(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板と、補剛材である縦リブと、補剛材である横リブ、横桁又はダイヤフラムと、を有する鋼床版において、
前記縦リブは閉断面リブであり、
前記横リブ、横桁又はダイヤフラムのウェブのうち前記縦リブと交差する箇所には、略Ｕ字状の切欠き部が設けられるとともに、細幅部材が形成され、
前記切欠き部の両端には、外縁が曲線形状である湾曲部が形成され、
前記細幅部材は、前記縦リブと前記切欠き部との間であって前記湾曲部に隣接して形成され、
さらに前記細幅部材は、前記縦リブのウェブ方向と略平行な２つの長辺を有する形状であり、
前記細幅部材の前記長辺のうち前記湾曲部に隣接する長辺と、該湾曲部の外縁と、が接する点において、該長辺の方向と該湾曲部の外縁の接線方向が略一致し、
前記縦リブのウェブに溶接された前記細幅部材が、該縦リブの変形に伴う応力を集中させる緩衝部材として機能する、ことを特徴とする鋼床版。
【請求項２】
前記細幅部材の形状は、長辺寸法が短辺寸法の３倍以上であって１０倍以下であることを特徴とする請求項１記載の鋼床版。
【請求項３】
鋼板と、補剛材である縦リブと、補剛材である横リブ、横桁又はダイヤフラムと、を有する鋼床版を床版とする鋼床版橋において、
前記鋼床版が、請求項１又は請求項２記載の鋼床版であることを特徴とする鋼床版橋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、橋梁の鋼床版と、これを使用した鋼床版橋に関するものであり、より具体的には、縦リブと横リブ、横桁又はダイヤフラムの交差部における疲労耐久性が従来よりも優れた鋼床版及びこれを備えた鋼床版橋に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁には数多くの種類が知られているが、その分類によって挙げられる種類は異なる。例えば、橋梁の用途別に分類すると、道路橋、鉄道橋、管路橋などが挙げられるし、越えるものに着目すると、河川橋、跨道橋、跨線橋などが挙げられ、構造形式別に分類すると、桁橋、トラス橋、アーチ橋、吊り橋などが挙げられる。また、床版形式別に分類されることもあり、この場合、コンクリート系床版橋、鋼・コンクリート合成床版橋、鋼床版橋に大別される。
【０００３】
鋼床版橋は、図１に示すように主に鋼床版１と主桁２によって構成され、鋼床版１の上に直接アスファルト等の舗装が敷設される。また、鋼床版１は、デッキプレートとも呼ばれる鋼板３と、この鋼板３を補剛する縦リブ４、横リブ５によって形成され、さらに、主桁２には主桁２のウェブを補剛する垂直補剛材が溶接されることもある。
【０００４】
鋼床版１は、鋼板３をはじめ、縦リブ４、横リブ５などの鋼材によって形成されることから、コンクリートを使用するコンクリート系床版や鋼・コンクリート合成床版に比べて著しく軽量となる。軽量となる結果、耐震性が向上し、橋脚などの下部構造物への負担が軽減されることとなり、経済的にも優れた橋梁を構成することができる。また、コンクリートを使用しないため、長期養生期間を必要とせず、架設工期が短くなり、また、供用後にコンクリートが剥離することもないので、維持管理上も有利である。このような理由から、都市内の高架橋や長大橋などでは、鋼床版橋が採用されることが多い。
【０００５】
ところで、都市内で高架橋を多用している都市高速道路は、日々多くの交通量を支えている。例えば、阪神高速道路では、１日当たりの断面交通量が１０万台近くもあり、しかも、大型車混入率が極めて高い。つまり、都市高速道路の高架橋は、長年にわたっておびただしい回数の輪荷重を受けており、高架橋を構成する主部材に疲労損傷が生じ得ることは容易に想像できる。特に、鋼床版１は、舗装を間に挟んでいるものの輪荷重の影響は直接的であり、疲労損傷を生じやすい環境にあるといえる。実際に、多くの都市高速道路の鋼床版１において疲労損傷が報告されている。
