(57)【要約】  【課題】  疲労耐久性のよい鋼製格子状床版を提供する。  【解決手段】  所定間隔に配列された断面Ｉ形状の形鋼からなる主部材４のウェブ６に円形状の貫通孔７を形成し、当該貫通孔７に断面円形状の鋼管製横主部材５を貫通せしめ溶接固定してなる基本構造部材を包含する。  【効果】  疲労耐久性を向上させることができ、橋梁など敷設して維持管理費の縮減が期待できる。また、その耐久性向上策に特殊な技術を必要としないことから、その対策費が製作コストの上昇を招くこともなく、従来のオープングレーチング床版と同等以下の製作コストで提供することができる。  【選択図】        図１
2005248664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔に配列された断面Ｉ形状の形鋼からなる主部材のウェブに円形状の貫通孔を形成し、当該貫通孔に断面円形状の鋼管製横主部材を貫通せしめ溶接固定してなる基本構造部材を包含することを特徴とする鋼製格子状床版。
【請求項２】
鋼管製横主部材と主部材の溶接が、下側０°（全周回し溶接）〜１２０°の領域を除いて溶接されてなる請求項１記載の鋼製格子状床版。
【請求項３】
請求項２記載の鋼製格子状床版において、溶接されていない下側領域における鋼管製横主部材の外周面と主部材の貫通孔の内周面との間が、２ｍｍ以上の隙間に形成されてなる鋼製格子状床版。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製格子状床版に関し、特には、橋梁上に敷設して人や車両などが通行するための鋼製格子状床版（以下オープングレーチング床版と称すこともある）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オープングレーチング床版としては、例えば、鋼構造論文集（非特許文献１）や神戸製鋼技報（非特許文献２）に報告されているように、図５に示すような従来形式のもの、及び図６に示すような新たに提案された上下２層構造のものがある。
【０００３】
上記図５に示す従来形式のオープングレーチング床版２１は、比較的大型のＩ形鋼の主部材（例えば、高さ１５０ｍｍ）２２と横主部材（例えば、高さ１０５ｍｍ）２３とを、前記主部材２１を所定間隔で配設するとともに、その主部材２２のウェブに形成した貫通孔に横主部材２３を挿通させ溶接固定して格子状に構造されている。そして更に、この基本構造部材の主部材２２の上部に、主部材２２に直交させて所定間隔で補助部材２４が溶接固定されるとともに、主部材２２の間の上部にも主部材２２に平行に補助部材２５が溶接固定されて構造されている。なお、このオープングレーチング床版２１は、図示省略するが、橋梁の橋桁上にボルト・ナットで取付けて使用される。
【０００４】
上記図６に示す上下２層構造のオープングレーチング床版２６は、比較的大型のＩ形鋼の主部材（例えば、高さ１５０ｍｍ）２２と横主部材（例えば、高さ１０５ｍｍ）２３とを、前記主部材２２を所定間隔で配設するとともに、その主部材２２のウェブに形成した貫通孔に横主部材２３を挿通させ溶接固定した、下層のオープングレーチング床版（基本構造部材）２７と、この下層のオープングレーチング床版２７の上に、小型のＩ形鋼（例えば、高さ４４ｍｍ）を主部材２８とし、この主部材２８の上部に直交させて棒状の横部材（例えば、スクリューバー）２９を所定間隔に溶接固定した、上層のオープングレーチング床版３０とで構造されている。この上下２層構造のオープングレーチング床版２６は、図示省略するが、下層のオープングレーチング床版２７を橋梁の橋桁上にボルト・ナットで取付け、その下層のオープングレーチング床版２７の上に上層のオープングレーチング床版３０を、下層のオープングレーチング床版２７に取付けた接続板３１を介してボルト・ナットで取付けて使用される。
【０００５】
ところで、上述したオープングレーチング床版の従来の適用事例は、溝蓋や立体駐車場などに利用されている。また、橋梁用としては、本州四国連絡橋などの長大吊橋の路肩や中央分離帯に適用され、耐風安定性を増すための風抜きとして利用されているが、疲労耐久性に劣ることから、本格的な道路橋床版としての使用実績はない。
【０００６】
しかし、開口構造であるオープングレーチング床版は、橋梁の耐風安定性だけでなく、降雪地方での除雪対策に有効なことなどから、その有用性が見いだされつつある。このオープングレーチング床版は、道路舗装した床版に比べて軽量であり、施工が著しく短期間で、容易に取り替えることができることから、疲労損傷したものについては、補修などのメンテナンスの際に、取り替えることを念頭として、実用化されつつある。
【０００７】
その一方で、近年の公共事業費の縮減が叫ばれる中で、取り替えサイクル（周期、期間）を長くし、維持管理費を低く抑えることは肝要で、そのためには、オープングレーチング床版そのものの疲労耐久性を向上させることが重要であると考えられる。
