(57)【要約】【課題】鉄筋コンクリートの床版にかかる輪荷重により橋梁が撓むのを抑制することができる橋梁の補強構造及び橋梁の補強方法を提供する。【解決手段】鉄筋コンクリート床版３ａと、この鉄筋コンクリート床版３ａを支える複数の鋼桁２ａと、を備える橋梁１が、鉄筋コンクリート床版３ａ上を走行する車両の輪荷重により撓むのを抑制する橋梁の補強構造であって、橋梁１の下方への撓みを低減する垂直材４ａが、ウェブの局部座屈を防止する垂直補剛材より短い間隔で、前記鋼桁の長手方向に沿って所定の間隔をあけて前記鋼桁の長手方向と垂直に設けられていること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート床版と、この鉄筋コンクリート床版を支える複数の鋼桁と、を備える橋梁が、前記鉄筋コンクリート床版上を走行する車両の輪荷重により撓むのを抑制する橋梁の補強構造であって、
前記鋼桁は、上フランジと、下フランジと、これらを繋ぐウェブと、を有し、
前記鉄筋コンクリート床版の下方への撓みを低減する垂直材が、前記ウェブの局部座屈を防止する垂直補剛材より短い間隔で、前記鋼桁の長手方向に沿って所定の間隔をあけて前記鋼桁の長手方向と垂直に設けられていること
を特徴とする橋梁の補強構造。
【請求項２】
前記垂直材は、前記垂直補剛材に略平行な平板を有し、前記平板の板厚面が前記上フランジの下面に対して垂直に当接されていること
を特徴とする請求項１記載の橋梁の補強構造。
【請求項３】
鉄筋コンクリート床版と、この鉄筋コンクリート床版を支える複数の鋼桁と、を備える橋梁が、前記鉄筋コンクリート床版上を走行する車両の輪荷重により撓むのを抑制する橋梁の補強構造であって、
隣接する前記鋼桁同士の間隔が広がるのを抑止するタイ材を備えること
を特徴とする橋梁の補強構造。
【請求項４】
前記タイ材は、炭素繊維ロッド、ＰＣ鋼棒、形鋼のうち少なくとも何れか１つを有すること
を特徴とする請求項３記載の橋梁の補強構造。
【請求項５】
前記タイ材には、隣接する前記鋼桁同士が別々に上下動することを許容するヒンジが設けられていること
を特徴とする請求項３又は４記載の橋梁の補強構造。
【請求項６】
鉄筋コンクリート床版と、この鉄筋コンクリート床版を支える複数の鋼桁と、を備える橋梁が、前記鉄筋コンクリート床版上を走行する車両の輪荷重により撓むのを抑制する橋梁の補強方法であって、
前記鋼桁は、上フランジと、下フランジと、これらを繋ぐウェブと、を有し、
前記ウェブの局部座屈を防止する垂直補剛材より短い間隔で、前記鉄筋コンクリート床版の下方への撓みを低減する垂直材を前記鋼桁の長手方向に沿って所定の間隔をあけて前記鋼桁の長手方向に垂直に設けること
を特徴とする橋梁の補強方法。
【請求項７】
前記垂直材は、前記垂直補剛材に略平行な平板を有し、前記平板の板厚面を前記上フランジの下面に対して垂直に当接させること
を特徴とする請求項６記載の橋梁の補強方法。
【請求項８】
鉄筋コンクリート床版と、この鉄筋コンクリート床版を支える複数の鋼桁と、を備える橋梁が、前記鉄筋コンクリート床版上を走行する車両の輪荷重により撓むのを抑制する橋梁の補強方法であって、
隣接する前記鋼桁同士の間隔が広がるのを抑止するタイ材を隣接する前記鋼桁の間に設けること
を特徴とする橋梁の補強方法。
【請求項９】
前記タイ材に隣接する前記鋼桁同士が別々に上下動することを許容するヒンジを設けること
を特徴とする請求項８記載の橋梁の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリートの床版にかかる輪荷重による橋梁の変形を防ぐことによって鉄筋コンクリート床版の疲労耐久性を向上させる橋梁の補強構造及び橋梁の補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁は、鉄筋コンクリートの床版上をトラック等の車両が通過すると、その車両から床版に輪荷重が作用し、床版が撓む。例えば、床版の厚みが薄い場合には、図８に示すように床版に輪荷重が作用すると、床版の下で支える鋼桁のフランジに局所的に力が作用して、鋼桁のフランジとウェブが変形し、ＰＱ間の間隔が広がることにより床版が撓む。この場合には、当該フランジに加えて、鋼桁のウェブまで湾曲して変形することもある。橋梁の鉄筋コンクリート床版は、この変形を車両が通過するたびに何回も繰り返すことになり、その結果、疲労して耐久性が低下する。このため、橋梁の鉄筋コンクリート床版は、この輪荷重による撓みを抑制し疲労耐久性を向上させる必要があった。
