座講

道路橋床版更新における基礎知識

第7回

床版の疲労耐久性評価

講師：後藤俊吾*1・長谷俊彦*2

験および実橋調査等により損傷メカニズムの研究が行われ

1．は じ め にましたが，従来行われてきた定点載荷による疲労試験では，床版の疲労劣化メカニズムを忠実に再現することができま

道路橋床版更新における基礎知識について，第 7 回ではせんでした。定点載荷に対して，実橋の床版は輪荷重の走取り替える床版の疲労耐久性評価について説明します。
東，中，西日本高速道路株式会社（以下，「NEXCO」）

行による荷重の移動繰返しによって生じる鉛直方向の交番の床版取替工事で取り替える床版の形式は，施工条件，品せん断力や床版面内のねじりモーメントによる交番せん断質および維持管理性を考慮して，プレキャストプレストレ力の繰返し作用によるひび割れの進展があり，それを再現

ストコンクリート床版（以下，「PC 床版」）を用いることできる疲労試験として，輪荷重走行試験が考案され，輪荷を標準とし，プレキャスト PC 床版相互の接合構造は RC

重走行試験機が開発されました 1）。輪荷重走行試験機は，ループ継手（写真 - 1）を標準としています。

その構造から，フライホイールの回転力を往復運動に変換し鉄輪を介して載荷を行うクランク式試験機と移動台車に駆動装置を搭載しゴムタイヤを介して載荷を行う自走式試験機に大別されます。この輪荷重走行試験機を用いることにより，床版の疲労劣化メカニズムを再現し，実際の挙動に即した床版の疲労耐久性評価が可能となりました。㈱高速道路総合技術研究所が保有するクランク式の試験機を
写真 - 2 に示します。

写真 - 1

RC ループ継手

しかし，現場の施工条件の制約によっては各製造会社が新たに開発している機械式定着併用重ね継手などの接合構造を採用する場合があり，接合構造の疲労耐久性は，各社さまざまな手法や条件で評価が行われていたのが実状でした。そこで，NEXCO では令和元年 7 月に「構造物施工管写真 - 2理要領」，「NEXCO 試験方法」および「設計要領第二集橋梁保全編」を改定し，輪荷重走行試験による疲労耐久性の輪荷重走行試験機

3．NEXCO で規定する輪荷重走行試験方法確認と性能証明書の提出を義務付けました。
本稿では，床版相互の接合部の疲労耐久性評価手法としNEXCO で規定するプレキャスト PC 床版相互の接合部て，輪荷重走行試験と NEXCO で設定した試験方法，試験の性能照査は，NEXCO 試験方法の試験法 442 またはそれにおける荷重条件の設定に関して説明いたします。と同等以上と認められる輪荷重走行試験方法により，道路橋示方書の設計供用期間 2） と同様の耐用年数 100 年相当

2．輪荷重走行試験とはの載荷荷重および載荷回数の走行後，漏水試験を実施して鋼道路橋の鉄筋コンクリート床版（以下，「RC 床版」）漏水がないことを確認するものとしています。ここでは，の疲労による劣化は，昭和 40 年代に問題となり，室内試

NEXCO 試験法 442 に示す輪荷重走行試験方法の各規定の* Shungo GOTO：中日本高速道路 ㈱ 技術・建設本部 環境・技術企画部 構造技術課 係長* Toshihiko NAGATANI：㈱ 高速道路総合技術研究所 道路研究部 橋梁研究室 室長

Vol.63, No.2, Mar. 2021

89

講座
使 用 す る プ レ キ ャ ス ト PC 床 版 で は，PC 鋼 よ り 線

設定根拠について解説します。
3.1

供試体諸元の設定

SWPR7BL 1S15.2 をプレテンション方式で使用しています

供試体の床版厚さは，NEXCO で標準としている RC ルが，プレテンション方式の場合，部材の端部より 65 φ区ープ継手を使用した場合の最小床版厚 3）として 220 mm と間（1S15.2 の場合 988 mm）でプレストレスが二次放物線しました。

で分布することになる 6） ため，定着長を考慮して供試体床版支間長は，床版厚 220 mm に対して，既往の研究

4）幅を設定する必要があります。よって，ポストテンションにおける PC 床版の押抜きせん断破壊面の角度から，図方式を採用することにより，供試体幅を極力抑えることと- 1 のように載荷板端部の床版上面から PC 鋼材下面までしました。また，PC 鋼より線の場合，セット量により有を 36°，それより下を 10°としたときにハンチにひび割れ効プレストレスのばらつきが大きくなることが懸念されるがかからない支間長として 2.5 m を設定しました 。なお，ため，プレストレス量の調整がしやすい PC 鋼棒 SBPR φ

