(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立設される下部構造物と、その上に横設される上部構造物と、この上部構造物の下面側に定着金具を介して長手方向に延在して付設され張力が導入されてなるケーブルを備える引張材とを含む構築物において、前記定着金具が鋼板製の取付け基板と鋼管製の筒体と鋼板製の軸板を備え、この定着金具がその軸板を前記上部構造物の桁部材の軸板を包含する垂直面に合致させた配置で前記上部構造物の下面に取り付けられ、前記ケーブルの両端部を支持する前記定着金具の前後両端部に、前記ケーブルに対する張力導入に伴って生じる応力を上部構造物の桁部材と定着金具の軸板との間においてスムーズなベクトル変化で転移可能とするための緩衝部が一体に設けられてなることを特徴とする構築物のケーブル補強構造。
【請求項２】
前記緩衝部が、前記定着金具の軸板を包含する垂直面に合致させて該軸板に一体に設けられた金属板から成り、前記軸板との境界部分を底辺とし、前記上部構造物の桁部材の下面部に当接させる辺縁部を直交辺とする不等辺台形状に形成される請求項１に記載の構築物のケーブル補強構造。
【請求項３】
前記引張材が、前記定着金具間の中間位置において前記ケーブルの中間部を支持するために前記上部構造物の下面に取付けられる中間支持金具を備え、この中間支持金具により支持されるケーブルが上部構造物の桁の重心に対する垂直方向の偏心距離を所要値に確保し得るように形成される請求項１又は２に記載の構築物のケーブル補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋脚等の下部構造物とその上に横設される橋桁等の上部構造物と、この上部構造物の下面側に長手方向に延在して付設され張力が導入されてなるケーブルを備える引張材とを含む構築物に対する耐荷重性能を高めるケーブル補強構造に関し、更に詳しくは、上部構造物に上方に反らせる内部圧縮力を発生させ、かつ、この圧縮力に基づいて定着領域に生じる集中応力をスムーズに分散させて、該定着領域での補強部材を軽減しながら設計荷重に対する耐久性を向上することができる構築物のケーブル補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種構築物の典型的な先行技術が図９に図示される。この図に示される構築物１は、高架道路であって、地盤１８上に間隔をとって立設される橋脚で実現される複数の下部構造物２と、それら下部構造物２の上に単純に分割支持されて水平に配設されてなる橋桁で実現される複数の上部構造物３とからなり、上部構造物３は設計荷重である水平・垂直外力によって撓み変位することが知られている。この設計荷重は、図１０に示されるように供用期間中において例えば２０ton 車両が限界であったものが、２５ton 車両にまで範囲を広げる等の変更を余儀なくされて増加することがあり、また、上部構造物３が劣化・損傷したりして、その結果、設計荷重が上部構造物３の耐力許容値を超えてしまうことがあった。
【０００３】
このように、増加した設計荷重に対して現実に対応させようとすると、上部構造物３をこの増加に見合った新しいものに架け替えればよいが、これでは改良のためのコストが非常に高くつく問題があるところから、図１１において左側の図面に示されるように、現状の上部構造物３の耐久性を向上させるためとして、上部構造物３の損傷補強用部材に引張材４を配設することによって、上部構造物３に上方に反らせる内部圧縮力を発生させて撓み変位を低減させるようにした改良工法がとられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこのような引張材４を配設した場合、図１１乃至図１３を参照して、上部構造物３における定着金具８を中心としたその前後に隣接する区域である定着金具領域Ｓ（図１１参照）では、ケーブル張力導入に伴い生じる応力の流れＡ（図１２（イ）参照）が、上部構造物３の桁部材と定着金具８との間で上下方向に急角度に変化することになって、前記桁部材の定着部と定着金具８前後端部には高い応力が集中するために新たな補強構造を必要とし、従来は図１２に示されるように複数のボルトが溶接固着されてなる補強板２０の数枚を桁部材に添設させており、従って、この補強板２０を取付けるための時間と工数の増大や、また上部構造物３の重量増加の問題があった。
【０００５】
