(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼床版デッキプレートの下面からトラフリブで補強した鋼床版橋において、トラフリブの中に形成される密閉空間に圧縮空気を充填することにより、路面を走行する車両により鋼床版デッキプレートに生じる応力差を縮小させることを特徴とする鋼床版橋補強装置。
【請求項２】
前記密閉空間は前記トラフリブの両端が前記鋼床版デッキプレートの下面に設けられた横リブに溶接されていることにより密閉された空間であることを特徴とする請求項１記載の鋼床版橋補強装置。
【請求項３】
前記密閉空間は前記トラフリブの中に形成される空間にエアチューブを挿入することにより形成されることを特徴とする請求項１記載の鋼床版橋補強装置。
【請求項４】
前記密閉空間は、圧縮空気の流通を遮断する弁を備え圧縮空気供給管に接続できるエアバルブとトラフリブ内の圧力を表示する圧力計を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の鋼床版橋補強装置。
【請求項５】
前記密閉空間における圧力が下限設定値に達したときに警報信号を発生する圧力警報機を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の鋼床版橋補強装置。
【請求項６】
前記トラフリブに挟まれた中間領域を塞ぐように第２のエアチューブを装着したもので、該第２のエアチューブは、上表面を前記鋼床版デッキプレートの裏面に貼着し、下表面に軸力部材を貼着し、該第２エアチューブの中に圧縮空気を充填することにより前記中間領域の鋼床版デッキプレートで発生する応力と前記トラフリブの部分において前記鋼床版デッキプレートに発生する応力の差を縮小させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の鋼床版橋補強装置。
【請求項７】
前記第２のエアチューブは、圧縮空気の流通を遮断する弁を備え圧縮空気供給管に接続できるエアバルブとトラフリブ内の圧力を表示する圧力計を設けたことを特徴とする請求項６記載の鋼床版橋補強装置。
【請求項８】
前記軸力部材を有する前記第２のエアチューブは、横リブに配置した受台などで支持され、隣接の前記トラフリブ間に固定されることを特徴とする請求項６または７に記載の鋼床版橋補強装置。
【請求項９】
請求項６記載の鋼床版橋補強装置において、前記第２エアチューブの表面に斜めに緊張帯を添設することにより空気圧を導入したチューブ形状を安定させ、前記鋼床版デッキプレートに載荷される車両輪荷重によるせん断力を伝達させて補強梁を形成することを特徴とする鋼床版橋補強装置。
【請求項１０】
前記緊張帯を用いる代わりに、長手軸に平行と垂直および斜め４５度２方向の４軸方向の４軸編みの繊維シートを前記第２エアチューブに巻き付けたことを特徴とする請求項９記載の鋼床版橋補強装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市内に数多く建設されている鋼床版橋を補強する装置に関し、特に供用中の鋼床版橋において鋼床版デッキの疲労破壊を防止するために補強する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市部の高架道路や橋梁などに鋼床版橋が広く採用されている。
鋼床版は、図７に下側からの斜視図で示すように、デッキプレートの下面にほぼＵ字形の断面を有するトラフリブが複数、縦リブとして所定間隔で平行に配設されると共に、これらトラフリブと直交する横方向に横リブと横ゲタが所定間隔で配設され、さらに横リブや横ゲタを貫いて縦方向に主ゲタが配設され、それぞれ溶接によって一体に接合されて構成される。
鋼床版は、ＲＣ床版と比較して、軽量でかつ施工現場での工数が少なく、工期も短縮できる利点を有する。
【０００３】
