(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吊橋、斜張橋等の橋に用いられる主塔であって、
橋軸方向と平行に、橋軸直角方向に対向配設された一対の第１の鋼部材と、橋軸直角方向と平行に、橋軸方向に対向配設された一対の第２の鋼部材とを組込んで断面ほぼ四角形の筒状体を構成し、該筒状体を鉛直方向に積み上げて個別に又は複数の筒状体ごとに前記第１の鋼部材の橋軸方向と平行な対向する領域にコンクリートを打設したことを特徴とする複合主塔。
【請求項２】
第１の鋼部材をほぼ溝形鋼状に形成すると共に、第２の鋼部材をほぼリップ溝形鋼状に形成し、前記第１の鋼部材のフランジに前記第２の鋼部材のリップを接合して断面ほぼ四角形の筒状体を構成し、該筒状体を鉛直方向に積み上げて個別に又は複数の筒状体ごとに前記第１の鋼部材の対向するウェブの内壁面又は外壁面にコンクリートを打設したことを特徴とする請求項１記載の複合主塔。
【請求項３】
第１の鋼部材のウェブの内壁面又は外壁面にあらかじめコンクリートを打設したことを特徴とする請求項１又は２記載の複合主塔。
【請求項４】
第１の鋼部材と第２の鋼部材で構成した筒状体の四隅の鉛直方向に隅切り部を設けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の複合主塔。
【請求項５】
吊橋、斜張橋等の橋に用いられる主塔の施工方法であって、
内壁面又は外壁面にコンクリートが打設された一対の第１の鋼部材を前記コンクリートを橋軸方向と平行にして橋軸直角方向に対向配置すると共に、これら第１の鋼部材に橋軸直角方向と平行にして橋軸方向に対向配置された第２の鋼部材を接合して断面ほぼ四角形の筒状体を構成する工程と、
該筒状体を順次鉛直方向に積み上げて下段の筒状体と接合する工程とからなることを特徴とする複合主塔の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吊橋や斜張橋に用いられる複合主塔及びその施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、長大な吊橋の橋梁主塔（以下、単に主塔という）を構成する塔柱の断面形状は通常矩形であり、設計にあたっては、耐風性と耐震性が問題となる。耐風性については、静的風荷重に耐え、カルマン渦に起因する渦励振をはじめとする空力振動を許容値内に収めるような工夫が求められ、断面剛性の増加、断面形状の変更などによる耐風安定化対策が講じられる。
【０００３】
また、耐震性については、予想される地震力に対して、発生応力、発生変位が許容値内に収まるような工夫が講じられ、一般的には、剛性を上げて応力、変位を小さくする方法、制振装置の設置による方法、長周期化することにより地震力の低減を図る方法などが講じられている。
【０００４】
鋼とコンクリートから構成された複合主塔は、新しい構造形式として近年注目を集めている。この複合主塔は、鋼製主塔より重量が大で渦励振に対して有利である一方、鉄筋コンクリート（ＲＣ）主塔より軽量であるため、地震時の基礎への負担が小さいなどの特長を有すると共に、鋼製主塔、ＲＣ主塔より設計の自由度に富むため、経済的に優れた主塔を提供することができると考えられている。
【０００５】
このような複合主塔の一例として、神、津村、高尾：「長大吊橋における複合構造主塔の試設計」（土木学会第５４回年次学術講演会、Ｉ−Ａ１３４、pp.２６８−２６９、平成１１年９月）がある。
この複合主塔は、図１０に示すように、３０は橋軸直角方向の両側に対向して設置された一対の主塔（図には一方の主塔３０のみ示してある）で、この主塔３０（例えば、高さ２００ｍ）は、橋軸直角方向に所定の間隔（例えば、中心部の間隔２６ｍ）を隔てて設置された一対の塔柱３１と、主塔３０の上下方向に所定の間隔で設けられて両塔柱３１を連結する複数の水平部材３８とからなっている。
【０００６】
