(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底鋼板と、前記底鋼板上に打設されたコンクリートと、支間方向に延在し前記底鋼板上に互いに間隔をあけて配列され前記コンクリートに埋設された複数のリブとを備える合成床版において、前記底鋼板と前記コンクリートとを一体化する方法であって、
前記リブの上端部を、前記合成床版の中立軸よりも上方に突出させ、
前記合成床版に上方から荷重が作用した際に、前記荷重によって前記リブの延在方向と直交する方向に圧縮される前記コンクリートの曲げ圧縮応力と、前記荷重によって前記リブの延在方向に圧縮される前記コンクリートの曲げ圧縮応力のうちポアソン比によって求められる前記リブの延在方向に直交する方向に作用する前記コンクリートの曲げ圧縮応力と、の合力である、前記荷重によって前記リブの延在方向と直交する方向に作用する前記コンクリートの曲げ圧縮応力を、前記リブと前記コンクリートとの摩擦力として作用させ、
前記リブと前記コンクリートとの摩擦力を、前記荷重によって前記合成床版に作用する水平せん断力よりも大きくなるように設定することを特徴とする合成床版における底鋼板とコンクリートとの一体化方法。
【請求項２】
前記リブの上部には、前記リブの延在方向に直交する方向に延在する配力筋を設けることを特徴とする請求項１に記載の合成床版における底鋼板とコンクリートとの一体化方法。
【請求項３】
前記コンクリートに補強繊維を混入することを特徴とする請求項１又は２に記載の合成床版における底鋼板とコンクリートとの一体化方法。
【請求項４】
前記リブには開口部を形成しないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の合成床版における底鋼板とコンクリートとの一体化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成床版に関し、特に、鋼・コンクリート合成床版に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼材とコンクリートからなる合成床版では、何らかのずれ止めを介して鋼材とコンクリートとの一体化を図っている。
例えば、特許文献１には、底鋼板上にコンクリートが打設されていて、底鋼板には上方に突出する頭付きスタッドが接合された合成床版が開示されている。この合成床版では、頭付きスタッドにコンクリートが付着することで、底鋼板とコンクリートとの一体化を図っている。
また、特許文献２には、底鋼板上にＨ形鋼またはＩ形鋼からなる補強鋼材が配設され、補強鋼材のウェブには開口部が設けられた合成床版が開示されている。この合成床版では、補強鋼材の開口部にコンクリートが入り込むことで、底鋼板とコンクリートとの一体化を図っている。
また、特許文献３には、底鋼板上に横リブと縦リブとからなる格子リブが配設され、横リブと縦リブとは底鋼板上に配設されたパイプジベル内で交差している合成床版が開示されている。この合成床版では、格子リブおよびパイプジベルを介してコンクリートと底鋼板との一体化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６４５５０号公報
【特許文献２】特開２００１−８１７２９号公報
【特許文献３】特開平７−１１９２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１乃至３による合成床版では、鋼材とコンクリートとの一体化を図るために構造が複雑となり、製作工期やコストがかかり、コンクリートの充填性が良くないという問題があった。また、特許文献１によるスタッドの溶接部分や、特許文献２による補強鋼材の開口部は構造的に弱く、合成床版の疲労耐久性の低下の要因となっていた。