【０００６】
また、近年、鋼床版１のうち疲労損傷を特に受けやすい箇所があることが明らかになってきている。図９は、疲労損傷による亀裂（以下「疲労亀裂」という。）が発生した状況を示す斜視図である。この図に示すように、縦リブ４が閉断面リブの場合（図３（ｂ）参照）、縦リブ４と横リブ５の交差部（以下「リブ交差部」という。）で多くの疲労亀裂が確認されており、約７，０００件の疲労亀裂における点検記録によればリブ交差部における疲労亀裂の発生が全体の３８．２％を占めており、リブ交差部が最も疲労損傷を受けやすい箇所であると指摘されている。
【０００７】
鋼板３は、主桁２の上フランジ部分としての役割と床版としての役割を備えており、特に後者として輪荷重を受けることにより、鋼板３に対して大きな曲げモーメントが発生する。縦リブ４は、通常、鋼板３の上フランジとして鋼板３を橋軸方向に補剛するもので、これによって鋼板３にかかる大きな曲げモーメントにも抵抗できる。この縦リブ４を橋軸直角方向に支持するのが横リブ５である。すなわち、リブ交差部は補剛材が集中した複雑な構造となっており、また、様々な部材から伝達される荷重が集中することにより、その荷重による複数の部材の変位によって生じる応力が重なり合う非常に複雑な局部応力状態を生じやすい。その結果、リブ交差部では、応力集中による疲労損傷が発生しやすくなり、縦リブ４のウェブや横リブ５のウェブに疲労亀裂が多発する。
【０００８】
図９は、典型的な疲労亀裂発生状況を示しており、その亀裂には、上側スカラップと縦リブ４の接合点から縦リブ４のウェブに伸びる亀裂ＣＵ１、同じく横リブ５との接合箇所から横リブ５のウェブに伸びる亀裂ＣＵ２、下側スリットと縦リブ４の接合点から縦リブ４のウェブに伸びる亀裂ＣＬ１、同じく横リブ５のウェブに伸びる亀裂ＣＬ２といった事例が挙げられる。上側亀裂ＣＵ１、ＣＵ２の発生を防止するため、昨今では上側スカラップを設けない構造が標準であることから、下側亀裂ＣＬ１、ＣＬ２の発生防止が解決すべき課題として注目されているところである。
【０００９】
リブ交差部に発生する疲労亀裂に関しては、既に多くの研究が行われており、課題に対する対策もいくつか提案されている。例えば、特許文献１では、鋼床版を構成する主部材を重要度の高低で分類し、重要度の低い部材に積極的に欠損部（切欠き、板厚削減、孔）を設けて疲労亀裂を発生させ、重要度の高い部材の応力集中を緩和させるものである。具体的には、重要度が低いと位置付けた横リブに切欠き部を設け、疲労亀裂を故意に発生させることにより、重要度が高いと位置付けているデッキプレートや縦リブ側への疲労亀裂の発生を抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２２３３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
鋼床版のリブ交差部における疲労亀裂に関して多くの研究が行われ、これに対する種々の対策が提案されてきたのは既述のとおりである。しかしながら、リブ交差部に対する決定的な対策工が確立されるには至っていない。特許文献１の場合でいえば、そもそもデッキプレートや縦リブ、横リブのような重要な部材同士の組合せに対して優先度を定めること自体が合理的とはいえず、横リブについてもその構造上の機能を期待して設計されている以上、横リブのウェブ母材に疲労亀裂を多発させることに問題がある。
【００１２】
ところで、近年、上側亀裂ＣＵ１、ＣＵ２の発生を防止するために上側スカラップを設けない手法が採用されていることから、同様に、下側亀裂ＣＬ１、ＣＬ２の発生を防止するために下側スリットを省略することが考えられる。しかしながら、下側スリットを設けない構造の採用は、実用的には極めて難しい。なぜなら、後述するように鋼床版１は天地逆の状態で製作されるのが一般的で、縦リブ４の上から後述の加工を施した横リブ５を落とし込んで設置することから、余裕のない部材加工では設置が事実上不可能で、寸法誤差を吸収する役割を担うスリットのようなものが不可欠となるからである。
