(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金の中空押出形材によるデッキパネルと桁の結合方法であって、長手方向にそって両側にフランジを突出させた上面板と、該上面板と平行で上面板より幅狭の下面板と、該上面板と下面板とを接続する側面板とで構成して中空部を形成した中空押出形材の複数を
前記フランジを隣接する中空押出形材同士で長手方向にそって突き合わせ、この突き合わせ部を幅方向に溶接してデッキパネルを形成し、
前記中空押出形材を横方向に接合したときにフランジの下方に形成される空所配置される本体と下部フランジとで形成した側面Ｔ型形材を補剛材兼継手として適宜間隔で配置して前記本体を前記フランジの下面および側面板の外側に接合溶接し、該側面Ｔ型形材の下部フランジをデッキパネルの支持部である桁の上部フランジの上に配置し、ボルトによる機械的接合により桁に結合することを特徴としたデッキパネルと桁の結合方法。
【請求項２】
アルミニウム合金の中空押出形材によるデッキパネルと桁の結合方法であって、長手方向にそって両側にフランジを突出させた上面板と、該上面板と平行で上面板より幅狭の下面板と、該上面板と下面板とを接続する側面板とで構成して中空部を形成した中空押出形材の複数を
前記フランジを隣接する中空押出形材同士で長手方向にそって突き合わせ、この突き合わせ部を幅方向に溶接してデッキパネルを形成し、
中空押出形材の下面に長手方向にそってフランジを一体に形成し、該フランジをデッキパネルの支持部である桁の上部フランジの上に配置し、ボルトによる機械的接合により桁に結合することを特徴としたデッキパネルと桁の結合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、道路橋や歩道橋などの橋梁や人口地盤などの床版であるデッキパネルと桁との結合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば橋梁では、下部構造として地中に構築した基礎の上に橋脚をたて、この橋脚の上に上部構造として橋桁を設け、この橋桁の上に床版を設けているが、この床版には、従来、種々のタイプがあり、最も一般的なコンクリート床版は主桁等にジベルを取り付け、これを現場で打設した床版コンクリート内に埋設して床版を主桁に接合する。
【０００３】
また、金属製床版は鋼製床版を主桁や床組みと現場で溶接により接合し、ＰＣ床版は主桁などに取り付けたスタッドジベルをＰＣ床版に予め設けた孔に挿入し、この孔をコンクリートで埋めることでＰＣ床版を主桁に接合している。
【０００４】
しかながら、前記コンクリート床版は現場で構築するものであるため、コンクリートを打設し、養生するために必要な足場を仮設したり型枠を組む必要があるだけでなく、コンクリートが固化するまで次の作業に移行できないため、床版の構築には時間と労力を要する。
【０００５】
鋼製床版やＰＣ床版は、床版の重量が大きく、溶接作業やコンクリート充填作業などの現場での作業にも時間と手間を要し、作業性がよくない。特に、鋼鉄の直交異方性のデッキは広い範囲の溶接を必要とするため疲労しやすい。さらに、鋼製床版やコンクリート床版、ＰＣ床版の内部の補強鋼材は錆びやすいため、高価な耐食処理、検査、ないしはペイント処理を必要とする。
【０００６】
そこで、軽量で保護コーティングなしでも耐食性があり、取扱いも便利であり、厳しい規格に対してもこれを満足させる製造が可能であり、強度的にも信頼でき、溶接個所が少なく、被覆層の剥離に対して抵抗力があり、被覆層の接着力が強く、リサイクルした材料の使用も可能で、全体的に製造が安価にできる床版がある。
【０００７】
これは、図11、図12に示すようにアルミニウム合金の中空押出形材でデッキパネルのエレメント21を作製し、該エレメント21を長さ方向および横方向に接合してデッキパネル１を形成するもので、エレメント21は、一般的な塗装を必要とせずに塩化物や他の腐食の原因となる薬品に対して優れた耐性を有するものとして、例えばアルミニウム合金６０６３−Ｔ６または他の同様な合金を材質として、形状は図12に示すように、上部フランジ22、これに平行に対向する下部フランジ23、この上部フランジ22と下部フランジ23との間に設けた縦方向のウェブ24、斜めのウェブ25とで構成し、細長いエレメント21の長さ方向に対して直交する方向にトラス形状の断面三角形の空所26を形成するものである。
