第 12 回道路橋床版シンポジウム論文報告集

土木学会

報告
損傷状態が異なる RC 床版の衝撃荷重載荷試験
角間恒*，横山広**，桝谷浩***，久保善司****，栗橋祐介*****，畠山乃*******博（工）, 寒地土木研究所, 寒地構造チーム（〒062-8602 札幌市豊平区平岸 1 条 3 丁目 1-34）**博（工）, 大日本コンサルタント, インフラ技術研究所（〒102-0075 東京都千代田区三番町 6-3）***工博, 金沢大学教授, 理工研究域地球社会基盤学系（〒920-1192 石川県金沢市角間町）****博（工）, 金沢大学准教授, 理工研究域地球社会基盤学系（〒920-1192 石川県金沢市角間町）*****博（工）, 金沢大学教授, 理工研究域地球社会基盤学系（〒920-1192 石川県金沢市角間町）******寒地土木研究所, 寒地構造チーム（〒062-8602 札幌市豊平区平岸 1 条 3 丁目 1-34）
道路橋 RC 床版を計画的かつ効率的に維持管理・更新していくためには，多様化する損傷状態を的確に把握するとともに，残存する性能に基づき対策の優先順位付けを行うことが求められる．本稿では，床版の耐荷性能を簡便に把握する手法として小型 FWD による衝撃荷重載荷試験に着目し，諸元や損傷状態の異なる床版試験体に対する輪荷重走行試験を行う過程において，静的載荷試験および衝撃荷重載荷試験によるたわみ計測を行い，両者から得られる床版剛性を比較した結果について報告する．
キーワード： RC 床版，輪荷重走行試験，衝撃荷重載荷試験

1．はじめに

2．試験方法鋼橋の RC 床版（以下，床版）は，大型車の繰返し走行に加え，橋面からの水の浸入やそれに伴う材料劣化の影響を受けることで，下面のひび割れや上面の土砂化，内部の水平ひび割れといった様々な損傷状態を呈する．
膨大な数の損傷した床版を計画的かつ効率的に維持管理・更新していくためには，損傷状態を的確に把握するとともに，残存する耐荷性能や耐久性能に基づき対策の優先順位付けを行う必要がある．
床版の耐荷性能の把握では，これまで荷重車を用いた載荷試験が多く採用されてきた．一方，より簡便な手法として車載型や自走型の試験装置を活用した衝撃荷重載荷試験 1)があり，さらに近年では，可搬型の小型 FWDを活用して実橋床版の劣化状況の把握を試みた事例 2)も報告されている．こうした中，著者らも，既報 3)において，小型 FWD による実橋切出し床版のたわみ計測を行っているが，車載型や自走型の試験装置と比較して研究事例が少なく，たわみ計測における適用性が十分に検討されているとは言い難い状況にある．
そこで本稿では，小型 FWD による床版のたわみ計測に関する基礎的検討として，諸元や損傷状態が異なる床版試験体に対する輪荷重走行試験を行う過程において，静的載荷試験および小型 FWD による衝撃荷重載荷試験を実施し，両者から得られる床版剛性を比較した結果を報告する．なお，本稿において輪荷重走行試験結果に関する詳細な分析を行っていないことを予め断っておく．

2.1 試験体
本研究には，3 シリーズ合計 8 体の実物大の床版試験体を使用した．表－1 および表－2 は各シリーズおよび各試験体の概要であり，以下にその内容を概説する．
(1) シリーズ 1シリーズ 1 の 3 体は，平面寸法 2800mm×3000mm であり，床版厚および鉄筋量は昭和 47 年道路橋示方書に準ずる．本シリーズは，ASR が進行した床版の輪荷重走行下での押抜きせん断破壊や土砂化に対する耐久性を把握することが目的であり，普通骨材を使用して健全状態を模した 1-1 に対し，1-2 および 1-3 では，試験体の一部または全体のコンクリートに反応性の細骨材を使用している．また，ASR 促進のためにコンクリートに NaClを添加し，これに伴って鉄筋には腐食防止のためのエポキシ樹脂塗装を行っている．なお，1-3 は既報 4)の試験結果を再掲するものであり，ASR 促進による試験体の損傷状況については，文献 4 を参照されたい．また，1-2 の反応性骨材使用範囲については，製作時期，コンクリー
ト配合，養生方法が 1-3 と同じであることを記しておく．
(2) シリーズ 2シリーズ 2 の 2 体は，平面寸法 2800mm×3000mm であり，床版厚および鉄筋量は昭和 39 年鋼道路橋設計示方書に準ずる．本シリーズもシリーズ 1 と同様，ASR が床版の耐久性に与える影響を把握することが目的であり，試験体コンクリートに反応性の骨材（2-1 では粗骨- 141 -表－1 試験体一覧
シリーズ