【００１３】
本願発明の課題は、下側スリットを省略することなく、リブ交差部に発生する応力を低減し、しかも、縦リブや横リブ等に亀裂を多発させない構造を備えた鋼床版及びこれを備えた鋼床版橋を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、縦リブが閉断面リブである鋼床版で採用されるものであり、下側スリットを備えた上で横リブ、横桁又はダイヤフラムに細幅部材を形成し、この細幅部材に応力を集中させることでリブ交差部の溶接部を起点として発生する疲労亀裂を抑制するという従来にはない発想に基づいて行われたものである。
【００１５】
本願発明の鋼床版は、少なくとも、鋼板並びに補剛材である縦リブ及び横リブ、横桁又はダイヤフラムを備えるものである。縦リブは、閉断面リブであって、通常は橋軸方向に配置され、横リブ、横桁又はダイヤフラムは、通常は橋軸直角方向に配置されるものである。縦リブと横リブ、横桁又はダイヤフラムの交差部では、横リブ、横桁又はダイヤフラムのウェブに略Ｕ字状の切欠き部が設けられ、更に細幅部材が形成される。また、切欠き部の両端には、外縁が曲線形状である湾曲部が形成される。細幅部材は、縦リブと切欠き部との間であって湾曲部に隣接して配置される。また細幅部材は、縦リブのウェブ方向と略平行な２つの長辺を有する形状である。なお、細幅部材の長辺のうち湾曲部に隣接する長辺と、この湾曲部の外縁が接する点において、この長辺方向と湾曲部の外縁の接線方向が略一致するように細幅部材は配置される。細幅部材を含む横リブ、横桁又はダイヤフラムと縦リブのウェブとの接触箇所が溶接されることで、縦リブと横リブ、横桁又はダイヤフラムが接合される。
【００１６】
本願発明の鋼床版は、細幅部材の形状を、長手方向の寸法が幅方向の寸法の３倍以上であって１０倍以下のものとすることもできる。
【００１７】
本願発明における鋼床版橋は、本願発明の鋼床版を床版として用いる橋梁である。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明の鋼床版及びこれを備えた鋼床版橋には、次のような効果がある。
（１）リブ交差部に発生する疲労亀裂を、従来に比べ格段に抑制することができる。特に、縦リブと横リブ、横桁又はダイヤフラムとの溶接部に比べて疲労強度が高い細幅部材に応力を集中させることから、当該溶接部を起点に発生し、縦リブ又は横リブ、横桁若しくはダイヤフラムのウェブ母材に進展する疲労亀裂を大幅に抑制することができる。この結果、安全な車両の通行を確保するとともに、橋梁の維持管理の簡素化及び長寿命化を図ることができる。
（２）横リブ、横桁又はダイヤフラムの下側スリット形成時に、併せて細幅部材を形成することができるので、製作が極めて容易でコストもかからない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一般的な鋼床版橋を示す部分斜視図。
【図２】箱桁形式の鋼床版橋を示す部分斜視図。
【図３】（ａ）は開断面リブの例を示す断面図、（ｂ）は閉断面リブの例を示す断面図。
【図４】鋼床版の製造過程を示す部分斜視図。
【図５】本願発明の鋼床版におけるリブ交差部を示す橋軸直角方向の断面図。
【図６】（ａ）は長辺と短辺からなる略長方形を示す模式図、（ｂ）は一部の角が隅切りされた略長方形を示す模式図、（ｃ）は一方の長辺が他方の長辺に対してやや斜方向となった略長方形を示す模式図、（ｄ）は隅切りとテーパーを組み合わせた略長方形を示す模式図、（ｅ）は長辺など構成辺の一部が曲線状となった略長方形を示す模式図。
【図７】リブ交差部に輪荷重が作用した状態を示すモデル図。
【図８】細幅部材の長辺寸法、短辺寸法及び湾曲部の外縁形状をパラメータとして、１２ケースの解析を行った結果を示す図。