しかし、通行車両の重量増加や通行量増加により鋼床版の疲労き裂が観察される事例が見られるようになった。
鋼床版に観察される疲労き裂では、デッキプレートと縦リブの隅肉溶接部、縦リブと横リブの交差部、デッキプレートと垂直補剛材の溶接部、縦リブの突き合わせ溶接部の各部に発生するものが顕著である。
【０００４】
特に、路面を走行する車両の輪荷重が載荷されるため、橋梁軸方向に渡された縦方向のトラフリブの溶接位置上のデッキプレートには曲げ応力が働いて、局部応力が繰り返し発生するためデッキ貫通型き裂が生じやすい。
図８は、トラフリブ直上に発生したデッキ貫通型き裂の例を説明する断面図である。鋼床版デッキプレートの下面にＵリブなどのトラフリブが溶着されていて、上面にグースアスファルト舗装により基層が形成され、その上にアスファルト舗装による表層が形成されている。
【０００５】
鋼床版デッキプレートを貫通するき裂は、車両の輪荷重が載荷すると曲げ応力が発生するＵリブ溶接継手の直上部分に発生しやすい。
このようにデッキプレートと縦リブの溶接継手部においてデッキプレートに発生するデッキ貫通型き裂は、橋梁の寿命に直結する上、対処が困難である。
このような疲労き裂を未然に防止して橋梁の破壊を避けるため鋼床版を補強する適当な技術の開発が課題となっている。
【０００６】
鋼床版橋の路面舗装は、通常、アスファルト舗装を適用しており剛性が低いことから、疲労破壊に対する予防保全として、コンクリート舗装あるいはモルタル舗装に変更する方法がある。しかし、既存橋に舗装変更を施す場合、舗装工事のため長期に亘る交通規制が行われ経済活動の障害となる。そこで、橋梁の下面から補修、補強する技術が注目される。
【０００７】
特許文献１には、橋梁の下面から補強する工法として、鋼床版の下面に溶接したＵリブの内部に軽量発泡コンクリートを注入して固化させることにより溶接継手部の剛性を高める技術が開示されている。開示工法は、軽度の交通規制で比較的安価に施工することで、溶接継手部の疲労強度を向上させることができる。
しかし、開示の工法では、コンクリート充填状態を確認することが難しく、また橋梁本体の重量増加が大きく橋梁本体や橋脚や基礎の耐力不足が問題になる。
【０００８】
また、非特許文献１には、Ｕリブの間にＣＴ形鋼や板材などの補強材を高力ボルトで固定し、またＵリブの底部を切り開いてＵリブ内に補強材を高力ボルトで固定する工法が開示されている。
この開示方法は、レーン規制下で施工が可能で、鋼床版の変形と橋軸方向応力を効果的に低減することができるが、路面側から工作する必要があり交通規制を伴う。また、橋梁の重量が重くなり耐力不足が問題になる。
【特許文献１】特開２００１−２４８１１４号公報
【非特許文献１】木下広志他：Ｕリブ雨樋型カットによる鋼床版疲労損傷に対する補強方法の提案、土木学会第６１回年次学術講演会前刷、平成１８年（２００６年）９月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、橋梁の重量増加がより少なく、かつ適用が容易な鋼床版橋補強装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の鋼床版橋補強装置は、鋼床版デッキプレートの下面からトラフリブで補強した鋼床版橋に適用するもので、トラフリブの中に形成される空間に圧縮空気を充填することにより、路面を走行する車両の有無により鋼床版デッキプレートに発生する応力差を縮小させることを特徴とする。
本発明の補強装置によれば、トラフリブ内部の空気圧によりデッキプレートが上方に押圧されるので、この部分のデッキプレート上に車両の輪荷重が載荷するときのデッキプレートのたわみが減少する。したがって、トラフリブ溶接部分に発生する曲げ応力が減少して疲労き裂が生じ難い。
【００１１】
トラフリブの両端が鋼床版デッキプレートの下面に設けられた横リブに溶接されて密閉空間を形成したものであるときには、形成された密閉空間に直接に圧縮空気を密封することにより、デッキプレートに発生する応力差を減少させることができる。
