちなみに、このずれ止め部材２３は、この主桁１１付近において鋼製底板１３を曲げ下げて設置し、コンクリートで一体化されている。

また、鋼製底板１３上には橋軸直角方向Ａに伸長するＩ形鋼からなる形鋼２が橋軸方向Ｂに所定間隔をあけて並列配置されている。この橋軸方向Ｂは、車両や歩行者等の進行方向に相当するものである。

さらに、形鋼２の下フランジ２１の両側縁と、鋼製底板１３の間が連続隅肉溶接または断続隅肉溶接により固着されることで、形鋼２と鋼製底板１３とが固着一体化されている。形鋼２の上フランジ２２には、当該形鋼２の長手方向と略垂直方向に縦鉄筋１７が互いに平行となるように配設されている。また、この形鋼２間には、形鋼２の長手方向に沿って、所定長伸長する横鉄筋１８が配筋されている。さらに、これら形鋼２並びに縦鉄筋１７、横鉄筋１８には、コンクリート１９と一体化されている。

この橋梁構造１は、合成床版用型枠５を互いに接合することにより構成される。合成床版用型枠５は、図２に示すように、鋼製底板１３上において形鋼２が所定間隔を空けて配設された状態とされている。合成床版用型枠５は、工場において作製され、これを橋梁の施工現場まで搬送することになるが、実際にトラック等にこれを積み込むためにはある程度サイズを小さくしておく必要がある。このため、合成床版用型枠５は、図２に示すように図中Ｂ方向において所定の間隔をもって分割されている。また、分割されて構成される、この合成床版用型枠５の図中Ｂ方向端面には、それぞれ端面板２４ａ、２４ｂが形成されている。この端面板２４ａ、２４ｂは、鋼製底板１３の端部を曲げ加工して構成されるか、又は鉛直板を新たに配設することにより構成される。

ちなみに、工場で合成床版用型枠５を製作する際において形鋼２は、ロール成形を経た後、部材長手方向の切断のみが施され、その他穴あけ等の加工処理が何ら施されていないものを利用することが望ましい。その理由として、加工量を極力少なくした形鋼２を利用することで、製作に伴う労力の低減を図ることが可能となるためである。
このような合成床版用型枠５を工場で製作した後、施工現場まで搬送し、これらを互いに接合することにより、橋梁構造１を施工していくことになる。実際にこの合成床版用型枠５を互いに接合する際には、図３に示すように、互いに橋軸方向Ｂに隣接する合成床版用型枠５の各端面板２４ａ、２４ｂをそれぞれ突き当て、これらを互いにボルト接合する。このボルト接合を実現するために、各端面板２４ａ、２４ｂにはボルト挿通孔２５がそれぞれ形成されている。各端面板２４ａ、２４ｂを突き当てることにより、ボルト挿通孔２５の位置を合わせ込み、さらにこの挿通孔２５にボルト２６を挿通しナット２７で螺着することにより、これらを互いに固定する。ちなみに、このボルト接合位置を規定する挿通孔２５の位置は、曲げモーメントが大きく作用する中立軸より下側において設定されていることが望ましい。

この合成床版用型枠５をそれぞれ接合した後、縦鉄筋１７を形鋼２の上フランジ２２の上部に配設する。このとき、縦鉄筋１７に対して垂直となるように横鉄筋１８を溶接等の手段により予め固着させておくようにしてもよい。これにより、縦鉄筋１７を形鋼２の上フランジ２２に載置することにより、同時に横鉄筋１８もこれに垂直となるように配置することが可能となる。なお、この横鉄筋１８は、図３に示すように、縦鉄筋１７に対して下側に位置するように配置することが望ましい。

ちなみに、この縦鉄筋１７を形鋼２の上フランジ２２に載置する際には、これらを溶接等が着脱不能に固着させることは必須とならない。また、縦鉄筋１７を断面略水平方向に安定して載置させるため、端面板２４における上端の高さと、上フランジ２２表面の高さとが互いに略同一となるように構成しておくことが望ましい。各端面板２４ａ、２４ｂにおける側面上部には、鋼棒２９を紙面垂直方向（橋軸直角方向Ａ）に沿って設けるようにしてもよい。この鋼棒２９は、各端面板２４ａ、２４ｂに対して例えば溶接等により固着されていてもよい。ちなみに、この鋼棒２９の上端位置が、端面板２４ａ、２４ｂの上端の高さと同一となるように固定しておくことにより、この上に載置される縦鉄筋１７を断面略水平方向に安定して載置することが可能となる。