【図９】従来の鋼床版におけるリブ交差部を起点とした疲労亀裂が発生した状況を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本願発明の鋼床版及びこれを備えた鋼床版橋の実施形態の一例を図に基づいて説明する。
【００２１】
（全体概要）
本願発明は鋼床版に関する技術であることから、まずは一般的な鋼床版の構造について説明する。鋼床版は、図１に示すように鋼床版１と主桁２を備えており、さらに、鋼床版１は、少なくとも鋼板３、縦リブ４、横リブ５を有している。また、縦リブ４と横リブ５は鋼板３を補剛するものであるが、このほかに主桁２を補剛する垂直補剛材、あるいは、図２に示すような横桁や、図４に示すダイヤフラムなどを設けることもある。図１に示す鋼床版橋のほかに、図２に示す箱桁形式のものもある。前記箱桁形式の主桁２は、図１の構造よりねじり剛性が高いため、長大橋などに採用される。本願発明は、図１に示す鋼床版橋でも、図２に示す前記箱桁形式の鋼床版橋でも採用することができる。
【００２２】
横リブ５は、一般的には断面Ｉ形である場合が多いが、縦リブ４は開断面リブと閉断面リブの２種類が適宜選択されている。図３は、縦リブの例を示す断面図であり、（ａ）は開断面リブの例を、（ｂ）は閉断面リブの例を示す。この図に示すように開断面リブとしては、不等辺山形鋼を使用したアングルリブ、ＣＴ（カットＴ）を使用したＴリブ、平鋼を使用した平リブ、球平形鋼を使用したバルブリブなどが挙げられる。一方、閉断面リブとしては、Ｙ形断面リブ、Ｖ形断面リブ、丸形断面リブ、トラフリブ（Ｕリブ）などが挙げられる。
【００２３】
鋼床版１は、通常、天地逆の状態で製作される。図４は、鋼床版１の製造過程を示す部分斜視図である。まずは鋼板３が置かれ、その上から所定の位置に縦リブ４が溶接される。その後、縦リブ４の上から横リブ５を落とし込んで設置する。縦リブ４と横リブ５とが交差する位置（以下「リブ交差部」という。）では、縦リブ４を貫通させるためにあらかじめ横リブ５のウェブが切り欠かれており、この切り欠かれた箇所（以下「貫通部」という。）と縦リブ４が嵌合する。このとき、縦リブ４の断面と同一形状で切り欠くのでは加工時の寸法誤差を吸収できないので、横リブ５のウェブの貫通部下方（製造中は上方）には、切欠き部（以下「スリット」という。）が設けられる。
【００２４】
リブ交差部では、縦リブ４と横リブ５のウェブ同士が溶接される。この溶接は、すみ肉溶接が一般的であり、縦リブ４のウェブの下方（製造中は上方）は回し溶接が行われる。なお、鋼板３、縦リブ４、横リブ５が重なる箇所にはスカラップが設けられる場合もあり、このときは、前記スカラップ部分でも回し溶接が行われる。しかしながら、前記スカラップを設けることによって疲労亀裂が発生しやすくなるとの指摘もある一方で、鋼板３と縦リブ４との溶接線に沿って生じる疲労亀裂に対しては不利となるとの指摘もある。本願発明では、前記スカラップの有無についてはいずれを選択してもよい。
【００２５】
次に、本願発明の概要について説明する。図５は、本願発明の鋼床版１におけるリブ交差部を示す橋軸直角方向の断面図である。この図に示すように、従来と同様に、縦リブ４と横リブ５のウェブ同士が溶接され、横リブ５の貫通部下方にはスリット６が形成される。このスリット６の形状は略Ｕ字状となっており、その両端には湾曲部６ａが設けられている。湾曲部６ａは、横リブ５のウェブ母材との境界でもある外縁が曲線形状であり、例えば、図５では略半円形となっている。
【００２６】
縦リブ４のウェブとスリット６の間には、細幅部材７が形成される。また、この細幅部材７は、湾曲部６ａの下方に隣接して、湾曲部６ａ外縁の曲線と連続している。この細幅部材７を設けることで、縦リブ４のウェブの面外変形に追随して細幅部材７が面内曲げを受け、最外縁で最大の曲げ応力が発生するため、細幅部材７の縁部は応力が集中しやすくなる。細幅部材７の幅が小さい場合は、溶接形状の影響による局部的な応力集中で、後述する溶接下端点の応力が高くなる場合もある。いずれの場合であっても、縦リブ４と横リブ５との回し溶接部の応力集中が低減され、さらに、細幅部材７は前記回し溶接部に比べて疲労強度が高いことから、結果として、鋼床版１全体が疲労損傷に対して強い構造となる。
