技報第 24 号

2007

火災を受けた橋梁の安全性評価と補修
阪神高速道路(株)大阪管理部保全工事グループ 丹波
阪神高速道路(株)技術部技術開発グループ
西岡
阪神高速道路(株)大阪管理部保全計画グループ 宮本

寛夫
勉
実信

………………………………………………………………………………
要

旨路下の火災により，阪神高速道路構造物が被災した事例が過去に何件か報告されている．そのうち，大きな被災としては，森小路出路における被災（平成 9 年 12 月発生），天王寺出路における被災（平成 16 年 10 月），及び波除出路における被災（平成 18 年 2 月発生）があげられる．森小路出路及び波除出路における被災は，いずれも主に鋼桁が被災損傷した．一方，天王寺出路における被災は，主に鋼桁及び鋼板巻き立て橋脚が被災損傷した．森小路出路の被災に対しては，道路構造物への熱影響を評価するために，影響のなかった類似構造の隣接径間と比較しながら，外観調査及び構成部材の物性試験を実施するとともに，試験車による現地載荷試験により橋梁全体としての健全性及び耐荷力を評価し，火災損傷に対する補修を行っている．また，天王寺出路及び波除出路の被災に対しては，道路構造物への熱影響を評価するために，外観調査及び構成部材の物性試験を実施し，火災損傷に対する補修を行っている．本稿では，それら一連の調査と補修施工について報告するものである．
キーワード:橋梁，火災，安全性評価，補修

はじめに下防止対策を順次実施している．
一方，路下における火災では，火災場所となる

阪神高速道路構造物は，経年劣化等による損傷

路下から構造物への距離が短いランプ部分においの他，交通事故や路上における車両火災または路て大きな損傷を受けることが多く，桁本体及び床下における火災といった外的要因により，損傷す

版等が損傷する事例が多い．これらの被災に対しることがある．

ては，橋梁本体構造物の損傷という点から，仮受

交通事故では，主として車両の衝突に伴い高欄， け等の応急処置が必要か否かを早急に判断する必遮音壁等が損傷するほか，オイル漏れにより舗装

要がある．また，ランプという性質上，車線数がが損傷することが多い．また，路上における車両

１車線の場合が多く，車線規制＝通行止めとなる

火災は，車両を一時停車させた非常駐車帯部で発が，通行止めは高速道路利用者に対する広報が必生することが多く，損傷構造物は，主として舗装， 要になる等，その影響範囲が広大である．
伸縮装置，高欄，プラスチック板等である．これ

本稿では，路下の火災により被災した橋梁に対らの被災に対しては，必要な規制を行い適宜補修して実施した一連の調査と補修施工について，報しているところである．また，交通事故多発箇所

告するものである．

には，高欄側面にガラスクロスを貼付する等の落1１．森小路出路の被災

S‑5 で最大 39mm の倒れ（S‑4 で 34mm），S‑5 で最大 23mm のはらみ（S‑4 で 20mm）を測定した．

平成 9 年 12 月に発生した路下の火災により，直線性と同様に S‑5 が少し大きな値であるが，S‑

森小路出路 S‑5（RC 床版曲線鋼 I 桁）の主桁，横4 に比較して特別大きいわけではない．

構及び床版補強鋼板に熱による変形が見られた 1)． (3) ＲＣ床版
主な被災状況を図‑1 に示す．

S‑5 は昭和 54 年度に鋼板接着が施工されておそこで，熱による影響のなかった類似構造であり，床版補強鋼板のたたき点検を実施した結果，る隣接径間 S‑4 と比較して，外観調査及び構造部

燃焼によって加熱された大部分の床版パネルにお材の物性試験等を実施した．

いて鋼板の浮きと変形を確認した．

1‑1 外観調査結果

1‑2 物性試験結果(1) 主桁ウェブの直線性（橋軸方向桁中心線に対(1) ＲＣ床版

するはらみ）

S‑5 の燃焼部と非燃焼部の床版コンクリートか

対傾構間での凹凸は最大で S‑5 で 30mm（S‑4 でらコアを各 3 体採取し，単位体積重量，圧縮強度，20mm）のはらみを測定した．はらみの変形量は中性化試験及び超音波伝播速度測定を実施した．

