(57)【要約】【課題】プレキャスト床版の側面で剥離破壊が生じるのを抑制したプレキャスト床版システムを提供する。【解決手段】プレキャスト床版システム２１は、板状に形成され、厚さ方向Ｚに交差する方向に並べて配置された一対のプレキャスト床版２２と、一対のプレキャスト床版のうち、一方のプレキャスト床版２２Ａにおける他方のプレキャスト床版２２Ｂに対向する側面２２ａＡに剛結合された第１鋼板２３と、他方のプレキャスト床版における一方のプレキャスト床版に対向する側面２２ｂＢに剛結合された第２鋼板２４と、第１鋼板と第２鋼板との間に充填されるとともに第１鋼板及び第２鋼板にそれぞれ付着され、第１鋼板と第２鋼板との間で曲げモーメントを伝達することで第１鋼板及び第２鋼板を一体化する充填部材２５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状に形成され、厚さ方向に交差する方向に並べて配置された一対のプレキャスト床版と、
前記一対のプレキャスト床版のうち、一方の前記プレキャスト床版における他方の前記プレキャスト床版に対向する側面に剛結合された第１鋼板と、
前記他方のプレキャスト床版における前記一方のプレキャスト床版に対向する側面に剛結合された第２鋼板と、
前記第１鋼板と前記第２鋼板との間に充填されるとともに前記第１鋼板及び前記第２鋼板にそれぞれ付着され、前記第１鋼板と前記第２鋼板との間で曲げモーメントを伝達することで前記第１鋼板及び前記第２鋼板を一体化する充填部材と、
を備えることを特徴とするプレキャスト床版システム。
【請求項２】
前記一方のプレキャスト床版の前記側面の下端部には、前記他方のプレキャスト床版の前記側面に向かうにしたがい上方に傾斜した傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレキャスト床版システム。
【請求項３】
前記第１鋼板には、前記一方のプレキャスト床版の前記側面から前記第１鋼板が離間するのを抑える定着部材が設けられ、
前記定着部材により、前記一方のプレキャスト床版の前記側面に前記第１鋼板が剛結合されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレキャスト床版システム。
【請求項４】
前記充填部材の弾性率は、前記一対のプレキャスト床版の弾性率及び前記第１鋼板、前記第２鋼板の弾性率よりも小さく、
前記充填部材の引張強度は、前記一対のプレキャスト床版の引張強度以上であり、
前記充填部材が前記第１鋼板及び前記第２鋼板にそれぞれ付着する付着強度は、前記一対のプレキャスト床版の引張強度以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプレキャスト床版システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のプレキャスト床版システムを備えることを特徴とする橋構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレキャスト床版システム及び橋構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路橋（橋構造）では、自動車等が走行するアスファルト舗装を支持するのに床版が用いられている。近年、老朽化した道路橋が増加しているため、道路橋の損傷した床版を取り換える工事が増加している。床版を取り換える際には道路橋に通行止め規制をするが、通行止め規制は社会的影響が大きい。このため、通行止め規制の期間を短縮した床版の取り換え方法が検討されている。
【０００３】
特許文献１の道路橋では、複数のプレキャスト床版を道路橋の橋軸方向に連結して床版を構成している。プレキャスト床版は、本体部と継手端部とで構成される。継手端部とはプレキャスト床版のうち橋軸方向の各端部に設けられるものである。橋軸方向に隣接配置される一対のプレキャスト床版の継手端部を組み合わせ、継手端部の隙間にモルタル等の間詰め材を充填すると、一対のプレキャスト床版が連結される。以下では、一対のプレキャスト床版が間詰め材等で接続されたものを、プレキャスト床版システムと称するか、単に床版システムと略称する。
プレキャスト床版は、床版設置の事前に、工場、又は施工現場も含む製造ヤード等の場所で予め製作される。このため、プレキャスト床版を、天候や道路橋の通行止め規制に関係無く製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２５１４４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】川田工業株式会社・富山技術部、“プレキャスト床版を用いた歩道橋の設計”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成２年１月、川田技報  Ｖｏｌ．９、［平成２９年２月２０日検索］、インターネット〈URL:http://www.kawada.co.jp/technology/gihou/vol_09.html〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１の道路橋では、以下のメカニズムで床版システムに疲労損傷が生じることが知られている。床版システムの上面側から下方に向けてタイヤ等により輪荷重が作用すると、プレキャスト床版の継手端部を介して隣接するプレキャスト床版の間で曲げモーメントが伝達される。引張応力が作用するプレキャスト床版の側面下部等でプレキャスト床版が剥離破壊し、プレキャスト床版の下面に橋軸直角方向に延びるひび割れが形成される。これにより、プレキャスト床版が橋軸方向において複数に分断される。厚さ方向に見たときに矩形状だったプレキャスト床版が、橋軸方向の長さが短くなって梁のようになる。
プレキャスト床版に橋軸方向に延びるひび割れが形成され、ひび割れが亀甲状になる。最終的には、プレキャスト床版が押抜きせん断破壊してしまう。