【００２７】
以下、本願発明を構成する要素ごとに詳述する。
【００２８】
（主桁）
橋台や橋脚の間に架け渡され、支間の曲げモーメントやせん断力を負担するのが主桁２である。主桁２は、Ｉ形断面とされるのが一般的で、ウェブと上下のフランジで構成されるが、既述のとおり上フランジは鋼板３がこれを兼ねるのが主流である。図１に示すように、Ｉ形断面を所定の間隔に配置した開断面の主桁２とする場合もあるが、図２に示すような閉断面の箱桁形式を形成する場合もある。
【００２９】
（鋼板）
鋼板３は、舗装を介して輪荷重を直接支持するものであり、床版として主桁２間の曲げモーメントやせん断力を負担し、さらに、主桁２の上フランジとしても機能する部材である。これまで鋼板３の板厚は１２ｍｍとされることが多かったが、近年では疲労耐久性向上のため１６ｍｍが採用されている。また、合理化鋼床版とする場合は１８ｍｍが採用されることもある。通常は複数枚の鋼板３が主桁２の上に配置され、その継手部は溶接又は高力ボルト接合される。道路橋の場合であれば、鋼板３の上にアスファルト等によって舗装が敷設され、その両側には地覆が設けられる。
【００３０】
（縦リブ）
縦リブ４は鋼板３を補剛する部材であり、図１や図２に示すように、通常は橋軸方向に配置されて（支点部周りや拡幅部などでは橋軸方向に一致しない場合もある）、鋼板３に溶接設置される。既述のとおり、縦リブ４は、開断面リブ（図３（ａ）参照）と閉断面リブ（図３（ｂ）参照）に大別される。前記開断面リブは曲げ剛性のみが期待でき、一方の前記閉断面リブは曲げ剛性のほかにねじり剛性も期待できるので、大支間の橋梁に好んで用いられる。本願発明は、前記閉断面リブで多発する疲労亀裂の対策として開発されたものであるから、縦リブ４として前記閉断面リブを採用する方がより効果的であるため、以下は閉断面の縦リブ４の場合で説明するが、開断面の縦リブ４を用いてもよい。
【００３１】
閉断面リブには、Ｙ形断面リブ、Ｖ形断面リブ、丸形断面リブ、トラフリブなどの種類があることは既に述べたとおりであるが、道路橋の場合では、このうちトラフリブが最も使用されている。縦リブ４の板厚は、腐食等も考慮することから８ｍｍを最少厚として設計されるのが一般的であるが、閉断面の場合は最少板厚を６ｍｍとして設計する場合もある。また、縦リブ４の配置間隔（橋軸直角方向の間隔）は通常３０ｃｍ程度とされ、最も使用されているトラフリブはリブ高さが２４０ｍｍのものが一般的である。
【００３２】
（横リブ）
横リブ５も縦リブ４と同様に、鋼板３を補剛し、さらに、縦リブ４の支点としても機能する部材であり、図１や図２に示すように、通常は橋軸直角方向に配置されて（支点部周りや拡幅部などでは橋軸直角方向に一致しない場合もある）、鋼板３に溶接設置される。また、横リブ５の両端は、主桁２のウェブに突き合わせて溶接固定されることが多い。既述のとおり、横リブ５は、一般的に断面Ｉ形の開断面リブであり、ウェブと下フランジで構成される。
【００３３】
横リブ５の配置間隔（橋軸方向の間隔）は、縦リブ４の剛性に依存するものの、疲労設計においては２．５ｍ以下の配置が標準とされている。縦リブ４と横リブ５が交差するリブ交差部では、横リブ５のウェブが切り欠かれ、横リブ５のウェブを縦リブ４が貫通する構造となっている。なお、横リブ５のほか、同様に橋軸直角方向に配置される横桁やダイヤフラムを設ける場合もある。横桁は、やはりウェブと下フランジで構成されるＩ形断面であり、横リブ５よりも断面が大きく、配置間隔が広いなどの違いはあるもののウェブに縦リブ４を貫通させる点は同じである。また、ダイヤフラムもウェブを有し、ウェブに縦リブ４を貫通させる点はやはり同様である。したがって、本願発明の特徴であるリブ交差部における横リブ５の構造は、横桁やダイヤフラムを用いる場合であってもまったく同様に採用することができる。以下では、縦リブ４と横リブ５の交差部、縦リブ４と横桁の交差部、縦リブ４とダイヤフラムの交差部を総じて「リブ交差部」という。
