報 告

近畿自動車道 門真ジャンクション（鋼上部工）工事の設計
Design of Kadoma Junction Work (Steel Superstructure Work) for Kinki Highway
桑山

豊六＊１

Toyomu KUWAYAMA田川拓哉＊ 2

Takuya TAGAWA

浦田保＊ 3

Tamotsu URATA

Summary
The superstructure of the Kadoma Junction Work on Kinki Highway includes four bridges-- Lamp A, Lamp B, Lamp Cand Lamp D. The sub-structure includes two units of steel piers and four units of hybrid piers with RC column and steel
beam. The superstructure is a multi-span continuous no-composite, 2 main narrow-width box girder bridge. As thisbridge is a lamp bridge whose curvature of horizontal alignment is large and whose width is narrow, its negative
reaction force has become a problem. We used high-fluidity concrete for the joints of the composite piers, and studied
concrete cracks by means of thermal stress analysis. The present paper reports the design and the results of the study.
キーワード：細幅箱桁、鋼・コンクリート複合橋脚、高流動コンクリート、温度応力解析、負反力対策

１．はじめに径間連続桁であり、交通量の多い近畿自動車道と中央環状線の上を横断している。このため近畿自動車道上は夜本工事は、西日本高速道路株式会社から発注された近間通行止めによる一括架設を行った。また、物流倉庫の畿自動車道と第二京阪道を接続する門真ジャンクション

上を跨ぐＡランプの一部区間では、回転横取り架設工法の鋼上部工工事である。上部工の施工範囲はＡランプ、を採用した。

Ｂランプ、Ｃランプ、Ｄランプの 4 橋があり、いずれもＢランプの BP3、BP4、BP13、BP14 橋脚は、コンクリ2 主桁の細幅箱桁橋である。下部工は鋼製橋脚 2 基 、ート柱と鋼製横梁を結合した複合橋脚である。結合部に鋼・コンクリート複合橋脚 4 基が施工範囲に含まれる。

は高流動コンクリートを使用することにより施工性の改現地の位置図を図−１に、完成予想図を図−２に示す。

善を図り、温度応力ひび割れの発生に対して温度応力解

Ａランプ、Ｂランプはそれぞれ 10 径間、13 径間の多析による施工手順の検討を行った。また、BP13、BP14

図−１ 現地の位置図＊1＊2㈱宮地鐵工所 技術本部設計部設計グループ課長代理㈱宮地鐵工所 技術本部設計部設計グループ

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図−２ 完成予想図＊3㈱宮地鐵工所 工事本部工事部担当部長（現場代理人）55

橋脚部は、地震時の負反力対策として下部工の鋼製横梁

施工場所：（自）大阪府

門真市

大字（至）大阪市

鶴見区

茨田大宮と上部工の鋼箱桁を剛結合する構造とした。
床版形式は合成床版とし、床組み構造の簡略化を図っ

発 注 者：西日本高速道路株式会社
工た。
本稿は、これらの設計における構造的特徴や複合橋脚

島

関西支社

期：平成 18 年 11 月 3 日〜平成 21 年 11 月 16 日

その他、各ランプ橋の橋梁諸元を表−１、全体平面図を図−３に示す。また、各ランプ桁および橋脚を代表し結合部の施工検討について報告する。てＢランプの上部工一般図を図−４、BP13 複合橋脚の一般図を図−５に示す。