【０００８】
そして、このような形状のエレメント21を横方向に並列させ、隣接するエレメント21同士の上部フランジ22の先端同士を長さ方向にそって突き合わせ、また、下部フランジ23の先端同士も同様にして突き合わせて、これらの突き合わせ部を溶接し接合する。かかる溶接作業は工場に設置の溶接装置を使用して行う。
【０００９】
このようにして工場で形成された片側完全溶込み溶接部27、28によって横方向に隣接するエレメント21が接合されてデッキパネル１が形成され、該デッキパネル１には斜めのウェブ25と下部フランジ23とによって隣接のエレメント21間に比較的大きなほぼ三角形の断面の空所29が形成され、一体に溶接されたエレメント21の上部および下部フランジ22、23間のスムーズな歪み転移が可能となり、交通の方向に対して平行および垂直の両方向の曲げに耐えうるようにデッキに対して相当の剛性を与えるように機能する（例えば特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第５６５１１５４号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
アルミニウム合金の中空押出形材でデッキパネル（床版）を形成すると、主桁が鋼桁の場合、両者は材質が異なるため、溶接による接合ができない。特に、老朽化により床版を鋼製のものやコンクリート床版からアルミニウム製の床版に取り替える場合に鋼製の主桁との結合に問題が生じる。また、アルミニウム床版とアルミニウム主桁との結合は、工場での溶接による事前の一体化が輸送上の制限などで困難な場合が多い。この場合は現場溶接による結合となるが、溶接条件が厳しく施工期間が長くなるおそれがある。
【００１２】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、主桁が鋼製、アルミニウム製のいずれであっても、アルミニウム床版との結合が可能で、しかも、施工期間の短縮も図れるデッキパネル（床版）と桁の結合方法を提供することにある。
【００１３】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、アルミニウム合金の中空押出形材によるデッキパネルと桁の結合方法であって、長手方向にそって両側にフランジを突出させた上面板と、該上面板と平行で上面板より幅狭の下面板と、該上面板と下面板とを接続する側面板とで構成して中空部を形成した中空押出形材の複数を前記フランジを隣接する中空押出形材同士で長手方向にそって突き合わせ、この突き合わせ部を幅方向に溶接してデッキパネルを形成し、前記中空押出形材を横方向に接合したときにフランジの下方に形成される空所配置される本体と下部フランジとで形成した側面Ｔ型形材を補剛材兼継手として適宜間隔で配置して前記本体を前記フランジの下面および側面板の外側に接合溶接し、該側面Ｔ型形材の下部フランジをデッキパネルの支持部である桁の上部フランジの上に配置し、ボルトによる機械的接合により桁に結合することを要旨とするものである。
【００１４】
第２に、アルミニウム合金の中空押出形材によるデッキパネルと桁の結合方法であって、長手方向にそって両側にフランジを突出させた上面板と、該上面板と平行で上面板より幅狭の下面板と、該上面板と下面板とを接続する側面板とで構成して中空部を形成した中空押出形材の複数を前記フランジを隣接する中空押出形材同士で長手方向にそって突き合わせ、この突き合わせ部を幅方向に溶接してデッキパネルを形成し、中空押出形材の下面に長手方向にそってフランジを一体に形成し、該フランジをデッキパネルの支持部である桁の上部フランジの上に配置し、ボルトによる機械的接合により桁に結合することを要旨とするものである。
【００１５】
【００１６】
請求項１記載の本発明によれば、デッキパネルと桁とはボルトによる機械的接合により結合されるから、アルミニウム合金製のデッキパネルに対して、桁の材質がこれとは異なる鋼製であっても、結合が可能となり、特に、床版をアルミニウム合金製のものに取り替える場合に有効である。
【００１７】