更に、図１２（ロ）に示されるように、定着金具８の断面斜線を付して示す軸板と前記桁部材の同じく断面斜線を付して示す軸板とは、面がずれていて不一致であることが殆どであるために、応力の流れＢ（図１２（ロ）参照）が左右幅方向にも急変することになり、これに対応する分の補強構造を必要として、補強板２０を更に増加する必要が生じる結果、具体的には、図１３を参照して歪曲、座屈等が起こらないようにするために、補強板２０をヒ字形状に添設させており、補強コストの増加、上部構造物３の重量増加がより問題となっていた。
【０００６】
一方、図１４、１５を参照して、上部構造物３の下面側に付設した引張材４は、上部構造物３における重心を結ぶ長手方向の線との間の距離、即ち、偏心距離が、撓み変形前ではｅ0 であったものが、設計荷重Ｗが加わった際は、上部構造物３の撓み変形により、前記偏心距離がｅ1 （＜ｅ0 ）となり、その結果、上部構造物３の撓み耐久性が低減する問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点を解消するべく成されたものであり、従って本発明の目的は、特に引張材に関係する定着金具領域における追加補強部材の省略を含んだ軽減化を図り、また、上部構造物の変形に対しても引張材の偏心距離の一定化を図って、低改善コストの下で上部構造物の撓み耐久性を確立し、かつ向上させることができる構築物のケーブル補強構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため以下に述べる構成としたものである。即ち、本発明における請求項１の発明に関しては、立設される下部構造物と、その上に横設される上部構造物と、この上部構造物の下面側に定着金具を介して長手方向に延在して付設され張力が導入されてなるケーブルを備える引張材とを含む構築物において、前記定着金具が鋼板製の取付け基板と鋼管製の筒体と鋼板製の軸板を備え、この定着金具がその軸板を前記上部構造物の桁部材の軸板を包含する垂直面に合致させた配置で前記上部構造物の下面に取り付けられ、前記ケーブルの両端部を支持する前記定着金具の前後両端部に、前記ケーブルに対する張力導入に伴って生じる応力を上部構造物の桁部材と定着金具の軸板との間においてスムーズなベクトル変化で転移可能とするための緩衝部が一体に設けられてなることを特徴とする構築物のケーブル補強構造である。
【００１０】
また、本発明における請求項２の発明は、上記請求項１の発明に関して、前記緩衝部が、前記定着金具の軸板を包含する垂直面に合致させて該軸板に一体に設けられた金属板から成り、前記軸板との境界部分を底辺とし、前記上部構造物の桁部材の下面部に当接させる辺縁部を直交辺とする不等辺台形状に形成されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明における請求項３の発明は、上記請求項１又は２の発明に関して、前記引張材が、前記定着金具間の中間位置において前記ケーブルの中間部を支持するために前記上部構造物の下面に取付けられる中間支持金具を備え、この中間支持金具により支持されるケーブルが上部構造物の桁の重心に対する垂直方向の偏心距離を所要値に確保し得るように形成されることを特徴とする。
【００１２】
このような本発明によれば、引張材を設けて上部構造物に上方に反らせる内部圧縮力を発生させるようにしているために、上部構造物の撓み耐久性を向上させて、損傷補強や変位低減のために有効に作用する。
【００１３】
請求項１の発明は、引張材の定着金具に緩衝部を設けたことにより、引張材に関係する定着金具領域における集中外力が緩衝部を介してスムーズに分散され、従って、定着金具領域の集中応力を緩和することができる。また、上記定着金具の軸板と上部構造物の軸板とを共通の垂直面に合致させることにより、集中外力が上部構造物の桁部材と定着金具の軸板との間でスムーズに流れるようになって、定着金具領域の集中応力をより一層緩和する作用を成す。
【００１５】
請求項２の発明は、緩衝部を略不等辺台形状の金属板により形成したことにより、簡単な構造の定着金具をベースとして単純構造になる緩衝部を付加するだけの簡易な手段で効果的な集中応力緩和作用を発揮することができ、上部構造物の軽重量を維持しながら改善工事を短期間で迅速に施工することが可能である。
【００１６】
請求項３の発明は、上部構造物が荷重の負荷によって撓み変形したとしても中間支持金具が偏心距離を一定に保持するので、撓み耐久性を常時安定的に確保する作用が成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。図１、図２及び図３には、本発明の実施形態に係る構築物における定着金具取付け部の概要構造、ケーブルの構造及び定着金具の構造がそれぞれ示される。
