技術資料

凍害を受けた床版が中央載荷された時と偏心載荷された時の耐力の違い
林田宏

１．はじめに
写真－1は、寒冷地の道路橋床版の主桁近傍で発生した床版の陥没である。このように主桁近傍で床版が陥没するのは、この事例に限ったことではなく、他の橋梁でも同様の陥没が度々生じている。
また、寒冷地の道路橋床版では、疲労と凍害の複合劣化によって、写真－2のような層状ひび割れや土砂化が発生している。特に、土砂化に関しては、図－1

写真－1

寒冷地の道路橋床版の主桁近傍で生じた陥没1)

写真－2

寒冷地の床版で生じた層状ひび割れや土砂化2)に示すように「支間中央」よりも「主桁近傍」において、発生割合が多いことが報告されている。
上記のように、主桁近傍で床版に損傷が生じるのは、車輪が主桁近傍を走行しているからだと考えられる。
しかし、道路橋床版の耐疲労性の確認については、車輪が支間中央を走行する輪荷重走行試験によって行われることが一般的であり、車輪が主桁近傍を走行する場合の耐疲労性について確認された事例は数が少ない。
特に、凍害によって劣化した床版を対象とした事例は、筆者の知る限りでは存在しない。
そこで、筆者は、床版の主桁近傍で損傷が生じている原因を明らかにするため、床版に偏心荷重が作用す主桁近傍る場合の「耐力」や「疲労寿命」について実験的検討を行っている。
本稿では、偏心荷重が凍害床版の耐力に与える影響を明らかにするため、先行して行った静的載荷試験の支間中央

土砂化40%22%( N=51 )( N=12 )結果について報告する。
２．実験概要実験変数は載荷位置（中央、偏心）と凍結融解の有無である（表－1）。以降では、供試体と実験変数の概

支間中央

主桁近傍

橋梁床版横断面の模式図
3)図ー1図－1 「主桁近傍」の土砂化割合は「支間中央」の約２倍「主桁近傍」の土砂化割合は「支間中央」の約2倍3)

要について説明する。
２．１

供試体

表－1

供試体の形状寸法、配筋を図－2（次ページ）に示す。なお、供試体は前回4)使用したものと同じである。

実験変数と供試体名
健全

凍害使用したコンクリートは、凍害劣化を早く進めるため、中央載荷

Center

CFrostAE剤を使用せず、水セメント比を65%に設定した。

偏心載荷

Shift

SFrost28

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2024年３月

２．２

３．実験結果と考察（中央載荷シリーズ）

凍害劣化深さ

図－3に各供試体の劣化深さを示す。当初の計画では、両供試体ともに劣化深さを床版厚の1/2（5cm）にする予定であった。しかし、凍結融解試験終了後に劣化深さを確認したところ、CFは4cm、SFは3cmとなっていた。両供試体の劣化深さの差は、わずか1cm（全厚の10%）であるが、この差によって耐力の低下程度にも差が出た。詳細については、後ほど述べる。

３．１実験結果

中央載荷シリーズの荷重－変位曲線を図－5に示す。
また、下面のひび割れ状況を写真－3、4に示す。
図と写真に示すように、健全床版Cと凍害床版CFでは、以下のような違いが見られた。
(1) CFでは剛性、耐力、破壊時の変位が低下した。
(2) CFでは押抜きせん断コーンが発生しなかった。

２．３

静的載荷試験

載荷位置については、供試体中央と中央から橋軸直150角方向に30cm離れた位置に設定した（図－4）。また、

健全支間は1300mmとした。載荷版には100×100mmの鋼板を使用し、各載荷位置で一点集中載荷した。

荷重(kN)

図－2上側に示すように、支持条件は2辺単純支持で、凍害

500

図－5

図－240%

100051015
変位(mm)

2025

荷重－変位曲線（中央載荷）（健全C凍害CF）

図－3

床版供試体の形状寸法、配筋

写真－3

下面のひび割れ状況（健全C）

写真－4

下面のひび割れ状況（凍害CF）

各供試体の凍害劣化深さ

8cm

65cm (100%)