S‑5 で若干大きい値ではあるが，S‑4 と比較して表‑1 に結果を平均値のみ示す．圧縮強度は燃焼特に大きな差ではない．

部で設計値を満足しなかったが，中性化試験の結(2) 主桁ウェブの鉛直性（鉛直方向に対する倒れ， 果はいずれも 2mm 以下であった．火災の局所的要
はらみ）

因で燃焼部コアは径間中央付近，非燃焼部コアは

図-1 S-5 の火災による被災状況
表-1 RC 床版物性試験一覧表
単位体積重量(kN/m3) 圧縮強度(N/mm2) 中性化深さ(mm) 超音波伝播速度(m/sec)
非燃焼部（平均）

21.5

27.6

1.6

4,087

燃焼部（平均）

21.8

20.5

1.5

4,013

設計基準

23〜23.527−

3,400〜4,0002

1‑3 載荷試験結果

支点付近で採取されている．中性化深さから判断すると RC 床版に燃焼の直接の影響はなく，床版

S‑5 と S‑4 において 20t 試験車を静的に載荷し，補強前に発生していたと推察される床版クラック

主桁及び床版に発生する変位と応力を比較するこ損傷の程度の差が圧縮強度に表れたと考えられる． とにより火災の影響を確認した．
(2) 鋼桁

主桁載荷試験の結果，鉛直たわみ，主桁下フラ1)スンプ試験

ンジの応力ともに S‑4 と S‑5 に大きな差はみられ鋼桁の熱による変質の有無を調べるために，スなかった．また，高欄剛性を無視した曲線桁の格ンプ試験を行った．調査対象は SS400，SM490 材

子解析による計算値と比較しても顕著な差はみらから，燃焼の程度で激しい箇所，中間的な箇所，れなかったことから，火災による顕著な相違はな

影響の少ない箇所の計 6 箇所を対象とした．スン

いと考えられる．

プ法によるミクロ組織の観察結果では 6 箇所すべ

床版直上に試験車を載荷した結果，鉛直たわみてで顕著な組織変化または再結晶はみられず，圧は S‑5 の燃焼部床版パネルの方が非燃焼部より大延鋼板の正常なミクロ組織であるフェライト＋パ

きいが，文献 2)に基づき算出した計算値（たわーライト組織が確認された．

み量）の 80%程度であり，たわみ量に問題はない．

2)現地採取鋼板引張試験
1‑4 RC 床版ひび割れ深さ測定結果

現地採取した横桁及び横構の鋼材の降伏点，引張強さ，のびはともに規格値を満足していた．

S‑5 の RC 床版には鋼板接着が施工されていた

3)現地採取 H.T.B.機械試験

が，火災の影響で鋼板のほとんどが剥離しており，ボルトの最小引張荷重，ボルト・ナット・ワッ

鋼板と RC 床版間に注入されていたエポキシ樹脂

シャーのロックウェル硬さを試験したところ，試が燃焼していたと考えられる．RC 床版のひび割

験結果からは熱影響は見られない．

れに注入されていた樹脂についても熱影響が予測

4)テストピース燃焼試験（引張試験）

され，S‑5 の各パネルにおいても最も大きなひび

熱処理条件と鋼材質による降伏点，引っ張り強割れ幅が確認できる箇所を対象に超音波表面法に

さ，伸びの変化を確認した．熱処理温度では，よりひび割れの測定を行った．確認されたひび割

650℃まではほぼ素材と同様の強度を示すが，れ深さは，最大で 47mm，平均で 31mm であった．

800℃以上になると水冷で降伏点，引張強さとも

このことから樹脂の燃焼の範囲はコンクリート表

大きくなり，伸びについては小さくなる傾向があ

面から 30mm 程度であると考えられる．

り，鋼材の組織変化温度は 700〜800℃と考えら
1‑5 調査結果のまとめと補修れる．燃焼時間（15，30 分）による差はほとん
どみられない．SS400，SM490Y 材とも同様の傾向

火災により損傷を受けた森小路出路 S‑5 についを示す．

て，外観調査，構成部材の物性試験，現地載荷試

5)ビッカース硬度試験

験により熱影響を確認した．火災の影響を受けな

現地採取鋼板，燃焼試験テストピース，現位置

かった類似構造の S‑4 と比較しても主桁変形にものそれぞれのビッカース硬さを比較した．現地採顕著な差がなく，物性試験でも火災の影響による取鋼板の硬さは SS400 素材に比較して少し軟化が耐荷力低下はなかった．

