疲労損傷を受けた鋼床版の補修・補強工法適用による対策効果に関する研究
環境防災研究室
1. はじめにM2 伊地知卓也が有効であると考えられる．デッキプレート－

近年，道路橋床版の一種である鋼床版においU リブ溶接部の疲労損傷に対する補修・補強工て多くの疲労損傷報告がされている．鋼床版は法として幾つかの工法が考えられ，以下に整理

比較的薄い板厚の鋼板を溶接による組み合わせする．

た構造であり，自動車の輪荷重をデッキプレー

SH 工法はき裂が再発する可能性があるので，トで直接支持するため活荷重の影響を受けやす

応急的な対策であり恒久的な対策ではない．溶く，疲労損傷につながりやすい構造体である．

接補修工法や U リブ内充填工法は実橋への適用

その中にあって，交通量の増加や悪質な過積載事例はなく，場合によっては疲労損傷を促進さ車両の混在によって弱点部に応力が集中し，そせる可能性があることより，疲労対策としてはこから疲労き裂が発生している．図-1 は鋼床版適さない．鋼板敷設工法は舗装の緊急的な陥没の疲労損傷が生じるといわれる部位を示した図防止対策としては十分に期待できるが，補修・であり，損傷は各部の溶接部から発生している．

補強工法としてはデッキプレートと鋼板の一体近年，デッキプレート－U リブ溶接部から発生化が完全に行えず十分な機能を発揮しにくい．

する疲労き裂が特にクローズアップされている． SFRC 工法は，さまざまな既往の研究によりそデッキプレート－Uリブ溶接部 デッキプレート－スティフナー溶接部の補強効果は確認されているものの，補修を目的とした工法ではなく，損傷を受けた鋼床版に対する対応を検討する必要がある．リブ取替え工法は実験的には補修・補強効果は確認されてUリブ－横リブ交差部

いるものの，その補修・補強メカニズムや疲労Uリブ突合せ溶接部

寿命評価など未だ明確となっていない点が挙げられるが，リブ取替え工法は補修・補強効果の図-1 鋼床版の主な疲労損傷箇所双方の観点から見て，唯一の対策工法と考えられる．

鋼床版のデッキプレート－U リブ溶接部の疲
労損傷について，三木らの研究

1)

本研究では道路橋鋼床版の疲労損傷，特にデでは，溶接部ッキプレート－U リブ溶接部に生じた疲労き裂周辺の挙動に着目したデッキプレート－U リブに着目し，リブ取替え工法を適用した場合の補溶接部や U リブ－横リブ交差部のスリットまわ修・補強効果を数値解析により定量的に評価し，し溶接部，デッキプレート－スティフナー交差

そのメカニズムや疲労寿命推定などを明確にす

部を対象とした疲労損傷発生メカニズムの解明ることで，リブ取替え工法の最適な構造を提案を行い，デッキプレート－U リブ溶接部に生じすることを目的とする．また，首都高速道路なる疲労損傷に対しては，デッキプレートの局部どで適用事例の増えている SFRC 工法を併用し的なたわみを低減することが補強効果として効た場合の補強効果についても検討を行う．

果的であることを示している．つまり鋼床版のデッキプレート－U リブ溶接部においては，デッキプレートの局部的なたわみを抑制する方法

2. 解析モデル
本研究は文献 2)を参考に形状や寸法の決定を行った．試験体は図-2 に示すように，箱桁ウェブに相当する主桁と横リブによって形成する 2パネル分を模して，U リブ 3 本，主桁 2 本，横リブを中央と両端に計 3 本を設置している．
図-3 リブ取替えの例とモデル
5900
4@1375=5500

20012850

4. リブ取替え工法の補修・補強効果

475 14200620

ダブルタイヤを跨ぐデッキプレート－U リブ

6202490

溶接部を「VD」，その同一 U リブ反対側を「VT」

14 475と便宜上，称する．図-4 に着目位置とルート部の要素モデルを示す．また，ルート部要素モデ310を想定した応力方向を示しており，以降の応力

15R30

ル図中の矢印はルート部から発生する疲労き裂
234

R35180

図-2 解析モデルの形状寸法範囲には，この応力により照査を行う．図-5 は溶接ルート部から 20 mm 離れた位置での（1）
デッキプレート（2）U リブの面内・面外応力に3. リブ取替え工法ついて示している．これをみると，面内応力とリブ取替え工法とはデッキプレート－U リブ

面外応力では面外応力が支配的に働いているこ

溶接部に発生した疲労き裂に対して，恒久的なとがわかり，曲げ応力が高いことがわかる．リ対策として損傷部の U リブを新しい部材に取りブ取替え工法を行うことで，面外応力は約 30%替える工法である．疲労き裂範囲あるいはそれ～40%程度低減されており，リブ取替え工法の以上の範囲の U リブを取り除き，そこに補強部補修・補強効果が確認できる．また，リブ取替材やフィラー材，添接板を用いて高力ボルト接え工法を行った実験時の結果も併記しており，合によって補強を行う．実際に生じている疲労解析値と概ね一致していることからより，本解き裂に対する補修・補強工法として唯一の工法