そして、両塔柱３１は、内壁面に複数のスタッド等３４が設けられた断面矩形状（例えば、長辺７ｍ、短辺６ｍ）の外鋼板３２と、外壁面に複数のスタッド等３５が設けられて外鋼板３２内に設置された断面矩形状（例えば、長辺５ｍ、短辺４ｍ）の内鋼板３３と、これら外鋼板３２と内鋼板３３との間に形成された空間部３６内に充填されたコンクリート３７とから構成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
外鋼板３２と内鋼板３３とかなるサンドウイッチ構造からなる塔柱３１を採用した上記の主塔３０は種々特長を有するが、このような構造では、外鋼板３２と内鋼板３３がそれぞれ座屈から定まる最小板厚を確保する必要があるため、鋼材料の低減が困難である。
また、現地接合のため外鋼板３２と内鋼板３３との間に人が入れる大きさの空間部３６を設ける必要があり、このため、強度的に必要な量以上のコンクリート３７を充填しなければならない。
さらに、外鋼板３２、内鋼板３３をそれぞれ現地接合しなければならず、これらにより架設費用が高額になる等の問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、軽量で輸送、ハンドリングが容易でかつ安価であって、耐風性、耐震性にすぐれた複合主塔及びその施工方法を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る複合主塔は、橋軸方向と平行に、橋軸直角方向に対向配設された一対の第１の鋼部材と、橋軸直角方向と平行に、橋軸方向に対向配設された一対の第２の鋼部材とを組込んで断面ほぼ四角形の筒状体を構成し、該筒状体を鉛直方向に積み上げて個別に又は複数の筒状体ごとに前記第１の鋼部材の橋軸方向と平行な対向する領域にコンクリートを打設したものである。
【００１０】
（２）また、本発明に係る複合主塔は、上記（１）の第１の鋼部材をほぼ溝形鋼状に形成すると共に、第２の鋼部材をほぼリップ溝形鋼状に形成し、前記第１の鋼部材のフランジに前記第２の鋼部材のリップを接合して断面ほぼ四角形の筒状体を構成し、該筒状体を鉛直方向に積み上げて個別に又は複数の筒状体ごとに前記第１の鋼部材の対向するウェブの内壁面又は外壁面にコンクリートを打設したものである。
【００１２】
（３）また、本発明に係る複合主塔は、上記（１）又は（２）の第１の鋼部材のウェブの内壁面又は外壁面にあらかじめコンクリートを打設したものである。
【００１３】
（４）さらに、本発明に係る複合主塔は、上記（１），（２）又は（３）の第１の鋼部材と第２の鋼部材で構成した筒状体の四隅の鉛直方向に隅切り部を設けたものである。
【００１４】
（５）本発明に係る複合主塔の施工方法は、内壁面又は外壁面にコンクリートが打設された一対の第１の鋼部材を前記コンクリートを橋軸方向と平行にして橋軸直角方向に対向配置すると共に、これら第１の鋼部材に橋軸直角方向と平行にして橋軸方向に対向配置された第２の鋼部材を接合して断面ほぼ四角形の筒状体を構成する工程と、該筒状体を順次鉛直方向に積み上げて下段の筒状体と接合する工程とからなるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
一般に、主塔のように高い塔状構造物では長周期化されていることが多いため、耐震設計に着目すれば、主塔は剛性を小さくして長周期化を図ればよい。しかしながら、橋梁における橋軸直角方向には、桁やケーブルに作用する風荷重を主塔で支える必要があることから、橋軸直角方向の剛性を高くする必要がある。すなわち、橋軸方向の断面二次モーメントよりも、橋軸直角方向の断面二次モーメントを大きくすることが合理的である。したがって、複合主塔において、コンクリートを打設して鋼板と合成させる場所は、主塔を形成する鋼板の中で橋軸方向に平行な鋼板に沿った部分のみでよいと云える。
【００１８】