30cm (46%)
8cm

35cm

図－4

載荷位置は「中央」と「30cm離れた位置」に設定

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29

３．２

写真－5

健全床版 Cの切断面（上：橋軸直角下：橋軸方向）

写真－6

凍害床版 CFの切断面（上：橋軸直角下：橋軸方向）

凍害床版CFの耐力が低下した理由

健全床版Cと凍害床版CFの切断面を写真－5、6に示す。また、写真－7は、凍害床版CFのSWブロックの切断面である。これらの写真から、健全床版Cに比べて、凍害床版CFの耐力が低下したのは、以下のようなことが要因になっていると考えられる。
(1) 写 真－7に示すように、凍害床版CFでは、荷重作用によって凍害劣化部に「斜めひび割れ」が発生した。
(2) また、凍害劣化によって生じていた「水平ひび割れ」が荷重を支える床版の厚さを減少さ

写真－7

凍害床版CFのSWブロックの切断面せたため、その分、耐力が低下した。
(3) 加えて、健全床版Cでは、図－6に示すようなタイドアーチ機構が形成されていたが、凍害床版CFでは、写真－6上に示すように、水平ひび割れの存在によってアーチが形成できなかったため、耐力が低下したと考えられる。
図－6

３．３

健全床版Cにおけるアーチ機構の形成

床版CFでせん断コーンが発生しなかった理由

凍害床版CFが破壊した時、下面に押抜きせん断コーンが発生しなかった理由は、以下のとおりである。

(2) また、写真－6上に示すように、橋軸直角方向(1) 写 真－6下に示すように、橋軸方向では、載荷においても、斜めひび割れは下面には到達し点から伸びる斜めひび割れが、水平ひび割れていない。これは、斜めひび割れが支点近くによって水平方向に向きを変えられたため、では下側主鉄筋に沿って付着割裂ひび割れの斜めひび割れが下面には到達しなかった。

ように進展したためであると考えられる。

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４．実験結果と考察（偏心載荷シリーズ）

150
健全実験結果偏心載荷シリーズの荷重－変位曲線を図－7に、下面のひび割れ状況を写真－8、9に示す。
図と写真に示すように、健全床版Sと凍害床版SFで荷重(kN)

４．１

22%

100

凍害50

は、以下のような違いが見られた。
0(1) CFと同様に、SFでも剛性、耐力は低下したが、破壊時の変位は、逆にSよりも大きくなった。
(2) ま た、CFとは異なり、SFでは、下面に押し抜きせん断コーンが発生した（Sと同様）。

写真－8

寒地土木研究所月報

下面のひび割れ状況（健全S）№854

図－7051015変位(mm)荷重－変位曲線（偏心載荷）（健全S

写真－925凍害SF）

下面のひび割れ状況（凍害SF）

写真－10

健全床版 Sの切断面（上：橋軸直角下：橋軸方向）

写真－11

凍害床版 SFの切断面（上：橋軸直角下：橋軸方向）

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20

31４．２凍害床版SFの耐力が低下した理由

健全床版Sと凍害床版SFの切断面を写真－10、11（前ページ）に示す。また、写真－12は、凍害床版SFのNEブロックの切断面である。
健全床版Sに比べて、凍害床版SFの耐力が低下したのは、中央載荷の凍害床版CFとほぼ同様の理由であると考えられる。
具体的には、写真－12に示すように、偏心載荷SF
写真－12においても、中央載荷CFと同様に、凍害劣化部に生凍害床版SFのNEブロックの切断面じた「斜めひび割れ」と凍害劣化による「水平ひび割100れ」の発生によって、荷重を支える床版の厚さが減少100る。中央載荷CFに比べて、偏心載荷SFはせん断スパ

耐力比 (%)

きせん断コーンが発生した理由は、以下のとおりであ69110

偏心載荷SFでせん断コーンが発生した理由

一方、中央載荷CFと異なり、偏心載荷SFで押し抜6089していたため、その分、耐力が低下したと考えられる。
４．３102

中央載荷90

偏心載荷

8070

ン比が小さく、せん断破壊が起こりやすい条件になっ60ている。このため、写真－11上に示すように、偏心載50

荷SFでは、水平ひび割れがあったとしても、載荷点010から伸びる斜めひび割れは、水平方向に向きを変えら
図－8

れることなく、支点方向に進展し、下面に到達したと203040
凍害深さ(%)

50

凍害深さと耐力の関係考えられる。
なお、凍害深さが深くなり、アーチ機構が形成でき５．凍害深さが床版の耐力低下に与える影響なくなると、床版の破壊形式は、偏心載荷と同じような「せん断破壊」へと移行する。

図－8は、既往の実験結果（中央△） も踏まえて凍害
5)

