〈〈〈海外文献〉〉〉

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ミシガン州のセント・クレア道路橋におけるプレキャスト
PC ホロー桁の横締め構造への新技術の適用− Innovative precast concrete adjacent-box-beam system implemented in the St. Clair Road bridge in Michigan −著：Chuanbing S. Sun, Maher K. Tadros, Kyle C. Kopper, and Talia N. Belill*
訳：会誌編集委員会海外部会

ミシガン州クリントン郡のメープル川に架かるセント・クレア道路橋は，新技術を適用した横締め構造を備えたプレキャスト PC ホロー桁（以下，PC ホロー桁）橋であり，中間横桁が不要な構造である。この横締め構造を採用することにより，主桁重量および全死荷重の軽減や施工の省力化，急速施工が可能となる。さらに，主桁間の間詰め部の漏水やひび割れの発生を抑えることが可能となる。本稿では，この新技術を適用した横締め構造について述べる。
キーワード：道路橋，プレキャスト PC ホロー桁，横締め構造，せん断キー，アンボンド PC 鋼材

1．は じ め に
PC ホロー桁は，比較的桁高が低く床版の打設に必要な型枠の量を最小限に抑えることができるため，短支間および中支間橋梁に広く採用され，急速施工にも適している。本稿では，ミシガン州において PC ホロー桁橋を建設する際の標準的な設計仕様をまとめた。また，ミシ表- 1

MDOT の橋梁設計ガイドラインで規定された支間長に基づいた PC 鋼材の配置

Span
lengthUp to50 ft
Over 50
to 62 ft

Transverse post-tensioning
tendon locations
One at each end of beam with two at centerof span (11 ft apart)Total

One at each end of beam with one at centerof span and one at each quarter point
One at each end of beam with two at centerof span (11 ft apart) and one at eachquarter point
One at each end of beam with five equally
spaced between

5Over 62
to 100 ft

ガン州クリントン郡のメープル川に架かるセント・クレ
ア道路橋の構造概要，せん断キーの詳細，横方向の設計，PC ホロー桁の製造および施工について述べる。とくに，

Over100 ft

特殊な横締め構造について詳述する。

Note: 1 ft = 0.305 m.

2．ミシガン州の標準的な設計仕様

表- 2

従来の PC ホロー桁橋では，通常，横締め構造に PC水が発生した。この対策として，ミシガン州運輸省（以下，MDOT）の橋梁設計ガイドラインでは，桁上フランジに

Note: 1 in. = 25.4 mm.

間横桁に配置され，鋼材図心が桁高の 1/2 またはその付近になるように配置される。不適切な設計や構造細目により，PC ホロー桁間の間詰め部においてひび割れと漏67

MDOT の橋梁設計ガイドラインで規定された桁高に基づいた PC 鋼材の配置

Beam depth
12 in.
17, 21,and 27 in.
33, 39, 42,and 48 in.
54 and 60 in.

鋼材および高強度の PC 鋼棒を使用する。これらは，中4At each location
One tendon 5½ in. below top of beamTotal
1

One tendon at middepth of beam

1

One at each ⅓ point of beam depth2

One at each ¼ point of beam depth

3ジベル筋を埋込み，厚さ 150 mm の鉄筋コンクリート床版と一体化させることを規定している。PC ホロー桁橋
におけるアスファルト舗装は，日平均交通量が 500 台以下（うち，商業用車両は 3 ％未満）の片側 1 車線の一般道路でその使用が認められている。また，MDOT の橋梁
設計ガイドラインでは，横締め構造について以下のように記載している。
・橋長および桁高に基づき，中間横桁（桁端から離れた）または端支点横桁における PC 鋼材の配置を決定する（表 - 1，2）。
・必要プレストレスは 534 kN である。
図 - 1 に桁製造工場の保管ヤードで仮置きしている標
準的な PC ホロー桁を示す。この桁には，桁高の 1/3 の位置ごとに 1 本ずつ，2 本の横締め用シースが設置されている。上フランジにジベル筋を埋込むことにより，主図- 1桁と場所打ち床版を一体化することができる。図 - 2 にVol.62, No.1, Jan. 2020