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、鋼材とコンクリートとの一体化を図れると共に、構造が単純で疲労耐久性を向上することができる合成床版を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る合成床版における底鋼板とコンクリートとの一体化方法は、底鋼板と、前記底鋼板上に打設されたコンクリートと、支間方向に延在し前記底鋼板上に互いに間隔をあけて配列され前記コンクリートに埋設された複数のリブとを備える合成床版において、前記底鋼板と前記コンクリートとを一体化する方法であって、前記リブの上端部を前記合成床版の中立軸よりも上方に突出させ、前記合成床版に上方から荷重が作用した際に、前記荷重によって前記リブの延在方向と直交する方向に圧縮される前記コンクリートの曲げ圧縮応力と、前記荷重によって前記リブの延在方向に圧縮される前記コンクリートの曲げ圧縮応力のうちポアソン比によって求められる前記リブの延在方向に直交する方向に作用する前記コンクリートの曲げ圧縮応力と、の合力である、前記荷重によって前記リブの延在方向と直交する方向に作用する前記コンクリートの曲げ圧縮応力を、前記リブと前記コンクリートとの摩擦力として作用させ、前記リブと前記コンクリートとの摩擦力を、前記荷重によって前記合成床版に作用する水平せん断力よりも大きくなるように設定することを特徴とする。
本発明では、リブは上端部が合成床版の中立軸よりも上方に突出していることにより、合成床版に上方から荷重により曲げモーメントが作用した際に、リブの上部側がコンクリートの圧縮側に位置し、コンクリートの曲げ圧縮応力がリブに作用するので、コンクリートの曲げ圧縮応力がリブとコンクリートとの摩擦力として作用し、リブとコンクリートとの一体化を図ることができると共に、リブを介して底鋼板とコンクリートとを一体化させることができる。
【０００７】
また、本発明に係る合成床版における底鋼板とコンクリートとの一体化方法では、前記リブの上部には、前記リブの延在方向に直交する方向に延在する配力筋を設けることが好ましい。
本発明では、リブの上部には、リブの延在方向に直交する方向に延在する配力筋が設けられていることにより、合成床版の剛性を高めることができると共に、合成床版に作用する荷重を分散させることができる。
【０００８】
また、本発明に係る合成床版における底鋼板とコンクリートとの一体化方法では、前記コンクリートに補強繊維を混入してもよい。
本発明では、コンクリートに補強繊維が混入されていることにより、コンクリートの強度が高まり、合成床版の剛性を高めることができる。
【０００９】
また、本発明に係る合成床版における底鋼板とコンクリートとの一体化方法では、前記リブには開口部を形成しないことを特徴とする。
本発明では、リブに孔部などの開口部が形成されていないので、開口部が形成されたリブを備える合成床版と比べて合成床版の製造を容易に行うことができる。また、開口部に応力が集中することが無いので、応力バランスがよく安定した構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、底鋼板上に立設された複数のリブの上端部がコンクリートの圧縮側に突出し、コンクリートの圧縮応力がリブに摩擦力として作用しリブとコンクリートとが一体化するので、合成床版の構造を簡易な構造とすることができ、製作工期やコストの削減および疲労耐久性の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態による合成床版の一例を示す図で（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】合成床版に作用する曲げモーメントを示す概略図である。
【図３】リブに作用するコンクリートの圧縮応力を示す概略図である。
【図４】載荷試験における供試体を説明する図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は載荷試験における載荷位置を説明する図である。
【図６】供試体の荷重と変位の関係を示す図である。
【図７】図６に示す供試体の荷重と変位の関係で変位３ｍｍまでの状態を示す図である。
【図８】（ａ）は１回の載荷後の供試体１の荷重とひずみの関係を示す図、（ｂ）は３０万回の載荷後の供試体１の荷重とひずみの関係を示す図である。