２．工事概要工 事 名：近畿自動車道

門真ジャンクション（鋼上部工）工事
表−１ 各ランプ橋の橋梁諸元

図−３ 全体平面図

図−４ B ランプ上部工一般図56

宮地技報 No.24図−５ BP13 複合橋脚一般図

３．構造的特徴（1）多径間連続非合成 2 主細幅箱桁橋（ａ）B ランプ中間部

上部工の構造形式は 2 主桁の細幅箱桁橋であり、平面線形の曲率が大きく、桁にねじりが発生しやすいという特徴があるため、床版への負荷を軽減するために非合成桁として設計した。細幅箱桁は、腹板間隔を狭くすることにより縦リブ、横リブが省略でき、材片数の大幅な削減が可能となる。さらに、合成床版との組み合わせにより、縦桁、ブラケットなどの床組み構造を省略することが出来る。
代表的な主桁の断面図を図−６に示す。
（2）鋼・コンクリート複合橋脚
Ｂランプの BP3、BP4 橋脚は、RC 単柱橋脚と鋼製の張り出し横梁を結合した複合橋脚であり、BP13、BP14 橋
脚は、RC 柱 2 本と鋼製横梁を結合した門型の複合橋脚である。結合形式には鋼製柱埋め込み形式を採用し、鋼製柱の外側に設置した孔あき鋼板ジベル（PBL）により鋼とコンクリートを一体化している。この構造は鋼製柱の外側に太径鉄筋を密に配置するため、バイブレーター（ｂ）D ランプ中間支点部
図−６ 主桁断面図

によるコンクリートの締め固め作業が非常に困難となる。そこで、施工性改善のために高流動コンクリートを使用し、締め固め作業の省略を図った。ただし、高流動コンクリートはセメント量が多く水和反応による発熱量が大きくなるため、温度応力解析によりひび割れの検討を行った。検討結果については次章にて詳述する。
BP13 複合橋脚の架設状況を写真−１、複合橋脚の結合構造を図−７に示す。また、複合橋脚結合部の配筋図を図−８、配筋状況を写真−２、高流動コンクリート打設状況を写真−３に示す。
写真−１ BP13 複合橋脚の架設状況

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写真−２ 複合橋脚結合部の配筋

図−７ 複合橋脚の結合構造

写真−３ 複合橋脚結合部の高流動コンクリート打設の軽減対策としては有効であった。なお、橋軸方向地震時の剛結部近傍の主桁、横梁、柱の設計には以下の点に注意した。
１）主桁に橋軸直角方向軸回りの大きな曲げモーメン
図−８ 複合橋脚結合部の配筋図

トが発生するため、主桁断面が地震時で決定する場合がある。

（3）上下部剛結構造

２）横梁に面外方向の大きな曲げモーメントが発生す

Ｂランプは地震時の横荷重により中間支点部に大きなるため、横梁のウェブ補強が必要となる場合がある。

負反力が発生するため、門型橋脚となる BP13、BP14 橋

３）柱に大きなねじりモーメントが発生するため、立脚の鋼製横梁と上部工箱桁を剛結構造とした。BP13 橋体解析を行う際、特に RC 柱の場合にはねじり剛度脚部の上下部剛結構造を図−９に示す。剛結部の構造は、を適切に評価する必要がある。

横梁ダイヤフラムと横梁内の主桁ウェブ、横梁下フランジと横梁内の主桁下フランジなど、主要部材が近接する（4）機能分離支承箇所があるため、溶接施工性を考慮して構造計画を行っ鉛直支承と水平支承（ダンパー）を併用して支承機能た。上下部剛結構造とすることにより、BP13、BP14 橋を分離することにより、支承の形状寸法を小さくした。

脚部の地震時の水平力分担率は他の橋脚に比べて大きく

ただし、Ｂランプは一部の中間支点部に上下部剛結構造なるが、橋梁全体としての移動量、変形量、負反力などを採用したことにより支承変位が抑制されるため、水平58

宮地技報 No.24

に設計することを目標とし、負反力が大きくゴムの引張応力が 2N/mm2 に収まらない場合は最大 5N/mm2（ゴムの破断強度）以下となるように支承形状を決定した。ただしその場合には、フェイルセイフ機構として転倒防止装置を設置することとした。転倒防止装置の設置方針フローを図− 12 に示す。
２）カウンターウェイト
Ａランプの AP9 中間支点付近は常時および風時で負反力が発生するため、G2 主桁内にカウンターウェイトと図−９ BP13 橋脚部の上下部剛結構造支承は設置せず、鉛直支承のみとした。鉛直支承と水平支承の構造図を図− 10 に示す。
（5）負反力対策工

