(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼橋の床版等として用いられる鋼材とコンクリートとによるアーチ型の合成床版であって、
鋼材からなる底鋼板と、該底鋼板の上面側に所定間隔をおいて複数並設した鋼材からなる横リブと、前記底鋼板上に打設されて前記横リブを埋設するコンクリートからなり、
前記底鋼板をその両端から中央にかけて上方に湾曲するアーチ形状に形成するとともに、前記コンクリートの上面を実質的に水平面に形成し、
前記横リブの下縁の形状を前記底鋼板のアーチ形状に合致させるとともに、該横リブの高さ寸法を前記底鋼板の端部から中央部にかけて漸次小さくしてなることを特徴とする合成床版。
【請求項２】
請求項１記載の合成床版の両端部を主桁に直接支持せしめ、該合成床版のアーチ作用により生じる水平力を前記主桁に直接的に伝達せしめる構造としたことを特徴とする鋼橋。
【請求項３】
請求項２記載の鋼橋において、前記主桁どうしを横支材により連結し、前記合成床版のアーチ作用により生じる水平力に対する水平反力を前記主桁を介して前記横支材により受ける構造としたことを特徴とする鋼橋。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼道路橋等の床版として使用されるアーチ型の鋼・コンクリート合成床版、およびその合成床版による鋼橋に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鋼道路橋においては床版支持間隔を大きくして主桁本数を少なくする構造が主流となっており、そのような鋼道路橋における床版として、鋼材とコンクリートとの合成床版（いわゆる鋼・コンクリート合成床版）が採用されるようになってきている。
【０００３】
鋼・コンクリート合成床版は、底鋼板を型枠としてその上部にコンクリートを打設することで形成されるものであって、底鋼板の上面にはこの底鋼板の剛性を確保するための横リブ等を形成し鉄筋と組み合わせコンクリートと一体化を図るものである。このような鋼・コンクリート合成床版は、施工性に優れるのみならず、ＲＣ床版やＰＣ床版よりも版厚を薄くでき、耐久性にも優れるので、広く普及する気運にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような鋼・コンクリート合成床版は、床版支持間隔（主桁間のスパン）を大きくできかつ版厚を薄くできるものではあるとはいえ、従来の鋼・コンクリート合成床版では大スパン化、薄型化にも自ずと限界があり、さらなる大スパン化と薄型化を実現し得る有効な構造が模索されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項１の発明は、鋼橋の床版等として用いられる鋼材とコンクリートとによるアーチ型の合成床版であって、鋼材からなる底鋼板と、該底鋼板の上面側に所定間隔をおいて複数並設した鋼材からなる横リブと、前記底鋼板上に打設されて前記横リブを埋設するコンクリートからなり、前記底鋼板をその両端から中央にかけて上方に湾曲するアーチ形状に形成するとともに、前記コンクリートの上面を実質的に水平面に形成し、前記横リブの下縁の形状を前記底鋼板のアーチ形状に合致させるとともに、該横リブの高さ寸法を前記底鋼板の端部から中央部にかけて漸次小さくしたものである。
【０００６】
請求項２の発明の鋼橋は、請求項１の合成床版の両端部を主桁に直接支持せしめ、その合成床版のアーチ作用により生じる水平力を主桁に直接的に伝達せしめる構造としたものである。
【０００７】
請求項３の発明の鋼橋は、請求項２の鋼橋における主桁どうしを横支材により連結し、合成床版のアーチ作用により生じる水平力に対する水平反力を主桁を介して横支材により受ける構造としたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明の実施形態であるアーチ型の合成床版１とそれによる鋼道路橋の概略構成を示す図である。本実施形態の鋼道路橋は２本の主桁２間に上記の合成床版１を主床版として架設し、その両側に張出し合成床版３を一体に設けてなるものである。
【０００９】
主床版としての合成床版１の基本構造は従来の鋼・コンクリート合成床版と同様であって、これは上面に横リブ４を設けた底鋼板５を型枠としてその上にコンクリート６を打設することで形成されるものであるが、本実施形態の合成床版１における底鋼板５はその両端から中央にかけて上方に湾曲するようなアーチ形状のものが採用されている。したがってこの合成床版１はその底面がアーチ形状とされ、上面は水勾配を確保するために若干湾曲しているものの実質的に水平に形成されているので、その版厚は両端部で厚く中央部で薄いものとなっている。なお、図１および図２に示すように、横リブ４にはコンクリートとの一体化を図るための直径約５ｃｍ程度の円孔を適宜形成しておくと良い。