また、デッキパネルに下部フランジを有する側面Ｔ型形材を補剛材として溶接することで、桁と直交する方向に中空押出形材を配置した場合のデッキパネルと桁との結合は、前記下部フランジを桁にボルトで固定するだけで容易に行える。
【００１８】
請求項２記載の本発明によれば、中空押出形材の下面に長手方向にそってフランジを一体に形成したから、桁と同じ方向に中空押出形材を配置した場合のデッキパネルと桁との結合は、前記下部フランジを桁にボルトで固定するだけで容易に行える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第１実施形態を示す縦断正面図、図２は同上一部切欠いた斜視図、図３は同上縦断側面図で、本発明方法で使用するデッキも図11に示した従来例と同様にアルミニウム合金の中空押出形材２をエレメントとして、その複数を長手方向および幅方向に溶接してデッキパネル１を形成するものであり、アルミニウム合金としては、例えば熱処理合金系の6000系、5000系合金を使用する。
【００２０】
この中空押出形材２は、長手方向にそって両側にフランジ２ａを突出させた上面板２ｂと、該上面板２ｂと平行で上面板２ｂより幅狭の下面板２ｃと、該上面板２ｂと下面板２ｃとを接続する斜めの側面板２ｄとで構成して中空部２ｅを断面逆台形状に形成した。
【００２１】
図中３は後述するように中空押出形材２を横方向に接合したときにフランジ２ａの下方に形成される空所４に取り付ける補剛材兼継手となる側面Ｔ型形材を示し、空所４に配置される正面台形状の本体３ａと下部フランジ３ｂとで形成する。
【００２２】
次にかかる中空押出形材２と側面Ｔ型形材３とでデッキパネル１を作製する方法について説明する。中空押出形材２を長手方向と横方向とに接合するが、横方向への接合は、中空押出形材２の上面両側に長手方向にそって突出しているフランジ２ａを、隣接する中空押出形材２同士で長手方向にそって突き合わせ、この突き合わせ部を連続的に摩擦攪拌溶接法（ＦＳＷ）による溶接で接合しデッキパネル１を形成する。
【００２３】
摩擦攪拌溶接法は、例えば、図２に示すように加工物（本実施形態では中空押出形材２）よりも実質的に硬い材質からなるツール６を加工物の溶接部５に挿入し、挿入したツール６を回転させながら移動させることにより溶接線方向の溶接を行うようにした溶接方法、すなわち、回転ツール６と加工物との間に生じる摩擦熱による塑性流動を利用して摩擦溶接するものである。
【００２４】
この摩擦溶接法は、溶接部材を固定した状態でツール６を回転させながら移動することにより接合することができるので、溶接方向に対して実質的に無限に長い部材でもその長手方向に連続的に固相接合することが可能である。そして、回転ツール６と溶接部材との摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のため、接合部を溶融させることなく接合できるという特徴があり、加熱温度が低いため、接合後の変形が少ないということや、接合部は溶融されないため、欠陥が少ないなどの利点があり、押出形材の接合に適しているものと考えられる。
【００２５】
なお、ツール６は上から下方向に向けて挿入するものであり、中空押出形材２のフランジ２ａを溶接する場合は、フランジ２ａの側を下側にして行う。こうして工場などで中空押出形材２を横方向に適宜数接合して輸送可能なユニットとする。
【００２６】
そして、接合したフランジ２ａの下方に形成される断面台形状の空所４に補剛材兼継手となる側面Ｔ型形材３の複数を適宜間隔、例えば２〜３ｍ間隔で配置し、その本体３ａの上部および側部をＭＩＧまたはＴＩＧ溶接法によりフランジ２ａの下面および側面板２ｄの外側に接合する。これにより中空押出形材２と直交する方向に側面Ｔ型形材３が配置される。
【００２７】
この第１実施形態は、橋軸と直交する方向に中空押出形材２が配置される場合であり、中空押出形材２の下面板２ｃおよび側面Ｔ型形材３の下部フランジ３ｂをデッキパネル１の支持部であるＨ型鋼によるビーム（主桁）７の上部フランジ７ａの上に配置し、側面Ｔ型形材３の下部フランジ３ｂとビーム７の上部フランジ７ａとをボルト８で締めつけ固定し機械的に接合する。これにより橋軸であるビーム７と直交する方向に中空押出形材２が並列されたデッキパネル１が配設される。
【００２８】
