(57)【要約】【課題】  構造高を小さくでき、プレストレスを導入するための装置やPC鋼材を必要とすることなく、工場等で簡便に応力調整することができる橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法を提供する。【解決手段】  製作された鋼桁20の両端部と中間部の２箇所の合計４箇所で支承11により支持させた状態で、上端部にコンクリート23を打ち込み、硬化させて複合桁24を製作する。製作時の複合桁24の４点支持状態では、２点支持状態と比較して、鋼桁20で対抗する鋼部材とコンクリートの死荷重曲げモーメントが小さくなる。この複合桁24の架設時には、両端部の２点で支持され、コンクリート部材が曲げモーメントへの対抗に寄与して、鋼桁20とコンクリート23とで対抗することから、コンクリート部材が対抗する鋼部材とコンクリート部材の死荷重曲げモーメントが小さくなり、コンクリート23の断面を小さくできる。【選択図】        図１
2008111309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼とコンクリートとの複合構造による桁構造を有する複合桁製作方法において、
製作された鋼桁の両端部と、それぞれの端部から適宜距離を隔てた位置とのそれぞれで支持部材により支持させ、
前記鋼桁の上部にコンクリートを打ち込んで、コンクリートを硬化させることを特徴とする橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法。
【請求項２】
前記鋼桁は、鋼ウェブと鋼下フランジとからなることを特徴とする請求項１に記載の橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中小支間長に掛け渡されるのに適した橋梁の桁に用いられる鋼とコンクリートとの複合構造を備えた複合桁の製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川や渓谷を越える河川橋や、道路や鉄道との平面交差を避けるために設けられる高架橋等の各種の橋梁では、地形や河川阻害率、交差構造物あるいは航路などの制約を受けるため、構造高を低くしなければならない場合がある。例えば、図８は河川Ｒを越えて架設される河川橋の一例を示すもので、この河川橋１は、河川Ｒを跨ぐ部分の長径間部ＤLと河岸Ｓを跨ぐ部分の短径間部ＤSとに掛け渡されている。図８に示す河川橋では、長径間部ＤLにトラス橋２の構造が採用され、短径間部ＤSに単純桁橋３が採用された構造とされている。
【０００３】
前記短径間部Ｄsは、この河川橋１により接続させる取付道路４と接続させる部分となり、この短径間部ＤSは、長径間部ＤLと比べて支間長が小さいものである。この短径間部ＤSに掛け渡される橋梁では、取付道路４の路面と橋下空間の制約から、構造高の制限がない場合には、単純合成桁橋や単純非合成桁橋が、構造高の制限がある場合には、単純鋼床版桁橋または合成床版橋などが採用されているのが一般的である。すなわち、基礎5aと躯体5bとからなる下部構造５に支承６を介して橋桁となる上部構造となる前記単純桁橋３が構築された構造とされている。
【０００４】
図７はこの種の短径間部ＤSに採用されている鋼Ｉ桁の概略構造を示すもので、主桁７が、対傾構８や荷重分配横桁９などによって補強された構造とされている。主桁７は、せん断力に抗する力を担当する鋼ウェブ7aと、鋼ウェブ7aの上端部に配されて曲げモーメントに抗する力を担当する上フランジ7bと、下端部に配された下フランジ7cとが組み合わされてＩ型の断面構造とされている。なお、この鋼Ｉ桁上に設置される図示しない床版とはスラブアンカーで結合して、設計上桁断面に考慮しない非合成桁と、スタッドジベル等で結合して、設計上桁断面に考慮する合成桁とがある。
【０００５】
ところで、本願出願人は、構造高を小さくして建設コストを削減できると共に、現場工期を短縮することができる鋼とコンクリートの複合桁構造を提案した（特許文献１参照）。この複合桁は、橋桁の主桁を構成する鋼ウェブの下端に鋼製の下フランジを有し、前記鋼ウェブの上端に鉄筋コンクリート製の上フランジを有する構造を備えたものである。