83

桁製造工場の保管ヤードで仮置きしている
標準的な PC ホロー桁

海外文献
幅 1.2 m， 上 フ ラ ン ジ 幅 1.17 m で あ り， 下 フ ラ ン ジ 厚

2 1／4 in.（typical）

150 mm，上フランジ厚 165 mm，両ウェブ厚は 130 mmである。外桁の断面寸法は以下の内容を除いて中桁と同様である。
・垂直方向のせん断キーが不要なことより上フランジ幅
Tension conduit (fill withgrout after post-tensioning)
Stress pocket (fill withmortar after post-tensioning)

は 1.19 m とした。

Seal washer

・上フランジ厚は，高欄固定用アンカーボルトの定着長を確保することより 200 mm に増厚した。
・外側ウェブ厚は横締め PC 鋼材の定着具を配置するこ

Fascia beamとより 130 mm から 250 mm に増厚した。

Form as required

図- 2

MDOT の橋梁設計ガイドラインにおける横締め構造詳細図

5．せん断キー
全体構造の一体性を確保するために，垂直方向と水平PC ホロー桁間のせん断キーを含む横締め構造詳細図を方向にせん断キーを主桁に設けている。標準部における示す。横締め PC 鋼材緊張前に，間詰め部へのモルタル

垂直方向のせん断キーの幅は，主桁下縁で 57 mm，主桁充填を行うが，この充填の際，シースへのモルタル流入

ウェブ部で 133 mm に拡幅し，主桁上縁では 108 mm に縮を防止するために，シールスポンジを設置している。横小している（図 - 6）。横締め部では，せん断キーの幅は締め PC 鋼材緊張後に，シース内にグラウトを注入する。

主桁高さに沿って 133 mm である（図 - 7）。すべての主ミシガン州の設計仕様では，間詰め部へのモルタル充填

桁で所定の位置にせん断キーの配置スペースを確保する

後に，横締め PC 鋼材を緊張するため，間詰め部がつねために，横締め部で拡幅されている。水平方向のせん断に圧縮状態となる点で，米国におけるそのほかの州の設キーは標準部のせん断キーと比較して幅が広いため，横計仕様よりも優れている。しかしながら，まだいくつか締め部に設けられている。の欠点があるため，本稿では改善を試みている。

3．橋 梁 諸 元A

本橋は，支間 26 m，全幅 7.67 m，右斜角 78°の 6 主桁を有する単純プレキャスト PC ホロー桁橋である（図B- 3，4）。また，橋面には防水層の上に厚さ 100 mm のアAスファルト舗装を行っている。横方向の主桁形状については，次章にて述べる。
1 ft 7 in.

1 ft 7 in.

22 ft
Clear roadway
11 f tLane and shoulder

主桁 3 次元モデル図

3 ft 11 in.

85 f t5 Spacing at 16 ft 2 3／8 in. = 81 ft

2 ft

Post-tensioning
tendons (typical)

12 ft 5 1／2 in.

2 ft 3 in.

2 ft 9 in.

橋梁断面図

10 in.

5 1／4 in.

5 in.
2 ft 11 in.

5 in.

1 1／2 in.

6 in.
4 ft／4 in.×3／4 in.
(typical)
3

12 ft 5 1／2 in.

4 ft
2 1／4 in.

1／ in.
22 in.

図 - 7 に横締め部の主桁断面（図 - 5 の B - B 断面）を

4 ft
2 1／4 in.

図- 7示す。中桁の断面寸法は主桁高さが 0.84 m，下フランジ

84

4 ft

2 3／8 in.

6 1／2 in.

図 - 5 に外桁と中桁の部分的な 3 次元モデルを示す。
また，図 - 6 に標準部の主桁断面（図 - 5 の A - A 断面）を，

1 ft 10 5／8 in.

4．主桁の構造概要

3 ft 9 1／2 in.

2 1／4 in.