みられるが，550℃加熱材より高い値を示してい

そこで，主桁そのものへの火災の影響は小さく，る．現位置燃焼部の測定結果は数値にばらつきが補強の必要はないと判断し，変形の大きな横桁及あるが，測定器規定の板厚が不足していたのが一び上下横構の取替，たたき点検により剥離が確認

因と考えられる．

された床版補強鋼板の取替，並びに塗装塗替等の補修工事を実施した．
3

２．天王寺出路の被災
平成 16 年 10 月に発生した路下の火災により，
天王寺出路 P‑3（鋼板巻き立て RC 単柱橋脚）及びその前後の S‑2（鋼箱桁）並びに S‑3（鋼 I桁）が損傷した 3)．被災状況を写真‑1 に示す．
2‑1 外観調査結果(1) RC 床版
S‑2，S‑3 ともに，昭和 55 年度に鋼板接着が施工されている．床版補強鋼板に火災の影響による

写真-1 天王寺出路 P-3 の被災状況

大きな変形は見受けられなかったが，たたき点検

第 2,3 パネルは間隙が見られなかった．いずれのを実施した結果，火災によって加熱された床版パパネルもエポキシ樹脂の変色はなく，コンクリー

ネルにおいて鋼板の浮きが確認された．

トとの付着も健全であった．しかし，鋼板側の界(2) 鋼桁面は熱影響を受け，剥離が生じていた．
(2) 鋼板巻き立て RC 橋脚

主桁，横桁，端横桁，縦桁部に面外変形は見ら

鋼板を 6 箇所サンプリングし，内部の注入モルれなかったが，塗装塗膜は剥離・変色していた．
(3) RC 橋脚

タルを観察した結果，鋼板とモルタルは最大で

P‑3 は，平成 9 年度に鋼板巻き立て補強（無収13mm の間隙があった．ただし，モルタル表面は

縮モルタル充填）が施工されている．柱部の補強

欠けや劣化は見られず，比較的良好に見えた．

鋼板は部分的に変形（最大 15mm）し，それに伴2‑3 調査結果のまとめと補修

う浮きが発生していた．なお，コンクリート梁部については，火災に伴うひび割れや変色等の損傷

鋼板接着 RC 床版については，鋼板とエポキシは見受けられず，すすが付着した程度であった．

樹脂の界面で劣化が見受けられたが，全体として(4) 付属構造物

は大きなものではなかった．ここで，空隙部にエ

付属構造物の損傷としては，排水管の焼失・融ポキシ樹脂を再注入しても，劣化部分は残ったま

解，落下防止ネットの焼損等があった．

まであることから健全な付着力が回復するかどうかは不明であることから，当面は補強鋼板の塗装

2‑2 サンプリング調査結果のみとした．

(1) 鋼板接着 RC 床版

次に，鋼板巻き立て RC 橋脚については，鋼板被害の大きかった S‑2 から 3 箇所において，鋼内部の注入モルタルが比較的健全で，躯体コンク

板及び注入されたエポキシ樹脂のサンプリング調

リートに付着していることから，RC 橋脚本体へ査を行った．なお，3 箇所は，最も被害が大きくの被害は少ないものと考えた．また，補強鋼板はパネルが全面的に浮いている「第 1 パネル」
，大

変形はしているものの放水によるところが大きい

部分は浮いているが部分的に付着している箇所がと考えられ，塗膜の劣化状況から鋼板の性能低下ある，いわゆる中間的な被害の「第 2 パネル」，

は微少と判断した．ただし，鋼板と躯体の一体化

及び浮きが見られず健全と思われる「第 3 パネを図るとともに，鋼板裏面の防錆対策を目的としル」を選定した．

て，モルタルと鋼板の間隙に，幅 0.05mm の微細調査の結果，第 1 パネルについては，鋼板とエ

なひび割れにも注入可能な超微粒子セメント系注

ポキシ樹脂の間に 1mm 以下の間隙が見られたが，入材を注入した．
4

３．波除出路の被災
平成 18 年 2 月に発生した路下の火災により，
波除出路 S‑5（RC 床版 2 径間連続非合成鋼箱桁）の主桁が被災損傷した 4)5)．S‑5 は逆台形型の箱桁橋（図‑2 参照）であり，被災範囲は主に下フ
ランジとウェブであった．下フランジの被災状況
を写真‑2 に示す．
3‑1 外観調査結果