【００３４】
（リブ交差部）
前記したリブ交差部では、横リブ５、横桁又はダイヤフラム（以下これらをまとめて「横リブ５等」という。）のウェブ部分に、縦リブ４を貫通させる切欠きである「貫通部」が設けられる。この貫通部の下方には、図５に示すようにスリット６が形成される。なお、貫通部上方にスカラップを設けることができる（あるいは省略することができる）のは既に述べたとおりである。
【００３５】
１．スリット
図５に示すように、スリット６は正面視（橋軸方向から見た）形状が、略左右対称の略Ｕ字状となっている。さらに、スリット６の両端（略Ｕ字状の両先端）には、それぞれ湾曲部６ａが形成されている。この湾曲部６ａの外縁は曲線形状であり、より望ましくは楕円形や円形の一部とされる。なお、スリット６は横リブ５等のウェブ母材を切り欠いており、当然ながら湾曲部６ａの外縁は横リブ５等のウェブ母材との境界も構成している。
【００３６】
２．細幅部材
図５に示すように、スリット６と縦リブ４に挟まれる位置に、細幅部材７が形成される。この細幅部材７は、元は横リブ５等のウェブ母材の一部であり、言い換えれば細幅部材７を形成するようにスリット６が切り欠かれる。この細幅部材７の基本形状は、図６（ａ）に示すように長手方向の長辺Ｌと幅方向の短辺Ｂからなる略長方形（長方形を含む。）である。ここでいう略長方形とは、内角が略９０度の四辺形を意味するほか、図６（ｂ）に示すように一部の角が隅切りされた形状や、図６（ｃ）に示すように一方の長辺Ｌが他方の長辺Ｌに対してやや斜方向となった形状、図６（ｄ）に示すように隅切りとテーパーを組み合わせた形状、図６（ｅ）に示すように長辺Ｌなど構成辺の一部が曲線状となった形状など、外見上長方形に類する様々な形状を含むことを意味する。細幅部材７は縦リブ４のウェブに沿うように（略平行に）形成され、長辺Ｌのうち縦リブ４のウェブに接する辺が縦リブ４のウェブに溶接接合される。
【００３７】
細幅部材７の長辺Ｌのうち縦リブ４のウェブと接しない辺は、その上部で湾曲部６ａの外縁と連続している。このとき、この連続点において、湾曲部６ａの外縁の接線方向と長辺Ｌの方向が略一致（一致する場合を含む。）していると、後に説明するように応力集中が生じにくくなるためより好適となる。細幅部材７は、応力を集中させるために形成される部材であり、いわゆる緩衝部材としての機能を有する。以下、図７に基づいて、リブ交差部に輪荷重が作用した場合におけるリブ交差部の変形機構について説明する。
【００３８】
３．リブ交差部の変形機構
図７は、リブ交差部に輪荷重が作用した状態を示すモデル図である。この図ではリブ交差部に直接的に載荷されているが、リブ交差部から離れた位置に輪荷重が作用した場合でも、その荷重は鋼板３と縦リブ４の曲げ剛性によって伝達され、鋼床版１の中でも剛な構造であるリブ交差部に集中的に作用する。
【００３９】
図７の場合、輪荷重が作用したことによって、リブ交差部の左側には鉛直荷重が作用し、縦リブ４及び横リブ５等は概ね反時計回りに変形しようとする。そのため、リブ交差部の左側は全体的に伸びようとして引張応力が生じ、同右側は全体的に縮もうとして圧縮応力が生じる。このとき、細幅部材７を設けない従来の構造では、縦リブ４と横リブ５等の溶接下端点（図９における下側亀裂ＣＬ１、ＣＬ２の亀裂の始点をいう。以下同じ。）において極端に応力が集中し、その結果、縦リブ４のウェブや横リブ５等のウェブに前記下側亀裂ＣＬ１、ＣＬ２のような「溶接部を起点とした疲労亀裂」が発生していた。特に、縦リブ４のウェブに前記下側亀裂ＣＬ１、ＣＬ２のような亀裂が発生するのは、輪荷重により縦リブ４に面外方向への力が作用したときに、溶接設置された横リブ５等のウェブが縦リブ４の変形を拘束することが原因であると考えられる。