床版取替えを行う橋梁の床版支間長は，日本道路公団の「標23 をネジ式定着して使用することとしました。

3）

コンクリートは，JIS A 5308（レディーミクストコンク

準桁配置および床版標準設計」（昭和 45 年 4 月の内部通知リート）とし，配合条件は表 - 2 のとおりとしました。

から平成 2 年 7 月設計要領巻末資料まで規定されている（平成 10 年 4 月改定で削除））から 2.0 m 〜 3.8 m と想定され，表- 2想定される支間長の範囲での設定としました。

150

図- 1270220

載荷板

36°

300150

材齢 28 日
粗骨材のにおける圧
スランプ
最大寸法
縮強度（cm）（mm）（N/mm2）2050
8 ± 2.5または 25（単位：mm）

2 800
500

10°

150

1 900
2 500

コンクリートの配合条件

3001503.3

既往の研究における PC 床版の破壊面の角度

空気量（％）

セメントの種類

4.5 ± 1.5

早強ポルトランドセメント

供試体支持条件および載荷方法の設定

供試体の支持条件は，写真 - 3 に示すように，床版支間 2.5 m で単純支持し，橋軸方向の端部は弾性支持としま

橋軸直角方向の幅は，大きくなると国内の各研究機関がした。この弾性支持方法は，供試体が無限に長いとみなせ所有する輪荷重走行試験機で試験可能な試験機がかぎられる長さの床版と同様のたわみとなるような剛性をもつ Hてしまうため，床版支間長 2.5 m から最小となる 2.8 m で型鋼材を計算により求めて，それを端横梁として設置する設定しました。

ものとしました。供試体は，支点部に回転拘束を与えないように，端部の浮上がりを防止する治具を用いて支持桁に

橋 軸 方 向 長 さ は，RC ル ー プ 継 手 を 使 用 す る 場 合 の固定するものとしました。

4 300 mm 以 上（ 橋 軸 方 向 長 さ プ レ キ ャ ス ト PC 床 版
1 985 mm × 2 枚 + 接合部 330 mm ＝ 4 300 mm）とし，既往の輪荷重走行試験で実績の多い 4 500 mm としました。
3.2

供試体の設計および使用材料

供試体の設計は，床版取替えにおける多主桁の載荷状態を再現するため，道路橋示方書 5） に規定される床版の設計曲げモーメントにより，単純版の支間 2.5 m と同等の発生曲げモーメントとなる連続版の支間 3.2 m として設計し

写真 - 3ました。
鉄筋は表 - 1 の配筋によるものとし，プレキャスト PC

供試体の支持状況

載荷方法は，支間中央に 500 mm × 200 mm の載荷ブロ床版部では防錆鉄筋の使用はとくに定めないものとしましックを一列に並べた軌道上を，幅 500 mm の鉄輪，またはた。しかし，NEXCO の設計要領では接合部に使用する鉄幅 500 mm でゴムタイヤ 2 輪が往復載荷するものとしまし筋はエポキシ樹脂塗装鉄筋を使用することを基本としていた。また，接合部には膨張コンクリートを用いることを標るため，接合部に連続する鉄筋はエポキシ樹脂塗装鉄筋を準としており，水浸時に膨張反応が継続する場合があると使用する必要があることに留意してください。の知見もあることから，材料の違いなどによる影響を排除するため，試験時は乾燥状態で載荷を行うものとし，水張

表- 1

供試体の配筋

橋軸直角方向

D13 ctc 125

上段 16 本，下段 16 本

橋軸方向

D19 ctc 150

上段 19 本，下段 19 本

りは実施しないこととしました。
NEXCO 試験法 442 に記載の供試体例を図 - 2 に示します。
3.4要求性能の設定

PC 鋼材はφ 23 mm の SBPR B 種（ポストテンション方床版からの漏水が発生すると，桁の腐食などの悪影響を式）を使用し，橋軸直角方向に床版厚の中央に 225 mm 〜及ぼすこと，接合部界面が比較的脆弱な箇所となりエフロ