【図９】（ａ）は１回の載荷後の供試体２の荷重とひずみの関係を示す図、（ｂ）は３０万回の載荷後の供試体２の荷重とひずみの関係を示す図である。
【図１０】（ａ）は１回の載荷後の供試体３の荷重とひずみの関係を示す図、（ｂ）は３０万回の載荷後の供試体３の荷重とひずみの関係を示す図である。
【図１１】（ａ）は１回の載荷後の供試体４の荷重とひずみの関係を示す図、（ｂ）は３０万回の載荷後の供試体４の荷重とひずみの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態による合成床版について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態による合成床版１は、底鋼板２と、底鋼板２上に立設されたリブ３と、リブ３の上部にリブ３と交差するように配設された複数の配力筋４と、底鋼板２上に打設されたコンクリート５とから概略構成される。
【００１３】
リブ３は、鋼材やＦＲＰなどで形成されていて、本実施の形態ではＩ形鋼を採用している。リブ３は、図１（ａ）中の矢印の方向に示す床版支間方向Ａに延在していて、床版支間方向Ａに直交する方向に所定の間隔をあけて複数配列されている。リブ３は下側のフランジが底鋼板２に溶接されている。
また、図１（ｂ）に示すように、リブ３は、上端部が合成床版１の中立軸６よりも上方に突出するように形成されている。中立軸６とは、合成床版１に上方からの荷重による曲げモーメントが作用した際に、合成床版１の上部側に圧縮応力が作用し下部側に引張応力が作用するが、中間部の圧縮応力も引張応力も作用しない部分を示す。
【００１４】
合成床版１の中立軸６の位置は下記の式（１）にて算出する。式（２）はコンクリート換算の断面二次モーメントの算出式を示す。
【００１５】
【数１】
0005635272.tif 000002
【００１６】
Ｘｎ は合成床版１の断面における圧縮縁（上端部）７から中立軸６までの距離、ｂはリブ３（Ｉ形鋼）の間隔、ｎはヤング係数比、ＡＳ１はリブ３の設置間隔あたりの底鋼板有効断面積、ＡＳ２は、リブ３の１本あたりの断面積、ＸＳ１は底鋼板２の中立軸から圧縮縁７までの距離、ＸＳ２はリブの中立軸から圧縮縁７までの距離を示す。
また、ＩＳ１はリブ３の設置間隔あたりの底鋼板断面二次モーメントを示し、ＩＳ２はリブ３の１本あたりの断面二次モーメントを示す。
【００１７】
次に、上述した構成の本実施の形態による合成床版１が上方から載荷された場合に、リブ３に作用する応力について説明する。
図２に示すように、合成床版１は上方から加力されると曲げモーメントＭが作用し、中立軸６より上側に平面方向における圧縮応力が作用し、中立軸６より下側に引張応力が作用する。このとき、図３に示すように、リブ３には、中立軸６より上部側にコンクリート５の曲げ圧縮応力（支圧応力）が作用する。
【００１８】
リブ３の延在方向に直交する方向へ作用するコンクリートの曲げ圧縮応力は、リブ３の延在方向に直交する方向に圧縮されるコンクリートの曲げ圧縮応力と、リブ３の延在方向に圧縮されるコンクリートの曲げ圧縮応力のうちポアソン比によって求められるリブ３の延在方向に直交する方向に作用する曲げ圧縮応力との合力である。
【００１９】
そして、リブ３に作用するコンクリート５の曲げ圧縮応力は、リブ３とコンクリート５との摩擦力となり、リブ２とコンクリート５とが互いにずれることを防止している。そして、この摩擦力が合成床版１に作用する水平せん断力よりも上回ることで、リブ３とコンクリート５とが一体化する。
このとき、水平せん断力よりも摩擦力が上回るように、リブ３が中立軸６よりも上方に突出する高さや、リブ３の形状、リブ３の設置間隔等を設定する。
なお、リブ３のコンクリート５のかぶり厚さは５０〜６０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２０】
次に、上述した合成床版１の効果について図面を用いて説明する。
本実施の形態による合成床版１によれば、リブ３が合成床版１の中立軸６の上方に突出いることにより、合成床版１に上方から荷重が作用した際に、中立軸６より上部側のリブ３にコンクリート５の曲げ圧縮応力が作用し、この曲げ圧縮応力がリブ３とコンクリート５との摩擦力となるので、リブ３とコンクリート５とが一体化すると共に、リブ３を介してコンクリート５と底鋼板２とが一体化する効果を奏する。