さらに、コンクリートの打設を簡略化し、架設を簡単にするためにはパネル架設が望ましい。これは、主塔を構成する筒状体の１要素である鋼板を別々に現地で組み上げる方法である。このように構成することにより、１つの部材の重量が小さくなるため、架設用クレーンが小型化され、ハンドリングも容易になる。また、隅切り形状も容易に形成できるため、カルマン渦励振対策としても効果的である。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る複合主塔を有する吊橋の模式図、図２は図１のＡ−Ａ断面図（但し、一方の複合主塔のみ示してある）、図３は図２のＢ−Ｂ断面図、図４は図３の分解斜視図である。
図において、１は橋梁、２は上面に床版を有する補剛桁、３は橋軸直角方向の両側に対向配置された一対の複合主塔（以下、単に主塔という）、２２は主塔３の上端部に張られたケーブル、２３は補剛桁２とケーブル３との間に設けられたハンガーである。なお、２１は主塔３が設置される基礎である。
【００２０】
主塔３は、橋軸直角方向に所定の間隔で基礎２１上に設置された一対の塔柱５ａ，５ｂ（以下、塔柱を単に５と記すことがある）と、その上下方向において両塔柱５ａ，５ｂを連結する複数の水平部材４等から構成されている。主塔３を構成する塔柱５ａ，５ｂの構造を図３、図４により説明する。なお、両塔柱５ａ，５ｂは同じ構造なので、以下、一方の塔柱５ａについて説明する。
【００２１】
６ａ，６ｂは塔柱５の橋軸直角方向に対向配置された一対の鋼部材（以下、第１の鋼部材といい、単に６と記すことがある）で、鋼板からなるウェブ６１とその両端部に設けたフランジ６２からなり、これらは溶接接合されて溝形鋼とほぼ同様の断面形状に形成されており、フランジ６２の自由端側の長手方向には、複数のボルト挿通穴６３が設けられている。６４は後述のコンクリート８の付着力を増大し、第１の鋼部材６とコンクリート８を合成断面として機能させるために、ウェブ６１の内壁面及びフランジ６２のウェブ６１側の内壁面に設けた例えばスタッドの如きずれ止め材、８は第１の鋼部材６の内面側に対向して打設されたコンクリートである。
【００２２】
７ａ，７ｂは塔柱５の橋軸方向に対向配置された一対の鋼部材（以下、第２の鋼部材といい、単に７と記すことがある）で、鋼板からなるウェブ７１、その両端部に設けたフランジ７２及びフランジ７２の先端部にウェブ７１と平行に設けたリップ７３からなり、これらは溶接接合されてリップ溝形鋼とほぼ同様の断面形状に形成されており、リップ７３の長手方向には、第１の鋼部材６のフランジ６２に設けたボルト挿通穴６３に対応してボルト挿通穴７４が設けられている。
【００２３】
上記のような第１，第２の鋼部材６，７は、トラック等で輸送可能の長さＬの各部材（鋼板）を工場等においてそれぞれ溶接接合して構成される（この場合、コンクリート８は打設されていない）。
そして、後述のように、現地において組立てられて断面がほぼ四角形で中空の筒状体１０が形成されるが、第１の鋼部材６の幅Ｗ3は塔柱５の橋軸方向の幅Ｗ1より狭く、また、第２の鋼部材７の幅Ｗ4は塔柱５の橋軸直角方向の幅Ｗ2より狭く形成されており、これにより、塔柱５の四隅の鉛直方向には隅切り部９が形成される。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る主塔３の施工手順の一例を、図５により説明する。先ず、第１，第２の鋼部材６，７を現地に輸送する。そして、第１の鋼部材６ａ，６ｂを、図５（ａ）に示すように、基礎２１上の橋軸直角方向に所定の間隔（Ｗ2）で、開口部を対向させて設置する。ついで、図５（ｂ）に示すように、第１の鋼部材６ａ，６ｂの橋軸方向、したがって、フランジ６２に第２の鋼部材７ａ，７ｂのリップ７３をそれぞれ当接し、フランジ６２とリップ７３に設けたボルト挿通穴６３，７４を利用して、ボルトにより両者を一体に接合する。これにより、平面ほぼ四角形で中空の最下段の筒状体１０が構成され、四隅の鉛直方向には隅切り部９が形成される。この場合、第１，第２の鋼部材６，７は鋼板を接合したので軽量で輸送やハンドリングが容易であり、また、第１，第２の鋼部材６，７の接合にあたっては筒状体１０内に大きな空間部１１が存在するため、作業がきわめて容易である。
【００２５】