1 in.

6 1／2 in.

橋梁平面図

5 1／4 in.

1 ft 6 1／2 in.

図- 43 ft 10 1／2 in.

3 in.

33×48 in. prestressed concrete box beams (typical)

2 3／8 in.

図 - 6 標準部主桁断面図

2 5／8 in.

24 ft 11 in.

2 ft

6 1／2 in.

5 in.
2 ft 7 1／2 in.

6 in.

図- 33 ft 10 in.

8 in.

6 beams at 4 ft + 5 spaces at 2 1／4 in. (－) ＝24 ft 11 in.
33×48 in. prestressed concrete box beams

4 1／4 in.

11 in.

図- 5

2.0 %／2 in.

2.0 %1Plangrade

4 in.

11 ft
Lane and shoulder

横締め部主桁断面図
プレストレストコンクリート

海外文献
ストレスを示す表が記載されている。これらの表は，米6．主方向の設計

国全州道路交通運輸行政官協会（AASHTO）HS - 25 にお

主方向は，コンクリート橋用の設計・解析ソフトウェ

ける車両積載荷重を考慮した格子解析に基づいて作成さアを使用して設計された。コンクリート強度は，材齢 28れた。Hanna 3）らは，これに加えて AASHTO HL - 93 を日で 55 MPa，プレストレス導入時は 41 MPa であった。

参考にして表を改訂し，必要プレストレスを算出するた

主桁には，それぞれ PC 鋼 k（直径 15.2 mm，引張強度めに，次式を提案した。

1 860 MPa，低リラクセーション仕様）を配置している。

0.9W0.2W
P =⎛ ――― －1.0⎞KLKS ≤⎛ ――― ＋8.0⎞KLKS
⎝ D⎠
⎝ D⎠

中桁には下縁に 2 段 21 本，上縁に 1 段 2 本を配置し（図- 8），外桁には下縁に 3 段 22 本，上縁に 1 段 2 本を配（式 -1）

P = required transverse post-tensioning force

置している（図 - 9）。
外桁の PC 鋼材の本数と配置は中桁と少し異なってお（必要プレストレス）

り，外桁にかかる特殊荷重を考慮し，かつ，横締め部とW = bridge width（幅員）の干渉を回避するように PC 鋼材位置を決定している。

D = box beam depth（桁高）

また，主桁の PC 鋼材配置は，中桁と外桁におけるキャKL = correction factor for span-to-depth ratio

ンバー差が架設時に 3 mm 以下となるように決定してい（L と D から求めた補正係数）

る。

⎛L
⎞
= 1.0 + 0.003 ―－30
⎝D⎠

3 ft 10 in.

KS = correction factor for skew angle more

Top strand (typical)

than 0 degrees（θ＞ 0 のときの補正係数）= 1.0 + 0.002θ
L = bridge span（支間長）θ= skew angle（斜角）
上式は，横締め PC 鋼材を使用した中間横桁を有する

10 in.

PC ホロー桁橋用として提案された。また，本橋の設計で初めて上式を適用し，必要プレストレスの算定に使用し た。 必 要 プ レ ス ト レ ス は 110 kN/m，1 箇 所 あ た り

2 in.
4 in.

4 in.

2 in.

14 spaces at 2 in. = 2 ft 4 in.
0.6 in. diameter strands

図- 84 in.

4 in.

536 kN（鋼材間隔 4.94 m）となった。さらに，有限要素解析によって必要プレストレスの検証を行い，ホロー桁

中桁の PC 鋼材配置部は板要素でモデル化した。設計荷重時においてせん断キー部にひび割れが生じないものと仮定して，横締め部

3 ft 11 in.

もモデル化している。

Top strand (typical)

解析において適用した荷重は，活荷重（HL - 93）および地覆・高欄荷重である。活荷重（HL - 93）は，設計活荷重または設計輪荷重 270 kN および設計レーン荷重の組み合わせの 1.2 倍で構成される。本橋の斜角は 75 度以上であり，必要プレストレスへの影響はないため解析では考慮しないこととした。

10 in.