【００２１】
そして、従来のようにリブに開口部を設けたり、底鋼板にスタッドジベルや格子状のリブなどを設けたりする複雑な構造としないで、簡易な構造で底鋼板２とコンクリート５とを一体化させることができるので、製作コストや製作工期を短縮させることができる。
また、リブに設けられた開口部や、底鋼板とスタッドジベルとの溶接部のように構造的に脆弱な部分が無いので合成床版１の疲労耐久性を高めることができる。
【００２２】
ここで、本実施の形態による合成床版のリブとコンクリートとの一体性を確認する試験を行った。
供試体は、図１（ａ）、（ｂ）に示すような形態の合成床版で、幅が１．５ｍ、床版支間が１．２ｍ、床版厚が１６０ｍｍに形成されている。リブ３はＩ形鋼で、隣り合うリブ３の間隔はリブ３の高さの３倍とし、３００ｍｍとした。
図４に示すように、供試体には形態の異なる４種類があり、供試体１は、リブ３に孔あきジベルを使用し、ウェブに複数の開口部が形成されている。供試体２は、リブ３に開口部が無く、上述した本発明の実施の形態による合成床版１である。供試体１および２は、リブ３の表面に無機ジンクリッチペイント３０μが塗布されている。
供試体３は、リブ３の表面にテフロン（登録商標）シートが貼り付けされ、リブ３とコンクリート５との付着および摩擦をなくした形態である。供試体４は、リブ３に開口部が無く、供試体２のコンクリート５に０．５％ポリオレフィン補強繊維（長さ３０ｍｍ）を混入した形態である。
供試体１〜４は、いずれもリブ３の上端部が中立軸の上方に突出している。
【００２３】
供試体１〜４への載荷は、ある一定期間の使用を再現するため、荷重載荷点を移動させながら繰り返し多数回の定点載荷試験を行い、その後、供試体１〜４の中央部で押し抜き耐力試験を行う。
定点載荷試験では、図５（ａ）に示す供試体１〜４の中心に設置されたリブ３ａの中央部真上に相当する載荷位置Ｐ１、図５（ｂ）に示す中心に設置されたリブ３ａの中央部真上とリブ３ａに隣接する２つのリブ３ｂの中央部真上との中間点の載荷位置Ｐ２、図５（ｃ）に示す中心に設置されたリブ３ａに隣接する２つのリブ３ｂの中央部真上に相当する載荷位置Ｐ３に順番に繰り返し載荷を行う。
各載荷位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３には１０万回程度の載荷を行い、荷重値は、道路橋示方書Ｉ２．２．２および鋼道路橋の疲労設計指針２．４．２（２）による下記式（３）から１箇所あたり１２０ＫＮとする。
【００２４】
【数２】
0005635272.tif 000003
【００２５】
載荷位置Ｐ２および載荷位置Ｐ３に載荷する場合には、互いに隣接する荷重による影響があるため、１２０ｋＮの基本荷重を載荷した時と同程度のリブ断面の断面せん断力とする低減率を解析により算出し、これを考慮した荷重を載荷する。また、リブ３の表面にテフロン（登録商標）シートが貼り付けされた供試体３以外は、載荷位置Ｐ２、Ｐ３の載荷の後に、載荷位置Ｐ１の載荷に戻し、設計荷重の２．５〜５倍の荷重を１００〜１万回程度繰り返し載荷した。
【００２６】
そして、定点載荷試験の後に、載荷位置Ｐ１に設計荷重１２０ｋＮをその１．５倍、３倍などと漸増載荷を繰り返して、押し抜きせん断破壊するまで載荷する押し抜き耐力試験を行う。
本試験では、計測項目として試供体１〜４の中央付近の変位、断面内ひずみ分布を確認した。
【００２７】
次に、上述した試験の結果について説明する。
図６に各供試体１〜４の荷重−変位関係を示し、図７に変位３ｍｍまでの各供試体１〜４の荷重−変位関係を示す。
図中の線Ｌ１は全断面有効の合成断面の曲げ剛性を示し、点線Ｌ２はコンクリートの引張側を無視した合成断面（ＲＣ計算断面）の曲げ剛性を示し、二点差線Ｌ３は鋼材（リブおよび底鋼板）のみ曲げ剛性を示す。
【００２８】