なお、主桁１１の上板１２が形成されている箇所における形鋼２は、図４に示すように、下フランジ２１が上板１２に対して離間された状態とされ、その中間はコンクリート１９により埋められている状態となっている。

このような構成からなる本発明を適用した橋梁構造１では、Ｉ形鋼からなる形鋼２を橋軸方向Ｂに所定間隔をあけて並列配置させている。このため、この橋軸直角方向Ａへ向けて負荷される曲げモーメントに対して、この形鋼２により抵抗することができる。即ち、この形鋼２は、橋軸直角方向Ａへの曲げ変形に対抗するための主部材として機能させることが可能となる。

特に本発明では、継手部を構成する端面板２４ａ、２４ｂには鋼棒２９を設けているため、この貼り合わされた端面板２４ａ、２４ｂの上端をいわゆる上フランジ２２と同様に機能させることが可能となり、曲げ変形に対抗することが可能となる。

また、Ｉ形鋼からなる形鋼２を補強鋼材として使用する本発明では、特にコンクリート１９の充填性にも優れている。図５は、形鋼２をＩ形鋼で構成した場合における拡大図を示している。この形鋼２では、上フランジ２２における下面２２ａの勾配をθとする。このθは、上フランジ２２の下面２２ａの水平方向に対する角度に相当するものである。ここで、コンクリート１９の充填性を向上させるためには、この勾配θを８．５°以上で構成することが望ましい。その理由として、図６に示すような、特に縦断勾配が急な橋梁を施工する際においてコンクリート１９を打設するとき、勾配θが８．５°以上であると、上フランジ２２の下面２２ａの下部において空隙が形成されることもなくなり、コンクリート１９の充填不良を抑制することが可能となる。

また、本発明では、補強鋼材としての形鋼２のウェブにおいて多数の孔を分布して設ける必要が無い。このため、形鋼２のウェブに形成された孔が形成されている箇所から疲労亀裂が発生し、また当該箇所に発生した疲労亀裂が伝播して破壊に至ることも無くなることから、合成床版用型枠５そのものの疲労特性を向上させることが可能となる。また、本発明では、形鋼２のウェブに多数の孔を設ける工程を入れる必要が無くなることから、加工度が増大することも無くなり、ひいては施工コストを抑えることも可能となる。特に本発明では、形鋼２の下フランジ２１の両側縁と、鋼製底板１３を連続隅肉溶接により互いに固着させている構成としていることから、溶接部における疲労耐久性を極めて高く構成することが可能となり、形鋼２側における疲労破壊の発生を抑えることも可能となる。

また、本発明では、特にＩ形鋼からなる形鋼２を橋軸方向Ｂに所定間隔をあけて並列配置させるのみで、曲げ剛性を向上させ、さらに上述した各種効果を得ることができ、またその効果を奏する上で、形鋼２のウェブの孔あけに加えて、特に頭付きスタッド等を設ける必要も無くなることから、構成そのものを簡略化させることができ、施工性を向上させることが可能となる。また継手部においても、端面板２４ａ、２４ｂをそれぞれ突き当てて構成することにより、形鋼２と同様の機能を担わせることが可能となることから、当該箇所における形鋼２の配設を省略することが可能となり、施工労力の軽減、ひいては施工コストを削減することが可能となる。また、かかる構成を採用する本発明では、作業性の良い床版上面から全て施工が可能な上、継手部自体がコンクリート１９内に埋め込まれることになり、現場において継手部の防食の必要性が無くなる。

