報 告鋼道路橋床版の設計曲げモーメントに関する一考察
Design Bending Moment of Steel Highway Bridge Deck Slabs

永谷秀樹＊ 1

Hideki NAGATANI田中伸尚＊ 2

Nobunao TANAKA

能地宏行＊ 3

Hiroyuk NOUJI

SummaryThe current Japan Highway Specifications are mainly standards for performance, where specific design bending
moments are presented for the reinforced concrete slabs and pre-stressed concrete slabs of steel highway bridges. Basedon the guideline descriptions, however, the design bending moment for deck slabs can be calculated considering thesupport conditions in the case of steel highway bridges. This report discusses the design bending moment for deck slabs
with an effective span between supports exceeding 4.0m using FEM analysis, and considerations when calculating thedesign bending moment in such a manner.
キーワード：床版、設計曲げモーメント、FEM 解析、合理化橋梁（鈑桁）１．はじめにントについては、鋼構造物設計指針 PART B（平成９年）の「第７章 道路橋の鋼板・コンクリート合成床版の設

近年、コスト縮減と構造の合理化を目的とした合理化橋計」における「7.4設計断面力」２）、及び道路橋示方書

梁が多く採用されている。この合理化橋梁では、合成床版

Ⅱ鋼橋編（平成 14 年）の「8 章 床版」の「8.3.4や PC 床版など高耐力・高耐久性を有する床版を用いるこ設計曲げモーメント」とで、床版支間を拡大し、主桁本数を減少させている。し式が参考となる。

たがって、これらの床版は従来の鉄筋コンクリート床版の適用支間 4.0m を超えるものとなっている。
また、平成 14 年の道路橋示方書は、性能照査型の設計基準に移行しており、鋼道路橋の床版についても要求事項

１）

床版のに示される設計曲げモーメント

ただし、表−１に示すように両者の間には大きな隔たりがある。特に、道路橋示方書においては、床版支間が4.0m を超えることにより設計曲げモーメントが大きく増加することとなる。

が明記されている。さらに、要求事項を満足するためのみ

ここで、道路橋示方書の解説においては、その設計曲なし規定として、鋼道路橋の鉄筋コンクリート床版およびげモーメントはコンクリート橋における設計曲げモーメ

プレストレスとコンクリート床版について、具体的な設計ントを準用しており、鋼橋の場合、桁による支持条件が曲げモーメントが示されている。ただし、その解説におい異なるため、支持条件の違いを考慮した詳細な検討を行て、鋼橋における床版支点条件を考慮して設計曲げモーメ

表− 1 設計曲げモーメント式の比較

ントを算出してよいとしている１）。本報告では、床版支間が 4.0m を超える鋼道路橋床版の連続版中間支点部の設計
曲げモーメントについて FEM 解析を用いて検討を行い、その設計曲げモーメント算出に関する留意点について考察する。

２．床版設計曲げモーメント式
合成床版の T 荷重による設計曲げモーメントは、床版支間 4.0m を超える連続版中間支点部の設計曲げモーメ＊1＊2㈱宮地鐵工所 技術本部設計部技術開発グループ課長代理㈱宮地鐵工所 技術本部設計部設計グループサブリーダー＊3㈱宮地鐵工所 技術本部設計部設計グループ

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う際には、別途設計曲げモーメントを算出してもよいと

・床 版 厚： 240mmしている 。

・ハンチ厚： 80mm１）・舗 装 厚： 75mm

３．解析対象とＴ荷重載荷位置
４．解析モデル
解析対象は合成床版を適用した合理化橋梁（鈑桁）を想定し、桁配置は図−１、図−２に示す通りである。
なお、T 荷重の載荷方法は、図−１、図−２に示す以下の２種類とした。

解析は弾性解析とし、以下の 2 種類のモデルによる解析を行っている。
①床版単体モデル：床版のみをシェル要素にてモデル化①中央分離帯を含め幅員構成を考慮して載荷②中央分離帯を無視し幅員方向に無制限に載荷
また、載荷位置については、着目する床版の中間支点②全体モデル：床版をソリッド要素、主桁をシェル要素にてモデル化
各解析モデルの詳細を以下に示す。