図-2 波除出路 S-5 の橋梁断面図(1) 塗膜の劣化状況と受熱温度の推定
箱桁下フランジ内側塗膜の劣化状況及び文献
6)より，受熱温度は 400〜800℃と推定された．
この高温による鋼板の強度低下が懸念されるが，鋼種が SM50YA であり，道路橋示方書・同解説 7)（以下，道示という．）に示すガス炎加熱法によるひずみ矯正最大表面温度 900℃を参考にし，強度的な問題は少ないと考えられる．
(2) 鋼材の局部変形
箱桁下フランジと縦リブに局部変形がみられた
が，下フランジの常時の作用応力度は引張りであ

写真-2 波除出路 S-5 の被災状況

り，耐荷力への影響は少ないと考えられる．また，

表-2 硬さ試験結果

消火後の現状でこの局部変形の進行はないと考え

被災部
（HRC)

健全部
（HRC)

規格値

ボルト

31.7

32.0

27〜38HRC

ナット

28.7

28.2

95HRB(16HRC）〜35HRC

座金

41.7

42.4

35〜45HRC

られる．
(3) 高力ボルト
材質が S10T であり調質鋼のため強度低下が懸念されるが，熱影響を受けている高力ボルトは箱
桁下フランジの縦とじ継手であり，作用応力度は極めて小さいため，耐荷力への影響は少ないと考

ルト・ナット・座金の硬度も低下する 8)．本試験

えられる．

では，被災部（5 本）と健全部（3 本）を実橋か以上により，通行止めや主桁の仮受けといったら取り出し，その差異を検証する．
1) ボルトの引張試験（JIS Z 2241）

緊急的応急措置は必要性は無いと判断した．

耐力・引張り強度を確認した結果，被災部と健3‑2 詳細調査

全部でほとんど差異がなかった．

(1) 高力ボルトの機械試験

2) ボルト・ナット・座金の硬さ試験（JIS Z
2245）

一般鋼材は，900℃程度の熱履歴を受けても常温に戻ると，ほぼ元の機械的性質に戻るが，高力それぞれの硬さ試験結果を表‑2 に示す．このボルトは焼き入れなどの熱処理が施されているた結果より，被災部と健全部でほとんど差異がなかめ，焼戻し温度（約 400〜500℃）以上の熱履歴ったため，継手部の受熱温度は最高でも 500℃程を受けると降伏点や引張り強さが低下し，またボ

度か，それ以上の受熱温度になったが放水と閉断
5

面箱桁ゆえに焼き戻しと同様状態となり，機械的表-3 鋼材引張試験結果

性質の変化が微小であったと考えられる．
(2) 構造物の変形・損傷による耐荷力の低下
1) 主桁の変形
変形している下フランジとウェブを対象として，変形量を実測して健全性を評価した．なお，平坦度は，道示Ⅱ‑17.3.2 部材精度の規定値（板の平採取
降伏点 引張強さ
伸び
試験片形状
場所
(N/mm2) (N/mm2)(%)
JIS Z 2201
404
564
34
被災部
5号
健全部 JIS Z 2201
388
550
35
5号
規格値(SM490YA) 365以上 490〜610 15以上

面度 w/150）を満足していれば健全と評価するこ

表-4 シャルピー衝撃試験結果ととした．測定の結果，変形量は最大 15mm であ

採取
場所

り，規定値 8mm を超過していた．
2) 主桁すみ肉溶接部の非破壊試験

試験温度
(℃)