【非特許文献１】鋼構造論文集，第９巻，第３６号（２００２年１２月），第６９−７８頁
【非特許文献２】神戸製鋼技報，第５３巻，第１号（２００３年４月），第５３−５８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、疲労耐久性のよい鋼製格子状床版を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記の目的を達成すべく鋭意検討、研究を行なってきた。その結果、従来のオープングレーチング床版（鋼製格子状床版）の基本構造は、上述したように、Ｉ形鋼の主部材のウェブにＩ形鋼の横主部材を貫通して溶接固定するため、前記主部材のウェブにＩ形状の貫通孔をあけている。一方、Ｉ形鋼の横主部材の役割は、主部材に作用する鉛直荷重を分配することであるが、前記貫通孔がＩ形状であるため、応力集中を容易に招くことになり、溶接と相俟って前記貫通孔が疲労亀裂の発生の巣となり、疲労耐久性に乏しい鋼製格子状床版となっていることが判明した。そこで、応力集中が最も緩和される形状の孔を主部材のウェブにあけることを考え、以下に示す構成の本発明を完成させたものである。
【００１０】
即ち、本発明（請求項１）に係る鋼製格子状床版は、所定間隔に配列された断面Ｉ形状の形鋼からなる主部材のウェブに円形状の貫通孔を形成し、当該貫通孔に断面円形状の鋼管製横主部材を貫通せしめ溶接固定してなる基本構造部材を包含するものである。
【００１１】
この構成では、主部材のウェブに円形状の貫通孔を形成し、しかも横主部材として鋼管を用いているので、貫通孔周辺での応力集中が緩和され、疲労耐久性が大きく向上できる。しかも、鋼管の外周に沿って１パスで回し溶接ができるため溶接性が従来のＩ形鋼の横主部材の場合に比べて良くなる。なぜなら、従来のＩ形鋼の横主部材の場合には、横主部材のＩ形鋼の両側のみの溶接、又はフランジ部を含めた全周溶接が行なわれるが、前者の両側のみの溶接では片側ずつ溶接するため、溶接性が悪い上に、疲労耐久性が懸念される。また、後者のフランジ部を含めた全周溶接では、疲労耐久性は向上するものの、Ｉ形形状に沿った溶接施行となるため溶接性が極めて悪い。
【００１２】
上記の作用効果を効果的に得るためには全周回し溶接することが好ましいが、下側からの上向き溶接の作業性、コストなどを考慮した場合、下側１２０°までの領域を除いて溶接してもよい（請求項２）。この場合でも同様の作用効果が期待できる。
【００１３】
一方、鋼製格子状床版の防錆を考慮した場合、塗装や亜鉛メッキなどを施すこととなる。この場合、上記請求項２のように、下側に溶接を行わない領域が存在すると、この領域における横主部材（鋼管）と主部材のウェブの円形状の貫通孔との間がわずかな隙間であれば、塗料やメッキが十分に行き渡らず、腐食が懸念される。そこで、このような腐食を防止するため、当該部分の隙間の大きさを２ｍｍ以上とする（請求項３）。より好ましくは、３ｍｍ以上とし、塗料やメッキを十分に行き渡るように工夫することが好ましい。また、隙間の上限は、主部材（Ｉ形鋼）と主横部材（鋼管）の寸法と隙間の長さによるが、５ｍｍ程度であれば疲労耐久性にも影響がなく、好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る鋼製格子状床版（オープングレーチング床版）によれば、疲労耐久性が大きく向上でき、橋梁などに敷設して取り替えサイクルが長くでき、維持管理費の縮減が期待できる。また、その耐久性向上策に特殊な技術を必要としないことから、その対策費が製作コストの上昇を招くこともなく、従来のオープングレーチング床版と同等以下の製作コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る鋼製格子状床版（上下２層構造のオープングレーチング床版）の説明図であって、ａは下半分を切り欠いて示す上面図、ｂは正面図、ｃは側面図である。図において、１は下層のオープングレーチング床版（基本構造部材）、２は上層のオープングレーチング床版である。なお、図示の鋼製格子状床版は、多点移動式静的載荷試験（輪荷重疲労試験）を行なうためのもので、橋梁の桁に相当するＨ形鋼製の梁（高さ３００ｍｍ）３に取付けた構成となっている。
【００１６】
下層のオープングレーチング床版（基本構造部材）１は、比較的大型のＩ形鋼の主部材（高さ１５０ｍｍ）４と鋼管製の横主部材（Ａ９０：外径１０１．６ｍｍ）５とを、前記主部材４を所定間隔で配設するとともに、その主部材４のウェブ６に形成した円形状の貫通孔７に横主部材５を挿通し、全周回し溶接して形成したものである。なお、符号８は、主部材４の上部に取付けた接続板であって、上層のオープングレーチング床版２をボルト・ナットで固定して取付けるためのものである。なお、床版１の大きさは、縦（図１ａの上下）約２１００ｍｍ×横（図１ａの左右）約４０００ｍｍである。