【０００７】
隣接するプレキャスト床版の間で伝達される曲げモーメントを抑えるために、例えば、非特許文献１の床版システムで用いられているＭＭＡ（Methyl MethAcrylate：メチルメタクリレート）樹脂を、隣接するプレキャスト床版同士を接続する間詰め材として用いることが考えられる。ＭＭＡ樹脂の弾性率はプレキャスト床版の弾性率よりも小さいため、隣接するプレキャスト床版の間で曲げモーメントが伝達されない。
しかしながら、このように構成された床版システムにおいても、プレキャスト床版における剥離破壊の更なる抑制が望まれている。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、プレキャスト床版の側面で剥離破壊が生じるのを抑制したプレキャスト床版システム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】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のプレキャスト床版システムは、板状に形成され、厚さ方向に交差する方向に並べて配置された一対のプレキャスト床版と、前記一対のプレキャスト床版のうち、一方の前記プレキャスト床版における他方の前記プレキャスト床版に対向する側面に剛結合された第１鋼板と、前記他方のプレキャスト床版における前記一方のプレキャスト床版に対向する側面に剛結合された第２鋼板と、前記第１鋼板と前記第２鋼板との間に充填されるとともに前記第１鋼板及び前記第２鋼板にそれぞれ付着され、前記第１鋼板と前記第２鋼板との間で曲げモーメントを伝達することで前記第１鋼板及び前記第２鋼板を一体化する充填部材と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
一般的に、充填部材がプレキャスト床版に付着する付着強度よりも、充填部材が各鋼板に付着する付着強度の方が大きくなる。各鋼板がプレキャスト床版に剛結合するとともに充填部材が各鋼板に確実に付着するため、プレキャスト床版の側面の一部に応力が集中することが抑えられる。
【００１１】
また、上記のプレキャスト床版システムにおいて、前記一方のプレキャスト床版の前記側面の下端部には、前記他方のプレキャスト床版の前記側面に向かうにしたがい上方に傾斜した傾斜面が形成されていてもよい。
この発明によれば、プレキャスト床版の側面において、強い引張応力が作用する下端部に鋭角的に突出する部分がなくなる。
【００１２】
また、上記のプレキャスト床版システムにおいて、前記第１鋼板には、前記一方のプレキャスト床版の前記側面から前記第１鋼板が離間するのを抑える定着部材が設けられ、前記定着部材により、前記一方のプレキャスト床版の前記側面に前記第１鋼板が剛結合されてもよい。
また、上記のプレキャスト床版システムにおいて、前記充填部材の弾性率は、前記一対のプレキャスト床版の弾性率及び前記第１鋼板、前記第２鋼板の弾性率よりも小さく、前記充填部材の引張強度は、前記一対のプレキャスト床版の引張強度以上であり、前記充填部材が前記第１鋼板及び前記第２鋼板にそれぞれ付着する付着強度は、前記一対のプレキャスト床版の引張強度以上であってもよい。
【００１３】
また、本発明の橋構造は、上記のいずれかに記載のプレキャスト床版システムを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明において、請求項１に記載のプレキャスト床版システムによれば、プレキャスト床版の側面で剥離破壊が生じるのを抑制することができる。
請求項２に記載のプレキャスト床版システムによれば、プレキャスト床版の側面の下端部に剥離破壊が生じるのをより確実に抑制することができる。
請求項３に記載のプレキャスト床版システムによれば、定着部材という簡単な構成で、第１鋼板を一方のプレキャスト床版の側面に剛結合させることができる。
【００１５】
請求項４に記載のプレキャスト床版システムによれば、プレキャスト床版から容易に構成でき、プレキャスト床版の厚さの増加を抑えつつ疲労耐久性を向上させることができる。
請求項５に記載の橋構造によれば、プレキャスト床版の側面で剥離破壊が生じるのを抑制したプレキャスト床版システムを用いて橋構造を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の道路橋（橋構造）の斜視図である。
【図２】同道路橋の要部の側面の断面図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図である。
【図４】本発明の一実施形態のプレキャスト床版システムの変形例における平面の断面図である。
【図５】実施例及び比較例のプレキャスト床版システムの構成と曲げモーメントの分布を示す図である。
【図６】実施例のプレキャスト床版システムが荷重を受けて変形した状態を説明する模式図である。
【図７】同プレキャスト床版システムの解析結果１に用いた解析モデルと境界条件を説明する斜視図である。
【図８】比較例１のプレキャスト床版システムにおける解析結果を示す図である。
【図９】比較例２のプレキャスト床版システムにおける解析結果を示す図である。
【図１０】実施例のプレキャスト床版システムにおける解析結果を示す図である。
【図１１】同解析結果１における鋼板の厚さに対する応力の大きさの比率の変化を表す図である。
【図１２】同プレキャスト床版システムの解析結果２に用いた解析モデルと境界条件を説明する斜視図である。
【図１３】実施例のプレキャスト床版システムにおける解析結果を示す図である。
【図１４】比較例３のプレキャスト床版システムにおける解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る橋構造の一実施形態を、橋構造が道路橋である場合を例にとって図１から図１４を参照しながら説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の厚さや寸法の比率を調整している。