有限要素解析の結果，必要プレストレスは（式 -1）から算出した値よりもわずかに下回った。このことから，安全側を考慮して（式 -1）に準じることとし，PC 鋼材

2 in.
6 in. 4 in.

14 spaced at 2 in.= 2 ft 4 in.
0.6 in. diameter strands

図- 94 in.

4 in.

を 4.94 m 間隔で計 6 列配置した。各 PC 鋼材は，桁の上下フランジに 1 本ずつ配置されている。また，各 PC 鋼

外桁の PC 鋼材配置

材には，直径が 15.2 mm，引張強度が 1 860 MPa のシングルストランドが 3 本使用されている。

7．横方向の設計

8．アンボンド PC 鋼材の仕様

PCI 橋梁設計マニュアル 1）では，El-Remaily 2）らによASTM 416 4）で示されるように，それぞれの 7 本よりって提唱された横方向の必要プレストレスを採用していPC 鋼より線に防食用グリースを塗布し，ポリエチレンる。上記プレストレスを導入することにより，横方向の被覆を施した（図 - 10）。当初契約の仕様では凹凸型の剛性を十分確保し，たわみを許容値内に抑えることがで

外径φ 60 mm の鋼製シースとなっていたが，プレキャスきる。PCI 橋梁設計マニュアルでは，桁の断面寸法，ス

ト桁製造工場の要望により，製造費（材料費）を低減す

パン長，幅員，および斜角を考慮した横方向の導入プレ

Vol.62, No.1, Jan. 202085海外文献るため，鋼製シースをポリ塩化ビニル管（以降，PVC 管）の緊張後にグラウト作業が必要とならないため，急速施に変更した。また，PVC 管は鋼製シースよりも固いため，工が可能となった。また，この技術を今後の橋梁に活用コンクリート打設時においてシースの変形を防止できすることで，施工の省力化を図ることができる。

る。PVC 管の端部は，鋼製型枠に取り付けることで完全9．桁に固定された。横締め構造の施工において PC 鋼材を適製造切に組み立てるために，正確に PVC 管をホロー桁に設コンクリート打設前の PC ホロー桁における鉄筋およ置することが重大な課題であった。当初契約の仕様では，

び横締め PC 鋼材を通すための PVC 管の配置状況を図

PVC 管の製作誤差を 6 mm と規定していた。取付け前に，- 12 に示す。また，横締め PC 鋼材の位置でのせん断キ水や異物の侵入を防止するために PVC 管の端部を密閉ーの配置状況を図 - 13 に示す。

する必要があった。
Polyethylene sheathingPVC pipe (2 3/8 in.
outside diameter)
0.6 in. diameter strand
coated with corrosion
inhibiting grease

図 - 10アンボンド PC 鋼材

Nonshrink grout

PVC pipe

0.6 in. diameter strands
coated with corrosion
inhibiting grease

図 - 11

図 - 12

コンクリート打設前の主桁の鉄筋配置状況

緊張前の間詰め部のモルタル充填

PC ホロー桁の上フランジ同士と下フランジ同士を接続するために，この二重管構造を採用した。PC 鋼材の配置が上下縁に必要であったものの，ウェブには必要がなかった。これにより，中間横桁をなくし，PC ホロー桁の重量・数量および全死荷重を減らすことができた。
本橋は，地方の小規模な橋梁における橋梁管理者の設計仕様に準じて，コンクリート床版の打設を省略している。提案した横締め構造は独自の特徴があるため，場所

図 - 13

横締め PC 鋼材位置のせん断キー

打ちコンクリート床版を省略することが可能となる。この構造は連邦道路管理局により推奨されたことで，場所10．本橋の施工打ちコンクリートの打設と養生が不要となり，結果としてさらなる急速施工が可能となった。今後の橋梁におい本橋の施工順序を以下に示す。て，従来の PC 鋼材にかわり，アンボンド PC 鋼材の普