また、トラフリブ内の空間が密閉性がないときにも、トラフリブの一部に挿入口を開設してエアチューブを挿入し、エアチューブに圧縮空気を充填することで、車両の有無による応力差を減少させることができる。
【００１２】
なお、上記密閉空間やエアチューブは、エアバルブを備えた圧縮空気を供給するタップコネクタを設けると共に、エア漏れなどで内圧が低下することを感知するための圧力計を備えることが好ましい。
また、トラフリブに囲まれた密閉空間における過度のエア漏れはデッキプレートのき裂が貫通したことを意味する可能性が高いので、配設された圧力計は疲労き裂の管理に利用することができる。
さらに、圧縮空気の補給あるいは疲労き裂の監視のために、所定の下限圧力値で警報信号を発生する圧力警報機を、圧力計と共にあるいは圧力計に代えて、備えることもできる。
【００１３】
さらにまた、トラフリブに挟まれた中間領域に、その中間領域を塞ぐように第２のエアチューブを装着したものであってもよい。第２エアチューブは、上表面を鋼床版デッキプレートの裏面に貼着し、下表面に軸力部材を貼着し、中に圧縮空気を充填するものである。
第２エアチューブは、トラフリブに挟まれた中間領域の鋼床版デッキプレートに車両の輪荷重が載荷したとき発生するトラフリブ溶接部のデッキプレートに発生する応力の差を縮小させる効果を呈する。
さらに、鋼床版全体の剛性が向上するので、横リブ交差部分の疲労き裂も緩和される。
【００１４】
軸力部材は第２のエアチューブに貼着されると共に、横リブや鋼床版の主ゲタに固定された部材に対して固定されても良く、また隣接のトラフリブに対して固定されていてもよい。
なお、上記軸力部材を固定すると共に、第２エアチューブの表面に緊張帯を添設してチューブ形状を安定させ、鋼床版デッキプレートに載荷される車両輪荷重によるせん断力を伝達させて補強梁を形成してもよい。
上記緊張帯は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの帯状シートで形成することができる。
上記緊張帯を用いる代わりに、長手軸に平行と垂直および斜め４５度２方向の４軸方向の４軸編みの繊維シートを前記第２エアチューブに巻き付けて形成することもできる。
【００１５】
本発明の鋼床版橋補強装置は、使用部材が少なく軽量であって従来の補強構造より軽量であるため、橋梁本体の重量増加も少ないので、橋梁本体、下部構造、基礎構造などに新たな補強を行う必要性が低く、工事も簡単である。また、橋梁の下面から設置工事を行うことができるので、交通規制を最小限にすることができる。
さらに、トラフリブの内部空間を直接利用する装置では、タップコネクタ、圧力計の取付工事を行えば済み、またエアチューブを利用する装置では、使用するエアチューブ、軸力部材など使用材料は軽量で、運搬や設置が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、実施例を用いて本発明の鋼床版橋補強装置について詳細に説明する。
図1は第１の実施例に係る鋼床版橋補強装置の要部立面断面図、図２は第１実施例の性能を確認するＦＥＭ解析に使ったモデルの断面図、図３はＦＥＭ解析結果を示すグラフ、図４は第２の実施例に係る鋼床版橋補強装置の要部立面断面図、図５は第２実施例の側面断面図、図６は第２実施例の耐荷性能向上対策を施した事例を示す側面図である。
【００１７】
（第１実施例）
図１に示した第１実施例の鋼床版橋補強装置は、高架式高速道路や橋梁部に使用される鋼床版橋であって、鋼床版デッキプレート１１の下面にＵリブなどのトラフリブ１２で補剛した鋼床版橋１０に適用するものである。
トラフリブ１２は、図７で説明した通り、両端面を横リブや横ゲタに溶接されていて、鋼床版デッキプレート１１との間に密閉空間１３を形成している。
【００１８】