図１及び図２に示すように、本実施形態の道路橋１は、例えば自動車Ｃが走行する高速道路用の橋である。本道路橋１は、橋軸方向Ｘに間隔を開けて配置された橋脚１０（図１では１本のみ示す）と、橋脚１０により下方から支持された複数の橋桁１５と、複数の橋桁１５で下方から支持された本実施形態の床版システム２１と、を備えている。
なお、図１では、床版システム２１を構成する複数枚のプレキャスト床版２２のうちの一部のみを示している。
【００１８】
橋脚１０には、ＲＣ（Reinforced Concrete:鉄筋コンクリート）又はＰＣ（Prestressed Concrete)等を用いることができる。
橋桁１５は、橋軸方向Ｘに延びるとともに橋軸方向Ｘに直交する橋軸直角方向Ｙに互いに間隔を開けて配置されている。例えば、これら橋軸方向Ｘ及び橋軸直角方向Ｙは、水平面に沿う方向である。
橋桁１５には、例えばＨ形鋼等を用いることができる。橋桁１５は、ウェブ１６の上方及び下方にそれぞれフランジ１７が位置するように配置されている。上方のフランジ１７は、床版システム２１に図示しないずれ止めで固定されている。ここで、ずれ止めとは、頭付きスタッドや孔あき鋼板ジベル等のことを意味する。下方のフランジ１７は、図示はしないが、橋脚１０上に設置された支承にずれ止めボルトや溶接で固定されている。
【００１９】
以下では、床版システム２１が備えるプレキャスト床版２２が２枚（一対）である場合を例にとって説明するが、床版システム２１が備えるプレキャスト床版２２の数は特に限定されず、３枚以上でもよい。
図２及び図３に示すように、床版システム２１は、板状に形成され、橋軸方向Ｘに並べて配置された一対のプレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂと、プレキャスト床版２２Ａにおけるプレキャスト床版２２Ｂに対向する側面２２ａＡに剛結合された第１鋼板２３と、プレキャスト床版２２Ｂにおけるプレキャスト床版２２Ａに対向する側面２２ｂＢに剛結合された第２鋼板２４と、第１鋼板２３と第２鋼板２４との間に充填された充填部材２５と、を有している。
なお、一対のプレキャスト床版２２（もしくは、３枚以上のプレキャスト床版２２）のそれぞれを区別して呼ぶときはプレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂと呼び、プレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂを区別しないで呼ぶときは、プレキャスト床版２２と総称する。
【００２０】
本実施形態では、プレキャスト床版２２Ａとプレキャスト床版２２Ｂとの構成は同一である。このため、プレキャスト床版２２Ａの構成については数字、又は数字及び英小文字に英大文字「Ａ」を付加することで示す。プレキャスト床版２２Ｂのうちプレキャスト床版２２Ａと対応する構成については、プレキャスト床版２２Ａと同一の数字、又は数字及び英小文字に英大文字「Ｂ」を付加することで示す。これにより、重複する説明を省略する。プレキャスト床版２２Ｃ等についても同様とする。
例えば、プレキャスト床版２２Ａには、プレキャスト床版２２Ｂの側面２２ｂＢに対応する側面２２ｂＡ（不図示）が形成されている。
【００２１】
プレキャスト床版２２の厚さ方向Ｚに直交（交差）する方向は、橋軸方向Ｘ及び橋軸直角方向Ｙとなる。
プレキャスト床版２２Ａは一対のプレキャスト床版のうちの一方のプレキャスト床版に該当し、プレキャスト床版２２Ｂは一対のプレキャスト床版のうちの他方のプレキャスト床版に該当する。
ここで言う一対の部材が剛結合するとは、一対の部材が強固に結び合って１つになることを意味する。
【００２２】
プレキャスト床版２２Ａは、コンクリート等で板状に形成された本体２８Ａ内に図示しない主鉄筋や配力鉄筋等が埋設されて構成されている。プレキャスト床版２２Ａの橋軸方向Ｘの長さは、例えば２〜３ｍである。プレキャスト床版２２ＡがＰＣで形成されている場合には、プレキャスト床版２２Ａの弾性率（弾性係数）は、例えば２×１０４〜４×１０４Ｎ／ｍｍ２（ニュートン毎平方ミリメートル）（２×１０４〜４×１０４ＭＰａ（メガパスカル））である。
プレキャスト床版２２Ａの側面２２ａＡの下端部には、プレキャスト床版２２Ｂの側面２２ｂＢに向かうにしたがい上方に傾斜した傾斜面２２ｃＡが形成されている。プレキャスト床版２２Ｂの側面２２ｂＢの下端部には、プレキャスト床版２２Ａの側面２２ａＡに向かうにしたがい上方に傾斜した傾斜面２２ｄＢが形成されている。
プレキャスト床版２２Ａには、図示はしないがプレキャスト床版２２Ｂの側面２２ｂＢ及び傾斜面２２ｄＢと同様の側面２２ｂＡ及び傾斜面２２ｄＡが形成されている。
【００２３】
プレキャスト床版２２Ａにおいて、傾斜面２２ｃＡとプレキャスト床版２２Ａの下面とがなす角度θ１は、０°よりも大きく９０°よりも小さければ、特に限定されない。なお、角度θ１は、プレキャスト床版２２Ａの下面を延長した面と傾斜面２２ｃＡとが、傾斜面２２ｃＡよりも下方であって延長した面よりも上方になす角度である。
【００２４】
プレキャスト床版２２Ａの側面２２ａＡの下部に橋軸方向Ｘに引張応力が作用したときに、角度θ１が小さい方が、この下部に剥離破壊が生じにくくなる。しかし、傾斜面２２ｃＡの厚さ方向Ｚの長さを確保しつつ角度θ１を小さくすると、傾斜面２２ｃＡの橋軸方向Ｘの長さが長くなったり、充填部材２５の製造時に充填部材２５の原材料が角度の小さい部分まで回りにくくなったりする。このため、型枠等を用いて充填部材２５を形成しにくくなる。
したがって、角度θ１は例えば４５°であることが好ましい。この場合、傾斜面２２ｃＡの厚さ方向Ｚの長さは、例えば１０ｍｍである。