1）プレキャストコンクリート桁の設置及が可能となる。

2）間詰め部下面へのシールスポンジの配置

もっとも重要なことは，間詰め部のモルタルを充填す

3）横方向 PC 鋼材の配置るまで緊張が行われなかったことである。したがって，

4）間詰め部の無収縮モルタル充填

間詰め部に圧縮力を導入することで間詰め部における漏5）横締め PC 鋼材の緊張水の危険性が根本的に排除される（図 - 11）。間詰め部は，

6）横締め PC 定着切欠き部のモルタル充填

標準的な PC ホロー桁の場合より広いため，高品質なモ

7）地覆・高欄の施工ルタル充填を確実に行うことができる。横締め PC 鋼材

8）防水層，舗装の施工

86

プレストレストコンクリート

海外文献・本構造では，場所打ちコンクリート床版の打設が必要

もっともクリティカルな施工ステップは横締め PC 鋼なくなるため，急速施工が可能となる。

材の緊張に関係しており，とくに PC 鋼材の組立てであった。桁を架設するごとにシース位置を確認して所定の・横締め鋼材の緊張は，主方向の間詰め部へのモルタル位置に設置することにより，PC 鋼材を適切にシース内に充填後に実施する。したがって，間詰め部は常に圧縮配置できた。結果として，横締め PC 鋼材の緊張は順調された状態にあり，間詰め部からの漏水の危険性を根本的に排除できる。に行うことができた。本橋は 2014 年 7 月に供用を開始した（図 - 14）。

11．結・新技術を適用した本構造では，間詰め部において発生する漏水やひび割れの可能性を排除できるため，耐久論性が向上する。

本橋では，桁高を低くし，上部工の型枠量を最小限に抑えるために，PC ホロー桁が使用された。とくに，横締参考文献

め構造への新技術の適用に成功した。このプロジェクト

1）PCI Bridge Design Manual Steering Committee. 2011. PCI Bridge
Design Manual. MNL-133. 3rd ed., Chicago, IL: PCI.の新技術とその成果を以下にまとめる。

2）El-Remaily, A., M. K. Tadros, T. Yamane, and G. Krause. 1996.

・横締め鋼材に使用した 7 本より PC 鋼より線は，防食“Transverse Design of Adjacent Precast Prestressed Concrete Box用グリースを塗布したのちに，ポリエチレン被覆を施

Girder Bridges.” PCI Journal 41 (4): 96?113.

し，PVC 管内に配置された。この特殊な二重管構造を

3）Hanna, K. E., G. Morcous, and M. K. Tadros. 2009. “Transverse Post-

用いて，PC ホロー桁の上フランジ同士および下フランtensioning Design and Detailing of Precast, Prestressed Concrete
Adjacent-Box-Girder Bridges.” PCI Journal 54 (4): 160?174.

ジ同士を接続した。

4）ASTM Subcommittee A01.05. 2017. Standard Specification for Low-・PC ホロー桁のウェブには横締め用のシースが不要なた

Relaxation, Seven-Wire Steel Strand for Prestressed Concrete. ASTM

め，中間横桁を省略でき，主桁重量および橋梁の全死A416/A416M-17. West Conshohocken, PA: ASTM International.

荷重が軽減できる。
・本構造では，シース内にグラウトを注入する必要がな

This article was first issued in PCI Journal (Precast Concrete

いアンボンド横締め鋼材を使用するため，橋梁施工にInstitute Journal), 2018, May-June, page 41-50

おける省力化に寄与する。

図 - 14

完成写真⎡ *：会誌編集委員会海外部会委員 ⎤⎜ 堀田 尚史（首都高速道路 ㈱） ⎜⎜⎜⎜ 渡邉 秀知（㈱ ピーエス三菱） ⎜⎜ 佐藤 千鶴（㈱ 錢高組）⎜⎜ 田中 慎也（㈱ IHI インフラ建設）⎜⎜⎜
遼（鹿島建設 ㈱）⎣ 森田⎦【2019 年 12 月 12 日受付】

Vol.62, No.1, Jan. 202087