次に、図５（ｃ）に示すように、筒状体１０の空間部１１内に、第１の鋼部材６ａ，６ｂのウェブ６１との間にコンクリート８を打設する領域、すなわち橋軸方向と平行な充填空間部６５を残して移動型枠１２を設置し、筒状体１０の上部開口部から充填空間部６５内にコンクリート８を打設する。
そして、コンクリート８が固化したのち移動型枠１２を撤去すれば、図５（ｄ）に示すように、空間部１１の橋軸直角方向の両側において、橋軸方向と平行にコンクリート８が打設された筒状体１０が構成される。なお、型枠に例えば発泡スチロール等を用いれば、コンクリート８の固化後に型枠を撤去することなく、そのまま残置してもよい。
【００２６】
次に、基礎２１上に設置した最下段の筒状体１０上に、上述の要領で第１，第２の鋼部材６，７を設置し、下段の筒状体１０と溶接又はボルトにより接合して２段目の筒状体１０を設け、前記と同様にコンクリート８を打設する。以後、上記の要領により順次３段目、４段目……の筒状体１０を積み上げて塔柱５を構成する。そして、塔柱５ａ，５ｂを複数の水平部材４で連結することにより主塔３が構築される。
なお、上記の説明では、各筒状体１０ごとにコンクリート８を打設する場合を示したが、複数の筒状体１０を積み上げたのち空間部１１に移動型枠１３等を設置し、充填空間部６５にコンクリート８を打設してもよい。
【００２７】
［実施の形態２］
図６は本発明の実施の形態２に係る主塔を構成する塔柱の断面説明図である。実施の形態１では、現地において筒状体１０にコンクリート８を打設する場合を示したが、本実施の形態においては、第１の鋼部材６にあらかじめ工場等においてコンクリート８を打設して、現地に輸送するようにしたものである。
【００２８】
図６（ａ）において、６６は第１の鋼部材６の両フランジ６１間において、ボルト挿通穴６３のウェブ側にウェブ６１と平行に溶接接合した隔壁で、ウェブ６１との間に充填空間部６５が形成される。そして、この充填空間部６５にあらかじめ工場等においてコンクリート８を打設して、コンクリート付きの第１の鋼部材６を構成したものである。
【００２９】
本実施の形態の施工方法も実施の形態１の場合とほぼ同様であり、第１，第２の鋼部材６，７を接合することにより、図６（ｂ）に示すような筒状体１０が構成されるが、第１の鋼部材６にはあらかじめコンクリート８が打設されているので、現地において筒状体１０にコンクリート８を打設する工程を省略することができる。
なお、状況によっては、隔壁６６を設けた第１の鋼部材６と第２の鋼部材７を現地に輸送し、筒状体１０を構成したのち充填空間部６５にコンクリート８を打設してもよく、また、隔壁６６に代えて着脱可能の型枠を設けてもよい。
【００３０】
［実施の形態３］
図７は本発明の実施の形態３に係る主塔を構成する塔柱の断面説明図である。
本実施の形態は、実施の形態１，２のように第１の鋼部材６の内壁面に設けたずれ止め材６４を省略し、第１の鋼部材６のウェブ６１の外壁面にずれ止め材６４を設け（図示せず）、この外壁面に沿ってコンクリート８を打設したものである。
【００３１】
すなわち、図７（ａ）に示すように、工場等において、第１の鋼部材６のウェブ６１の外壁面に沿って型枠（図示せず）を設置し、この型枠内にコンクリート８を打設してコンクリート８が固化したのち型枠を撤去する。そして、コンクリート８が設けられた第１の鋼部材６及び第２の鋼部材７を現地に輸送し、実施の形態１，２の場合と同様に基礎２１上で組立てて筒状体１０を形成し、順次積み上げて塔柱５を構成したものである。
【００３２】
上記の説明では、工場等において第１の鋼部材６のウェブ６１の外壁面にコンクリート８を打設して現地に輸送する場合を示したが、ウェブ６１の外壁面にずれ止め材６４を設けた第１の鋼部材６と第２の鋼部材７を、実施の形態１の場合と同様に現地に輸送し、基礎２１上で組立てて筒状体１０を形成したのち第１の鋼部材６のウェブ６１の外壁面に型枠を設置し、この型枠内にコンクリート８を打設するようにしてもよい。
本実施の形態によれば、図７（ｂ）に示すように、塔柱５の四隅に２段の隅切り部９ａ，９ｂを設けることができるので、耐風性をさらに向上することができる。
【００３３】
［実施の形態４］