なお、鋼板２３、２４はプレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂを製造する時の型枠の一部として用いることができる。鋼板２３、２４は、プレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂを製造しても取外さない。
【００２５】
傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＡは、プレキャスト床版２２Ａの橋軸直角方向Ｙの全長にわたり形成されている。
なお、傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＡは、プレキャスト床版２２Ａの橋軸直角方向Ｙの一部だけに形成されていてもよい。すなわち、図３に示す橋軸方向Ｘに見たときに、自動車ＣのタイヤＣ１がプレキャスト床版２２Ａの上面における範囲Ａ１に輪荷重を作用させるとする。なお、図３ではタイヤＣ１が橋軸直角方向Ｙに２つ並んだ、いわゆるダブルタイヤである場合の絵を示している。
輪荷重は、この範囲Ａ１から、プレキャスト床版２２Ａの下面に向かって橋軸直角方向Ｙの外側にそれぞれ角度θ３で広がる台形状の領域Ａ２に作用する。なお、角度θ３は例えば４５°である。このため、傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＡは、プレキャスト床版２２Ａの下面における領域Ａ２を含むように、少なくとも橋軸直角方向Ｙの範囲Ａ３に形成されればよい。
【００２６】
図２に示すように、第１鋼板２３は、橋軸方向Ｘが第１鋼板２３の厚さ方向となり、橋軸直角方向Ｙ及び厚さ方向Ｚにそれぞれ延びている。第１鋼板２３の橋軸直角方向Ｙの長さは、プレキャスト床版２２Ａの橋軸直角方向Ｙの長さと同等である。第１鋼板２３の下端部には、プレキャスト床版２２Ａの傾斜面２２ｃＡに沿うように折れ曲がり部２３ａが形成されている。
第２鋼板２４は、第１鋼板２３と同様に形成されている。第２鋼板２４の下端部には、プレキャスト床版２２Ｂの傾斜面２２ｄＢに沿うように折れ曲がり部２４ａが形成されている。
【００２７】
第１鋼板２３には、異形鉄筋スタッドである第１定着部材（定着部材）３０の端部が溶接等により固定されている。例えば、異形鉄筋スタッドは、丸棒の表面に丸棒の長手方向に沿って凹凸形状が形成されたものである。第１定着部材３０は、プレキャスト床版２２Ａ内で橋軸方向Ｘに沿って延びている。第１定着部材３０はプレキャスト床版２２Ａ内に複数配置され、例えば、図３に示す橋軸方向Ｘに見たときに碁盤目状に配置されている。
第１定着部材３０は、本体２８Ａへのアンカーとして用いられる。第１定着部材３０の長さは、第１定着部材３０の外径の３０倍程度であることが好ましい。第１定着部材３０は、床版システム２１に作用する最大曲げ引張応力に対して抵抗できる程度の本数と定着長さ（第１定着部材３０の長手方向の長さ）にする。
第１鋼板２３に第１定着部材３０が固定されていることで、プレキャスト床版２２Ａの側面２２ａＡから第１鋼板２３が離間するのが抑えられる。第１定着部材３０により、プレキャスト床版２２Ａの側面２２ａＡに第１鋼板２３が剛結合される。
【００２８】
第２鋼板２４には、第１定着部材３０と同様に構成された第２定着部材３１の端部が溶接等により固定されている。第２定着部材３１は、プレキャスト床版２２Ｂ内で橋軸方向Ｘに沿って延びている。第２定着部材３１により、プレキャスト床版２２Ｂの側面２２ｂＢに第２鋼板２４が剛結合される。
プレキャスト床版２２Ａは、図示はしないがプレキャスト床版２２Ｂの第２鋼板２４及び第２定着部材３１と同様に構成された第２鋼板及び第２定着部材が取り付けられている。
【００２９】
なお、プレキャスト床版２２Ａに傾斜面２２ｄＡが形成されなくてもよいし、プレキャスト床版２２Ａに第２鋼板及び第２定着部材が取り付けられなくてもよい。
プレキャスト床版２２Ａに用いられる定着部材３０、３１はこれに限定されず、定着部材として凹凸形状が形成されていな丸棒や、図４に示すアングル状（Ｌ字形）の第１定着部材３２及び第２定着部材３３を用いてもよい。
【００３０】
図２に示すように、充填部材２５は、第１鋼板２３及び第２鋼板２４にそれぞれ付着される。例えば、充填部材２５としては、エポキシ樹脂やゴムを用いることができる。
充填部材２５の弾性率の下限値は、充填部材２５がプレキャスト床版２２間で曲げモーメントを伝達する範囲内、又は、橋軸方向Ｘに隣り合うプレキャスト床版２２の上面間の厚さ方向Ｚの段差Ｄ（図２参照。ただし、段差Ｄの寸法を誇張して示している）が所定の値よりも大きくならない範囲内で設定される。
充填部材２５の弾性率の下限値は、例えば１×１０Ｎ／ｍｍ２である。この理由の１つとして、ゴムの弾性率が１×１０〜１０×１０Ｎ／ｍｍ２程度であり、土木の分野においてゴムよりも弾性率が小さい材料を使うことは考えにくいためである。
この理由の他の１つとして、ゴムよりも弾性率が小さい材料を使った場合に、前記段差Ｄが大きくなるためである。
【００３１】
ただし、充填部材２５は、以下の条件を満たすように選定されることが好ましい。
すなわち、充填部材２５の弾性率は、プレキャスト床版２２の弾性率よりも小さく、鋼板２３、２４の弾性率よりも小さい。
充填部材２５の引張強度（引張強さ）は、プレキャスト床版２２の引張強度以上である。ここで言う引張強度は、材料の耐え得る最大張力を、材料の（初期の）断面積で割った値のことを意味する。
充填部材２５が鋼板２３、２４に付着する付着強度は、プレキャスト床版２２の引張強度以上である。ここで言う第一の材料と第二の材料との付着強度は、第一の材料と第二の材料との接触面に沿って第一の材料に対して第二の材料を相対的に移動させたときの引抜き力又は押抜き力の最大値を、前記接触面の面積で除した値のことを意味する。
【００３２】
充填部材２５の厚さ（第１鋼板２３と第２鋼板２４との距離）は、例えば２５ｍｍである。
なお、充填部材がセメントや、セメントに似た材料で形成されている場合には、充填部材にエポキシ樹脂等の接着剤を混合したうえで、鋼板２３、２４の間で硬化させてもよい。すなわち、充填部材が接着剤を含有してもよい。