番号
1

被災による構造物の変形に伴い主桁下フランジ

被災部とウェブや縦リブとのすみ肉溶接部に割れなどの

0

2
3

平均値

損傷が発生していないかを確認し，健全性の評価

1を行った．確認方法は目視試験と浸透探傷試験（PT）とし，試験箇所は損傷の可能性が高い塗膜

健全部が剥離している箇所とした．試験の結果，溶接部

0

2
3

平均値

に損傷はなく，健全性が確保されていることが確

参考値(SM490YBの規格値）

認された．
(3) 鋼材の変質に伴う耐荷力の低下

吸収エネ 脆性破面
ルギー(J)
率(%)
104

99

109

100

111

99

108

99

221

99

301

99

228

99

250

99

27以上

−

及び参考とした SM490YB の規格値を満足している

火災による鋼材の変質は，目視試験での確認はことから特に問題ないものと考えられる．
3) 硬さ試験（JIS Z 2244）

困難である．また，実鋼材を抜き取り機械試験などにより確認することは通常困難なため，鋼材のビッカース硬度を確認したところ，被災部と健健全性は，部材の受熱温度を推定し間接的に評価

全部でほとんど差異がなく，ともに JIS 規定値をすることが一般的である．しかし本橋梁は，火災満足していた．

による損傷が大きいと思われる箇所に下フランジ

4) ミクロ組成観察試験（JIS G 0551）の縦とじ継手があり，この連結板は主桁の母材とフェライト結晶粒度を観察したところ，被災部同一鋼種（SM50YA）であり，しかも応力的に問題と健全部でほとんど差異がなく，結晶粒度の変質も少ないことから，連結板実物の抜き取り試験をがないことを確認した．

行い，鋼材の変質を確認することとした．なお試以上より，受熱温度の推定による間接的評価，

験は以下の項目について実施した．

及び機械試験による直接的評価から，被災部の鋼

1) 鋼材の引張試験（JIS Z 2241）

材は若干健全部より低下している項目はあるもの

鋼材の引張試験結果を表‑3 に示す．降伏点，の，健全性は確保されていると判断した．
(4)コンクリート床版の強度調査

引張強さ及び伸びともに，被災部と健全部でほとんど差異がなく，ともに SM490YA 材の JIS 規定値

箱桁張り出し部のコンクリート床版について，を満足していた．

すすが付いた程度で剥離等の大きな損傷は目視で2) シャルピー衝撃試験（JIS Z 2242）

は確認できなかったが，念のためテストハンマー

シャルピー衝撃試験結果を表‑4 に示す．被災による強度試験を行った．試験の結果，すすが付

部は健全部と比較して吸収エネルギーの低下が認いた被災部と健全部に差異はなく，被災部も設計められるものの，SM490YA には規格値がないこと， 基準強度を満足していることが確認された．
6

3‑3 補修施工の規模によりその都度異なり，また損傷構造物の(1) 桁矯正

種別・形式もさまざまであることから，即座に対箱桁下フランジとウェブの変形量が道示の規定

応するには高度な技術的判断が要求される．

値を満足していないため桁矯正を行うこととした．

鋼構造物の被災状況を外観調査のみで判断する

なお，鋼材の機械的性質は満足していること，波には，被災鋼材の損傷が火災鎮火後も進行してい除出路を供用しながらの桁矯正であること，及びるか，その部材が主要部材なのか否かを確認する

既往の補修事例 9)等から，基本的に常温でジャッ必要がある．また，文献 6)等を参考として塗装

キにより加圧矯正を行うこととした．なお，矯正の損傷状況から受熱温度を推定し，鋼材の強度低が不可能な場合は，温度管理のもと加熱矯正を併下の可能性を推定することが重要である．

用することとし，加熱箇所は変形部付近の縦リブ
4‑2 詳細調査と補剛材位置を基本とした．
実施工では，概ね常温状態で，一部加熱矯正し外観調査に続いて行う詳細調査は，構造物の安た箇所でもバーナーにより高々150℃程度の加熱

全性・健全性を評価する目的で行うものである．

で矯正することができた．

外観調査はあくまでも目視調査が主であるに対し，(2) 桁矯正に伴う主桁すみ肉溶接部の照査

詳細調査では実構造物から供試体をサンプリング

箱桁下フランジとウェブや縦リブとのすみ肉溶

し，部材等の強度を定量的に把握する必要がある．

接部について，桁矯正に伴う割れなどの損傷が発

高力ボルトや調質鋼は，焼き入れ，焼き戻し処

生していないかを目視試験と浸透探傷試験（PT）

理が施されているため，一般鋼材より低い温度でにより確認した．試験の結果，溶接部の健全性は強度が低下する．また，高力ボルトは比較的抜き確保されていることが確認された．