図− 10 機能分離支承

本橋は、曲線桁であること、ランプ橋のため幅員が狭く橋軸直角方向の支点間隔が狭いこと、主桁高が高く遮音壁などにより荷重重心位置が高いことなどの影響により、ゴム支承に大きな負反力が発生する。これに対し、各種の負反力対策工を設けた。
１）転倒防止装置
Ａランプ、Ｃランプ、Ｄランプで大規模地震時に負反力が発生する箇所については、下部工と上部工を鉛直方向に PC ケーブルでつないだ転倒防止装置を設置した。
転倒防止装置の構造を図− 11 に示す。これはゴム支承が鉛直方向の引張力を受けて破断した場合に桁の転倒を防止するためのものである。しかし、支承の分散設計の観点からはゴム支承は大規模地震時でも破断しないことが前提である。よって、支承設計においてはゴムの引張応力が 2N/mm2（ゴムの許容引張応力）以下となるよう

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図− 11 転倒防止装置

59表−２ AP9（G2 桁）支点反力

図− 13 A ランプ カウンターウェイト施工範囲

図− 12

転倒防止装置設置方針フローしてコンクリートを約 40t 打設することとした。AP9 のG2 桁支点反力を表−２、カウンターウェイト施工範囲
を図− 13 に示す。
３）アウトリガー張り出し
Ｄランプの DP10 端支点部は大規模地震時に大きな負図− 14 DP10 アウトリガー反力が発生するため、G2 主桁から外側にアウトリガーを張り出し、支点間隔を広げることにより負反力の軽減

クリートは、普通コンクリートと比較してセメント量がを図った。DP10 のアウトリガーを図− 14 に示す。

多い富配合なコンクリートとなり、水和反応による発熱量が大きくなる。さらに、形状寸法が大きくマスコンクリートとしての影響を受けるため、コンクリート内外で４．複合橋脚結合部コンクリートの温度応力解析の温度差が大きくなり、温度応力ひび割れの発生が懸念された。よって、結合部コンクリートの温度変化と応力傾向を把握し、適切な施工方法を策定するために温度応（1）解析の目的

力解析を実施した。

高流動コンクリートを使用した複合橋脚の結合部コン60

宮地技報 No.24

表−３ 温度応力解析条件（2）解析条件
解析は、コンクリートの非線形温度応力解析プログラ
ム「ASTEA MACS」を使用した。解析モデルは、既設RC 橋脚、後施工コンクリート、鋼製柱、中埋めコンクリートを図− 15 のようにモデル化した。実施工では、数回に分けてコンクリートを打設するため、いろいろな打設手順をパラメータとして温度応力ひび割れの発生傾向について比較検討を行った。解析条件を表−３、解析CASE を図− 16 に示す。
CASE-1 は全量を一括でコンクリート打設した場合である。打設高さが 7m 以上となり、高流動コンクリートの側圧を考慮すると実施工では現実的ではないが、検討の比較基準として解析を行った。その他の CASE は、高さ方向の分割、鋼製柱内外での分割などを組み合わせたものである。

図− 16 温度応力解析 CASEの最高温度は CASE-1 と CASE-2 の中間となる。
図− 15 温度応力解析モデル

CASE-1 のコンクリート温度履歴を図− 18 に示す。外部のコンクリート温度は材齢 1 〜 2 日で急激に上昇し、（3）コンクリートの温度上昇特性その後緩やかに低下して外気温に近づく。一方、内部のコンクリートの最高温度分布を図− 17 に示す。

コンクリート温度は材齢 3 日目まで上昇し続け、最高温

CASE-1 は全量一括で大量のコンクリートを打設したも度は外部温度と比べてはるかに高くなる。外部のコンクのであり、内部の最高温度が全 CASE の中で最も高くなリート温度が低下し、体積が収縮し始めた時、内部のコる。また、高温となる範囲も広い。CASE-2 は高さ方向

ンクリート温度は上昇中であり、体積は膨張している。に 5 分割してコンクリートを打設したものであり、内部このとき、コンクリート外部には引張応力、内部には圧温度は最も低くなる。CASE-3 は高さ方向に 3 分割し、縮応力が発生する。一方、材齢 10 日以降になると、外鋼製柱の内側と外側を交互に打設したものであり、内部部温度の低下は落ち着いてくるが、内部温度は緩やかに