【００１８】
図１を参照して、図示しない地盤上に適宜間隔を存して直立に設けられる各橋脚で実現される複数の下部構造物２と、それらの上に水平に亘らせて直列に配設される各橋桁で実現される複数の上部構造物３とからなる構築物としての高架道路１において、橋桁３に対しその耐久性能向上のための損傷補強用部材として引張材４が付設される。この引張材４は、橋桁３の長手方向両端部において橋脚２により支承される個所に近い橋桁下面部にそれぞれ固定された定着金具８と、この両定着金具８に両端部分が支持されて橋桁３の下面側にその長手方向に延在して張設されたケーブル５とを要素部材に備える。
【００１９】
ケーブル５は、例えばＰＣ鋼より線の複数本を集束して形成される線束の両端に、キャップ６がそれぞれ固着一体化されてなる構造であって、引張荷重が大きいケーブルが形成されており、通常、ＰＣ(Prestressed Concrete)緊張材として使用されるケーブルに類似した構造を有する。前記キャップ６は外周にねじが螺刻されていて、該ねじにアンカーヘッド７を螺合させるようになっている。
【００２０】
定着金具８は、取付け座部としての長方形を成す鋼板製の取付基板１０と、この取付基板１０の長手中心線に沿って直角方向に溶接等により一体に固着してＴ字状に突設させた同じく鋼板製の軸板９と、この軸板９の取付基板１０とは反対側の端縁部に接して溶接等により一体に固着させた鋼管製の筒体１１と、軸板９及び筒体１１の同じ側の一端部に固着させた端板１２と、詳細は後述するが軸板９の長手側両端部に一体的に張出させてそれぞれ設けた鋼板製の緩衝部１３とにより形成される。
【００２１】
上記定着金具８は、前述のとおり橋桁３の長手方向両端寄り部の下面側にそれぞれ固定されるが、ケーブル５の両端のキャップ６を筒体１１に挿通して、図１に示されるようにこのキャップ６にアンカーヘッド７を螺合し締め込ませることによって、ケーブル５は橋桁３の下面側においてその長手方向に延在し、かつ、張力が付与されて緊張する。この場合、複数本のケーブル５を橋桁３幅方向に適宜間隔を存する並列に配置して緊張状態下に張設することによって、橋桁３を全幅に亘り均等に上方へ僅かに反らせることが可能であり、このように各ケーブル５に張力が導入されることによって橋桁３には内部圧縮力が発生して、自重や活荷重の垂直方向外力に対する撓み変形を小さくさせる橋桁を構成することができる。
【００２２】
定着金具８に一体に設けてなる前記緩衝部１３は、本発明に関して特徴を成す要素部材であり、図１及び図３を参照して明らかな通り、定着金具８の長手方向両端部において軸板９に連接して前・後方に延ばされて設けられる。この緩衝部１３は、軸板９の成形時に同一鋼板によって一体に成形加工することが好ましく、即ち、軸板９を包含する垂直面に合致して前後方に耳状に延びる配置形態をとらせるものであって、定着金具８を橋桁３の下面側にボルト締め等の固着手段によって取付けた状態では、緩衝部１３は軸板９と橋桁３の下面とに当接して垂下する配置をとって、丁度ブラケットの筋交いに似た形態となって配設されることになる。なお、この緩衝部１３の具体的な形態としては、軸板９との境界部分を底辺とし、橋桁３の下面に当接させる辺縁部を前記底辺に対し直交辺とする略不等辺台形状を成している。
【００２３】
次に図１に基づき、本発明に係る上記実施形態の作用について以下説明する。先ず、定着金具８を橋桁３に取付けるに際して、図１（ロ）に示すように前記軸板９が橋桁３の軸板１９を包含する垂直面に合致した配置をとるように設けるものである。このようにして定着金具８を取付けるとともに、これに支持されるケーブル５に所定の張力を加えると、橋桁３にはこれを上方に僅かに反らせる内部圧縮力が働き、自重や活荷重の垂直方向外力に対する撓み変形を小さくさせる橋桁が形成される。この張力導入に伴って、橋桁３の定着金具領域Ｓには応力が発生することは前述の通りである。この応力は、軸板１９内をケーブル５の緊張方向に平行に流れた後、方向を転じて定着金具８の軸板９内に流れ、次いで軸板９内をケーブル５の緊張方向に平行に流れて、再び方向を転じて軸板１９内に流れるようになる。
【００２４】