【０００６】
図３は、前記複合桁を製作する工程の一例を説明する図で、図４は製作された複合桁を橋桁に施工する各工程の状態における曲げモーメント分布と応力とを示す図である。すなわち、図３は、製作された鋼桁11の上部にコンクリート12を打ち込むことにより複合桁13を完成させる製作方法であり、コンクリート12の打ち込み時には、鋼桁11が平面14に載置されている。この複合桁13を橋桁として支承15に架設した状態が図４（ａ）であり、同図の下部に曲線13aで示す曲げモーメントを示し、右側に曲げモーメントが最大となる部位における応力度を示してある。複合桁13の上側では圧縮応力Ｓpが生じ、下側では引張応力Ｓtが生じる。この橋桁の表面に舗装等の橋面工を施工すると、図４(ｂ)に示すように、曲げモーメント13bが生じ、累計の応力度Ｓp、Ｓtが生じる。さらに車両等の通行により活荷重が載荷された状態が図４(ｃ)に示してあり、曲げモーメント13cが生じ、累計応力度Ｓp、Ｓtが大きくなり、コンクリート12で対抗する断面力が大きくなる。このため、断面を大きくする必要が生じて、桁高を小さくすることの障害となる。
【０００７】
また、図５は鋼桁11の端部を支承16で支持させた状態で、この鋼桁11の上部にコンクリート12を打ち込むことにより複合桁17を完成させるもので、鋼桁11は支持された状態で図５(ｂ)の下部に示すように自重による曲げモーメント17aが生じ、右側に示すように圧縮応力度Ｓpと引張応力度Ｓtが生じる。この場合には、曲げモーメント17aに鋼桁11のみが対抗した状態となる。この複合桁17を橋桁として支承15に架設した図６(ａ)の状態では、製作時と同様に、鋼桁11のみで曲げモーメント17aに対抗した状態となりコンクリート12はほとんど寄与しない。さらに、図６(ｂ)は橋面工を施した状態で、曲げモーメント17bが生じ、鋼桁11に生じる累計応力度Ｓp、Ｓtでは、コンクリート12に圧縮応力Ｓpが生じ、鋼桁11には引張応力Ｓtが加算される。図５(ｃ)は活荷重が載荷された状態を示しており、曲げモーメント17cが生じて、さらに大きな引張応力Ｓtが鋼桁11に生じることになる。この複合桁17ではコンクリート12が曲げモーメント17cに対抗する部材として十分に寄与せず、複合桁１の構造として十分には機能していない。
【０００８】
他方、曲げモーメントに十分に対抗する応力を生じさせる複合桁として、Ｉ断面を有する鋼桁に曲げ変形を生じさせる荷重を与え、引張側フランジのまわりにコンクリートを打ち込んで、硬化させた後、鋼桁に与えていた荷重を除去して、コンクリートに圧縮プレストレスを導入したプレビーム合成桁や、コンクリート部材の引張部にPC鋼材を配して緊張するポストテンション方式と、コンクリート部材の圧縮部にPC鋼材を配して、これを圧縮するポストコンプレッション方式とを併用してプレストレスを与える、いわゆるバイプレ工法により複合桁を製作する。また、例えば特許文献２には、プレストレス合成桁の製造方法として、上下フランジを有する鋼桁の両端部を支承し、前記鋼桁の上フランジ両端部に定着具を付設してこの定着具間に張設したアウトケーブルに所定の引張力を与えることにより該鋼桁に前撓み荷重を付加し、ついでこの前撓み荷重を付加した状態で鋼桁の引張応力側である下フランジに沿ってコンクリートを打設し、さらに前記コンクリートの硬化後に前記前撓み荷重の付加を解除して下フランジ側コンクリートにプレストレスを導入することが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特願２００５−３０２６６９
【特許文献２】特公平４−２６０２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述したように、鋼桁を引張側に、コンクリートを圧縮側に配して曲げモーメントに対抗する構造として、これを工場等においてプレキャストする場合には、製作過程の合成時から死荷重、活荷重といずれの場合の荷重もコンクリートが対抗することになり、圧縮力が大きくなって断面を大きくして、コンクリートの厚さを大きくする必要がある。このため、桁高を小さくすることが阻害されてしまう。
【００１１】