【００１０】
このようなアーチ型の合成床版１は、その両端部が主桁２に直接支持されてそれら主桁２間に架設され、アーチ作用により生じる水平力はそれら主桁２に直接的に伝達されるようになっている。そして、主桁２間には所定間隔で横支材（タイバー）７が設けられ、アーチ水平反力は主桁２を介してそれら横支材７により受けられるようになっている。横支材７としては形鋼等の鋼材を採用し、それを主桁２の垂直補剛材８に対してボルト締結あるいは溶接すれば良い。横支材７の設置間隔は主桁２の構造や断面その他諸条件を考慮して適宜設定するものとし、たとえば３ｍ程度とすることが良い。
【００１１】
なお、一般の合成床版の床版厚は「土木学会 鋼構造物設計指針 ＰＡＲＴ Ｂ合成構造物」に規定された最小床版厚を床版中間部で満足するものとし、主桁上の床版厚さはハンチ高を１０ｃｍ程度加えたものとなるが、本実施形態のアーチ型の合成床版１では主桁上の床版厚が上記最小床版厚にハンチ厚１０ｃｍを加えた床版厚と同程度とし、床版支間中央の床版厚は支間長に拘わらず１７ｃｍとすることを標準とする。
【００１２】
また、このアーチ型の合成床版１の底面のアーチ形状は２次放物線によるものとし、そのアーチライズは上記主桁上の床版厚さと支間中央部の最小床版厚との差から設定される。設計例を挙げれば、このときのライズと床版支間長との比は約１／３０〜１／３６程度となる。
【００１３】
なお、合成床版１の版厚が端部において厚く中央部において薄いことから、横リブ４の形状はそれに合わせて端部の高さを大きくし中央部の高さを小さくする。その際、横リブ４の下縁の形状は底鋼板５のアーチ形状に合致させる必要があるが、横リブ４の上縁は直線状に形成して差し支えない。
【００１４】
一方、張出し合成床版３は横リブ９を設けた平板状の底鋼板１０とその上に打設されるコンクリート６からなり、その一端が主桁２により支持された状態で主床版である上記の合成床版１と一体に形成されている。そして、それら一連の合成床版１，３の上面は若干の水勾配を確保したのみで実質的に水平とされ、その上に全面的に舗装材１１が設けられて路面が形成されている。
【００１５】
上記の鋼道路橋の施工手順の一例を図３〜図５を参照して説明する。まず、主床版としての合成床版１の底鋼板５としてはたとえば２．５ｍの長さのものを用い、その底鋼板５を主桁２間に架設して長さ方向に連結する。底鋼板５どうしの連結は、たとえば図４（ａ）に示すように、双方の底鋼板５の橋軸方向両端部に設けられている横リブ１２を連結用のフランジとして機能せしめてそれら横リブ１２どうしをボルト締結することで行うと良い。あるいは図４（ｂ）に示すように、一方の底鋼板５に連結板１３を溶接しておくとともに他方の底鋼板５にナット１４を溶接しておいて、連結板１３を他方の底鋼板５に対してボルト締結することでも良いし、図４（ｃ）に示すように双方の底鋼板５にナット１４を溶接しておいて添接板１５を介して双方の底鋼板５をボルト締結することでも良い。また、張出し合成床版３はその底鋼板１０の一端部を主桁２に支持せしめた状態で同様に長さ方向に連結する。
【００１６】
主桁２に対する底鋼板５，１０の支持は、図５に示すように、それら底鋼板５，１０の端部を主桁２の上フランジに設置し、その後、双方の底鋼板５，１０の横リブ４，９どうしを鋼板からなる連結リブ１６で高力ボルト接合により連続とする。主桁２の上フランジにはコンクリート６との定着のためのスタッドジベル１７を予め取り付けておく。
【００１７】
図３に示すように、底鋼板５，１０の横リブ４，９上に主筋１８および配力筋１９を配筋する。従来の床版では鉄筋は上下２段に設けられるが、本実施形態では上面のみの１段配置とすることができる。鉄筋を１段とする場合には適切な間隔で組み立て筋や定着筋等を用いて、あるいは横リブ４，９の円孔に組み立て筋を挿入して一体化しても良い。
【００１８】
そして、底鋼板５，１０を型枠としてその上にコンクリート６を全面的に打設して、アーチ型の合成床版１および張出し合成床版３を一体に形成する。打設されたコンクリート６は、横リブ４，９に円孔が形成されている場合にはその内部に自ずと入り込み、それら横リブ４，９を介して底鋼板５，１０と確実に一体化し、かつコンクリート６中にスタッドジベル１７が定着されることで主桁２とも確実に一体化する。最後に舗装材１１を舗装して路面を完成させる。
【００１９】