この応力の流れの動態に対して本発明の実施形態では、橋桁３と定着金具８の端部とに亘って前記緩衝部１３が配設されているため、軸板１９内をケーブル５の緊張方向に平行に流れる応力が下方向に急角度に転向することなく、筋交い状の緩衝部１３を通って変化角度が小さいスムーズなベクトル変化で軸板９内に流れ、また、軸板９内をケーブル５の緊張方向に平行に流れる応力も筋交い状の緩衝部１３を経て変化角度が小さいスムーズなベクトル変化で流れて軸板１９内に転向する（図１のＣ参照）。その結果、定着金具領域Ｓでの応力集中が緩衝されて、軸板１９に局部的な歪曲や座屈が発生するのを防止でき、追加補強部材が不要又は最小限のもので済むことになる。なお、図１を参照して、略不等辺台形状を成す前記緩衝部１３における斜辺部と橋桁３取付け面とが成す角度θは、４５°以下の鋭角であることが好ましく、最適条件としては３０°前後である。
【００２５】
更にこの実施形態では、橋桁３の軸板１９と定着金具８の軸板９とが同じ垂直面に合致するように配置されることから、応力の流れＤ（図１（ロ）参照）は一平面内での二次元的なしかも変化角度が小さいスムーズなベクトル変化で、軸板１９→軸板９、軸板９→軸板１９に転移するようになり、かくして定着金具領域Ｓでの応力集中がより一層緩衝され、追加補強部材が殆ど不要となる。
【００２６】
次に図４に基づき本発明の今一つの実施形態を説明する。この実施形態に係る引張材４には、橋桁３の長手方向両端部に取付けられた定着金具８に加えて中間支持金具１４が備えられている。この中間支持金具１４は両定着金具８間の中間に、好ましくは等分する中央に位置して橋桁３の下面に取付けられて、ケーブル５の中間部を支持するように設けられる。中間支持金具１４は、図１５についての前述説明によって理解されるところであるが、橋桁３が設計荷重Ｗの負荷によって下向きに湾曲した場合、両定着金具８の間で緊張しているケーブル５と橋桁３の下面との間隔が橋桁３中央部で著しく狭くなり、その結果、内部圧縮力の作用が減殺され撓み耐久性能が低下するという問題があることに対処して設けられたものである。
【００２７】
図７及び図８に本発明の各実施形態に係る中間支持金具１４の構造が示されるが、この中間支持金具１４は、厚鋼板製の軸板１５と、この軸板１５に直交して一体に設けられる厚鋼板製のリブ板１６と、軸板１５の下端縁部に接して一体に設けられる鋼製の支持部１７とにより形成されて、前記支持部１７によりケーブル５の中間部分を支承するようになっている。なお、図７図示のものは、支持部１７が緩やかな湾曲面の半円溝状を成すケーブル受け部を持つ鞍座状に形成されて、例えば支持するケーブル５に対する曲げ角度が１０°程度になるように支持金具の実効高さを設定しており、また、図８図示のものは、支持部１７が鋼管製で管内にケーブル５が挿通されるようになっていて、例えば支持するケーブル５に対する曲げ角度が０．５°程度になるように支持金具の実効高さを設定している。
【００２８】
このように構成される実施形態では、図４に示されるように橋桁３に設計荷重Ｗが作用して下向きに撓んでも、橋桁３の中間部に取付けられた中間支持金具１４がケーブル５を下方に押し下げて、橋桁３の重心を結ぶ長手方向の重心線Ｌとケーブル５との偏心距離ｅ2 を、常時ｅ2 ＝ｅ0 の一定に確保することが可能であり、従って、橋桁３の撓みには関係なく撓み耐久性能を安定的に維持させることができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について添付図面に基づき説明する。図５及び図６には、本発明に係る他の実施形態の構築物が立面図及び断面図で示される。両図を参照して、上部構造物としての橋桁３は、橋長３５ｍで、全幅員９ｍである。従来の設計荷重２０ton 車両を限界としていたものが、新しく２５ton 車両にまで増加することに基づいて、橋桁３には桁下方に設計張力１００ton を導入した引張材４を幅方向に中心と両端の３列で張設している。この引張材４の導入によって、桁を下から上方に押上げて撓み耐久性能面で補強している。この場合、中間支持金具１４の実効高さを適当値に選定するとともに、これに合わせて定着金具８におけるケーブル支持角度を適宜設定することによって、ケーブル５を橋桁３に対して任意の角度、方向に張設することができ、しかもケーブル５に無理な曲げを与えないようにすることができる。
【００３０】
なお、ケーブル５は、安全率ν＝３として、引張荷重Ｐu ＝３２２ｔｆで、降伏荷重２７６ｔｆである。ケーブル５の構成は、ＰＣ鋼より線１９．３mmの７本束である。その断面積は、１７０６mm2 で、単重が１５．８kg/mで、弾性係数が１９０００kg/mm2である。このケーブル５は、厚さ５mmのポリエチレン樹脂で被覆されており、内部にグリース系防錆材を封入している。また、ケーブル両端のキャップ６としては、圧着グリップが取付けられている。
