連続合成桁の初期ひび割れ性状の解明に関する実験的研究
建設構造研究室 中川治士
指導教官 長井正嗣
岩崎英治

1．研究の背景及び目的
近年，鋼橋の建設コスト縮減要求に対応すべく，PC 床討するとともにひび割れ幅の差異について比較を行う．

2．設計法の提案

版や合成床版等の高い耐久性を有する床版の使用を前提に，連続合成桁の建設が盛んになっている．連続合成桁
では，中間支点部に負曲げモーメントが作用し、床版に引張力が導入され，ひび割れ発生の原因に併せ耐久性の低下（1）M-NC 関係
図-1 より，初期ひび割れ軸力（ NCR ）を算出．

を招く．制御方法としては，プレストレスを導入して引張割れ幅制御設計法がある．
前者はプレストレスの導入がコ（2）ひび割れ間隔（ L ）ストアップ要因となることから，後者の手法が注目され，

a） 初期ひび割れ時多用され始めている．

L

こうした状況を受け，最近になって，我が国においてもひび割れ幅算定法の提案が行われた1)、2)．いずれもコンク
リート標準示方書に規定される鉄筋コンクリート桁のひσsr 2φ
2.7 fctm 1 nρs

L態は安定ひび割れ状態（新たなひび割れが発生しない程度4C（3）ひび割れ幅（ wM ）態）にあることが前提とされている．しかし実際の橋梁，

a） 初期ひび割れ時

特にスパン 60ｍ以下の領域においては，初期ひび割れ状態（最初のひび割れが発生し，その後新たなひび割れがwM次々に発生する状態）にあることが多く，その適用についL

βm NCR
εcsd
E s AsN CR
E s Asて疑問が生じる．
そこで，当研究グループでは，クリープ，(βm収縮による初期内力を考慮し，初期ひび割れ軸力を正しくミカルプレストレスを導入したケースである．
以上の３体を用い，初期ひび割れ軸力について，設計式の妥当性を検0.60 ) (4)b） 安定ひび割れ状態

本論文では，上記設計手法の妥当性を検討するための実クリートとビニロン短繊維を混入したもの，もう１体はケ(3)0.7 C s φまでひび割れが生じ，既存のひび割れ幅が広がっていく状

験的研究を行う．実験桁を３体用意し，２体は通常のコン(2)b） 安定ひび割れ状態

び割れ幅算定法をベースに算定されているが，ひび割れ状同定した新たな設計法3）を提案している．

(1)

NCR σm 1 nρs Ac

力を打ち消す方法と，ひび割れ幅を許容値以内とするひびwMLMdysr
E s I stβfctm
E sαstρs

βf ctmεcsd
E sρs(β 0.20 ) (5)（4）鉄筋応力（σM ）及び鉄筋のひずみは一軸ゲージで，ひび割れ幅a） 初期ひび割れ時はπ型変位計により測定した．

N CRAsσM(6)fctm

床版+tc=b） 安定ひび割れ状態

Mdysr
I stβfctm
αstρsσm(β 0.40 ) (7)
合成桁の重心3．実験概要本実験でのパラメータを以下に示す．
Case-1：普通コンクリート
Case-2：膨張コンクリート
Case-3：ビニロン短繊維混入普通コンクリート
以上の 3 体を用いて設計法の妥当性を検討する（b）収縮，クリープ

応力による応力（c）合計応力図-1 NCR 算出のための応力σm の定義
単位（mm）

油圧ジャッキ

負曲げ荷重Ｐ
832 240（1）供試体パラメータ（a）荷重による

Ｐ

16 16

σMy0と共に，ひび割れ幅の差異について比較を行う．
2001500

15004900（2）実験桁と荷重載荷

図-2 供試体と載荷装置概要図

ケースとも設計は同一である．載荷は図-1 に示
すように，試験桁中央 1.5m の位置に支点を設1000

け，支点から 1.5m 離れた桁先端部において鉛50240を 3 回繰り返し，3 回目でジャッキ容量 800kNまで載荷する．

図-4 に計測位置を示す．コンクリートと鋼桁単位（mm）

図-3 床版断面図①②16150150③ ④300単位（mm）

⑤⑥300
300

16

4＠200=800 240（3）使用材料（4）計測項目

5057.5

び割れ発生まで載荷して，一旦除荷する．それの値を用いた．

900

125区間とした．荷重は油圧ジャッキにより初期ひ示す材齢 28 日の値を，その他のものは載荷日

7＠128.57

57.5

直荷重を作用させ，中央 1.5m 区間を等負曲げに示す．計算値算出にあり，引張強度は表-2 に

断面図

側面図

実験桁を図-2 に，鉄筋配置を図-3 に示す．各

供試体に使用したコンクリートの配合を表-1200

1500

1500

図-4 計測位置図

150150表-2 各種材料試験結果
コンクリート
材齢7日
材齢28日
載荷日

普通膨張
ビニロン
普通膨張ビニロン
普通膨張
ビニロン

圧縮強度 静弾性係数 引張強度 一軸拘束膨張（N/mm2） （×104N/mm2） （N/mm2） 収縮率 （μ）
53.4
3.68-8650.0
3.4553149.7
3.36-6759.7
3.96
4.61-217
57.5
3.69
3.90363
57.9
3.72
4.96
-253
60.2
4.03
-250
58.9
3.84
293
59.1
3.78-279