【０００３】
このような鉄筋コンクリートの床版とそれを支える複数の鋼桁からなる橋梁の補強構造として、従来において鋭意検討された結果、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３の開示技術が提案されている。例えば、特許文献１の開示技術では、帯状連続繊維シートを接着材で床版下面に格子状に貼り付けた道路床版の補強方法を示している。
【０００４】
特許文献２の開示技術では、鋼桁の間に床版に対して離間されて配置された横桁を渡し、床版と横桁の間に複数の支持部を設けている。この支持部の上端を床版に接続させると共に支持部の下端を横桁に接続させて、鋼桁間のスパンを縮め、床版の撓みによる曲げモーメントを小さくさせることで床版が安定的に支持された補強構造を示している。
【０００５】
特許文献３の開示技術では、橋脚間に架設ビームを架け渡し、当該架設ビームと床版の間にジャッキを介装して床版への押し上げ力を与えた補強構造を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２９９５３号公報
【特許文献２】特開２００１−３３６１１６号公報
【特許文献３】特開２００３−１７１９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１の開示技術では、繰り返し荷重の作用により接着しているエポキシ樹脂が劣化して、帯状連続繊維シートが床版から剥離される場合もあり、この場合には、床版の補強効果が失われ、床版の疲労耐久性が著しく低下することになる。
【０００８】
また、特許文献２及び特許文献３の開示技術では、それぞれ支持部やジャッキを使用することにより、床版の曲げモーメントを抑えるための反力をとるために、支持部が取り付けられた横桁やジャッキが取り付けられた架設ビームは、剛性の確保が必要となる。このため、特許文献２及び特許文献３の開示技術では、各部材の大きさが大きくなると共に部品点数も増えることで、施工が複雑となり、それに伴い施工費も高価となる。
【０００９】
また、橋梁の鋼桁には、垂直補剛材が取り付けられているが、この垂直補剛材は、主に鋼桁のウェブの変形を抑制するためのものであり、また、垂直補剛材が橋軸方向に取り付けられる間隔も大きいので、床版の撓みや鋼桁のフランジの変形を抑制できない。
【００１０】
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、その目的とするところは、鉄筋コンクリートの床版にかかる輪荷重により橋梁が撓むのを抑制することができる橋梁の補強構造及び橋梁の補強方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願第１の発明は、鉄筋コンクリート床版と、この鉄筋コンクリート床版を支える複数の鋼桁と、を備える橋梁が、前記鉄筋コンクリート床版上を走行する車両の輪荷重により撓むのを抑制する橋梁の補強構造であって、前記鋼桁は、上フランジと、下フランジと、これらを繋ぐウェブと、を有し、前記鉄筋コンクリート床版の下方への撓みを低減する垂直材が、前記ウェブの局部座屈を防止する垂直補剛材より短い間隔で、前記鋼桁の長手方向に沿って所定の間隔をあけて前記鋼桁の長手方向と垂直に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本願第２の発明は、第１の発明において、前記垂直材は、前記垂直補剛材に略平行な平板を有し、前記平板の板厚面が前記上フランジの下面に対して垂直に当接されていることを特徴とする。
【００１３】
本願第３の発明は、鉄筋コンクリート床版と、この鉄筋コンクリート床版を支える複数の鋼桁と、を備える橋梁が、前記鉄筋コンクリート床版上を走行する車両の輪荷重により撓むのを抑制する橋梁の補強構造であって、隣接する前記鋼桁同士の間隔が広がるのを抑止するタイ材を備えることを特徴とする。