また、前述した特許文献２に記載されているように、PC鋼材等を用いてプレストレスを導入する場合には、そのための装置や治具等を必要として複合桁の製作コストを上昇させてしまう。
【００１２】
そこで、この発明は、プレキャストにより製作する場合に、プレストレスを導入するための装置等を必要とすることなく、鋼桁とコンクリート部材とにより曲げモーメントに均衡して対抗させて、コンクリート部材の厚さを小さくして桁高を極力小さくすることができる橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法は、鋼とコンクリートとの複合構造による桁構造を有する複合桁製作方法において、製作された鋼桁の両端部と、それぞれの端部から適宜距離を隔てた位置とのそれぞれで支持部材により支持させ、前記鋼桁の上部にコンクリートを打ち込んで、コンクリートを硬化させることを特徴としている。
【００１４】
すなわち、鋼桁を４点にて支持させた状態で、上部にコンクリートを打ち込むことにより複合桁を製作するものである。４点で支持することにより、最大断面力が発生する桁支間中央の前死荷重による断面力を低下させられる。この状態でコンクリートが打ち込まれる。完成した複合桁を橋桁として架設した状態では両端部の２点で支持された状態となり、支間中央の正曲げモーメントが低減されて、最適な断面の複合桁を製作できる。
【００１５】
また、請求項２の発明に係る橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法は、前記鋼桁は、鋼ウェブと鋼下フランジとからなることを特徴としている。
【００１６】
鋼桁としてはＩ型鋼による鋼Ｉ桁や箱桁を用いることもできるが、鋼ウェブと、この鋼ウェブの下部に取り付けた鋼下フランジとにより構成したものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係る橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法によれば、プレストレスを導入するための荷重を鋼桁に載荷し、除去する装置が不要であり、PC鋼材等の配筋施工を必要とすることなく断面力をコントロールできて、桁高を極力小さくして最適な断面の複合桁を安価なコストで製作できる。
【００１８】
また、請求項２の発明に係る橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法によれば、製作コスト及び建設コストを、さらに削減することができる。
【００１９】
なお、鋼桁に鋼ウェブを用いてその上部にコンクリートを打ち込む場合には、座屈するおそれが生じる場合があり、そのような場合には、複合桁の製作時に鋼ウェブを補強して座屈に対抗するよう補強手段を施すこともできる。さらに、複合桁の架設時にはこの補強手段を取り外せるようにしてあることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係る橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法を具体的に説明する。
【００２１】
図１に製作工程を示しており、Ｉ型鋼や箱桁、鋼ウェブ等による鋼桁20を製作し、製作された鋼桁20を同図(ｂ)に示すように、鋼桁20の両端部と中間部の２箇所の合計４箇所で製作支承21a、21b、21c、21dにより支持させた状態に設置する。この状態では、同図(ｂ)の下部に示す曲げモーメント22が生じて鋼桁20が対抗する。すなわち、製作支承21b、21c間と製作支承21a、21b間、製作支承21c、21d間では正曲げモーメントが生じ、製作支承21b、21cにより支持された近傍では負曲げモーメントが生じる。また、圧縮応力Ｓpと引張応力Ｓtとが生じる。このとき、鋼桁20の中央に生じる最大の正曲げモーメントは、前述した図５及び図６に示した２点支持の場合に比べて小さくなる。また、曲げモーメントの最大値が製作支承21b、21cの間に生じるように、製作支承21a〜21dの位置を設定することが好ましく、製作支承21a、21b間距離と製作支承21b、21c間距離と製作支承21c、21d間距離とが、１：２〜２.５：１となるようにすることが好ましい。例えば、鋼桁20を23mとした場合、製作支承21a、21b間距離と製作支承21c、21d間距離とをそれぞれ５mとし、製作支承21b、21c間距離を13mとする。