実施の形態１〜３においては、塔柱５の四隅に隅切り部９を設けた場合を示したが、本実施の形態は、隅切り部９を省略し、塔柱５の断面形状を四角形に形成したものである。
図８（ａ）は本実施の形態に係る塔柱の平断面図である。本実施の形態は、図８（ｂ）に示すように、第１の鋼部材６の幅Ｗ3を塔柱５の橋軸方向の幅Ｗ1より狭く形成すると共に、第２の鋼部材７の幅Ｗ4を塔柱５の橋軸直角方向の幅Ｗ2とほぼ等しく形成する。
【００３４】
そして、第１の鋼部材６のフランジ６２に第２の鋼部材７のリップ７３をボルト接合して筒状体１０を構成し、第１の鋼部材６のウェブ６１とフランジ６２で囲まれた領域にコンクリート８を打設したもので、施工手順は実施の形態１の場合と同様である。
この場合、第１の鋼部材６を橋軸方向に配置し、第２の鋼部材７を橋軸直角方向に配置して筒状体１０を構成し、第２の鋼部材７のウェブ７１、フランジ７２及びリップ７３で囲まれた領域にコンクリート８を打設してもよい。
【００３５】
図９（ａ）は実施の形態２の場合と同様に、第１の鋼部材６のフランジ６２の間にウェブ６１と平行に隔壁６６を設け、あらかじめ工場等でウェブ６１、フランジ６２及び隔壁６６で囲まれた領域にコンクリート８を打設したものである。本例における塔柱５の施工手順は、実施の形態２の場合と同様である。
また、図９（ｂ）は実施の形態３の場合と同様に、第１の鋼部材６のウェブ６１の外壁面にコンクリート８を打設したもので、その施工手順は実施の形態３の場合と同様である。
【００３６】
本発明は、上述のように、順次積み上げて塔柱５を構成する筒状体１０を、鋼板からなる第１，第２の鋼部材６，７を工場等で製作して現地で組立てるようにしたので、軽量で輸送及びハンドリングが容易である。
また、筒状体１０を構成する第１の鋼部材６の横軸方向と平行な鋼板にコンクリート８を打設して合成断面を形成したので、橋軸方向の剛性が比較的低く、橋軸直角方向の剛性が高い複合主塔の塔柱５を構成することができ、耐風性、耐震性にすぐれた複合主塔を実現することができる。
さらに、実施の形態１〜３においては、主塔１を構成する塔柱５の四隅に隅切り部９を設けて渦励振対策を施したので、より耐風性にすぐれた複合主塔を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る複合主塔及びその施工方法は、鋼板からなる第１，第２の鋼部材を工場等において製作し、現地で組立てるようにしたので軽量で輸送及びハンドリングが容易であり、また、橋軸方向と平行な鋼板にコンクリートを打設して合成断面を構成したので、耐風性及び耐震性にすぐれた複合主塔を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る複合主塔を有する吊橋の模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図３の分解斜視図である。
【図５】実施の形態１の施工手順の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２の塔柱の平断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３の塔柱の平断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４の塔柱の平断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４の他の例の平断面図である。
【図１０】従来の複合主塔の一例の正面図及びそのＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
３  主塔
５  塔柱
６  第１の鋼部材
７  第２の鋼部材
８  コンクリート
９  隅切り部
１０  筒状体
【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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