【００１４】
本願第４の発明は、第３の発明において、タイ材は、炭素繊維ロッド、ＰＣ鋼棒、形鋼のうち少なくとも何れか１つを有することを特徴とする。
【００１５】
本願第５の発明は、第３又は第４の発明において、前記タイ材には、隣接する前記鋼桁同士が別々に上下動することを許容するヒンジが設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本願第６の発明は、鉄筋コンクリート床版と、この鉄筋コンクリート床版を支える複数の鋼桁と、を備える橋梁が、前記鉄筋コンクリート床版上を走行する車両の輪荷重により撓むのを抑制する橋梁の補強方法であって、前記鋼桁は、上フランジと、下フランジと、これらを繋ぐウェブと、を有し、前記ウェブの局部座屈を防止する垂直補剛材より短い間隔で、前記鉄筋コンクリート床版の下方への撓みを低減する垂直材を前記鋼桁の長手方向に沿って所定の間隔をあけて前記鋼桁の長手方向に垂直に設けることを特徴とする。
【００１７】
本願第７の発明は、第６の発明において、前記垂直材は、前記垂直補剛材に略平行な平板を有し、前記平板の板厚面を前記上フランジの下面に対して垂直に当接させることを特徴とする。
【００１８】
本願第８の発明は、鉄筋コンクリート床版と、この鉄筋コンクリート床版を支える複数の鋼桁と、を備える橋梁が、前記鉄筋コンクリート床版上を走行する車両の輪荷重により撓むのを抑制する橋梁の補強方法であって、隣接する前記鋼桁同士の間隔が広がるのを抑止するタイ材を隣接する前記鋼桁の間に設けることを特徴とする。
【００１９】
本願第９の発明は、第８の発明において、前記タイ材に隣接する前記鋼桁同士が別々に上下動することを許容するヒンジを設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
第１、第２、第６、第７の発明によると、垂直材が、垂直補剛材の間隔よりも短い間隔で鋼桁のウェブに取り付けられることにより、輪荷重により鉄筋コンクリート床版が撓むのを抑えることができる。
【００２１】
第２、第７の発明によると、垂直材が平板を有しており、の上フランジに当該平板の板厚面が当接されるだけの簡易な構造であるため、簡易な施工により、鋼桁の上フランジの変形を抑えることができる。
【００２２】
第３、第４、第５、第８、第９の発明によると、隣接する前記鋼桁同士の間隔が広がるのを抑止するタイ材を備えているので、あたかも床版にプレストレスを導入したかのように床版に作用する引張力は低減されると共に床版の撓みも抑えることができ、床版の疲労耐久性が向上する。
【００２３】
第１〜第９の発明は、垂直材を取り付けたり、タイ材を取り付けたりする簡易な構造であるため、橋梁の補強構造としての施工性が向上する。また、この簡易な構造であることにより、補強時の施工品質が担保できる。さらに、全面に渡って、補強後の劣化進行を外から目視で確認可能となる。このため、施工性に加えて経済性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用した橋梁の補強構造の第１実施形態の斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明を適用した橋梁の補強構造の第１実施形態の正面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図３】鋼桁に垂直材を取り付けた正面図である。
【図４】本発明を適用した橋梁の補強構造の第２実施形態の正面図である。
【図５】本発明を適用した橋梁の補強構造の第３実施形態の正面図である。
【図６】本発明を適用した橋梁の補強構造の第４実施形態の鉛直断面図である。
【図７】補強前後の床版に続いて、弾塑性・破壊攻勢モデルと分散ひび割れに基づく非線形有限要素解析ＣＯＭ３Ｄを使用した数値解析グラフを示した図である。
【図８】（ａ）は、従来の橋梁に輪荷重がかかる前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、当該橋梁に輪荷重がかかった後の床版と鋼桁の変形の状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係る橋梁の補強構造及び橋梁の補強方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