なお、本発明では、橋軸直角方向Ａに当該剛性床版用型枠を分割する場合には、原則として主桁１１上で分割するが、図７に示すように、鋼製底板１３上において互いに並列配置された補強鋼材に対して橋軸方向Ｂへずらした位置にＩ形鋼からなる中間補強鋼材６１が橋軸方向Ｂに並列配置され、コンクリート打設をもって一体化する。この中間補強鋼材６１の配設間隔は、形鋼２の配設間隔とほぼ同一とされている。

図８は、主桁１１上で、２つの合成床版用型枠５を接続した状態を示している。中間補強鋼材６１は、ちょうど形鋼２の中間に位置するように介装されることが望ましい。これにより、曲げモーメントに対して弱くなる箇所が橋軸直角方向Ａにおいて生成されるのを防止することが可能となる。

以下、本発明を適用した橋梁構造１における実施例について説明をする。

図９(a)は、中小支間からなる橋梁構造１の合成床版の、いわゆる正の曲げモーメントが負荷される区間を示している。ここで床版支間が３ｍであるため、２．５×３＋１０＝１７．５ｃｍが最小厚となる。また形鋼２としては、高さが１３０ｍｍ、上フランジ２２の幅が３０ｍｍ、下フランジ２１の幅が３５ｍｍ、ウェブ板厚が４．５ｍｍからなるＩ形鋼を用いる。

ちなみに、この合成床版５の板厚としては、１３０＋２２（鉄筋の分）＋３５（かぶり）＝１８７ｍｍであるため、余裕を持たせて１９０ｍｍとしている。形鋼２の間隔は、３７０ｍｍとし、片側ラップ長さを７５０ｍｍとしている。この片側ラップ長さの意味としては、実験の結果、Ｉ形鋼が切断されて、型枠パネル同士を接合する場合にＩ形鋼がラップする長さが、床版支間の１/４程度あれば十分耐力があるという意味である。

これらは各種実験並びに解析の結果を反映させたものである。

また、上フランジ２２から合成床版５の表面までの厚さは６０ｍｍとし、また鋼製底板１３の板厚は６ｍｍとしている。

図９(b)は、いわゆる負の曲げモーメントが負荷される区間を示している。上板１２から下フランジ２１に至るまでの距離は、４０＋６ｍｍとされ、この区間における合成床版５の板厚は、２３６ｍｍとされている。合成床版５の部材厚を上げることにより、形鋼２の相対位置を上に上げることで対応し、それでも構成できない場合には、鉄筋１８を挿入することで対応するものとする。

以下、本発明を適用した橋梁構造１における他の実施例について説明をする。

図１０(a)は、長支間からなる橋梁構造１の合成床版５の、いわゆる正の曲げモーメントが負荷される区間を示している。ここで床版支間が６ｍであるため、２．５×６＋１０＝２５．０ｃｍが最小厚となる。また形鋼２としては、高さが２００ｍｍ、上フランジ２２の幅が５０ｍｍ、下フランジ２１の幅が６０ｍｍ、ウェブ板厚が６．０ｍｍからなるＩ形鋼を用いる。

ちなみに、この合成床版５の板厚としては、２００＋２２（鉄筋の分）＋３５（かぶり）＝２５７ｍｍであるため、余裕を持たせて２６０ｍｍとしている。また、鋼製底板１３は、６ｍ以上の長支間への適用も考えて、９ｍｍとする。形鋼２の間隔は、９ｍｍからなる鋼製底板１３の厚さを考慮し、７００ｍｍ程度で飛ばすようにしてもよいが、各種実験並びに解析の結果を反映させて、５００ｍｍ間隔とし、その間に鉄筋１８を入れたものを標準断面としている。上フランジ２２から合成床版５の表面までの厚さは６０ｍｍとしている。