300 mm 間隔で 1 段配置としました。通常，床版取替えでレッセンスが発生している事例があることなどから，接合90

プレストレストコンクリート

講座部および接合部界面に貫通ひび割れが生じないことを要求

4．荷重条件の設定性能に設定することとしました。また，貫通ひび割れや接合部界面の開きを簡易的に判断するため，漏水試験を実施

輪荷重走行試験の荷重条件の設定として，耐用年数 100し，漏水がないことを判断基準としました。漏水試験状況

年相当の載荷荷重および載荷回数を決める必要がありまの例を写真 - 4 に示します。供試体中央の 1.0 m × 2.0 m

す。ここでは，NEXCO 設計要領第二集橋梁保全編の解説の範囲にスポンジなどで枠を作り，中を水で満たしてに記載している耐用年数 100 年相当の載荷回数および載荷5 mm 程度の水深として 6 時間放置後，床版下面からの漏回数例の設定について解説します。

水の有無を確認することとしました。なお，写真のような

4.1

水の着色は必須ではありません。

耐用年数 100 年相当の載荷荷重および載荷回数を設定す高速道路の 1 年間の輪荷重の等価繰返し回数るため，まず，PC 床版の高速道路の 1 年間の輪荷重の等価繰返し回数を算出します。
1 年間の等価繰返し回数 N eq は，高速道路の軸重計データのうち，最新の 2005 年でもっとも平均軸重の重い東名高速道路日本平における軸重計データから換算することとしました。ここで，タイヤのバースト荷重を超過するような誤計測と考えられる結果は排除しています。使用した軸重計データを図 - 3 に示します。この時，等価換算の基本輪荷重（載荷荷重）P0 は，荷重が小さいと試験期間が長期間に及ぶことが懸念されるため，国内の試験機の載荷
写真 - 4能力も考慮して 2005 年東名高速道路日本平軸重計で計測漏水試験されたデータの最大値（中心軸重 53.5 tf ／ 2 輪＝ 26.75 tf／輪）と同等程度の 250 kN に設定しました。また，換算に必要となる PC 床版の S − N 曲線は，筆者らが式 ⑴ を
a-a

1 00067.5

・Bパネル

1 000

750

270150165

1 000150

接合部

・Aパネル
750145300

a

3 000

2 500

1 900

2 335500

2 800

220b375225300

225

250225300

185330185300

225

250225300

225

37567.5165145300

弾性支持梁H300×300

150

150

輪荷重載荷範囲
500×3 000bab-b

ひび割れ防止スタッドφ19×150

SBPR φ23 ctc225 ～3004500

PL 12~ 300~ 4500

270110

図- 2（単位：mm）

1290

供試体例（プレキャスト PC 床版）
0.250

2 000

分布密度平 均 値：5.63 tf
標準偏差：2.38 tf
最 大 値：53.5 tf
分散：5.67 tf

1 500
1 000

0.200
0.150
0.100

軸重［tf］

図- 3

Vol.63, No.2, Mar. 2021

2005 年東名高速道路日本平の軸重分布および分布密度 7）

91

55.5

50.5

45.5

40.5

35.5

30.5

25.5

20.5

0.000
15.5

010.5

0.050

5.5500

分布密度

軸数0.5

軸数［千回］

2 500

講座提案しています 7）。
1.00

⑴

P／Psx

Plog⎛ ── ⎞＝−0.13455logN + log5.65⎝ Psx ⎠

P/Psx－疲労寿命0.50

ここに，P：作用輪荷重，P sx：梁状化した床版の押抜き

松井式（乾燥状態）log（P/Psx）＝－0.07835 logN + log 1.52

せん断耐荷力，N：破壊までの繰返し回数（回）0.10

1 年間の等価繰返し回数 Neq は，式 ２ で算出できます 3）。
Neq = C2NT α⑵松井式（水張状態）log（P/Psx）＝－0.07835 logN + log 1.23

1.E+03図- 4

ここに，mP ⎛ P ⎞C2 ＝ ∫ max ─p（P）dP0 ⎝ P0 ⎠1.E+04

1.E+05
疲労寿命N（回）

1.E+06

1.E+07RC 床版の乾燥状態・水張状態の S － N 曲線

年× 15 倍× 100 年＝ 84 900 回となります。この載荷回数を切上げた 250 kN/ 輪× 10 万回を PC 床版の耐用年数 100年相当の疲労耐久性の性能を評価する載荷荷重および載荷C2：輪荷重の大きさの換算係数，NT：1 年間の通行回数，回数として設定しました。

m：S − N 曲線の傾きの逆数の絶対値（PC 床版の 7.437）を使用），P：任意の輪荷重，P0：基本輪荷重（2005 年東なお，この載荷条件は，PC 床版の疲労耐久性や PC 床