第１実施形態
【００２７】
橋梁の補強構造において、橋梁の鋼桁の上フランジの下面に垂直材を当接させた橋梁の補強構造１ａの構成について図１〜３を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように橋梁の補強構造１ａは、橋梁の鋼桁２ａと、橋梁の鋼桁２ａに載置された鉄筋コンクリート床版３ａと、橋梁の鋼桁２ａに取り付けられた垂直材４ａとを備える。
【００２９】
橋梁の鋼桁２ａは、例えば、既設の断面Ｈ形状の鋼材からなり、主に既設の橋梁の鋼桁を想定している。橋梁の鋼桁２ａは、ウェブ２１ａと、ウェブ２１ａの上端に略直角に固着された上フランジ２２ａと、ウェブの下端に略直角に固着された下フランジ２３ａとを有する鋼桁２０ａと、橋軸方向に間隔をあけてウェブ２１ａ、上フランジ２２ａ及び下フランジ２３ａにそれぞれ取り付けられた複数の垂直補剛材５ａとを備える。ここで、ウェブ２１ａ、上フランジ２２ａ、下フランジ２３ａは、それぞれ略矩形の平板であり、ウェブ２１ａの上端と上フランジ２２ａの下面、ウェブ２１ａの下端と下フランジ２３ａの上面が、それぞれ溶接等により固着されて、橋軸方向に延長されている。
【００３０】
垂直補剛材５ａは、例えば、断面矩形であり、上フランジ２２ａ、下フランジ２３ａの降伏まで、ウェブ２１ａが耐力を保てるように、所定の剛性を有するものを橋軸方向に適切な間隔で配置し、局部座屈を防止するための部材である。
【００３１】
鉄筋コンクリート床版３ａは、車両による輪荷重を直接受ける部材である。鉄筋コンクリート床版３ａは、輪荷重を受けた際、車両の走行性に支障をきたすような変形を起こさず、輪荷重を鋼桁２０ａに伝える役割を果たしている。
【００３２】
垂直材４ａは、例えば、平面視で断面Ｌ字形状に２つの平板が溶接等で垂直に固着されており、垂直補剛材５ａの橋軸方向の間隔よりも短い間隔でウェブに取り付けられる一方の平板４１ａと、上フランジ２２ａの下面に対して垂直に当接された平板４２ａとを備える。平板４１ａは、図示しない貫通孔が形成され、この貫通孔にボルト４１１ａが挿通されている。このボルト４１１ａの先端は、ウェブ２１ａに設けられた図示しない貫通孔に挿通させると共にウェブ２１ａの反対側に同様に設けられた平板４１ａの図示しない貫通孔に挿通させて、ウェブ２１ａの反対側から当該平板４１ａをウェブ２１ａと挟むようにナット４１２ａにより螺着固定されている。また、図３に示すように上フランジ２２ａとウェブ２１ａとが当接される隅部が溶接されているため、当該隅部に対応する平板４２ａの角部は、一部切り欠かれている。
【００３３】
次に、本発明を適用した橋梁の鋼桁の補強方法について図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
既設の橋梁の鋼桁２ａに取り付けられた垂直補剛材５ａの橋軸方向の間隔よりも短い間隔で垂直材４ａの平板４１ａをウェブ２１ａに取り付けると共に、上フランジ２２ａの下面に対して平板４２ａの板厚面を垂直に当接させて完成する。
【００３５】
次に、第１実施形態において鉄筋コンクリート床版３ａから車両等の輪荷重が作用した場合に橋梁の鋼桁２ａに作用する力に対する垂直材４ａの力の作用の仕方について図２を参照しながら説明する。
【００３６】
輪荷重が鉄筋コンクリート床版３ａの上端から下方に向けて作用すると、その力が橋梁の鋼桁２ａの上フランジ２２ａに下方に向けて作用する。このとき、垂直材４ａが上フランジ２２ａの下面と当接していることにより、上フランジ２２ａは、垂直材４ａから上方に反力を受ける。これにより、この反力が輪荷重とつり合うことで、上フランジ２２ａの変形を防ぐことができる。また、鋼桁２０ａの上フランジ２２ａに当該平板４２ａの板厚面が当接されるだけの簡易な構造であるため、簡易な施工により、上フランジ２２ａの変形を抑えることができる。
【００３７】
第２実施形態
【００３８】
次に、橋梁の補強構造において、橋梁の鋼桁の上フランジの下面に垂直材を当接させると共に当該垂直材の間にタイ材を取り付けた橋梁の補強構造１ｂの構成について図４を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