リブ３にテフロン（登録商標）シート貼り付けた供試体３は、リブ３とコンクリート５との付着および摩擦がほとんど無いため、載荷開始時から変位していて、コンクリート５の引張側を無視した合成断面（ＲＣ計算断面）の曲げ剛性よりも低く、鋼材のみの曲げ剛性よりやや高い状態であり、リブ３とコンクリート５とが一体化していないことがわかる。また、押抜きせん断耐力は６５０ｋＮで、コンクリート標準示方書［設計編］９．２．２．３の１６ｃｍの鉄筋コンクリート版の設計押抜きせん断耐力６８１ｋＮに達していない。
【００２９】
また、リブ３に開口部が形成された供試体１と、リブ３に開口部が無い供試体２とを比較すると、供試体１の方が、剛性が若干高く、押し抜きせん断力も６パーセント程度上がることがわかる。除荷勾配については、両者ともＲＣ計算の勾配通りで、設計荷重の８倍程度の１，０００ｋＮまで一体化が図られていた。
その後、両者とも最大耐力付近で付着切れに伴って荷重が下がるが、変形と共に再び耐力は大きくなり、最大耐力よりやや小さい荷重値まで上昇した後、８５０ｋＮ程度で一定値となり変位のみが増加する傾向になる。
このように、リブの開口部の有無による差は少なく、開口部の無いリブを備える合成床版も十分耐力を確保することができる。
【００３０】
また、コンクリート５に補強繊維を混入した供試体４は、設計荷重の４倍程度の５００ｋＮまでは、全断面有効の合成断面の曲げ剛性と同じ勾配であり、その後、若干剛性が落ちてコンクリート５の引張側を無視した合成断面（ＲＣ計算断面）の曲げ剛性と同程度になる。
最大せん断耐力は、供試体１と比べて７パーセント程度向上し、供試体２と比べて１３パーセント程度向上したが、最大耐力付近で付着切れに伴って荷重が下がり、その後の挙動は供試体１、２と同様であった。
【００３１】
図８乃至図１１に各供試体１〜４の荷重−ひずみ関係を示す。
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、リブ３にテフロン（登録商標）シート貼り付けた供試体３は、載荷当初から中立軸の位置（ひずみが０となる位置）が低く、鋼材とコンクリートとが一体化されていない挙動となっていることがわかる。これに対し、図８、９、１１に示すように、供試体１、２、４は中立軸の位置がＲＣ断面の設計上の位置であって、中立軸の位置が３０万回の荷重の繰り返し載荷された後もほとんど変化しないことがわかる。また、その後の荷重の増加に伴って各部のひずみは大きくなるが、中立軸の位置は変化しないことがわかる。
【００３２】
また、リブ３に開口部がある供試体１では、開口部がある部分と無い部分とで、ひずみにバラツキが生じていることがわかる。これに対し、リブ３に開口部が形成されていない供試体２は、ひずみのバラツキが少ないので、供試体１と比べて、応力集中が無いことがわかる。
【００３３】
上記の結果より、リブ３に開口部がある従来の合成床版とリブ３に開口部を設けない合成床版１とでは、断面内ひずみ分布、曲げ剛性はほとんど差異無く、リブ３とコンクリート５との摩擦伝導によりリブ３とコンクリート５とが一体化されていることがわかる。
【００３４】
以上、本発明による合成床版１の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態ではリブ３はＩ形鋼であるが、Ｉ形鋼に代わってＨ形鋼や山型鋼、または平板状の鋼材としてもよい。
また、上記の実施の形態のコンクリート５に補強繊維を混入させてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  合成床版
２  底鋼板
３  リブ
４  配力筋
５  コンクリート
６  中立軸
【図１】
0005635272.tif 000004
【図２】
0005635272.tif 000005
【図３】
0005635272.tif 000006
【図４】
0005635272.tif 000007
【図５】
0005635272.tif 000008
【図６】
0005635272.tif 000009
【図７】
0005635272.tif 000010
【図８】
0005635272.tif 000011
【図９】
0005635272.tif 000012
【図１０】
0005635272.tif 000013
【図１１】
0005635272.tif 000014