【００３３】
次に、本実施形態の実施例の床版システム、及び比較例の床版システムの構成及び２種類の曲げモーメントの分布について説明する。
図５には、３枚のプレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを備える本実施例の床版システム２１ａの構成と２種類の曲げモーメントの分布を示す。図５（ａ）は床版システム２１ａの平面図、図５（ｂ）は床版システム２１ａの側面の断面図、図５（ｃ）は床版システム２１ａの正面の断面図である。なお、図５（ａ）から図５（ｃ）に示す床版システム２１ａの構造は、模式的なものである。
図５（ｄ）には、床版システム２１ａに作用する橋軸直角方向Ｙに平行な軸線周りの曲げモーメントＭｙの分布を示す。そして、図５（ｅ）には、床版システム２１ａに作用する橋軸方向Ｘに平行な軸線周りの曲げモーメントＭｘの分布を示す。
【００３４】
床版システム２１ａは、橋軸直角方向Ｙの両端部を橋桁１５で下方から支持されている。
プレキャスト床版２２Ｂの上面における橋軸方向Ｘの中心であって橋軸直角方向Ｙの中心となる位置Ｐ１に、荷重Ｆ１を下向きに作用させる。すなわち、３枚のプレキャスト床版２２のうち中央のプレキャスト床版２２Ｂの中心となる位置Ｐ１に、荷重Ｆ１を下向きに作用させる。
この場合、床版システム２１ａの橋軸方向Ｘの各位置における曲げモーメントＭｙは、図５（ｄ）において実線で示す線Ｌ１のようになる。床版システム２１ａのプレキャスト床版２２Ｂにおいて橋軸直角方向Ｙの各位置における曲げモーメントＭｘは図５（ｅ）において実線で示す線Ｌ２のようになる。
【００３５】
床版システム２１ａが荷重Ｆ１を受けると、図６に示すように、プレキャスト床版２２の上面側には充填部材２５を橋軸方向Ｘに圧縮させる力Ｆ１１が作用する。プレキャスト床版２２の下面側には充填部材２５を橋軸方向Ｘに引張る力Ｆ１２が作用する。充填部材２５の弾性率はプレキャスト床版２２の弾性率よりも小さく、鋼板２３、２４の弾性率よりも小さいため、橋軸方向Ｘにおいて充填部材２５のひずみの方がプレキャスト床版２２のひずみ及び鋼板２３、２４のひずみよりも大きくなる。プレキャスト床版２２及び鋼板２３、２４よりも充填部材２５の方が大きく変形するため、橋軸方向Ｘにおいてプレキャスト床版２２内に発生する応力度（応力）σ１、及び鋼板２３、２４内に発生する応力度σ２よりも、充填部材２５内に発生する応力度σ３の方が小さくなる。すなわち、充填部材２５により橋軸方向Ｘの応力度が緩和される。
【００３６】
充填部材２５はプレキャスト床版２２及び鋼板２３、２４よりも大きく変形するが、充填部材２５の引張強度はプレキャスト床版２２の引張強度以上であり、充填部材２５が鋼板２３、２４に付着する付着強度は、プレキャスト床版２２の引張強度以上である。このため、プレキャスト床版２２よりも充填部材２５の方が破断しにくく、プレキャスト床版２２よりも鋼板２３、２４と充填部材２５との界面２３ｂ、２４ｂの方が破断しにくい。
【００３７】
一般的に、充填部材がコンクリートに付着する付着強度よりも、充填部材が鋼板に付着する付着強度の方が大きい。本実施例の床版システム２１ａでは、鋼板２３、２４がプレキャスト床版２２に定着部材３０、３１により剛結合するとともに充填部材２５が鋼板２３、２４に確実に付着するため、プレキャスト床版２２の側面２２ａＡ、２２ｂＢの下面側（一部）に引張応力が集中することが抑えられる。
なお、本実施例の床版システム２１ａにおける曲げモーメントＭｘ、Ｍｙを比較例の床版システムにおける曲げモーメントＭｘ、Ｍｙと比較させた説明は、比較例の床版システムの構成及び２種類の曲げモーメントの分布の説明の後で行う。
【００３８】
一方で、比較例となる前述の特許文献１の床版システムでは、継手端部及び間詰め材を用いてプレキャスト床版同士を確実に固定している。以下では、このような床版システムの接続構造を連続構造と称する。連続構造の床版システムでは、プレキャスト床版同士を確実に固定するため、床版システムを構成（施工）するのに比較的時間がかかる。
以下で説明する連続構造の床版システムは、構成を図示はしないが、本実施例の床版システム２１ａと同様に３枚のプレキャスト床版を備える。連続構造の床版システムは、本実施例の床版システム２１ａとはプレキャスト床版同士の接続構造のみが異なる。
連続構造の床版システムにおいて、本実施例の床版システム２１ａと同様に、３枚のプレキャスト床版のうち中央のプレキャスト床版の中心となる位置Ｐ１に、荷重Ｆ１を下向きに作用させる。
この場合、連続構造の床版システムの橋軸方向Ｘの各位置における曲げモーメントＭｙは、図５（ｄ）において点線で示す線Ｌ３のようになる。連続構造の床版システムの橋軸方向Ｘの中央のプレキャスト床版において、橋軸直角方向Ｙの各位置における曲げモーメントＭｘは、図５（ｅ）において点線で示す線Ｌ４のようになる。
【００３９】
連続構造の床版システムでは、プレキャスト床版同士が確実に固定される。このため、図５（ｄ）に示すように、連続構造の床版システムの線Ｌ３で示す曲げモーメントＭｙは、本実施例の床版システム２１ａの線Ｌ１で示す曲げモーメントＭｙよりも大きい。
【００４０】
すなわち、本実施例の床版システム２１ａでは、比較例の連続構造の床版システムに比べて曲げモーメントＭｙが小さくなる。このため、本実施例の床版システム２１ａは、比較例の連続構造の床版システムに比べて橋軸直角方向Ｙに延びるひび割れが形成されにくくなる。以下では、このような本実施例の床版システム２１ａの充填部材２５による接続構造を半連続構造と称する。
なお、連続構造の床版システムでは、半連続構造の床版システム２１ａに比べて曲げモーメントＭｙが増加する分、半連続構造の床版システム２１ａに比べて曲げモーメントＭｘが減少する（図５（ｅ）の線Ｌ２、Ｌ４参照）。
【００４１】