適用示方書

試験体名

床版コンクリート※
圧縮強度 静弾性係数
劣化状態（N/mm2）（kN/mm2）
41.731.2
健全ASR（一部）
43.6
17.0
39.5
12.7
ASR（全体）
43.5
27.1
26.8
10.2
38.027.9
健全

輪荷重走行プログラム
荷重
走行回数
環境（kN）（万回）

1-1200乾燥
1-2200乾燥
1-3200
水張り2-1140
乾燥S39
22-2165
水張り
3-1100水張りS39
33-2100
乾燥
実環境で
39.8
28.7
劣化
3-3100乾燥※1-2～2-2は試験体と同時に製作したテストピースによる値、3-2～3-3は健全部から採取したコアによる値
1S47

衝撃荷重載荷での重錘質量（kg）

92.3
50.0
24.1
90.0
4.5
26.5
105.5
0.5

252510, 15, 2510, 15, 25
10, 15, 25
10, 15, 251010

表－2 試験体の基本諸元
主鉄筋 ※1

寸法
シリーズ

走行直角
走行方向
方向

厚さ

径

配力鉄筋 ※1

支持間隔

かぶり間隔

径

かぶり間隔

D19
40
3000
200
12800
(D19)
(40)
D1630
22800
3000
190(D16)(30)
40
D16※232300
3000
170(D16)(40)※1：括弧内は上側鉄筋の諸量 ※2：健全状態（土砂化発生前）の厚さ125(250)150(300)
100(200)

D16(D16)
D13(D13)
D13(D13)58(58)
44.5(44.5)
55(55)

100(200)
300(300)
180(180)

2500

2825

25002825

20002850（単位：mm）

材および細骨材，2-2 では細骨材）を使用したうえで NaClを添加し，また，鉄筋にはエポキシ樹脂塗装を行っている．なお，2-1 および 2-2 は既報 4)，5)の試験結果を再掲するものであり，ASR 促進による試験体の損傷状況については，それぞれ文献 5 および 4 を参照されたい．
(3) シリーズ 3
シリーズ 3 は，シリーズ 2 と同様，昭和 39 年鋼道路
橋設計示方書に準拠した試験体であるが，試験体寸法や支持間隔が異なる．3-2 および 3-3 は実橋から切出して整形した試験体であり，3-1 はこれらの健全状態を模して製作した試験体である．なお，3-2 および 3-3 は，凍害および ASR の影響を受けて層状ひび割れが発生し，さらに3-3 においては土砂化により床版厚が 15mm 程度減少した状態の試験体に対して試験を行ったものであり 6)，詳
細については文献 6 を参照されたい．
2.2 載荷方法(1) 輪荷重走行試験および静的載荷試験
輪荷重走行試験には，寒地土木研究所所有のクランク式の輪荷重走行試験機を使用した．試験体の支持は，走行直角方向端部を単純支持，走行方向端部を弾性支持とし，支持間隔は表－2 に示すとおりとした．また，試験体四隅には浮き上がり防止材を設置している．
輪荷重の載荷には鉄輪を使用した．走行範囲は試験体中央から前後1m（全長2m）とし，幅300mm×長さ120mmの鋼製ブロック等（図－1(a)）を介して，表－1 中に示す輪荷重を作用させた．また，水張り環境下で試験を実施
した 1-3，2-2，3-1 では，試験体上面の走行範囲全長にわたって幅 1500mm の堤を設置し，湛水状態を保った状態で輪荷重を走行させた．
計測項目は荷重および試験体下面のたわみとし，所定の走行回数において輪荷重走行を停止させた状態で試単純支持 弾性支持