【００４０】
一方、本願発明の場合、細幅部材７を形成したことにより、細幅部材７の横に空間（スリット６の一部）が生じており、縦リブ４の変形を拘束することがない。したがって、縦リブ４に面外方向の力が作用しても、縦リブ４は比較的自由に変形でき、前記溶接下端点への応力集中が大幅に緩和される。そのため、細幅部材７は、縦リブ４の変形を拘束しない程度の形状である必要があり、長辺Ｌの寸法に比べて短辺Ｂの寸法が著しく小さい細長の形状であることが望ましい。縦リブ４が自由に変形する結果、これに応じて細幅部材７も変形しようとして横リブ５等のウェブ母材に力を伝達する。このとき、湾曲部６ａの外縁が曲線形状となっている効果で、例えば、細幅部材７との連続点など特定の点に応力が集中することがなく、円滑に力が伝えられる。
【００４１】
一方、細幅部材７は細幅であるが故に、相当の力が作用すると大きく変形し、応力が集中する。言い換えれば、細幅部材７が緩衝部材として働くことによって前記溶接下端点の応力集中を肩代わりする。細幅部材７の応力集中部は、前記溶接下端点に比べて疲労強度の高い縁部であるため、構造全体としての疲労耐久性は大きく向上する。
【００４２】
既述のとおり細幅部材７の形状と湾曲部６ａの外縁形状が、縦リブ４及び横リブ５等に与える影響を左右すると考えられる。そこで、本願の発明者は、細幅部材７の長辺Ｌの寸法、短辺Ｂの寸法及び湾曲部６ａの外縁の形状（半径Ｒ）をパラメータとして、１２ケースの解析を行った。なお、解析モデルは図７に示すように、リブ交差部の左側に輪荷重が作用した場合である。
【００４３】
図８は解析の結果を示す図で、解析により得られた主応力をパラメータごとにまとめた表と、これをグラフで表したものである。本解析では、図８に示すように着目点Ａと着目点Ｂにかかる応力に着目している。着目点Ａは縦リブ４と細幅部材７との溶接下端であり、ここでの縦リブ４のウェブにかかる主応力を計算した。着目点Ｂは細幅部材７及び湾曲部６ａ周辺を指し、ここでの横リブ５等のウェブ母材にかかる主応力を計算した。また、参考までに細幅部材７を設けない従来構造（図９の構造を示す。図８では「ケース０」とする。）でも同様の計算をしている。なお、従来構造の場合、当然ながら着目点Ａ及び着目点Ｂには細幅部材７による効果は期待できない。なお、本願発明のケース１〜ケース１０は細幅部材７の形状が図６（ａ）に示すように略長方形の場合であり、ケース１１は細幅部材７の形状が図６（ｄ）に示すように隅切りとテーパーを組み合わせた形状の場合であり、ケース１２は細幅部材７の形状が図６（ｃ）に示す長辺Ｌがテーパー状を呈している場合である。
【００４４】
従来構造では引張側の着目点Ａにおいて４５７Ｎ／ｍｍ２の最大主応力が生じており、本願発明のケース１〜ケース１２ではいずれもこの値を大きく下回っていることがわかる。また、圧縮側を見ても、従来構造の場合は−３０７Ｎ／ｍｍ２の最小主応力が生じており、本願発明のケースではやはりいずれもこの値を大きく上回っている。
【００４５】
一方、着目点Ｂを見ると、従来構造の最大主応力２１３Ｎ／ｍｍ２に比べ、本願発明のケース１〜ケース１２とは大きな差がなく、ケース６では２３４Ｎ／ｍｍ２とむしろ上回っている。ケース８やケース９も同様に従来構造の最大主応力を上回っている。これは、既述したように細幅部材７が緩衝部材として機能していることを示しているものと考えられる。
【００４６】