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（１）CASE −１
図− 18 コンクリートの温度履歴（CASE −１）

低下を続け体積が収縮するため、内部に引張応力が発生する。コンクリートを分割施工する場合にはこれらの温度上昇と降下のタイミングが複雑に関連するため、コンクリートの温度上昇特性を把握した上で施工手順の計画を行う必要がある。
（4）ひび割れ指数の比較検討結果
温度応力ひび割れの発生傾向をひび割れ指数で評価する。ひび割れ指数とは、コンクリートの各材齢に応じた引張強度（許容値）を引張応力（発生応力）で割ったものであり、ひび割れ指数が小さくなるほどひび割れが発（２）CASE −２生する確率が高くなることを示す。代表して CASE-3 のひび割れ指数分布を図− 19 に示す。また、各 CASE、各（３）CASE −３
図− 1762

コンクリートの最高温度分布

図− 19 コンクリートのひび割れ指数分布（CASE −３）

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着目点（外部、内部）のひび割れ指数の履歴を図− 20となること、内部のひび割れ指数が長期にわたって小さに示す。

くなることなどの課題を残す結果となった。

CASE-1 は全ケースの中で外部のひび割れ指数が最も小さくなった。一度に大量のコンクリートを打設すると５．おわりに内部温度が上昇し、外部との温度差が大きくなるため、温度応力ひび割れを抑制する方法として、内部の最高温

本工事は、曲率が大きく、幅員が狭いランプ橋という度を抑制すること、外部の温度降下速度を抑制することことで、特に支点部の負反力が問題となり、多くの支点などが有効な手段であるといえる。

部に転倒防止装置を設置した。しかし、鉛直方向の PC

CASE-2，3 は分割施工の手順を変えたものであるが、ケーブルの設置は、美観を害すること、支承周りの設置

外部と内部に着目するとそれぞれに一長一短があり、結スペースに制約を受けること、水平方向の変位を拘束し果としてひび割れ指数を大幅に改善できる方法は見つけないで鉛直方向のみの浮き上がりを防止する構造とするられなかった。本工事では、この中で外部のひび割れ指必要があること、などに対する今後の改善が期待される。

数が最も大きくなる CASE-3 を採用することとした。し現時点で考えられる改善策としては、支承間隔を広げてかし、外部のひび割れ指数の最小値が一時的に 1.0 以下負反力を軽減する、負反力に抵抗できる支承構造にする、上下部剛結構造にして負反力に抵抗する、などが挙げられる。
また、鋼・コンクリート複合橋脚の結合部では、コンクリートの温度応力解析を実施して高流動コンクリートの分割施工手順の検討を行った。解析の結果、分割施工の手順を変えることによるひび割れ指数の傾向を把握することは出来たが、大幅な改善効果は得られなかった。
なお、実施工は現時点では完了していないため、施工結果については別途報告することとする。
最後に、本工事の設計を進めるにあたりご指導いただ
いた NEXCO 西日本関西支社、同枚方工事事務所の関係各位に紙面を借りて、厚く御礼申し上げるとともに、本報告が今後の同種橋梁の設計の一助になれば幸いである。

＜参考文献＞１）笹井，桑山，佐藤：上信越自動車道北千曲川橋の施工−鋼・コンクリート複合橋梁−，橋梁と基礎
2006.09 vol.40，pp11 〜 17２）桑山，堀，佐藤：鋼・コンクリート複合構造部における高流動コンクリートの冬季施工（北千曲川橋），
宮地技報 No.19 2003，pp6 〜 14３）西日本高速道路株式会社：設計要領第二集 ９章 複合構造，平成 18 年 4 月
４）土木学会：コンクリート標準示方書［施工編］４章
施工段階におけるひび割れ照査，2002.3
2009.1.28

受付

図− 20 ひび割れ指数の履歴（外部、内部）近畿自動車道 門真ジャンクション（鋼上部工）工事の設計

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