析モデルの妥当性を確認できた．と位置付けされる．図-3 にモデルと例を示す．
VDVT

デッキプレート
20mm
20mm

ルート部

Uリブ：着目位置

デッキプレート

溶接ビードVDVT

図-4 着目位置とルート部の要素モデル

100

デッキプレート－U リブ交差部に応力集中し91.690

面内応力面外応力8070

リブ取替え部への剛性の急な変化によってもた応力（MPa）

60

らされた問題であると考えられる．よって，既5037.540

設 U リブからリブ取替え部へのスムーズな剛性28.330の流れをつくるような構造ディテールの変更が20105.95.32.3必要となってくる．そこで，本研究では従来の0-10
健全リブ取替え実験（1）デッキプレート

究で考案した改善策モデルを示す．赤部が変更

90

面内応力面外応力

8070部を示す．
・提案 1=添接板とデッキを L 字型部材で補強

6050(t=9mm)

44.3

4026.43017.620

・提案 3=フィラーを橋軸方向へ添接版位置まで

0-2.1-6.5健全・提案 2=添接板とデッキを L 字型部材で補強(t=12mm)10-10リブ取替え工法に対して，構造ディテールの変更により最適な構造の提案を行う．図-7 に本研100応力（MPa）

た理由として，リブを取り替えたことによって-3.3リブ取替え実験（2）U リブ延長・提案 4= 提案 1+提案 3

図-5 着目位置の面内応力・面外応力
5. リブ取替え工法の問題点および改善策提案

提案1提案2提案3提案4

図-6 は添接板端部断面での要素モデルに着目した応力範囲を溶接ビードとデッキプレートについてまとめている．これをみると，リブ取替え工法を適用することで，添接板端部断面のデッキプレート－U リブ溶接部では健全モデル以上の応力が発生し，新たな疲労き裂が発生する可能性が高い．
250

健全リブ取替え

195200
応力範囲（MPa）

172

150

93100101500
溶接ビード

デッキプレート

図-6 要素モデルに着目した応力範囲

図-7 改善策モデルの詳細図

6. 改善策の提案と補修・補強効果

250図-8 にはそれぞれのモデルの応力範囲を（1）200平方向）についてまとめている．これをみると，
提案 3 以外ではリブ取替えモデルと比較して応力範囲が増大するケースの存在が確認された．

応力範囲（MPa）

溶接ビード（鉛直方向）・（2）デッキプレート（水健全
リブ取替え
提案3+SFRC

112

113

1004317易的な改善モデルである．よって，応力範囲や0溶接ビード補強部材の重量等を考慮して提案 3 を本研究にデッキプレート（1）VD 側おける改善策とした．
195200190250

188

健全
リブ取替え
提案3+SFRC

180
164160145139139

172

130

応力範囲（MPa）

応力範囲（MPa）

120

195

20014017215050

また，提案 3 とはフィラー材を引き伸ばした簡

172

113
104

10080604015010093101485020100VD0VT

リブ取替え

提案1提案2

提案3提案4溶接ビード（1）溶接ビード（鉛直方向）（2）VT 側図-9 SFRC 適用後の応力範囲

200180160172150149138140
応力範囲（MPa）

デッキプレート

8. 疲労寿命推定

140130

疲労寿命は疲労設計曲線より直応力を受ける

12010210010176805660

鋼部材では応力範囲の 3 乗に比例するとして寿命を算出した．また，本研究では局部的な部位

40で応力範囲を検討しているので，健全な状態の200VD

リブ取替え

VT

提案1

提案2提案3提案4

寿命を 40 年と仮定して，相対的評価により寿命の算出を行った．

（2）デッキプレート（水平方向）

リブ取替え工法適用後は寿命が 30 年と推定

図-8 各モデルの応力範囲されたが，改善策では少なくとも寿命は 50 年となった．SFRC 工法を併用することで，寿命は7. SFRC 工法の併用効果
図-9 は SFRC 適用後の応力範囲を（1）VD 側・（2）VT 側についてまとめている．これをみると，本研究で提案した新しいリブ取替え工法（提案 3）に SFRC 工法を併用することで，応力範囲は大幅に低減されていることがわかる．

千年以上と推定された．

9. まとめ・

リブ取替え工法の補修・補強効果を定量的に評価し，そのメカニズムや疲労寿命など明確にできた．

・

従来のリブ取替え工法は補修効果としては十分に機能するが，補強効果は不十分であった．

・

新しいリブ取替え工法は新たな応力集中もみられず，補修・補強効果として期待の持てる工法である．

・SFRC 工法を併用することで，さらに補強効果が向上することが確認できた．

【参考文献】(1) 三木千壽，菅沼久忠，冨澤雅幸，町田文孝：
鋼床版箱桁橋のデッキプレート近傍に発生した疲労損傷の原因，土木学会論文集
No.780／I-70，pp.57-69，H17.1(2) 木ノ本ら：鋼床版縦リブ損傷部の補修・補強構造に関する確認試験，土木学会第 63 回
年次学術講演会 H20.9