図１０(b)は、いわゆる負の曲げモーメントが負荷される区間を示している。ハンチを７０ｍｍと考え、この区間における合成床版５の板厚は、３３９ｍｍとしている。

本発明を適用した橋梁構造の構成図である。 鋼製底板上において形鋼を所定間隔空けて配設した状態を示す図である。 本発明を適用した合成床版用型枠の正面図である。 本発明を適用した合成床版用型枠の拡大正面図である。 形鋼をＩ形鋼で構成した場合における拡大図である。 形鋼をＩ形鋼で構成した場合における作用効果について説明するための図である。 橋軸直角方向Ａに隣接する合成床版用型枠間にＩ形鋼を介装する例について説明するための図である。 橋軸直角方向Ａに隣接する合成床版用型枠間にＩ形鋼を介装する例について説明するための他の図である。 中小支間からなる橋梁構造の合成床版の、いわゆる正の曲げモーメントが負荷される区間を示す図である。 長支間からなる橋梁構造の合成床版の、いわゆる正の曲げモーメントが負荷される区間を示す図である。 従来技術における補強部材について示す図である。 従来技術における問題点について示す図である。

符号の説明

１ 橋梁構造
２ 形鋼
５ 合成床版用型枠
１１ 主桁
１２ 上板
１３ 鋼製底板
１５ ハンチプレート
１７ 縦鉄筋
１８ 横鉄筋
１９ コンクリート
２１ 下フランジ
２２ 上フランジ
２４ 端面板
２５ ボルト挿通孔
２９ 鋼棒

Claims (9)

1. 鋼製底板上において互いに橋軸方向へ並列配置されたＩ形鋼からなる複数の補強鋼材を備える合成床版用型枠が、少なくとも橋軸方向に互いに連結され、
   上記補強鋼材の上フランジには少なくともこれに直交する鉄筋が架設され、
   上記補強鋼材と上記鉄筋は、コンクリートと一体化されて構成されてなること
   を特徴とする合成床版を用いた橋梁構造。
2. 上記合成床版用型枠における橋軸方向両端部には、上記鋼製底板の端部を曲げ加工するか、又は鉛直板を新たに配設することにより構成される端面板を有し、
   互いに橋軸方向に隣接する上記合成床版用型枠の上記端面板がそれぞれ突き当てられてボルト接合されてなり、
   さらにこの突き当てられた上記端面板を上記補強鋼材として機能させること
   を特徴とする請求項１記載の合成床版を用いた橋梁構造。
3. 上記Ｉ形鋼は、その上フランジ下面において８．５°以上の勾配が形成されていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の合成床版を用いた橋梁構造。
4. 橋軸直角方向に隣接する当該合成床版用型枠間の上記鋼製底板上において互いに並列配置された補強鋼材に対して橋軸方向へずらした位置にＩ形鋼からなる中間補強鋼材が橋軸方向へ並列配置されてなること
   を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の合成床版を用いた橋梁構造。
5. 請求項１〜４のうち何れか１項記載の合成床版用型枠を用いた橋梁構造に適用可能とされ、鋼製底板上において互いに橋軸方向へ並列配置されたＩ形鋼からなる複数の補強鋼材を備えること
   を特徴とする合成床版用型枠。
6. 鋼製底板上において、予め部材長手方向の切断のみの加工が施されたＩ形鋼からなる複数の補強鋼材を互いに橋軸方向へ並列配置することにより合成床版用型枠を作製し、
   上記合成床版用型枠を、少なくとも橋軸方向に互いに連結し、
   上記補強鋼材の上フランジには少なくともこれに直交する鉄筋を架設し、
   更に上記補強鋼材と上記鉄筋とを、コンクリートと一体化して構成すること
   を特徴とする合成床版を用いた橋梁構造の施工方法。
7. 上記合成床版用型枠における橋軸方向両端部に設けられてなる、上記鋼製底板の端部を曲げ加工するか、又は鉛直板を新たに配設することにより構成される端面板を、互いに橋軸方向に隣接する上記合成床版用型枠間でそれぞれ突き当て、これらをボルト接合すること
   を特徴とする請求項６記載の合成床版を用いた橋梁構造の施工方法。
8. 鋼製底板上において上フランジ下面において８．５°以上の勾配が形成されているＩ形鋼からなる複数の補強鋼材を並列配置することにより合成床版用型枠を作製すること
   を特徴とする請求項７記載の合成床版を用いた橋梁構造の施工方法。
9. 上記合成床版用型枠並びに上記Ｉ形鋼は、予め工場において作製すること
   を特徴とする請求項６〜８のうち何れか１項記載の合成床版を用いた橋梁構造の施工方法。

Images