図４に示すように橋梁の補強構造１ｂは、橋梁の鋼桁２ｂと、橋梁の鋼桁２ｂに載置された鉄筋コンクリート床版３ｂと、橋梁の鋼桁２ｂに取り付けられた垂直材４ｂと、橋梁の２つの鋼桁２ｂの間の対向する２つの垂直材４ｂに取り付けられたタイ材６ｂとを備える。
【００４０】
ここで、橋梁の鋼桁２ｂにおけるウェブ２１ｂ、上フランジ２２ｂ、下フランジ２３ｂ、垂直補剛材５ｂ、鉄筋コンクリート床版３ｂ、垂直材４ｂにおける平板４１ｂ、平板４２ｂの構成は、橋梁の補強構造１ａと同様である。
【００４１】
図４に示すタイ材６ｂは、例えば、炭素繊維ロッド、ＰＣ鋼棒を想定している。タイ材６ｂは、これに限定されることなく、素材を炭素繊維ロッド又はＰＣ鋼棒としたうえで、２つの橋梁の鋼桁２ｂの略中央にターンバックルが取り付けられていてもよい。この図４に示すタイ材６ｂは、垂直材４ｂの平板４２ｂの図示しない貫通孔に平板４２ｂの裏側からボルト４２１ｂを挿通させて表側からナット４２２ｂにより螺着固定されている。なお、図４に示すタイ材６ｂは、隣り合う鋼桁２０ｂの間にある垂直材４ｂの平板４１ｂの間に設けられているが、これに限定されることなく、垂直材４ｂと垂直補剛材５ｂとの間又は垂直補剛材５ｂの間に設けられてもよい。
【００４２】
次に、本発明を適用した橋梁の補強構造１ｂにおける橋梁の補強方法について図４を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
既設の橋梁の鋼桁２ｂに取り付けられた垂直補剛材５ｂの橋軸方向の間隔よりも短い間隔で垂直材４ｂの平板４１ｂをウェブ２１ｂに取り付けると共に、上フランジ２２ｂの下面に対して平板４２ｂの板厚面を垂直に当接させる。次に、隣り合う橋梁の鋼桁２ｂにおける垂直材４ｂの間にタイ材６ｂを取り付けることで完成する。
【００４４】
次に、第２実施形態において鉄筋コンクリート床版３ｂから車両等の輪荷重が作用した場合に橋梁の鋼桁２ｂに作用する力に対する垂直材４ｂの力の作用の仕方について図４を参照しながら説明する。
【００４５】
図４に示すように輪荷重が鉄筋コンクリート床版３ｂの上端から下方に向けて作用すると、その力が橋梁の鋼桁２ｂの上フランジ２２ｂに下方に向けて作用する。このとき、垂直材４ｂが上フランジ２２ｂの下面と当接していることにより、垂直材４ｂから上フランジ２２ｂに上方に反力を受ける。これにより、この反力が輪荷重とつり合うことで、上フランジ２２ｂの変形を防ぐことができる。更にタイ材６ｂがあることにより、このタイ材に引張力を鋼桁間に渡して床版の引張力に抵抗させる構造となり、あたかも床版にプレストレスを導入したかのように床版の引張力は低減されると共に床版の撓みも抑えることができ、床版の疲労耐久性が向上する。
【００４６】
第３実施形態
【００４７】
次に、第３実施形態に係る橋梁の補強構造として、第２実施形態の橋梁の補強構造において、垂直材の間にタイ材として炭素繊維ロッド、ＰＣ鋼棒の代わりに山形鋼を取り付けた橋梁の補強構造１ｂ’の構成について図５を参照しながら詳細に説明する。
【００４８】
ここで、橋梁の鋼桁２ｂ’におけるウェブ２１ｂ’、上フランジ２２ｂ’、下フランジ２３ｂ’、垂直補剛材５ｂ’、鉄筋コンクリート床版３ｂ’、垂直材４ｂ’における平板４１ｂ’、平板４２ｂ’の構成は、橋梁の補強構造１ａと同様である。
【００４９】
図５に示すタイ材６ｂ’は、垂直材４ｂ’の平板４２ｂ’の図示しない貫通孔に平板４２ｂ’の裏側からボルト４２１ｂ’を挿通させて表側からナット４２２ｂ’により螺着固定されている。なお、図５に示すタイ材６ｂ’は、タイ材６ｂと同様に垂直材４ｂ’と垂直補剛材５ｂ’との間又は垂直補剛材５ｂ’の間に設けられてもよい。また、この橋梁の補強構造１ｂ’は、橋梁の補強構造１ｂとその補強方法も同様であり、同様の作用効果を奏する。
【００５０】
図３に示す垂直材４ａ、図４に示す垂直材４ｂとタイ材６ｂ、図５に示す垂直材４ｂ’とタイ材６ｂ’は、何れも簡易な構造であるため、橋梁の補強構造としての施工性が向上する。また、本発明は、何れも簡易な構造であるため、橋梁の鋼桁の補強時の施工品質が担保できる。また、本発明は、全面に渡って、橋梁の鋼桁の補強後の劣化進行を外から目視で確認可能となる。このため、本発明は、施工性に加えて経済性も向上する。