図４〜図６に示す第２実施形態は第１実施形態と同様に橋軸と直交する方向に中空押出形材２を配置する場合で、中空押出形材２の構造は第１実施形態と同様であるから、ここでの詳細な説明は省略する。この第２実施形態では、中空押出形材２を横方向に接合したときにフランジ２ａの下方に形成される空所４に取り付ける補剛材兼継手となる側面Ｔ型形材３の形状として、空所４に溶接される本体３ａの下部を延長し、隣接する空所４に溶接されるもの同士の下部の延長部３ｃを相互に連成し、全体形状を略櫛の歯状に形成した。
【００２９】
この中空押出形材２と側面Ｔ型形材３とでデッキパネル１を作製する方法について説明する。中空押出形材２を長手方向と横方向とに接合するが、横方向への接合は、第１実施形態と同様にして中空押出形材２の上面両側に長手方向にそって突出しているフランジ２ａを、隣接する中空押出形材２同士で長手方向にそって突き合わせ、この突き合わせ部を連続的に摩擦攪拌溶接法による溶接で接合しデッキパネル１を形成する。
【００３０】
そして、接合したフランジ２ａの下方に形成される空所４に補剛材兼継手となる側面Ｔ型形材３を適宜間隔で配置し、本体３ａの上部と側部をＭＩＧまたはＴＩＧ溶接法により中空押出形材２のフランジ２ａの下面および側面板２ｄの外側に、また、延長部３ｃの上部を中空押出形材２の下面板２ｃの下面に溶接した。
【００３１】
次に側面Ｔ型形材３の下部フランジ３ｂをデッキパネル１の支持部であるＨ型鋼によるビーム７の上部フランジ７ａの上に配置し、側面Ｔ型形材３の下部フランジ３ｂとビーム７の上部フランジ７ａとをボルト８で締めつけ固定し機械的に接合する。これにより橋軸であるビーム７と直交する方向に中空押出形材２が並列されたデッキパネル１が配設される。
【００３２】
この場合、側面Ｔ型形材３の延長部３ｃの高さを適宜設定することにより、デッキパネル１に勾配を設けることができ、排水用の水勾配とすることができる。
【００３３】
図７、図８は第３実施形態を示し、橋軸と平行方向に中空押出形材２を配置する場合で、中空押出形材２の基本構造は前記第１、第２実施形態と同様であるが、前記した構造に加えてこの第３実施形態では中空押出形材２の下面板２ｃの下面から長手方向にそって逆Ｔ形のビーム９を一体に成形し、このビーム９の下部のフランジ９ａを下方のＨ形鋼10による桁の上部フランジ10ａにボルト８で固定し機械的に接合する。
【００３４】
中空押出形材２の複数を横方向に摩擦攪拌溶接法による溶接により接合する構成、側面Ｔ型形材３を空所４にＭＩＧまたはＴＩＧ溶接法による溶接により接合する構成は前記第１、第２実施形態と同様である。
【００３５】
これにより、第３実施形態では中空押出形材２は橋軸である桁、すなわちＨ形鋼10に対してこれと平行の同方向に配置される。この場合は、ビームとして機能する部材が逆Ｔ形のビーム９として中空押出形材２の下部に一体に成形されるから、別途格別にビームを中空押出形材２に結合する必要がなく、よって、結合のためのボルト孔を穿設する必要もなくなるから、より大きな強度を確保できることになる。
【００３６】
図９、図10は第４実施形態を示し、これも第３実施形態と同様に橋軸と平行方向に中空押出形材２を配置する場合で、中空押出形材２の基本構造は前記第１、第２、第３実施形態と同様であるが、側面Ｔ型形材３の構造は、前記第１、第２、第３実施形態とは異なり、下部フランジ３ｂを備えない一枚ものの板状に形成する。
【００３７】
そして、デッキパネル１を製作するには、第１実施形態と同様にして中空押出形材２を横方向に摩擦攪拌溶接法による溶接により接合し、さらに、この接合によってフランジ２ａの下方に形成される空所４に側面Ｔ型形材３をＭＩＧまたはＴＩＧ溶接法による溶接により接合した後に、側面Ｔ型形材３の下面に中空押出形材２の長手方向にそってＨ型ビーム11を摩擦攪拌溶接法による溶接で接合する。
【００３８】
この接合は、Ｈ型ビーム11の上部フランジ11ａの両側の先端縁を長さ方向にそって中空押出形材２の側面板２ｄと下面板２ｃとの角部に溶接することになり、Ｈ型ビーム11の上部フランジ11ａが空所４の下方を塞ぐかたちでＨ型ビーム11が中空押出形材２と同方向に接合される。そして、Ｈ型ビーム11の溶接は、中空押出形材２を横方向に溶接する場合と同じ方向から溶接できるから、中空押出形材２を反転させずにそのままの状態で行えるから、作業性がよい。