取りが可能な部材であることから，かなりの高温(3) 高力ボルト取替えになったと推定される場合には，高力ボルトの抜

被災損傷部分の高力ボルトの機械的性質の変化

き取り試験を実施し，受熱温度を推定するとともは微小であるが，検証以外の不確定要素も考えらに，主構成部材の損傷把握の資料とするのがよい．

れること，また既往被災橋梁の実例なども参考に， また，橋梁全体にわたる損傷の場合は，試験車をより一層の安全性を確保するため新規ボルトに取用いた載荷試験の実施を検討するのがよい．

替えた．

火災発生

(4) 塗装の塗替え
外観調査（緊急現地調査）

現行基準 10)に基づき，箱桁外面は a‑3 仕様，
高力ボルト添接部は f‑3 仕様，及び箱桁内面は
c‑2 仕様にて，損傷範囲の塗替えを行った．

応急処置の
要否判定

４．火災時対応マニュアル(案)

否
詳細調査

要
応急処置

火災により構造物が被災した場合の，火災発生
安全性・健全性の判定から補修施工までの流れを図‑3 に示す．
4‑1 外観調査

NG

OK
補修計画（簡易補修）

補強計画

補修施工

補強施工

橋梁が火災で被災損傷した場合，通行止めや仮受け等の応急処置が必要か否かは，外観調査のみで判断する必要がある．一方で，被災状況も火災

図-3 火災発生から補修施工までの流れ
7

おわりに

管）
，平成 17 年 6 月
4) 阪神高速道路株式会社大阪管理部：波除出路原因者

本稿は，火災により被災した橋梁に対して実施

復旧検討等業務，平成 18 年 5 月

した一連の調査と補修の概要を紹介した．いずれ

5) 阪神高速道路株式会社大阪管理部：波除出路原因者の橋梁においても，被災状況及び補修内容を把握

復旧工事，平成 18 年 6 月

した上で，今後は定期的に点検を行い損傷が進行

6) 首都高速道路公団東京保全部：鋼橋の火災時点検マ

していないか確認する必要がある．

ニュアル(案)，平成 7 年 3 月

また，本稿においては，主に鋼構造物の被災事

7) (社)日本道路協会：道路橋示方書・同解説，平成 14

例とその対応を紹介したが，今後は，コンクリー

年3月

ト構造物に対する対応もとりまとめ，「火災時対8) 脇山広三，巽昭夫：火災をうけた鋼構造物の熱履歴

応マニュアル」が作成されることを期待する．

温度の推定法に関する研究 −その 1 高力ボルト座
金の硬さによる方法−，日本建築学会論文報告集，PP.32‑42，昭和 56 年 12 月

参考文献
1) 阪神高速道路公団大阪管理部：森小路出路桁・床版

9) 酒井利忠，三輪浩二，本間順，原田康弘，高良人：

調査点検業務（9‑森），平成 10 年 3 月

火災を受けた橋梁の健全度評価と補修，橋梁と基礎，

2) 土木学会関西支部：既存橋梁の耐荷力と耐久性，昭PP.41‑48，平成 15 年 4 月

和 60 年 7 月

10) 阪神高速道路株式会社：道路構造物の補修要領，第 33) 阪神高速道路公団大阪管理部：維持工事（16‑2‑大部第 3 編塗装補修要領，平成 17 年 4 月

SAFETY ASSESSMENT AND RETROFIT STRATEGY OF
BRIDGE STRUCTURE SUFFERED BY A FIRE
Yoshio TAMBA, Tsutomu NISHIOKA and Minobu MIYAMOTO
It has been reported that some bridge structures in Hanshin expressway sufferedfrom a fire. Among them, structural damage in Morishoji, Tennoji and Namiyoke exit
ramp were severe. Mainly the steel girders were suffered damage in Morishoji andNamiyoke exit ramp and steel girder and steel plate covering concrete pier for seismic
retrofit in Tennoji exit ramp. This paper mentions the strategy of safety assessment ofbridge structure suffered by fire and its retrofit method.
丹波 寛夫

阪神高速道路株式会社
大阪管理部 保全工事グループ
Yoshio Tamba

西岡 勉

阪神高速道路株式会社
技術部 技術開発グループ
Tsutomu Nishioka

8

宮本 実信

阪神高速道路株式会社
大阪管理部 保全計画グループ
Minobu Miyamoto