【００５１】
第４実施形態
【００５２】
次に、図６を用いて、第４実施形態に係る橋梁の補強構造１ｃについて説明する。この第４実施形態に係る橋梁の補強構造１ｃが、第３実施形態の橋梁の補強構造１ｂ’と相違する点は、主に、タイ材の山形鋼にヒンジを設けた点である。
【００５３】
図６に示す橋梁１は、鉄筋コンクリート床版３ｃと、この鉄筋コンクリート床版３ｃを支える複数の橋梁の鋼桁２ｃを備えている。また、橋梁の鋼桁２ｃの上面には、図示しないスタッド等が突設され、これらの鉄筋コンクリート床版３ｃと橋梁の鋼桁２ｃとが一体化された橋梁となっている。なお、前述の第１〜第３実施形態に係る橋梁の補強構造１ａ、１ｂ、１ｂ’も同様である。
【００５４】
橋梁の鋼桁２ｃは、断面縦長な長方形状の平板からなるウェブ２１ｃと、このウェブ２１ｃの上下の端部と中央で略直角に連接する断面縦長な長方形状の平板からなる上フランジ２２ｃ、下フランジ２３ｃと、を有した断面Ｈ字形状のＨ形鋼（又はＩ形鋼）からなる。そして、複数の橋梁の鋼桁２ｃが、橋軸方向を長手方向として所定の間隔をあけて複数並べて配置されることにより、橋梁１を構成する。この橋梁の鋼桁２ｃは、主に既設の橋梁の鋼桁を想定している。
【００５５】
また、橋梁の鋼桁２ｃには、ウェブ２１ｃの局部座屈を防止する垂直補剛材５ｃが橋梁の鋼桁２ｃの長手方向に沿って間隔をあけて溶接などの方法により取り付けられている。この垂直補剛材５ｃは、所定の剛性を有した断面矩形の長方形状の平板であり、上フランジ２２ｃ、下フランジ２３ｃの降伏まで、ウェブ２１ｃが耐力を保てる所定の間隔で、橋梁の鋼桁２ｃの長手方向に沿って所定の間隔をあけて配置されている。
【００５６】
この垂直補剛材５ｃが、前述の第１実施形態〜第３実施形態の垂直補剛材５ａ、５ｂ、５ｂ’と相違する点は、上フランジ２２ｃとウェブ２１ｃとに当接するが、下フランジ２３ｃと当接していない点である。この点は、施工性を良くすることや、水はけを良くして耐久性を向上させるなどのためであり、前述の垂直補剛材もウェブの局部座屈を防止することができれば、下フランジに当接する必要はない。
【００５７】
鉄筋コンクリート床版３ｃは、車両による輪荷重を直接受ける部材であり、輪荷重を受けた際、車両の走行性に支障をきたすような変形を起こさず、輪荷重を橋梁の鋼桁２ｃに伝える機能を果たしている。
【００５８】
さらに、橋梁の鋼桁２ｃには、鉄筋コンクリート床版３ｃの下方への撓みを低減する複数の垂直材４ｃが設けられている。この垂直材４ｃは、平板４１ｃと平板４２ｃとが長手方向に沿って垂直に接合する断面Ｌ字状の山形鋼からなり、前述の垂直補剛材５ｃの間隔よりも短い間隔で橋梁の鋼桁２ｃの長手方向に沿って所定の間隔をあけてウェブ２１ｃに橋梁の鋼桁２ｃの長手方向と垂直となるよう取り付けられている。この垂直材４ｃの一方の平板４２ｃは、上フランジ２２ｃの下面に対して垂直に当接して取り付けられている。
【００５９】
平板４１ｃには、図示しない貫通孔が形成され、この貫通孔にボルトＢが挿通されている。このボルトＢの先端は、ウェブ２１ｃに設けられた図示しない貫通孔に挿通させると共にウェブ２１ｃの反対側に同様に設けられた平板４１ｃの図示しない貫通孔に挿通させて、ウェブ２１ｃの反対側から当該平板４１ｃをウェブ２１ｃと挟むようにナットＮにより螺着固定されている。つまり、垂直材４ｃは、ウェブ２１ｃにボルトＢとナットＮによりボルト接合（摩擦接合）されて固定されている。
【００６０】
また、隣接する橋梁の鋼桁２ｃ同士の間に取り付けられた垂直材４ｃの平板４２ｃの間には、隣接する橋梁の鋼桁２ｃ同士の間隔が広がるのを抑止するタイ材６ｃが取り付けられている。このタイ材６ｃが、前述のタイ材６ｂ’と相違する点は、タイ材６ｃの長手方向の中央付近にヒンジ６０が設けられている点である。
【００６１】
このヒンジ６０は、タイ材６ｃの長手方向の中央で左右対称の一側部材６１と他側部材６２とを鉛直面において回動自在に連結しており、隣接する２つの橋梁の鋼桁２ｃ，２ｃの上下方向の沈下量の差を吸収する機能を有している。なお、このヒンジ６０は、鉛直面において回動する二次元ヒンジに限らす三次元ヒンジであっても構わない。要するに、ヒンジ６０は、隣接する橋梁の鋼桁２ｃ同士が別々に上下動することを許容するものであればよい。