【００３９】
次にＨ型ビーム11の下部フランジ11ｂを下方のＨ形鋼10による桁の上部フランジ10ａにボルト８で固定し機械的に接合する。これにより、第４実施形態では中空押出形材２は橋軸である桁、すなわちＨ形鋼10に対してこれと平行の同方向に配置される。この場合は、Ｈ型ビーム11は中空押出形材２の下部に摩擦攪拌溶接法による溶接で接合されるから、Ｈ型ビーム11を中空押出形材２に結合するためのボルト孔を穿設する必要がなく、より大きな強度を確保できることになる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のデッキパネルと桁の結合方法は、床版がアルミニウム製の場合、主桁が鋼製、アルミニウム製のいずれであっても、両者をボルトによる機械的接合で結合するようにしたから、アルミニウム床版との結合が可能で、しかも、溶接条件の厳しい現場溶接によらずにすむから施工期間の短縮も図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第１実施形態を示す縦断正面図である。
【図２】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第１実施形態を示す一部切欠いた斜視図である。
【図３】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第１実施形態を示す縦断側面図である。
【図４】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第２実施形態を示す一部切欠いた斜視図である。
【図５】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第２実施形態を示す縦断正面図である。
【図６】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第２実施形態を示す縦断側面図である。
【図７】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第３実施形態を示す縦断正面図である。
【図８】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第３実施形態を示す縦断側面図である。
【図９】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第４実施形態を示す縦断正面図である。
【図１０】  本発明のデッキパネルと桁の結合方法の第４実施形態を示す縦断側面図である。
【図１１】  従来のデッキの一部切欠いた平面図である。
【図１２】  従来のデッキパネルの縦断正面図である。
【符号の説明】
１…デッキパネル                ２…中空押出形材
２ａ…フランジ                  ２ｂ…上面板
２ｃ…下面板                    ２ｄ…側面板
２ｅ…中空部                    ３…側面Ｔ型形材
３ａ…本体                      ３ｂ…下部フランジ
３ｃ…延長部
４…空所                        ５…溶接部
６…ツール                      ７…ビーム
７ａ…上部フランジ              ８…ボルト
９…ビーム                      ９ａ…フランジ
10…Ｈ形鋼                      10ａ…上部フランジ
11…Ｈ型ビーム                  11ａ…上部フランジ
11ｂ…下部フランジ              21…エレメント
22…上部フランジ                23…下部フランジ
24…縦方向のウェブ              25…斜めのウェブ
26…空所                        27…溶接部
28…溶接部                      29…空所
【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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