深さと耐力の関係を整理したものである。以降では、

５．２

偏心載荷

凍害深さが耐力低下に与える影響について、この図か一方、偏心載荷の場合、凍害深さに比例するように、ら読み取れることを中央載荷、偏心載荷の順に述べる。

床版の耐力が低下すると考えられる。これは、以下のような理由のためである。

５．１

中央載荷

（1）凍害深さが小さい場合（25%くらいまで）
図－8の結果から推測すると、中央載荷の場合、上(1) 今 回の実験のように、偏心量が46%程度のせん断スパン比では、短スパン側で「せん断破壊」が起こりやすくなる。

面の劣化範囲が小さいうちは、耐力の低下はさほど大(2) このため、健全、凍害ともに、床版は「せんきくならないと考えられる。これは、劣化範囲の下側断破壊」によって破壊し、破壊形式は変化しに存在する健全な部分で、アーチ機構を形成できるかない。

らだと考えられる。
（2）凍害深さが大きい場合（40%以上）
一方、凍害深さが床版厚の40%にまで達すると、耐力は急激に低下する。これは、荷重を支える床版厚が(3) そして、破壊に至るまで、荷重は劣化していない部分が支えることになる。
(4) このため、偏心載荷の場合、凍害深さに比例するように、耐力が低下する。

薄くなることもさることながら、床版厚が薄くなるこ

なお、図－8に示す偏心載荷の線を延長した先に、とによってアーチ機構が形成できなくなり、アーチに中央載荷のプロットが位置していることから、凍害深よって支えていた比較的大きな荷重を支えることがでさがある程度大きくなると、載荷位置に関わらず、凍きなくなるためである。

害深さに比例して耐力が低下すると考えられる。

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くくなると考えられる。

６．まとめ

また、凍害深さも比較的小さなケース（床版厚の凍害床版を対象として中央載荷と偏心載荷による静30%）しか行っていないため、凍害深さがより大きく的載荷試験を行った結果、以下の知見が得られた。

なった場合にも、今回の知見が成り立つかどうか、今

1) 中央載荷の場合、床版厚の40%が劣化した床版で後、検証を行う必要がある。

は、健全床版に比べ、耐力が40%低下した。
これは、①凍害による劣化と水平ひび割れによっ

参考文献て荷重を支える床版の厚さが薄くなったこと、②健全床版では形成できていたアーチ機構が形成できなくなったからだと考えられる。

1） 国土交通省 道路局 国道・技術課、国土技術政策総合研究所、東北地方整備局、北陸地方整備局、

2) 偏心載荷の場合、床版厚の30%が劣化した床版で中部地方整備局、九州地方整備局、北海道開発局、は、健全床版に比べ、耐力が22%低下した。

国立研究開発法人 土木研究所：道路橋コンクリこれも、中央載荷と同様に、劣化によって床版のート床版の土砂化対策に関する調査研究、土木研

厚さが薄くなったことが原因だと考えられる。

究所資料、第4398号、2020.

3) 凍害深さと耐力低下との関係では、中央載荷の場

2） 澤松俊寿、岡田慎哉、西弘明、三田村浩、松井繁合、凍害深さが一定程度を越えると、アーチ機構

之：46年間供用した寒冷地における道路橋RC床が形成できなくなり、急激に耐力が低下するよう版の劣化損傷状況、土木学会第68回年次学術講演な傾向を示した。

会講演概要集、Ⅰ-414、pp.827-828、2013.

4) 一方、偏心載荷では、凍害深さに比例して耐力が3） 中村拓郎、角間恒、守田穫人、葛西聡、西弘明：低下した。これは、①健全床版、凍害床版ともに、北海道における道路橋RC床版の土砂化に関するせん断破壊によって破壊し、破壊形式が変化しな傾向調査、寒地土木研究所月報、No.796、pp.2-

いこと、②荷重は劣化していない部分で支えられ10、2019.

るため、凍害深さに比例するように、耐力が低下するからである。

4） 林田宏：床版が中央載荷された時と偏心載荷された時の耐力や疲労寿命の違い、寒地土木研究所月報、No.849、pp.25-29、2023.

なお、今回の実験では、偏心量を46%の1水準しか5） 林田宏：水平ひび割れの位置や凍害劣化深さの違設定しておらず、偏心量が変われば、耐力低下の傾向

いが床版の耐力低下に与える影響、寒地土木研究も変わる可能性がある。例えば、載荷位置がさらに支所月報、No.804、pp.2-13、2020.

点に近づくと、ストラットの効果で、耐力は低下しに

林田 宏
HAYASHIDA Hiroshi
寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
主任研究員

寒地土木研究所月報№854

2024年３月

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