密閉空間１３には、図外の圧縮空気供給ホースを接続するタップコネクタ１４が取り付けられる。タップコネクタ１４は、圧縮空気を密閉空間１３に注入するときに流路を開放し、密閉空間１３内に充填した圧縮空気を外部に漏らさないように流路を閉鎖するエアバルブを装備している。なお、エアバルブに逆止弁を使うと、圧縮空気供給ノズルを引き外すだけで封止できるので、圧縮空気の充填作業が簡略化して便利である。
また、密閉空間１３の内圧を測定表示する圧力計１５が、タップコネクタ１４あるいは密閉空間１３本体に装備されている。
【００１９】
本実施例の鋼床版橋補強装置は、トラフリブ１２の中に形成される密閉空間１３に圧縮空気を充填することにより鋼床版デッキプレート１１を内側から押圧して支持する。
鋼床版デッキプレート１１は下面から空気圧で支持されるため、路面を走行する車両の有無により鋼床版デッキプレート１１に発生する応力差を縮小させることができる。
車両の輪荷重が載荷されていないときに鋼床版デッキプレート１１に掛かる応力、車両が載荷されたときの応力、また車両載荷の前後における応力差は、密閉空間１３に充填された空気圧力により変化する。
【００２０】
本実施例の鋼床版橋補強装置の効果をＦＥＭ解析によって確認した。
図２は、ＦＥＭ解析で使用した鋼床版の部分モデルを表す断面図である。鋼床版部分モデルは、厚さ１２ｍｍの鋼床版デッキプレート１１に厚さ６ｍｍ開口幅３５０ｍｍのＵリブ１２を溶接して密閉空間１３を形成したもので、密閉空間１３に圧縮空気を充填することにより鋼板全体に張力を導入し復元抵抗力を増加させる。鋼床版デッキプレート１１上面の中央における幅２００ｍｍの領域に車両輪荷重相当の外力として３０ｋＮの荷重１６が載荷されるものとした。
【００２１】
ＦＥＭ解析では、密閉空間１３に充填する空気圧を変化させて、圧縮空気により支持された鋼床版デッキプレート１１におけるＵリブ接合部近傍のデッキプレート下縁水平方向の応力と、車両輪荷重相当の外力を載荷したときに生じる同じ方向の応力との差を持って評価した。
【００２２】
図３は、解析結果をグラフに表したものである。
図に示すように、荷重載荷の有無による応力差は、内圧を増加させると減少する。ただし、鋼床版デッキプレート１１に掛かる応力値が過大であると鋼床版デッキプレート１１の過応力や疲労が問題となるので、適度な範囲に収まっていることが求められる。空気圧が低いと載荷後の応力値が大きくなり、また空気圧が高いと載荷前の応力値が大きくなる。
【００２３】
この解析条件では、トラフリブ接合部近傍の応力は、２．２気圧付近、２〜２．５気圧の範囲で圧縮空気を充填したときに、車両荷重が無い場合と載荷された場合に応力が小さく、載荷前後における応力差が小さくなって、安定した補強効果が得られることが分かる。
上記の通り、本実施例の鋼床版橋補強装置に適当な圧縮空気を充填することにより、通行車両載荷時のデッキプレートの変形を減少させ、トラフリブ１２と鋼床版デッキプレート１１の溶接部における局所応力を緩和することができる。
こうして、本実施例の補強装置によって鋼床版橋の効果的な補強ができることを確認することができた。
【００２４】
鋼床版橋の下方に管理用の検査通路が設置されていて、作業者が適当な時間間隔で圧力計の指示を検査し、圧力低下が見られる密閉空間については、図外のエアポンプの吐出口に繋がれた空気ホースをタップコネクタ１４に接続し、圧力計１５を見ながら必要な量の圧縮空気を補填する。
なお、トラフリブ１２内の圧力の低下が著しいときや徐々に圧力低下する場合は、鋼床版デッキプレート１１に貫通き裂が発生して空気の漏洩が生じた可能性があるので、圧力計１５を鋼床版の疲労き裂の点検に利用することができる。
【００２５】
タップコネクタ１４と圧力計１５は、各トラフリブ１２ごとに配管を橋梁の側部まで引いてきて路面から取り扱える位置に設置するようにすることもできる。橋梁側部にタップコネクタ１４と圧力計１５を配置すれば、コンプレッサを搭載した作業車を橋梁側部に寄せて停車し、車上から効率よく作業を行うことができる。