以上のように、鋼道路橋の主床版としてアーチ型の合成床版１を採用し、そのアーチ水平反力を主桁２を介して横支材７により受ける構造としたことにより、この鋼道路橋は合成床版１によるアーチ効果によって従来一般の平板状の鋼・コンクリート合成床版による場合に比較して床版支持間隔を大きくでき、全体の版厚を小さくすることが可能である。
【００２０】
ところで、従来のＲＣ床版の適用支間長は、道路橋示方書・II 鋼橋編 において床版支間４ｍ以下について設計断面力の算定式が示されており、ＰＣ床版では同・III コンクリート橋編 において床版間隔６ｍ以下について同様に示されている。また、一般の鋼・コンクリート合成床版については、土木学会 鋼構造物設計指針 ＰＡＲＴ Ｂ  合成構造物 に支間８ｍ以下について設計断面力の算定式が示されている。本実施形態のアーチ型の合成床版１では床版支間が８ｍ以上も適用対象とすることと、アーチ作用による軸力の影響を考慮するため、適切な長さに切り出した立体ＦＥＭ解析モデル（図６参照）により構造解析、断面設計を行うものである。
【００２１】
上記のようなアーチ型の合成床版１ではアーチ水平力に抵抗する横支材７の支持間隔がアーチ作用の軸力に影響を与える。図７に床版支間長８ｍの場合において横支材７の支持間隔を変化させた場合の支間中央の活荷重断面力を示す。図７から横支材７の支持間隔が広がると軸力が減少し、曲げモーメントが大きくなることがわかる。
【００２２】
図８にＲＣ床版、ＰＣ床版、一般の合成床版とアーチ型合成床版１の床版厚を示す。アーチ型合成床版１の床版厚は、既に述べたように主桁２上の床版厚は一般の合成床版と同程度（ハンチ厚を含む）であるが、床版支間中央の床版厚は支間長に拘わらず１７ｃｍと一定とすることができる。張出し床版３を含む床版全体の平均厚は、一般の合成床版に比べ床版支間６ｍの場合には大差ないが、支間長が１０ｍでは６ｃｍ程度薄くなる。
【００２３】
以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態のような鋼道路橋に適用するのみならず、鉄道橋その他の鋼橋全般に広く適用できることは言うに及ばず、アーチ型の合成床版を用いる限りにおいて鋼橋の構造や形態、規模等は任意に変更して良い。そして、鋼橋の構造や形態に応じて適宜の設計的変更が可能であり、たとえば上記の合成床版１のアーチ水平反力を主桁２自体で受けることができる場合、あるいは主桁２間に架設されている横桁等の他の部材で受けることができるような場合には、上記実施形態における横支材７を省略することも可能であるし、あるいは横支材７に代わる適宜の部材によりアーチ水平反力を受ける構造とすることでも良い。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明の合成床版はその底面をアーチ形状としたので、アーチ効果によって従来一般の鋼・コンクリート合成床版よりも床版支持間隔を大きくできるとともに版厚を薄くでき、鋼道路橋等の床版として採用して有効である。
【００２５】
請求項２の発明の鋼橋は、上記のアーチ型の合成床版の両端部を主桁に直接支持するので、合成床版のアーチ水平力が主桁に直接的に伝達されてその主桁によりアーチ水平力を支障なく受けることができる。
【００２６】
請求項３の発明の鋼橋は、上記のアーチ型の合成床版を支持する主桁どうしを横支材により連結したので、その横支材が主桁を介してアーチ水平力に対して有効に抵抗し、十分に安定な構造とできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である合成床版による鋼道路橋の概略構成を示す図である。
【図２】  同、横断面図である。
【図３】  同、底鋼板上の配筋状況を示す図である。
【図４】  同、底鋼板どうしの連結部の構成例を示す図である。
【図５】  同、主桁上の合成床版の連結、一体化構造を示す図である。
【図６】  同、設計に用いる立体ＦＥＭ解析モデルを示す図である。
【図７】  同、横支材支持間隔と断面力の関係を示す図である。
【図８】  同、床版厚を示す図である。
【符号の説明】
１  合成床版
２  主桁
３  張出し合成床版
４  横リブ
５  底鋼板
６  コンクリート
７  横支材
８  垂直補剛材
９  横リブ
１０  底鋼板
１１  舗装材
１２  横リブ（連結部）
１３  連結板
１４  ナット
１５  添接板
１６  連結リブ
１７  スタッドジベル
１８  主筋
１９  配力筋
【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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