Nc （kN）
1200
1000
885.5 ●

NCR

800
600
400489.0 ● N200ε

MCR0MER●

04．実験結果と考察

300

489.5

●

600

900

1200

1259

1500
M （kN･m）

図-5 M-Nc 関係（1）ひび割れ荷重
図-5 に M-Nc 関係を示す．初期ひび割れ発生時において，実験値と計算値の差異は 7％程度

可動支点固定支点単位（kN）

320×と比較的良い一致を示した．

500

310 660 630

460 590 310 685 500500

310 660 630

460 590（2）ひび割れ間隔
最終荷重状態での Case-1 のひび割れ図を図-6 に示す．ひび割れは主鉄筋位置またはその近310 685 500×320

傍となる傾向が見られる．ひび割れ間隔は中央域において平均値 250mm 前後となり，計算値

図-6 最終荷重状態でのひび割れ図との差異は 13％程度となる．
（mm）（3）ひび割れ幅0.35

図-7 にひび割れ幅の比較結果を示す．図中にる．また，最大ひずみを用いた計算値，平均ひずみを用いた計算値を併せて示している．実験

0.25
ひび割れ幅

は有効計測できた最大ひび割れ幅を示してい0.2
0.15

0.05

計算値に近い値を示すが，その後の挙動は最大0なった．

平均ひずみを用いた計算値

0.1

値は，ひび割れ発生直後は平均ひずみを用いたひずみを用いた計算値に近い値を得る結果と最大ひずみを用いた計算値

0.3

03006009001200

1500
M (kN･m)

図-7 ひび割れ幅（4）鉄筋応力
鉄筋のゲージ位置とひび割れ箇所は必ずし

実験値は，ひび割れによりひずみが急増したも一致しないため，実験値はひび割れ位置に最後は徐々に増加する傾向を示した．合成状態，も近い箇所の値を取り出した．したがって，ひひび割れ発生に伴う増加，安定ひび割れ状態でび割れ発生時のひずみは，初期ひび割れ発生位の傾きなどで比較的良い一致を示した．

置のひずみとは対応していない．

1）初期ひび割れ荷重，軸力とも比較的良い一P （kN）
1000致を示した．
2）ひび割れ幅算定には最大ひずみを用いると900
800

最大ひび割れ幅との対応を示す．

700
600

3）鉄筋ひずみの実験値は，最大ひずみを用い500400た計算値との対応を示す．

実験値
状態Ⅰ状態Ⅱ
計算値

3002001004）ケミカルプレストレスによる初期ひび割れ幅の大幅な低減効果が確認できた．

00300

600

900

1200

1500
ε （μ）

図-8 荷重−鉄筋ひずみ5）ビニロン短繊維混入によるひび割れ幅の低減効果が認められたが，今回その原因の同定には至らなかった．

w （mm）
0.35

付録0.30.25
0.20.150.1

Case-1Case-2Case-30.0500300

600

900

1200

1500
M （kN･m）

図-9 ひび割れ幅の比較

記号

n ：ヤング係数比
ρs ：鉄筋比Ac ：コンクリートの断面積
φ：鉄筋径
fctm ：コンクリートの平均引張強度
C ：配力筋の純被り
C s ：鉄筋ピッチ
As ：鉄筋の断面積

I st ：「鉄筋+鋼桁」断面の断面 2 次モーメント（5）パラメータによるひび割れ幅の比較
Case-2 は Case-1 に比べ，初期ひび割れ発生後から 40％程度の低減効果がみられ，初期ひび割れ状態におけるケミカルプレストレスの効

Ast ：「鉄筋+鋼桁」断面の断面積
αst ：（＝ Ast I st Ag I g ）I g ：鋼桁の断面 2 次モーメントAg ：鋼桁の断面積果は十分に期待できる．Case-3 は初期ひび割れ直後では Case-1 に近い値を示したが，その後参考文献の荷重の増加に伴う挙動ではビニロン短繊維混入によるひび割れ幅の急増を防ぐ効果が得られると考えられる．
またいずれのケースにおいても，載荷荷重が大きな値となると，ひび割れ幅は同程度となった．

1）（社）日本橋梁建設協会：PC 床版を有するプレストレスしない連続合成桁の設計例と解説，2001．
2）（財）高速道路技術センター：PC 床版連続
合成 2 主桁橋の設計，施工マニュアル，2002．
3）長井正嗣，奥井義昭，岩崎英治：連続合成

5．結言

桁の初期ひび割れ状態を考慮したひび割れ幅，
鉄 筋 応 力 算 定の 一 提 案， 土 木 学会 論 文 集，以上の結果を結論としてまとめる．

No.759／Ⅰ-67，283-292，2004.4．