なお、複数のトラフリブ１２を連結して共通に圧縮空気を充填し、圧力管理を行うようにしてもよい。
【００２６】
本実施例の鋼床版橋補強装置は、トラフリブ１２にタップコネクタ１４と圧力計１５を設置することにより簡単に構成することができる。たとえば、トラフリブ１２の底面に小さな穴を穿ってタップコネクタ１４の根本を挿入し、ナットあるいは溶接で固定すればよい。圧力計１５はタップコネクタ１４に組み込んでおくこともできる。
したがって、既設橋に対して適用する場合も、橋梁上面の交通規制をする必要がなく、また極めて短期間で設置工事を完成させることができる。
【００２７】
（第２実施例）
本発明に係る第２実施例の鋼床版橋補強装置は、第１実施例の鋼床版橋補強装置の構成に加えて、トラフリブに挟まれた中間領域にエアチューブを貼着して圧縮空気を充填し、中間領域における応力についても減少させることにより、鋼床版橋のさらなる補強を図ったものである。
【００２８】
図４の立面図と図５の側面図で示すように、鋼床版のトラフリブ１２とトラフリブ１２の中間領域にエアチューブ２１を設置し、圧縮空気を充填してトラフリブ１２の中間領域における通行車両載荷時の変形を減少させ、トラフリブ１２と鋼床版デッキプレート１１の溶接部の局所応力を緩和させるものである。
【００２９】
エアチューブ２１は、ゴム製または高分子繊維シート製で、鋼床版デッキプレート１１とトラフリブ１２に接する貼着部２２はエポキシ系樹脂接着材で接着されている。また、エアチューブ２１の下面には、軸力部材２３が貼着されている。軸力部材２３は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）のプレートなど軽量で変形しにくい硬板が用いられ、曲げ変形に抗する剛性をエアチューブ２１に付加している。なお、軸力部材２３には、さらに軸力部材面に垂直な板を形成して補強リブ２４とし、変形抵抗力を増大させることもできる。補強リブ２４はＦＲＰなど硬板で形成される。
【００３０】
軸力部材２３は、エアチューブ２１の両端部に位置する横リブ１７あるいは横ゲタにそれぞれ取り付けられた受台１８に接着剤あるいはボルトなどで固定することにより、鋼床版デッキプレート１１に対して固定されている。なお、軸力部材２３はエアチューブ２１に貼着されると共に隣接のトラフリブ１２に固定してもよく、また鋼床版の主ゲタからの支持部材を用いて固定されるようにしてもよい。図中参照番号１９はトラフリブなどの縦リブを示す。
【００３１】
エアチューブ２１には、第１実施例において使用されたタップコネクタ１４および圧力計１５が設置されていて、エアチューブ内を加圧したり、内圧を管理したりすることができるようになっている。
エアチューブ２１のタップコネクタ１４と圧力計１５についても、配管で引き出して橋梁側部に設置することができることはいうまでもない。
【００３２】
タップコネクタ１４を通してエアチューブ２１に圧縮空気を充填すると内圧が上昇するが、下面には空間的に固定された軸力部材２３が存在するため、第１実施例の補強装置と同様に、鋼床版デッキプレート１１を上方に上側に押圧して、通行車両があったときの鋼床版デッキプレート１１の凹みを減少させる。したがって、車両載荷の有無による応力差が緩和され、鋼床版デッキプレート１１を効果的に補強することができる。
ただし、第２実施例におけるエアチューブ２１を使った補強方法では、圧縮空気はエアチューブ２１の表層膜で遮蔽されるので、内圧を監視して鋼床版デッキプレート１１に発生する貫通き裂の点検に利用することはできない。
【００３３】
本実施例のエアチューブ２１は、ゴム製またはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、塩化ビニル、ポリエチレンなどの材料からできた膜で形成することができる。また、樹脂をコーティングした繊維基材を使用することができる。特に、繊維が軸に対して平行、垂直、斜め４５度２方向の４軸編みの繊維シートで形成することもできる。