また、比較例となる前述の非特許文献１の床版システムでは、プレキャスト床版同士をＭＭＡ樹脂である間詰め材で接続している。
非特許文献１では、ＭＭＡ樹脂の引張強度や弾性率、プレキャスト床版とＭＭＡ樹脂の付着強度・付着せん断強度等については特に配慮されていない。非特許文献１では、設計概要に床版の連続を期待すると記載されている。この記載は床版間のせん断力の伝達を意図して記述されたものであり、曲げモーメントの伝達を意図するものではないことが確認されている。すなわち、非特許文献１の床版システムでは、ＭＭＡ樹脂が引張破断したり、プレキャスト床版とＭＭＡ樹脂の間で剥離が生じたとしても支障の無い構成になっていると考えられる。この床版システムでは、一対のプレキャスト床版の継手部には、せん断力は発生するが曲げモーメントは発生しない。以下では、このような床版システムの接続構造を非連続構造と称する。
【００４２】
非連続構造の床版システムでは、プレキャスト床版同士を接続するのに、プレキャスト床版に取付けた型枠内にＭＭＡ樹脂を流し込んで固める等するだけである。このため、床版システムを構成するのに比較的時間がかからない。
非連続構造の床版システムの橋軸方向Ｘの各位置における曲げモーメントＭｙは、図５（ｄ）において一点鎖線で示す線Ｌ５のようになる。非連続構造の床版システムの橋軸方向Ｘの中央のプレキャスト床版において、橋軸直角方向Ｙの各位置における曲げモーメントＭｘは、図５（ｅ）において一点鎖線で示す線Ｌ６のようになる。
【００４３】
非連続構造の床版システムでは、プレキャスト床版同士がＭＭＡ樹脂である間詰め材で接続される。この間詰め材は、間詰め材自身に生じる引張力やプレキャスト床版との剥離力に対して十分な強度を持つことを保証したものではない。このため、間詰め材が引張破壊したり、プレキャスト床版と間詰め材との間で剥離が生じたりする可能性がある。そうすると、図５（ｄ）に示すように、荷重Ｆ１が作用しても継手部には曲げモーメントＭｙが発生しない状態となる。非連続構造の床版システムの曲げモーメントＭｙは、連続構造の床版システムの曲げモーメントＭｙに比べて大きく減少する（図５（ｄ）の線Ｌ３、Ｌ５参照）。
【００４４】
本実施例の半連続構造の床版システム２１ａでは、充填部材２５の引張強度はプレキャスト床版２２の引張強度以上であり、充填部材２５の付着強度はプレキャスト床版２２の引張強度以上である。充填部材２５が破断することなく曲げモーメントＭｙを伝達することで、半連続構造の床版システム２１ａの一対のプレキャスト床版２２間で伝達される曲げモーメントＭｙは、非連続構造の床版システムの一対のプレキャスト床版間で伝達される曲げモーメントＭｙに比べて増加する（図５（ｄ）の線Ｌ１、Ｌ５参照）。
このように、本実施例の半連続構造の床版システム２１ａでは、充填部材２５により、鋼板２３、２４の間で曲げモーメントＭｙを伝達することで鋼板２３、２４を一体化する。ここで言う一体化とは、自動車程度の荷重が床版システム２１ａの厚さ方向Ｚに作用したときに、プレキャスト床版２２及び鋼板２３、２４よりも先に充填部材２５が破断しない程度に、充填部材２５が鋼板２３、２４を１つにつなげて分けられない関係にすることを意味する。さらに、一体化とは、自動車程度の荷重が床版システム２１ａの厚さ方向Ｚに作用したときに、充填部材２５に作用する応力が充填部材２５の引張強度よりも小さく、かつ充填部材２５が鋼板２３、２４に付着する付着強度よりも小さいことを意味する。
【００４５】
非連続構造の床版システムでは、半連続構造の床版システム２１ａに比べて曲げモーメントＭｙが減少する分、半連続構造の床版システム２１ａに比べて曲げモーメントＭｘが増加する（図５（ｅ）の線Ｌ２、Ｌ６参照）。
本実施例の半連続構造の床版システム２１ａでは、非連続構造の床版システムに比べて曲げモーメントＭｘを抑えられる。したがって、床版システム２１ａは、非連続構造の床版システムに比べてプレキャスト床版２２の厚さ（厚さ方向Ｚの長さ）の増加が抑えられる。
【００４６】
本実施例の半連続構造の床版システム２１ａでは、充填部材２５は鋼板２３、２４を一体化していて、充填部材２５はプレキャスト床版２２及び鋼板２３、２４よりも破断しにくい。非特許文献１の床版システムとは異なり、本実施例の床版システム２１ａでは、充填部材２５が破断せずに鋼板２３、２４を一体化していることを前提とした構成になっている。
【００４７】
次に、本実施形態の実施例の床版システム、及び比較例の床版システムの構成及び解析結果について説明する。
【００４８】
（解析結果１）
まず、床版システムの構成の変化による床版システムに作用する応力の大きさの最大値の変化を解析した結果について説明する。
図７に示すように、床版システム２１では、プレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂに符号を省略した傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＢが形成されている。プレキャスト床版２２Ａに第１鋼板２３が剛結合されるとともに、プレキャスト床版２２Ｂに第２鋼板２４が剛結合されるとした境界条件を与える。
床版システム２１におけるプレキャスト床版２２の橋軸直角方向Ｙの両端は、橋桁１５により橋軸方向Ｘに平行な軸線周りに回転可能に下方から支持されている。プレキャスト床版２２Ｂのプレキャスト床版２２Ａ寄りの端部の上面には、所定の範囲Ａ５に等分布荷重Ｆ３が下向きに作用している。なお、傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＡの角度θ１は、４５°とした。
【００４９】
解析モデルは、床版システム２１における橋軸直角方向Ｙの中心を通り橋軸直角方向Ｙに直交する基準面Ｓに対して対称（面対称）である。
解析結果として、第１鋼板２３と充填部材２５との境界における応力σｘｘ（橋軸方向Ｘに垂直な面に対して橋軸方向Ｘに作用する応力）を示す。解析結果は、側面２２ａＡにおける基準面Ｓに対する一方側の範囲Ａ６のみを示す。