【００２２】
製作支承21a、21b、21c、21dの４点で支持させてあるこの鋼桁20の上部にコンクリート23を打ち込み、コンクリート23を硬化させて複合桁24が完成する。完成した複合桁24を橋梁の架設現場に搬入して、図２(ａ)に示すように、橋脚に設置された架設支承25で２点支持させて架設する。２点支持による複合桁24に生じる曲げモーメント26で示してあり、鋼桁20による曲げモーメント22を併記してある。これらを比較して、鋼桁20に生じる曲げモーメント22に対して複合桁24に生じる曲げモーメント26の増加分に対抗する部材としてコンクリート23が寄与する。また、図２(ｂ)は橋面工の施工後を、図２(ｃ)は活荷重載荷時をそれぞれ示しており、それぞれ曲げモーメント27、累計の圧縮応力Ｓp、Ｓtと曲げモーメント28、累計の圧縮応力Ｓp、Ｓtとが生じる。いずれの場合にもコンクリート23が負担する合成前死荷重による断面力が小さいため、コンクリート23の断面を大きくすることなく対抗させることができる。したがって、桁高を小さく抑えることができる。
【００２３】
前記鋼桁20は、鋼Ｉ桁や箱桁、鋼ウェブ等を利用することができる。鋼ウェブと鋼下フランジとを用いる場合には、コンクリート23を打ち込むことにより座屈するおそれがある。このため、鋼ウェブと鋼下フランジとによる鋼桁20にコンクリート23を打ち込む際には、補強手段を講じることが好ましい。例えば、鋼ウェブの上端に山形鋼をボルト・ナットや接着剤等により固定してコンクリート23を打ち込み、コンクリートの硬化後にこの山形鋼を取り外すようにしたり、コンクリート23を打ち込む際の型枠で座屈力に対抗させたりすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
この発明に係る橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法によれば、橋桁に生じる曲げモーメントを鋼部材とコンクリート部材とで効率よく対抗することにより、コンクリート部材の断面を小さくして桁高を小さくできて構造高の制限を受けることがなく、また、この複合桁をプレキャストする場合に、プレストレスを導入するための装置やPC鋼材を必要としないため、橋梁の建設コストの削減に寄与しする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係る橋梁の鋼とコンクリートの複合桁の製作方法の工程を説明する図である。
【図２】この方法により製作された複合桁を架設する場合の曲げモーメントと断面力とを説明する図である。
【図３】従来の複合桁の製作方法の一例を示す図で、図１に相当する図である。
【図４】図３に示した製作方法による複合桁を架設した場合の曲げモーメント断面力とを説明する図で、図２に相当する図である。
【図５】従来の複合桁の製作方法の他の例を示す図で、図１に相当する図である。
【図６】図５に示した製作方法による複合桁を架設した場合の曲げモーメント断面力とを説明する図で、図２に相当する図である。
【図７】従来の鋼Ｉ桁の構造の概略を説明する斜視図である。
【図８】中小支間長の橋梁構造の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
20  鋼桁
21a、21b、21c、21d  製作支承
22  曲げモーメント
23  コンクリート
24  複合桁
25  架設支承
26  曲げモーメント
27  曲げモーメント
28  曲げモーメント
Ｓp  圧縮応力
Ｓt  引張応力
【図１】
2008111309.tif 000003
【図２】
2008111309.tif 000004
【図３】
2008111309.tif 000005
【図４】
2008111309.tif 000006
【図５】
2008111309.tif 000007
【図６】
2008111309.tif 000008
【図７】
2008111309.tif 000009
【図８】
2008111309.tif 000010