載荷位置
鋼製カバー

鋼板

CL

静的載荷
衝撃荷重載荷ベニヤ

外部変位計（衝撃荷重載荷）

ベニヤ

鋼製ブロック
レーザー式変位計（静的載荷）(a) 載荷部詳細

250mm(b) 載荷および計測位置

図－1 載荷および計測方法
静的荷重（試験体中央）

衝撃荷重（試験体中央）

小型FWD
鋼製ブロック等

外部変位計（図-1参照）(a) 静的載荷試験(b) 衝撃荷重載荷試験

写真－1 試験状況

験体中央に荷重を静的に作用させ，試験装置の台車部に内蔵した油圧計の値から荷重を，試験体下面に設置したレーザー式変位計によりたわみを計測した（図－1(b)，写真－1(a)）．
(2) 衝撃荷重載荷試験
衝撃荷重載荷試験では，東京測器研究所の FWD-Light（KFDT-100A）を使用し，試験体中央において，高さ500mm から 10～25kg の重錘を図－1(a)に示す鋼板上に直接落下させることで衝撃荷重を作用させた．表－1 に使用した重錘質量を示す．なお，水張り環境下で輪荷重走行試験を実施した試験体では，走行を停止して上面の湛水を解消した後に衝撃荷重載荷試験を実施している．
計測項目は荷重および試験体上面のたわみとし，小型FWD の載荷部に内蔵された荷重計により衝撃荷重を，試験体上面に設置した外部変位センサ（KFDST-1A）によりたわみを計測した（図－1(b)，写真－1(b)）．

- 142 -土砂化

120

未破壊

804016012080

土砂化

40

押抜きせん断破壊

押抜きせん断破壊

0100

101102103104105
走行回数（回）200○2-1（ASR／140kN-乾燥）
2-1（ASR/140kN-乾燥）○2-2（ASR／165kN-水張り）
2-2（ASR/165kN-水張り）

KFWD（kN/mm）

160

200

○1-1（健全／200kN-乾燥）
1-1（健全/200kN-乾燥）○1-2（一部ASR／200kN-乾燥）
1-2（一部ASR/200kN-乾燥）
1-3（ASR／200kN-水張り）○ 1-3（ASR/200kN-水張り）

Kstatic（kN/mm）

Kstatic（kN/mm）

200

106

1070

押抜きせん断破壊

100(a) シリーズ 1

101102103
104
105
走行回数（回）

106

107○3-1（健全／100kN-水張り）
3-1（健全/100kN-水張り）○3-2（実橋／100kN-乾燥）
3-2（実橋/100kN-乾燥）
3-3（実橋／100kN-乾燥）○ 3-3（実橋/100kN-乾燥）

160
120

押抜きせん断破壊80400

押抜きせん断破壊

100(b) シリーズ 2
図－2 床版剛性の推移

101102

押抜きせん断破壊

103
104
105
走行回数（回）

106107(c) シリーズ 3
押抜きせん断による斜めひび割れ

CL

押抜きせん断による斜めひび割れ

土砂化
供用中に発生していた
層状ひび割れ6)

押抜きせん断による斜めひび割れ

土砂化

コンクリートの圧壊・落ち込み
供用中に発生していた層状ひび割れが輪荷重走行により著しい剥離に進行6)（押抜きせん断破壊）(a) シリーズ 2 の上面（左から 2-1，2-2）(b) シリーズ 3 の切断面（上から 3-1，3-2，3-3）

写真－2 試験体の損傷状況例

2.3 試験結果の比較方法
静的載荷試験および衝撃荷重載荷試験による結果の比較は，次式で定義する床版剛性により行った．
Kstatic = P0 / w250
(1)**
KFWD = P 0 / w 250(2)ここで，Kstatic：静的載荷による床版剛性（kN/mm），P0：静的荷重（kN），w250：載荷位置から走行直角方向に250mm の位置での試験体下面たわみ（mm），KFWD：衝撃荷重載荷による床版剛性（kN/mm），P*0：衝撃荷重波形のピーク値（kN），w*250：載荷位置から走行直角方向に 250mm の位置で計測した試験体上面たわみ波形のピーク値（mm）であり，衝撃荷重載荷では 1 回の計測につき 3～5 回の重錘落下を行い，異常値を除外した後の平均値を比較対象とした．床版剛性の評価に w250 およびw*250 を使用したのは，衝撃荷重載荷において，鋼製ブロックの跳ね上がり等の影響により載荷位置での試験体上面のたわみを正確に取得できないためである．上記 2式により試験結果の比較を行うことについては議論が必要であるが，ここでは簡便のため，同じ位置の上下面で計測したたわみをもって床版剛性を定義した．
3．試験結果3.1 輪荷重走行試験
図－2 は静的載荷試験により取得した Kstatic の推移であり，図中には各試験体の試験終了時の損傷・破壊形態も記している．図より，いずれの試験体も走行回数の増加とともに床版剛性が低下し，1-1，2-1，3-1，3-2，3-3 は押抜きせん断破壊に至った時点で，1-3 および 2-2 は試験体上面の土砂化が著しく進行して走行不能となった時点で試験を終了した．また，1-2 は走行回数 90 万回の時点で未破壊のまま試験を打ち切った．