【００５０】
このように構成されるとともに橋桁１５及び等分布荷重Ｆ３により境界条件を与えられた床版システム２１に対して、プレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂに傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＢが形成されていなく、鋼板２３、２４を備えないものを、比較例１の床版システムと規定する。床版システム２１に対して、傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＢは形成されているが、鋼板２３、２４を備えないものを、比較例２の床版システムと規定する。
床版システムが鋼板２３、２４を備えない場合には、解析結果として、プレキャスト床版２２Ａと充填部材２５との境界における応力σｘｘを示す。
【００５１】
図８に、比較例１の床版システムの解析結果を示す。図８中に橋桁１５及び基準面Ｓの位置を示す。引張応力を正の値で、圧縮応力を負の値で示す。後述する図９及び図１０においても同様である。
各セルに作用する応力の大きさの中でも、基準面Ｓ上であって、最も下方のセルＣ６（以下、評価対象セルと呼ぶ）に作用する応力の大きさが最も大きくなることが分かった。
図９に比較例２の床版システムの解析結果を、図１０に本実施例の床版システム２１の解析結果をそれぞれ示す。評価対象セルに作用する応力の大きさは、比較例１の床版システムに比べて比較例２の床版システムの方が小さくなり、比較例２の床版システムに比べて実施例の床版システムの方が小さくなることが分かった。
【００５２】
比較例２及び実施例の評価対象セルに作用する応力の大きさを、比較例１の評価対象セルに作用する応力の大きさを基準にして比較した結果を図１１に示す。図１１の横軸は鋼板２３、２４の厚さを表す。縦軸は、比較例１の評価対象セルに作用する応力の大きさに対する、比較例２及び実施例の評価対象セルに作用する応力の大きさの比率（以下、応力の大きさの比率と呼ぶ）を表す。すなわち、鋼板２３、２４の厚さが０ｍｍの床版システムは、前述の比較例２の鋼板２３、２４を備えない床版システムとなる。鋼板２３、２４の厚さが１ｍｍ、２．３ｍｍ等の床版システムは、実施例の床版システムとなる。
【００５３】
比較例１の床版システムのプレキャスト床版２２に傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＡを形成して比較例２の床版システムとすることで、評価対象セルに作用する応力の大きさが２割程度小さくなることが分かった（横軸において、鋼板２３、２４の厚さが０ｍｍのグラフを参照）。また、鋼板２３、２４の厚さを厚くしていっても、鋼板２３、２４の厚さが４．５ｍｍを超えた以降では、応力の大きさの比率はほとんど小さくならないことが分かった。
例えば、傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＡが形成されている比較例２の床版システムに、厚さ４．５ｍｍの鋼板２３、２４を備えることで、評価対象セルに作用する応力の大きさが５割程度小さくなることが分かった。比較例１の床版システムに、傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＡを形成してさらに厚さ４．５ｍｍの鋼板２３、２４を備えることで、評価対象セルに作用する応力の大きさが５．５割程度小さくなることが分かった。
【００５４】
すなわち、比較例１の床版システムに対して傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＡを形成したり鋼板２３、２４を備えたりすることで、評価対象セルに作用する応力の大きさが小さくなりプレキャスト床版２２の側面２２ａＡ、２２ｂＢで剥離破壊が生じるのを抑制し、床版システムの最大耐力を向上（増加）させることができることが分かった。
【００５５】
（解析結果２）
次に、床版システムの橋軸直角方向Ｙの長さが短く、梁のように形成された床版システムを解析した結果について説明する。
図１２に示すように、実施例の床版システム２１ｂの解析モデルは、プレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂに傾斜面２２ｃＡ、２２ｄＢが形成されていない。プレキャスト床版２２Ａに第１鋼板２３が剛結合されるとともに、プレキャスト床版２２Ｂに第２鋼板２４が剛結合されるとした境界条件を与える。
プレキャスト床版２２単体が破壊する荷重の大きさは、８０ｋＮである。
プレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂは、橋軸方向Ｘの長さが８８７．５ｍｍで、橋軸直角方向Ｙの長さが１７５ｍｍで、厚さ方向Ｚの長さが２５０ｍｍである。充填部材２５は、橋軸方向Ｘの長さが４０ｍｍで、橋軸直角方向Ｙの長さが１７５ｍｍで、厚さ方向Ｚの長さが２５０ｍｍである。なお、プレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂ、充填部材２５、及び鋼板２３、２４全体としての橋軸方向Ｘの長さは、１８１５ｍｍである。
【００５６】
プレキャスト床版２２Ａの下面におけるプレキャスト床版２２Ｂとは反対側の端から橋軸方向Ｘに４００ｍｍの位置は、支点２９ａにより回転可能に支持されている。プレキャスト床版２２Ｂの下面におけるプレキャスト床版２２Ａとは反対側の端から橋軸方向Ｘに１５０ｍｍの位置は、支点２９ａにより回転可能に支持されている。
これら一対の支点２９ａ間の橋軸方向Ｘの距離は、１２６５ｍｍである。
プレキャスト床版２２Ｂの上面におけるプレキャスト床版２２Ａ側の端から１０５ｍｍの位置に、荷重Ｆ５を下向きに作用させる。
以下の解析結果で示す荷重Ｆ５が作用したときの厚さ方向Ｚの変位は、第２鋼板２４と充填部材２５との境界であって第２鋼板２４の上面（以下、評価対象位置と呼ぶ）における変位である。