但し、ヒンジ６０には、二次元ヒンジの方が安価で経済的であり、実用性がある。
【００６２】
次に、第４実施形態に係る橋梁の補強方法について説明する。先ず、既設の橋梁の鋼桁２ｃに取り付けられた垂直補剛材５ｃの間隔よりも短い間隔で垂直材４ｃを、橋梁の鋼桁２ｃの長手方向と垂直にウェブ２１ａにボルト接合により取り付ける。このとき、垂直材４ｃの平板４２ｃの小口となる上端面が上フランジ２２ｃと当接するよう取り付ける。
【００６３】
そして、隣接する橋梁の鋼桁２ｃ同士の間に取り付けられた垂直材４ｃの平板４２ｃの間に、前述の中央にヒンジ６０を有したタイ材６ｃを架け渡して、その両端をそれぞれ平板４２ｃにボルト接合する。
【００６４】
以上のような第４実施形態に係る橋梁の補強構造１ｃ及び橋梁１の補強方法によれば、垂直材４ｃが設けられているので、上フランジ２２ｃの変形を抑えて、鉄筋コンクリート床版３ｃの下方への撓みを低減することができる。
【００６５】
また、これらの垂直材４ｃ同士を繋ぐタイ材６ｃが取り付けられているので、隣接する橋梁の鋼桁２ｃ同士の間隔が広がるのを抑止することができ、橋梁１が撓むのを防ぎ、耐久性を向上させることができる。
【００６６】
その上、タイ材６ｃには、中央にヒンジ６０が設けられているので、輪荷重等により隣接する橋梁の鋼桁２ｃ，２ｃが不等沈下（不同沈下）した場合であっても、沈下量の差をヒンジ６０で吸収することができると共に、これら橋梁の鋼桁２ｃ，２ｃの間隔が広がる力にはタイ材６ｃで抵抗することができる。よって、さらに橋梁１が撓むのを防ぎ、耐久性を向上させることができることとなる。
【００６７】
次に、本発明を適用した橋梁の補強構造に続いて、弾塑性破壊構成則と分散ひび割れモデルに基づく非線形有限要素解析ＣＯＭ３Ｄを使用した数値解析の結果について図７を参照しながら説明する。
【００６８】
この数値解析には，繰返し荷重による鉄筋コンクリートの疲労損傷挙動を再現することのできる高サイクル経路依存型構成モデルを使用している。このモデルは鉄筋コンクリートの引張、圧縮、及びひび割れ面でのせん断伝達を表す3つの構成則からなり、多方向のひび割れに伴う挙動を表現するものである．繰返し荷重による疲労損傷は時間に依存する塑性変形の増分と，剛性低下により説明することができる。これらの構成則を用いた対数直接積分法で求められた時間−変形の履歴が、繰返し荷重を受ける構造物の疲労損傷過程を良好に再現することが試験により確認されている。
【００６９】
【表１】
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【００７０】
図７に示す数値解析に用いたモデルは、有限要素には８節点アイソパラメトリック要素を使用して、床版、補強鋼板及び鋼桁の上フランジはソリッド要素で、鋼桁のウェブ、下フランジ及び横桁、補強材は板要素でモデル化している。コンクリートの圧縮強度は２５．５ＭＰａ及び引張強度は１．８ＭＰａとしている．表１に解析ケースを示している。ここで、Ｃａｓｅ１は、無補強の場合であり、他のケースに対しての基準となっている。Ｃａｓｅ２は、床版下面に鋼板接着して補強したケースで、本発明を従来の補強工法と比較するために実施している。補強鋼板はｔ＝４．５ｍｍとし、床版下面にエポキシ樹脂で接着するものとしている。なお、接着材は、床版と補強鋼板との間に接合要素で表現するものとし、初期剛性はエポキシ樹脂の材料規格値の下限値である１．５×１０３Ｎ／ｍｍ２を与えている。Ｃａｓｅ３は、補強材に山形鋼を、鋼桁への取り付けに垂直材としてｔ＝９ｍｍを使用したケースで、本発明の基本工法と想定されるものである。垂直材と鋼桁は一体となって挙動するが、面外方向の回転は許容する構造としている。Ｃａｓｅ４は、Ｃａｓｅ３の垂直材のうち山形鋼をなくしたもので、鋼桁への取り付けの垂直材のみとしたものである。移動載荷試験における荷重は１８０ｋＮの輪荷重を直接節点に作用させるものとし、橋軸方向４５０ｍｍ×橋軸直角方向３００ｍｍの１６点としている。載荷速度は定点疲労試験では１Ｈｚ、移動載荷試験では４ｋｍ／ｈｒとしている．乾燥収縮量は便宜的に328μとして与えている。収縮日数は載荷開始日までの３０日としている。