【００１７】
上層のオープングレーチング床版２は、小型のＩ形鋼（高さ４４ｍｍ）を主部材９とし、この主部材９の上部に直交させて棒状の横部材（断面６ｍｍ角の棒材を捻じったスクリューバー）１０を所定間隔に溶接固定して形成したものである。なお、床版２の大きさは、縦（図１ａの上下）約２１００ｍｍ×横（図１ａの左右）約１０００ｍｍで、本例では、下層のオープングレーチング床版（基本構造部材）１の上に４枚取付けられている。
【００１８】
上記構成の鋼製格子状床版を供試体として多点移動式静的載荷試験（輪荷重疲労試験）を行なった。この多点移動式静的載荷試験では、上記構成の鋼製格子状床版の供試体として、図２に示すように、横主部材５の鋼管を主部材４に対して、全周回し溶接した場合（図２ａ）、横側９０°の範囲を溶接した場合（図２ｂ）、横側６０°の範囲を溶接した場合（図２ｃ）、上側１８０°の範囲を溶接した場合（図２ｄ）、上側２４０°の範囲を溶接した場合（図２ｅ）と、及び横主部材として従来のＩ形鋼を用いウェブの両側のみ溶接した場合、のそれぞれを製造し対象とした。また、多点移動式静的載荷試験は、図３に示す状況で行われ、輪荷重走行下での応力集中現象を把握するために定点荷重２０ｋＮ（載荷部の幅２０ｃｍ×５０ｃｍ）を、主部材４の中央位置において、橋軸方向載荷位置１〜１１の間で移動させ、数値解析を行なった。この数値解析結果を図４に示す。
【００１９】
図４の結果を考察する。鋼製格子状床版において主部材と横主部材の間に要求される性能は、鉛直荷重（輪荷重）によるせん断力が伝達できることである。この点からすれば、横主部材を主部材に対して全周溶接する必要はなく、従来のＩ形鋼の横主部材を用いたオープングレーチンのように両側のみを溶接（図２ｂ、ｃ）し、その両側でせん断力を伝達できさえすればよいのである。しかし、図４の結果から明らかなように、横主部材が従来のＩ形鋼の場合、鋼管の横側９０°の範囲を溶接した場合及び横側６０°の範囲を溶接した場合では、載荷位置５において降伏応力を超過し、また上側１８０°の範囲を溶接した場合には載荷位置４において降伏応力を超過している。これに比較して、全周回し溶接した場合及び上側２４０°の範囲を溶接した場合ではその応力が小さく抑えられている。
【００２０】
従って、図４の結果より、横主部材が従来のＩ形鋼よりも鋼管を使用することの方が、応力集中を緩和し、疲労耐久性の向上に有用であることが分かる。また、製作性を考慮した場合、溶接延長を可能な限り短くしたいこと、また、上を向いての溶接作業は溶接の品質にも影響を及ぼすことから、下側の溶接を省略し上側２４０°までの溶接であれば製作性を向上させることができ好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
耐風安定性はもとより開口構造である上に疲労耐久性に優れていることなどから、道路橋床版の他に、積雪の多い地方における流雪溝や投雪口などの蓋、鉄道用融雪装置の蓋などにも適用できる。また、自転車や歩行者の通行路としても適用できる。また更に、密な格子状であることから、レーダにも反応するため、空港の滑走路の延長としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る鋼製格子状床版の説明図であって、ａは下半分を切り欠いて示す上面図、ｂは正面図、ｃは側面図である。
【図２】多点移動式静的載荷試験に用いた鋼製格子状床版の供試体における主部材と横主部材との溶接状態を示す説明図であって、ａは全周回し溶接した場合、ｂは横側９０°の範囲を溶接した場合、ｃは横側６０°の範囲を溶接した場合、ｄは上側１８０°の範囲を溶接した場合、ｅは上側２４０°の範囲を溶接した場合である。
【図３】多点移動式静的載荷試験の状況を示す説明図である。
【図４】多点移動式静的載荷試験の結果を示すグラフ図であって、縦軸はミーゼス応力、横軸は荷重載荷位置を表す。
【図５】従来のオープングレーチング床版（鋼製格子状床版）である。
【図６】従来の上下２層構造のオープングレーチング床版（鋼製格子状床版）である。
【符号の説明】
【００２３】
１：下層のオープングレーチング床版
２：上層のオープングレーチング床版
３：Ｈ形鋼製の梁        ４：主部材              ５：横主部材
６：ウェブ              ７：円形状の貫通孔      ８：接続板
９：主部材            １０：横部材
【図１】
2005248664.tif 000003
【図２】
2005248664.tif 000004
【図３】
2005248664.tif 000005
【図４】
2005248664.tif 000006
【図５】
2005248664.tif 000007
【図６】
2005248664.tif 000008