【００５７】
なお、実施例の床版システム２１ｂにおいて、鋼板２３、２４を備えないものを、比較例３の床版システムと規定する。比較例３の床版システムでは、プレキャスト床版２２Ｂと充填部材２５との境界であってプレキャスト床版２２Ｂの上面（以下、評価対象位置と呼ぶ）における変位を示す。
【００５８】
図１３に、実施例の床版システム２１ｂの解析結果を示す。図１３の縦軸は荷重Ｆ５の大きさを表し、横軸は評価対象位置の厚さ方向Ｚの変位を示す。
荷重Ｆ５が大きくなるのにしたがって、評価対象位置の厚さ方向Ｚの変位が大きくなる。床版システム２１ｂは弾性域を超えて非弾性域になるまで変形し、荷重Ｆ５の大きさが３９．９ｋＮのときに、充填部材２５が引張破壊することが分かった。
【００５９】
図１４に、比較例３の床版システムの解析結果を示す。図１４の縦軸及び横軸は、図１３と同様である。比較例３の床版システムは弾性域で変形し、荷重Ｆ５の大きさが２２．８ｋＮのときに、プレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂ（コンクリート）が引張破壊することが分かった。鋼板２３、２４を備えない比較例３の床版システムでは、床版システムの破壊において、コンクリートの引張強度が支配的（ボトルネック）になることが分かった。
実施例の床版システム２１ｂのように鋼板２３、２４を備えることで、プレキャスト床版２２Ａ、２２Ｂが引張破壊することを抑えることができる。
比較例３の床版システムが鋼板２３、２４を備えて実施例の床版システム２１ｂとなることで、充填部材２５と鋼板２３、２４との付着強度が充填部材２５とプレキャスト床版２２との付着強度に比べて向上し、床版システムの最大耐力を向上させることができることが分かった。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態の床版システム２１によれば、充填部材２５がプレキャスト床版２２に付着する付着強度よりも、充填部材２５が鋼板２３、２４に付着する付着強度の方が大きくなる。鋼板２３、２４がプレキャスト床版２２に剛結合するとともに充填部材２５が鋼板２３、２４に確実に付着するため、プレキャスト床版２２の側面２２ａＡ、２２ｂＢの下部等に応力が集中することが抑えられる。
したがって、プレキャスト床版２２の側面２２ａＡ、２２ｂＢで剥離破壊が生じるのを抑制することができる。
【００６１】
プレキャスト床版２２Ａに剛結合された第１鋼板２３とプレキャスト床版２２Ｂに剛結合された第２鋼板２４とを充填部材２５で一体化するだけで、床版システム２１を構成できる。このため、床版システム２１の施工に要する時間を短縮する（急速施工）とともに、床版システム２１の施工に高度な技能を必要としない（脱技能化）。
【００６２】
プレキャスト床版２２Ａの側面２２ａＡの下端部には、傾斜面２２ｃＡが形成されている。プレキャスト床版２２Ａの側面２２ａＡにおいて、強い引張応力が作用する下端部に鋭角的に突出する部分が少なるため、プレキャスト床版２２Ａの側面２２ａＡの下端部に剥離破壊が生じるのをより確実に抑制することができる。
第１鋼板２３に第１定着部材３０が固定されている。第１定着部材３０という簡単な構成で、第１鋼板２３をプレキャスト床版２２Ａの側面２２ａＡに剛結合させることができる。
【００６３】
充填部材２５の弾性率、引張強度、プレキャスト床版２２の弾性率、引張強度、鋼板２３、２４の弾性率、引張強度、充填部材２５が鋼板２３、２４にそれぞれ付着する付着強度は前述のようである。これにより、プレキャスト床版２２間で伝達される曲げモーメントＭｙは連続構造の床版システムの曲げモーメントＭｙに比べて減少する。連続構造の床版システムに比べて半連続構造の床版システム２１では、プレキャスト床版２２に橋軸直角方向Ｙに延びるひび割れが形成されにくくなるとともに、一対のプレキャスト床版２２間で一定量の曲げモーメントＭｙが伝達される。一定量の曲げモーメントＭｙが伝達されるため、プレキャスト床版２２の厚さが抑えられる。プレキャスト床版２２に橋軸直角方向Ｙに延びるひび割れが形成されにくいと、プレキャスト床版２２の疲労耐久性が向上する。
したがって、プレキャスト床版２２から床版システム２１を容易に構成でき、プレキャスト床版２２の厚さの増加を抑えつつ疲労耐久性を向上させすることができる。
第１鋼板２３がアンカーである第１定着部材３０により断面力を伝達することで、床版システムの破壊において、コンクリートの引張強度が支配的でなくなり、床版システムの最大耐力及び疲労耐久性を従来のループ継手と同等以上に向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態の道路橋１によれば、プレキャスト床版２２の側面２２ａＡ、２２ｂＢで剥離破壊が生じるのを抑制した床版システム２１を用いて道路橋１を構成することができる。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、橋構造は道路橋１であるとしたが、橋構造は鉄道橋等であるとしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１    道路橋（橋構造）
２１、２１ａ  床版システム（プレキャスト床版システム）
２２  プレキャスト床版
２２Ａ  プレキャスト床版（一方のプレキャスト床版）
２２Ｂ  プレキャスト床版（他方のプレキャスト床版）
２２Ｃ  プレキャスト床版
２２ａＡ、２２ｂＢ  側面
２２ｃＡ  傾斜面
２３  第１鋼板
２４  第２鋼板
２５  充填部材
３０  第１定着部材（定着部材）
Ｚ    厚さ方向
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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