【００３１】
一方、定着金具８は、材質ＳＳ４００で厚み２８mmの一般構造用圧延鋼板と１９０mmの鋼管とにより形成し、その端部に水平方向長さ１９０mmの緩衝部１３を設けている。また、定着金具８の軸板９は橋桁３の軸板と共通面で合致するように中央部に取付けている。
【００３２】
以上のような補強構造を設けてなることによって、設計荷重５ton 増加に対して補強板の軽量化が図れて、充分な撓み耐久性能を確保することができた。即ち、本実施例の場合は、取付け寸法が１３００mm×２００mm×１２mmの垂直補強材を４枚使用するだけで良くて、重量増分１００kgであるのに対して、図１３に示される従来例では、取付け寸法が１３００mm×２００mm×１２mmの補強材を４枚と同じく１２００mm×３００mm×１２mmの補強材を６枚と１０枚（重量増分３００kg）を必要としていて、この両者の比較から明らかなように本実施例では、補強部材に関し取付け寸法で０．５まで縮小し、重量で０．３まで軽量化が果たされる利点があることを表している。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。即ち、引張材の定着金具領域の集中応力が緩衝部によって分散され緩和されるので、新たに設けられる緩和用の補強部材を軽減し得る効果がある。さらに、定着金具の軸板を前記上部構造物の桁部材の軸板が包含される垂直面に合致させるように設けることによって、定着金具の集中応力が軸板の軸心上で伝達されることから、緩和用の補強部材をより一層軽減することができる。また、中間支持金具を設けてなることによって、桁部材が設計荷重の負荷によって湾曲するようなことがあっても、それに影響されることなく桁部材の重心に対する偏心距離を常時一定に保たせることができて、上部構造物の対荷重抵抗耐力を安定的に確保し得る効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る構築物の定着金具取付け部の概要構造を示し、（イ）は立面図、（ロ）は側面図である。
【図２】本発明の実施形態に用いられるケーブルの平面図である。
【図３】図１図示の実施形態に係る定着金具の構造図で、（イ）は正面図、（ロ）は左側面図、（ハ）は右側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る構築物の撓み状態における立面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る構築物の立面図である。
【図６】図５図示の構築物のＥ−Ｅ矢視線に沿う断面図である。
【図７】図４図示の実施形態に係る中間支持金具の構造図で、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る中間支持金具の構造図で、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図である。
【図９】高架道路の略示立面図である。
【図１０】高架道路の撓み現象の説明図である。
【図１１】従来の高架道路における上部構造物の立面図である。
【図１２】従来の構築物における定着金具取付け部の概要構造を示し、（イ）は立面図、（ロ）は側面図である。
【図１３】図１１図示の上部構造物に用いられる補強部材の取付け態様を示す立面図である。
【図１４】従来の高架道路における上部構造物の非荷重負荷時の立面図である。
【図１５】従来の高架道路における上部構造物の荷重負荷時の立面図である。
【符号の説明】
１…構築物            ２…下部構造物        ３…上部構造物
４…引張材            ５…ケーブル          ６…キャップ
７…アンカーヘッド    ８…定着金具          ９…軸板
１０…取付基板        １１…筒体            １２…端板
１３…緩衝部          １４…中間支持金具    １５…軸板
１６…リブ板          １７…支持部          １８…地盤
１９…軸板            ２０…補強板
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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