【００７１】
図７に示される解析結果は、横軸が回数、縦軸が床版中央のたわみである。ここではたわみが急増し始めた時を疲労寿命とし、１０ｍｍと仮定している。Ｃａｓｅ２〜４の何れかの補強を行ったケースは、3ケースとも初期たわみが半分程度に低減され、疲労寿命が延びている。Ｃａｓｅ１の無補強の場合は２０万回程度で寿命に達するのに対して、Ｃａｓｅ２〜４の補強を行ったケースでは、何れも１０倍以上の疲労寿命となっている。
【００７２】
Ｃａｓｅ２の鋼板接着補強の場合は、床版の下面のみの補強として、ハンチ部まで補強鋼板を延長していないため、鋼桁上の床版が損傷して疲労寿命に至っている。ただし、これは実際の補強工法とは異なるため、床版の疲労寿命の算定としては注意が必要である。一方、Ｃａｓｅ３、４とも鋼板接着以上の補強効果を示し、床版の疲労寿命としてひとつの基準となる２００万回を大きく超える結果となり、本発明は、橋梁の床版にかかる輪荷重による鋼桁の変形を防ぐために好適な橋梁の補強構造であることが示されたことになる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたって具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【００７４】
特に、垂直補剛材５ａ、５ｂ、５ｂ’、５ｃは、ウェブの局部座屈を防ぐものであり、上フランジや下フランジに必ずしも当接する必要はないし、鋼桁の用途も例示した橋梁に限られない。
【００７５】
また、垂直材４ａ、４ｂ、４ｂ’、４ｃとして、ウェブにボルト接合されているものを例示して説明したが、溶接等で取り付けてもよい。但し、ボルト接合であれば、品質管理がし易く、母材である鋼桁に影響を与えない点で好ましい。
【００７６】
さらに、タイ材６ｂ、６ｂ’、６ｃは、鋼桁同士が広がろうとする引張力に耐え得るものであれば、部材の材質等は問わないし、両端の接合方法も例示したボルト接合に限らず、固着している接合部が前述の引張力に耐え得るものであればよい。また、タイ材６ｂ、６ｂ’、６ｃの長手方向の両端を垂直材４ｂ、４ｂ’、４ｃに接合するものを例示して説明したが、これらのタイ材６ｂ、６ｂ’、６ｃの一端又は両端が垂直材、垂直補剛材、ウェブ、上フランジ、下フランジのいずれかに接合されていればよい。即ち、タイ材６ｂ、６ｂ’、６ｃは、隣接する鋼桁同士を繋ぎ止めるものであれば、接合部分がどこであっても、又は他の部材を介在させてあっても構わない。
【符号の説明】
【００７７】
１                                橋梁
１ａ、１ｂ、１ｂ’、１ｃ          橋梁の補強構造
２ａ、２ｂ、２ｂ’、２ｃ          橋梁の鋼桁（鋼桁）
３ａ、３ｂ、３ｂ’、３ｃ          鉄筋コンクリート床版
４ａ、４ｂ、４ｂ’、４ｃ          垂直材
５ａ、５ｂ、５ｂ’、５ｃ          垂直補剛材
６ｂ、６ｂ’、６ｃ                タイ材
２０ａ、２０ｂ、２０ｂ’          鋼桁
２１ａ、２１ｂ、２１ｂ’、２１ｃ  ウェブ
２２ａ、２２ｂ、２２ｂ’、２２ｃ  上フランジ
２３ａ、２３ｂ、２３ｂ’、２３ｃ  下フランジ
４１ａ、４１ｂ、４１ｂ’、４１ｃ、４２ａ、４２ｂ、４２ｂ’、４２ｃ    平板
４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｂ’、４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｂ’、Ｂ    ボルト
４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｂ’、４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｂ’、Ｎ    ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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