名高速道路日本平軸重計データの最大輪荷重と同等程度の版における水張りの影響の今後の研究動向により見直しを250 kN とした），p（P）：輪荷重に関する確率密度関数，α：行う可能性が否定できないため，あくまで「耐用年数 100軸重計計測データの一部欠測に伴う実交通量への補正率年相当の載荷回数及び載荷回数例」として NEXCO 設計要（交通量計測設備による計測台数／軸重計による計測台数

領第二集橋梁保全編に例示することに留めています。

＝ 1.15）

5．お わ り に

Neq = 5.986 × 10-6 × 8 226 096 × 1.15
= 56.6 回 / 年
4.2

NEXCO ではこれまで紹介してきた試験法 442 による試水の影響を考慮した等価繰返し回数の設定

験実施と，性能の照査証明として，製造会社や公的機関ま松井らの研究により，RC 床版では雨水が床版に浸透すたはこれに準じる機関が実施する性能照査結果をとりまとることによって疲労劣化が加速することが知られていまめた性能証明書を ㈱ 高速道路総合技術研究所に提出するす 8）。一方，PC 床版では同様の研究はほとんど行われてことを規定しています。また，試験法制定以前に行った試いないため知見がありませんが，RC 床版の劣化促進現象

験の取扱いについては，それぞれ異なる試験条件で輪荷重は，コンクリートのひび割れ内への浸透水がひび割れ面の走行試験が行われているため，規定している試験法 442 の摩耗を促進させ，セメントペーストと骨材に分離させてい試験条件と同等以上の負荷条件である根拠を添付することることで発生しているものであることから，コンクリートとしておりますので，本講座の設定根拠等をご参考にしてを主材料とする PC 床版についても水張状態では RC 床版いただければ幸いです。と同等程度に疲労劣化が促進されるものと仮定します。試参考文献

験は乾燥状態で載荷を行うこととしたため，水張りの影響による疲労促進倍率を設定する必要があります。

1 ）松井繁之：道路橋床版

水張りの影響による疲労促進倍率の設定にあたっては，

2 ）（公社）日本道路協会：道路橋示方書・同解説Ⅰ共通編，pp.12-

松井らの研究 1）で提案されている RC 床版における乾燥状

13，2017.11.

態と水張状態の S − N 曲線の倍率を用いて設定すること3 ）長尾千瑛，広瀬としました。RC 床版の乾燥状態の S − N 曲線は式 ３ でウム論文集，pp.189-192，2017.9.
4 ）長谷俊彦，上東す。式 ３ および式 ４ の S − N 曲線を図 - 4 に示します。
⑶

Plog⎛ ── ⎞＝−0.07835logN + log1.23⎝ Psx ⎠⑷

剛：プレキャスト PC 床版継手の疲労耐久性照査試験，プレストレストコンクリート工学会第 26 回シンポジ表され，水張状態の S − N 曲線は式 ４ が提案されていま
Plog⎛ ── ⎞＝−0.07835logN + log1.52⎝ Psx ⎠

設計・施工と維持管理，森北出版，2007.10.

泰，安松敏雄：長支間 PC 床版の移動輪荷重走行疲労試験による耐久性評価，コンクリート工学年次論文報
告集，Vol.21，No.3，pp.259-264，1999.
5 ）（公社）日本道路協会：道路橋示方書・同解説Ⅱ鋼橋・鋼部材編，pp.292-297，2017.11.
6 ）（公社）日本道路協会：道路橋示方書・同解説Ⅲコンクリート橋・コンクリート部材編，pp.101-102，2017.11.
7 ）後藤俊吾，長谷俊彦，本間淳史，平野勝彦：PC 床版の疲労耐久

P/P sx = 0.50 と仮定した時，乾燥状態では N = 1 450 330

性 評 価 方 法 の 提 案， 構 造 工 学 論 文 集，Vol.66A，pp.762-773，

回，水張状態では N = 97 349 回となり，水張りの影響によ2020.3.

る疲労促進倍率は，97 349 回 /1 450 330 回 = 約 1/15 とな

8 ）松井繁之：移動荷重を受ける道路橋 RC 床版の疲労強度と水のります。

影響について，コンクリート工学年次論文報告集，pp.627-632，

4.1 で算出した高速道路における 250 kN/ 輪の 1 年間の1987.

等価繰返し回数に，この水張りの影響による疲労促進倍率【2021 年 1 月 6 日受付】を考慮し，100 年相当の載荷回数を算出すると，56.6 回 /92

プレストレストコンクリート