位置に発生する曲げモーメントが最大となるように決定（1）床版単体モデルしている。
なお、床版厚、ハンチ厚、舗装厚は次の通りである。

1）適用要素着目位置

着目位置（1）中央分離帯考慮（2）中央分離帯を考慮しない

図−１ 桁配置とＴ荷重の載荷位置（床版単体モデル）

着目位置

着目位置

（1）中央分離帯考慮（2）中央分離帯を考慮しない
図−２ 桁配置とＴ荷重の載荷位置（全体モデル）

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宮地技報 No.23主桁：シェル要素

床版：３次元シェル要素
要素寸法は曲げモーメント着目位置で 50mm ×

フランジ：幅 600 ×厚さ 19mm、150mm としている。

腹板：高さ 2400 ×厚さ 12mm
横桁：ビーム要素

厚さは 240mm で一定。
モデル化範囲は、床版支間の４倍以上としている。

横桁間隔： 6.0m、2）材料定数

フランジ：幅 340 ×厚さ 16mm、等方性材料として以下の定数を考慮した。
・ヤング率＝ 2.8 × 10 N/mm
42

腹板：高さ 1600 ×厚さ 9mm
垂直補剛材：ビーム要素・ポアソン比＝ 0.16667

横桁取付位置にのみ設置

3）拘束条件高さ 140 ×厚さ： 14mm

拘束条件は、主桁腹板上で鉛直変位のみを拘束した。

モデル化範囲は床版支間の 4 倍以上としている。

4）載荷荷重2）材料定数

載荷寸法は、舗装厚 75mm と床版厚 1/2 による広がり

構成材料は等方性材料として以下の定数を考慮している。

を慮して図−２の通りとし、荷重強度は道路橋示方書にコンクリート：準拠して 100kN とした。

ヤング率＝ 2.8 × 104 N/mm2、ポアソン比＝ 0.167
鋼

解析モデル図を図−３に示す。

材：

ヤング率＝ 2.0 × 105 N/mm2、ポアソン比＝ 0.3（2）全体モデル
1）部材形状と適用要素
床版：ソリッド要素（均一材料）
一般部厚： 240mm、ハンチ部厚： 320mm
ハンチ形状は約１：３の勾配も持たせ、縦・横断勾配は考慮しない。
図−４ 載荷寸法（全体モデル）

図−２ 載荷寸法（床版単体モデル）

図−３ 床版単体モデル

鋼道路橋床版の設計曲げモーメントに関する一考察

図−５ 全体モデル

953）拘束条件（１ m）の床版断面（幅 1000mm ×厚さ 240mm）の断面鉛直変位のみを主桁下フランジの腹板位置で橋軸方向

定数 W ＝ 2402 × 1000/6 ＝ 96 × 105mm3 から床版に発生し全長に渡り拘束している。
4）載荷荷重ている橋軸直角方向の曲げモーメント（Md0）は以下のように算出される。

載荷寸法は、舗装厚による荷重の広がりを考慮して、図−４の載荷寸法とした。

Md0 ＝（σmax）×（W）／ 10 6（kN・m）
さらに，設計曲げモーメント（ Md ）には、道路橋示方書に準拠した衝撃係数（20/（50+5.3）＝ 1.362）と鋼解析モデルを図−５に示す。

構造設計指針と同様の割増し係数（1.0+0.20 ×（1-（5.32.0）/10）＝ 1.134 を考慮して次式より算出する。

Md ＝ Md0 × 1.362 × 1.134（kN・m）

５．解析結果解析結果より算出された設計曲げモーメント表−２に（1）床版単体モデル
図−６に代表して、中央分離帯を考慮した載荷方法における床版上面の橋軸直角方向の発生応力度のコンター示す。なお、同表に鋼構造設計指針 PART B より算出される設計曲げモーメントとの比較も示す。
表−２ 床版の中間支点部設計曲げモーメント（床版単体モデル）を示す。また、図−７には変形図を示す。ここで、支点部において発生する最大応力度（σmax）は、中央分離帯を考慮した場合は 5.196N/mm2、中央分離帯を考慮しない場合には 5.861N/mm 2 となる。この結果より、単位幅

σmax＝2.51N/mm

図−６ 床版上面の橋軸直角方向の応力分布（単体モデル）

2（1）床版上面

σmin＝-3.43N/mm2（2）床版下面図−７ 変形図96

図−８ 床版上・下面の橋軸直角方向力の分布（全体モデル）

宮地技報 No.23

（2）全体モデル

出される設計曲げモーメントとの比較も示す。

図−８に代表して、中央分離帯を考慮した載荷方法に

ここで，中央分離帯を考慮しない場合には、T 荷重がおける床版上面・下面の橋軸直角方向の発生応力度のコ偏載されることによりハンチ部に応力が集中する傾向がンターを示す。この発生応力度より、床版単体モデルとあるため、中央分離帯を考慮しない場合に比べ載荷荷重同様に設計曲げモーメントを算出する。この際、床版支の合計は小さくなるが設計曲げモーメントはほぼ同等と間が若干異なるため、衝撃係数は 1.362、割増し係数はなっている。