写真－2 は試験終了時の試験体損傷状況の例であり，シリーズ 2（写真－2(a)）では，試験環境の違いにより上面の損傷状態が明らかに異なり，水張り環境とした 2-2において輪荷重走行部に著しい土砂化が発生しているのがわかる．また，シリーズ 3（写真－2(b)）では，試験開始時における層状ひび割れの発生状況によって試験体毎に内部の損傷状況が大きく異なるものであった 6)．
3.2 衝撃荷重載荷試験
図－3 は輪荷重走行試験の各段階で計測した Kstatic および KFWD を比較した結果であり，図中には，KFWD-Kstatic関係を原点をとおる一次式により線形近似した際の近似式の傾きおよび相関係数も併せて示している．図－3(a)には本試験の範囲内で取得した KFWD-Kstatic 関係の全データを重錘質量別に示す．全体的な傾向として，小型FWD は走行回数の増加に伴う床版剛性の低下を捉えているものの，KFWD と Kstatic の比（KFWD/Kstatic）は 0.63～2.00と大きなばらつきの範囲にあり，小型 FWD によって床版剛性を定量的に捉えられているわけではない．
図－3(b)～(d)は，KFWD-Kstatic 関係をシリーズおよび試験体別に区別したものである．まず試験体別に KFWD-Kstatic関係を見ると，同一の重錘質量の下で KFWD と Kstatic の間には概ね比例関係が成立する様子が見受けられる．また，
1-3，2-1，2-2，3-1 の結果からは，重錘質量を小さくするにつれて KFWD-Kstatic 関係の線形近似式の傾き a が増加，すなわち小型 FWD が床版剛性を相対的に大きく評価していることがわかる．これは，重錘質量によって衝撃荷重の作用時間が変化することや，荷重－たわみ関係の非線形性等が影響していると考えられる．さらに，シリー
ズ別に KFWD-Kstatic 関係の傾きを見たとき，同一の重錘質量の場合，シリーズ 3 においてシリーズ 1 および 2 と比較して傾きが小さくなっている．シリーズ 3 では他のシ- 143 -80
40○004080
120 160
Kstatic（kN/mm）【重錘質量：15kg】

2004080
120 160
Kstatic（kN/mm）

土砂化

80
押抜き400【重錘質量：15kg】

200○ 1-3（ASR/200kN-水張り）

80

120
土砂化

0040aR1.002 0.92080
120 160
Kstatic（kN/mm）

8000【重錘質量：25kg】

200

12080
40
○

0040a
R
1.063 0.886

80
120 160
Kstatic（kN/mm）(a) 全データ

20080
120 160
Kstatic（kN/mm）

200

未破壊

80
押抜き40○○○0040aR
1.162 0.842
1.413 0.843
1.049 0.701

80
120 160
Kstatic（kN/mm）

○
○40a
R
1.277 0.968
1.184 0.940

80
120 160
Kstatic（kN/mm）

200【重錘質量：15kg】○ 3-1（健全/100kN-水張り）

80

押抜き

○00

【重錘質量：25kg】

200○ 2-1（ASR/140kN-乾燥）○ 2-2（ASR/165kN-水張り）40aR
0.802 0.96580
120 160
Kstatic（kN/mm）