【００３４】
本実施例の鋼床版橋補強装置におけるエアチューブ２１を設置するには、エアチューブ２１を設置するスパンにおける横リブ１７に受台１８を設置しておき、軸力部材２３とタップコネクタ１４と圧力計１５を取り付けたエアチューブ２１を準備して、鋼床版デッキプレート１１の裏側に接着材でエアチューブ２１を貼付し、軸力部材２３を受台１８に固定すればよい。
したがって、既設橋に対して適用する場合も、橋梁下面において工事を行えばよく、また極めて短期間で設置することができる。
【００３５】
図６は、エアチューブ２１の表面に貼着した緊張帯２５によりせん断力を伝達するようにした鋼床版橋補強装置の側面図である。
図６に示すように、エアチューブ２１は横リブ１７や横ゲタに挟まれ、鋼床版デッキプレート１１や隣接したＵリブ、横リブ１７などに接する表面は接着剤でこれら表面に貼付される。
【００３６】
緊張ケーブルや緊張テープなどの緊張帯２５をエアチューブ２１の表面に貼り付けてある。緊張帯２５には炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの帯状シート材料が利用できる。
また、繊維が軸に対して平行、垂直、斜め４５度２方向の４軸編みの繊維シートをエアチューブ２１に巻き付けて、同様にせん断力を伝達できる補強効果の高い補強装置を構成することもできる。
なお、エアチューブ２１の下面にはタップコネクタ１４と圧力計１５のセットが取り付けられている。
【００３７】
緊張帯２５はエアチューブ２１の両端における上端にそれぞれ一端を固定し、中央の下側に向けてスパイラル状に巻き付けた形となったものを対称に１対使用する。また、たとえば、参照番号２６で示すように、緊張帯の一端をエアチューブ２１の端部上端に固定し、中央上部に向けて巻き付ける形のものを使用することもできる。
【００３８】
エアチューブ２１に圧縮空気を充填するとエアチューブ２１が膨らみ、緊張帯２５，２６に引張力が作用して、エアチューブ２１のせん断力を伝達できることになり、鋼床版デッキプレート１１のたわみを抑制し、応力を軽減する機構になっている。
緊張帯の配置方法や配置数は、要求される補強性能にしたがって変更することができることはいうまでもない。
本実施態様の鋼床版橋補強装置におけるエアチューブ２１は、大部分の材料が軽量で柔軟であるため、運搬や設置工事が簡単で便利である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施例に係る鋼床版橋補強装置の要部立面断面図である。
【図２】第１実施例の性能を確認するＦＥＭ解析に使ったモデルの断面図である。
【図３】ＦＥＭ解析結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施例に係る鋼床版橋補強装置の要部立面断面図である。
【図５】図４に示す第２実施例の側面断面図である。
【図６】第２実施例の耐荷性能向上対策を施した事例を示す側面図である。
【図７】本発明で対象とする鋼床版を下側から見た斜視図である。
【図８】トラフリブ直上に発生したデッキ貫通型き裂の例を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  鋼床版橋
１１  鋼床版デッキプレート
１２  トラフリブ（Ｕリブ）
１３  密閉空間
１４  タップコネクタ
１５  圧力計
１６  車両輪荷重相当の外力
１７  横リブ
１８  受台
１９  縦リブ
２１  エアチューブ
２２  貼着部
２３  軸力部材
２４  補強リブ
２５，２６  緊張帯
【図１】
0005058015.tif 000002
【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】
0005058015.tif 000009