1.136 となる。
また、図−９に橋軸直角方向の距離に対する設計曲げ６．考察モーメントの変化を示す。この図から分かるように、主桁上で設計曲げモーメントの増加する割合が小さくなっ今回の２種類の解析モデルによる解析結果より、床版ている。これは、床版単体モデルの解析結果では見られの中間支点部の設計曲げモーメンについて以下の事項がない現象であり、桁の支持条件を詳細に考慮したことに考察される。

よる影響と考えられる。

・床版単体モデルの解析結果による設計曲げモーメント

この解析結果より算出された設計曲げモーメント表−３に示す。なお、同表に鋼構造設計指針 PART B より算表−３ 床版の中間支点部設計曲げモーメントは、桁の支持条件を詳細に考慮した全体モデルに比べ大きな値を示す。
・床版単体モデルでは、載荷方法に中央分離帯を考慮することにより、中央分離帯を考慮しない場合に比べ設計曲げモーメントが 10%程度減少する。
・全体解析モデルでは、ハンチ部における応力集中の影響により、床版単体モデルのように、載荷方法に中央分離帯を考慮しても設計曲げモーメントは低下しない。
・鋼構造物設計指針 PART B による設計曲げモーメントに比べ、桁の支持条件を詳細に考慮した全体モデルの解析結果では６%、床版単体モデルの解析結果では50%上回る結果となった。

７．まとめ
以上の検討結果より、床版の設計曲げモーメントをFEM 解析を用いて算出するには、以下の事項について留意する必要があると考えられる。
・床版単体のみをモデル化した場合には、解析に桁の支持条件が詳細に反映されないため、設計曲げモーメントを過大に評価する場合があると予想される。
・したがって、床版単体の解析モデルを用いて算出された設計曲げモーメントが過大となる場合には、桁の支持条件を詳細に反映した全体モデルを用いて設計曲げモーメントを算出することにより、合理的な設計が可能となる。
・中央分離帯を考慮して、実際に載荷可能な荷重載荷状態にて設計曲げモーメントを算出することにより、設
図−９ 橋軸直角方向への設計曲げモーメント分布

鋼道路橋床版の設計曲げモーメントに関する一考察

計曲げモーメントは小さくなる可能性がある。

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・ただし、床版をソリッド要素にて詳細にモデル化した＜参考文献＞

場合には、ハンチ部に若干の応力集中が発生するため、載荷状態の決定についてはハンチ部の応力についても着目することが望ましいと考えられる。

１）日本道路協会：道路橋示方書・同解析 Ⅱ鋼橋編，
平成 14 年３月
２）土木学会：鋼構造物設計指針 PART B 合成構造物，
平成９年版
３）玉越隆史，川畑篤敬：鋼道路橋床版の設計と留意点，第三回床版シンポジウム講演論文集，2003.6.
2008.3.3

受付

グラビア写真説明

ＨＭ 14 工区（Ｄ）上部・橋脚工事
本工事は江東区有明二丁目に位置し、高速湾岸線と高速晴海線（築地方面へと延伸する新規路線）を接続する有明ジャンクション（仮称）のＤ連結路を架設する橋梁工事で、複数の工事が輻輳する工程管理の難しい工事となりました。
当該路線は、開発が進む有明地区を経由し、晴海通り〜銀座へと続き将来は都市部を貫通する路線へと変貌していくものと思われます。是非その移り変わる風景とともに見守りください。

（清水 達也）

イクスピアリペデストリアンデッキ
本橋は、東京ディズニーランドの敷地と駐車場を結ぶ連絡橋として建設されました。
連絡橋の上空にはカラフルな色彩のモノレールが通り、駐車場から連絡橋を渡ると正面にはディズニーランドの施設を望むことが出来ます。
開いた花びらを連想させるような珍しい形状の橋脚は、粘土細工で作るのも困難と思われ、工場製作の際には非常に苦労しましが、担当者の努力の甲斐があり無事に施工する事が出来ました。その姿はディズニーランドに隣接する歩道橋としてピッタリのものとなりました。
竣工後には施主のオリエンタルランド（株）および発注者の京成建設（株）より感謝の言葉を頂きました。
（久留宮 航）GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG

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宮地技報 No.23