細幅部材７の形状を、長辺Ｌの寸法と短辺Ｂの寸法の比である形状比（長辺Ｌ寸法／短辺Ｂ寸法）で表し、この形状比と縦リブ４の最大主応力（引張側の着目点Ａ）との関係を示したのが図８下のグラフである。なお、細幅部材７の一方の長辺Ｌがテーパー状を呈している場合は、短辺Ｂの最大寸法をそのまま短辺Ｂとしたり、短辺Ｂの最大寸法と最小寸法の平均値を短辺Ｂとしたり、面積を長辺Ｌ（高さ）で除した代表値を短辺Ｂ寸法とすることができる。このグラフから、形状比が大きいほど縦リブ４のウェブに生じる最大主応力が低減されることがわかる。すなわち、細幅部材７はその形状比が大きい方が好ましく、特に形状比を３．０以上とすれば、従来構造の最大主応力の６０％（２７４Ｎ／ｍｍ２）以下に大きく低減されるので更に好ましい。ところで、形状比を大きくするためには短辺Ｂの寸法は小さい方が有効であるが、加工上の問題から実際には１０ｍｍ程度が最少寸法となる。また、長辺Ｌの寸法は大きい方が好ましいが、あまり大きくすると図５に示す有効溶接長さ（縦リブのせん断力を横リブに伝達するために必要な長さ）が十分に確保できなくなってしまい、縦リブと横リブの接合部に期待される機能を発揮しなくなる。したがって、むやみに長辺Ｌの寸法を大きくすることはできない。例えば、既述のとおりトラフリブでは一般的なリブ高さが２４０ｍｍであり、この場合の接合部の常識的な（溶接施工上無理のない）溶接サイズを考えると、必要な機能を発揮できる長辺Ｌの寸法は１００ｍｍ程度である。すなわち、短辺Ｂの寸法が１０ｍｍ以上、長辺Ｌの寸法が１００ｍｍ以下という条件を考慮すれば、形状比は１０．０以下とするのが妥当である。
【００４７】
湾曲部６ａの外縁形状である半径Ｒに関しては、細幅部材７の短辺Ｂとの関係に着目してその傾向を測った。具体的には、短辺Ｂを１０ｍｍとして、半径Ｒを２０ｍｍ（２倍）、３０ｍｍ（３倍）、４０ｍｍ（４倍）と変化させて解析した。さらに、短辺Ｂが１５ｍｍで半径Ｒが３０ｍｍ（２倍）の場合、短辺Ｂが２０ｍｍで半径Ｒが３０ｍｍ（１．５倍）の場合でも解析している。
【００４８】
同じ形状比である、ケース１とケース２、ケース６とケース７及びケース８〜ケース１０で見ると、半径Ｒが大きい方がより最大主応力は低減されることがわかる。一方、半径Ｒを短辺Ｂよりも短くすると、スリット下側の切断加工において困難が生じることが知られている。したがって、半径Ｒは短辺Ｂよりも長い寸法とすることが望ましい。なお、前記解析結果を見ると、半径Ｒの寸法が細幅部材７の短辺Ｂ寸法よりも大きければ、いずれのケースも最大主応力は低減されている。以上のことから、半径Ｒの寸法は大きい方が好ましく、短辺Ｂの寸法より大きい寸法とするのが好適となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本願発明の鋼床版及びこれを備えた鋼床版橋は、道路橋、鉄道橋、管路橋といったあらゆる用途の橋梁に利用でき、河川橋、跨道橋、跨線橋など種々のものを越える橋梁に利用することができる。また、新設橋に対して利用できることはもちろんであるが、既設橋の改修や補強を行う際にも利用することができる。本願発明が、安全な交通を提供し、しかも、橋梁の長寿命化を図ることができることを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。
【符号の説明】
【００５０】
１      鋼床版
２      主桁
３      鋼板
４      縦リブ
５      横リブ
６      スリット（切欠き部）
６ａ    湾曲部
７      細幅部材
ＣＵ１  （上側スカラップから縦リブウェブに伸びる）亀裂
ＣＵ２  （上側スカラップから横リブウェブに伸びる）亀裂
ＣＬ１  （下側スリット部から縦リブウェブに伸びる）亀裂
ＣＬ２  （下側スリット部から横リブウェブに伸びる）亀裂
Ｂ      （細幅部材の）短辺
Ｌ      （細幅部材の）長辺
Ｒ      （湾曲部外縁形状の）半径
【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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【図９】
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