200【重錘質量：25kg】○ 3-1（健全/100kN-水張り）

160

土砂化

80
押抜き40

○
○00(b) シリーズ 1

80
120 160
Kstatic（kN/mm）

120

200

120

20040aR
0.872 0.960
1.045 0.921
1.419 0.808

40

160

土砂化

120

○
○
○

160

0200

○ 1-1（健全/200kN-乾燥）○ 1-2（一部ASR/200kN-乾燥）○ 1-3（ASR/200kN-水張り）

押抜き
400

○ 2-1（ASR/140kN-乾燥）○ 2-2（ASR/165kN-水張り）

80
押抜き
40

200

押抜き
押抜き

800

【重錘質量：15kg】

0【重錘質量：25kg】

160
KFWD（kN/mm）

160

40

○ 3-1（健全/100kN-水張り）○ 3-2（実橋/100kN-乾燥）○ 3-3（実橋/100kN-乾燥）

120

200

土砂化

aR
1.097 0.712

○200

80
120 160
Kstatic（kN/mm）

120

40
○40a
R
1.446 0.962
1.376 0.879

160
KFWD（kN/mm）

160

120

○
○0200

【重錘質量：10kg】

160

120

a
R
1.198 0.597○0

KFWD（kN/mm）

KFWD（kN/mm）

80

040

KFWD（kN/mm）

土砂化

200

160

200

120

KFWD（kN/mm）

200

160

40a
R
1.092 0.910

200○ 2-1（ASR/140kN-乾燥）○ 2-2（ASR/165kN-水張り）

KFWD（kN/mm）

120【重錘質量：10kg】

KFWD（kN/mm）

160

200

○ 1-3（ASR/200kN-水張り）

KFWD（kN/mm）

160【重錘質量：10kg】

KFWD（kN/mm）

200

KFWD（kN/mm）

KFWD（kN/mm）【重錘質量：10kg】

20040aR
1.153 0.944
1.053 0.979

80
120 160
Kstatic（kN/mm）(c) シリーズ 220012080

押抜き40○0040aR
0.765 0.962

80
120 160
Kstatic（kN/mm）

200(d) シリーズ 3※図中の表は，KFWD-Kstatic 関係を原点を通る一次式により線形近似した際の近似式の傾き（a）および相関係数（R）を表す．

図－3 床版剛性の比較

リーズと比べて単純支持間隔が短く，また床版厚が小さいことが衝撃荷重載荷時の応答に影響を及ぼした可能性があるが，詳細は今後検討したい．
次に，試験体の損傷形態の影響に着目すると，例えばシリーズ 2 では，2-1 と 2-2 で最終的な損傷・破壊形態が異なるにも関わらず KFWD-Kstatic 関係の傾きが概ね一致している．同様のことは，輪荷重走行による損傷・破壊形態が異なる 1-1 と 1-2，3-1～3-3 にも言える．このことか
ら，試験体の諸元（ここでは，平面寸法，配筋，支持条件）や重錘落下条件が同一であれば，損傷状態によらずKFWD から Kstatic を推定できると示唆される．
4．おわりに
本研究では，諸元や損傷状態が異なる床版試験体の輪荷重走行試験を行う過程において，静的載荷試験および小型 FWD による衝撃荷重載荷試験を実施し，両者から得られる床版剛性の比較を行った．その結果，現時点で衝撃荷重載荷試験を実施して得られるたわみから床版剛性を定量的に評価することは難しいが，床版の断面諸元や支持間隔等の影響を加味することで，今後，床版剛性を推定できるようになる可能性があることを示した．
また，本報告の範囲において，床版の損傷状態が両試験から得られる床版剛性の相関関係に与える影響が小さいことを示唆した．
参考文献
1) 土木学会：道路橋床版の維持管理マニュアル 2020，2020.10.
2) 例えば，千葉ら：小型 FWD 試験で得られた応答加速度を用いた床版の劣化判定手法の検討，構造工学論文
集 Vol.68A，pp.638-648，2022.3.
3) 角間ら：静的および衝撃荷重載荷試験による撤去床版のたわみ評価，第 10 回道路橋床版シンポジウム論文
報告集，pp.147-150，2018.10.
4) 横山ら：道路橋床版の土砂化対策としての断面修復に関する実験的研究，第 11 回道路橋床版シンポジウム
論文報告集，pp.225-230，2020.10.
5) 横山ら：AI 画像分析による反応性骨材使用 RC 床版の疲労劣化検知に関する研究，構造工学論文集
Vol.67A，pp.628-635，2021.3.
6) 角間ら：凍害・ASR が複合的に生じる環境下で 49 年間供用された実橋 RC 床版の構造性能評価，土木学会
論文集 E2（材料・コンクリート構造），Vol.76，No.1，
pp.21-40，2020.2.
（2022 年 7 月 8 日受付）
（2022 年 9 月 9 日受理）

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