鋼橋におけるコンクリート床版の応力特性に関する研究
建設構造研究室 内藤 和彦
指導教官 岩崎 英治
１．はじめにか報告されている 3)4)．

道路橋における床版は，構造的には薄板構造で鋼橋およびラダー橋のコンクリート床版に対あり，通行車両の輪荷重を直接受けるため，輪荷して，既往の研究での解析 3)4)5)6)7)より，設計曲げ重の載荷状態，支持桁による床版の拘束状態によモーメント式と比較が行われ，設計曲げモーメン

り発生曲げモーメントは大きく影響する．このたト式の検討や床版に生じる応力の特性の確認がめ，道路橋示方書では，種々の支持条件に対し，行われた．しかしながら，既往の解析で用いられ床版支間をパラメータとする設計曲げモーメン

たモデルは，桁の詳細を考慮しない検討となってト式が規定されている（表-1）．しかし，連続版いる．

における設計曲げモーメントは，単純版の結果をそこで，本研究では，鋼橋およびラダー橋におもとにして近似的に設計値を定めたもの 1)である

いて，詳細な FEM 解析を行うことで，床版に生ため，実際には過大に評価している可能性があり，じる応力の特性を把握するとともに，設計曲げモ合理化・経済性の観点から設計曲げモーメント式

ーメント式の算出に関する留意点の考察する．の低減化を期待できる可能性がある．

表-1 鋼橋の設計曲げモーメント式

また，この設計曲げモーメント式には床版支間の制約があるため，床版幅員を大きくする場合には主桁本数が多くなるが，最近では，建設コストの削減，省力化，維持管理費用の低減などの観点から，構造を合理化し，かつ主桁本数を削減した少数主桁橋が建設されている．この形式では，床版を支持する主桁間隔が 4m 以上になることが多
図-1 ラダー橋 2)

いが，場合によってはこれを大きく上回る床版幅員となることも今後予想される．しかし，この場合，プレストレスを導入したとしても床版厚が大２．二次元解析による桁の詳細を考慮した床版モきくなり，橋梁全体として経済性を発揮できなくデルの検討可能性がある．そのような中で，海外では，ラダ

２.１ 床版とフランジの接続状態と床版ハンチー橋と呼ばれる 2 主桁の少数主桁橋が多く採用さ床版を支持する桁部には，図-2 のようにハンチれており，図-1 に構造例を示す．

が設けられており，床版厚が変化している．また，本構造は，3～4m の間隔で横桁を上段に配置す

床版と桁は，合成桁では密に配置されたスタッドることで，主桁と横桁で床版を支持する形式であにより結合され，非合成桁ではスラブ止めの金具る．利点としては，横桁を密に配置するため，床が疎な間隔で結合されている．これらのスタッド版の発生曲げモーメントを低減し，床版厚を薄くやスラブ止め付近では床版と桁の上フランジはすることが可能となる点がある．本構造は，日本一体化しているが，スタッドやスラブ止め間隔のにおける実施例としてあまり見あたらないが，合中間部では，床版と上フランジには，若干のズレ理化対策として，床版に対する検討は既にいくつが生じる可能性がある．したがって、床版と桁の1フランジの接続状態は，図-3 に示すような合成状態と非合成状態の中間的な状態にあると考えられおり，本研究ではハンチのモデル化方法をついて検討するとともに，床版と桁の合成状態と非合成状態の違いを調べる．
解析方法としては，図-4 のような 2 本の主桁で図-3 実際の床版とフランジの接続状態支持され床版の支間中央と両端に輪荷重 100kNが作用しているモデルに対して，図-5(a)から(d)のような解析モデルによる結果を比較することにより，支点部の床版応力状態の変化を調べ，床版とハンチのモデル化および床版と上フランジの接続状態について検討する．

図-4 解析モデルの諸元解析モデルについては以下の解析モデルで検討を行った．

（a）Model-1

・Model-1・・・床版をモデル化
・Model-2~4・・床版と上フランジをモデル化
なお，Model-1 は梁要素でモデル化し，床版と（b）Model-2

上フランジをモデル化する場合では、床版を梁要素でモデル化する場合（Model-2）とソリッド要素でモデル化する場合（Model-3,4）で検討する．

（c）Model-3

また，床版を梁要素でモデル化する場合では床版と上フランジを剛な梁要素で接続する方法でモデル化し，ハンチ部の板厚を考慮した検討も行い，（d）Model-4

床版をソリッド要素でモデル化する場合では，ハ

図-5 解析モデル

ンチの傾斜がある場合も検討する．
床版と上フランジの接続状態については，合成

２.２ 解析結果

状態は床版とフランジの接続面の鉛直・水平変位

図 6，7 に合成状態および非合成状態におけるを拘束することで再現し，非合成状態は鉛直変位各モデルの床版上下縁の応力分布を示す．なお，を拘束し，水平変位を拘束しないことで再現する．

図には床版のみをモデル化した Model-1 の結果も併記している．図より，FEM による梁要素を用いた検討結果では，支点直上で最大となる応力分布になるが，ソリッド要素を用いた検討結果，上フランジ直上の床版の応力は低下し，ハンチ始端から上フランジ端部に最大応力が生じることが明らかになった．また，簡易なシェル要素でも床版

図-2 床版と桁の接続方法のモデル化で可能となることが分かった．

2

（a）Model-2（c）Model-3（b）Model-2（ハンチ部の板厚変化を考慮）（d）Model-4
図-7 床版上下縁の応力（非合成状態）
３．三次元解析による桁の詳細を考慮した床版モデルの検討
３.１ 解析対象橋梁（c）Model-3

鋼橋においては， 道路橋示方書の設計曲げモーメント式は，合理化・経済性の観点から設計曲げモーメント式の低減化を期待して式との比較を行う．ラダー橋においては，既往研究で提案された設計曲げモーメント式は支持部材である横桁がたわむようにして検討されたものであり，道（d）Model-4

路橋示方書の検討方法とは異なる方法で求めら

図-6 床版上下縁の応力（合成状態）れているため，設計曲げモーメント式との比較を行い，妥当性を検討する．
鋼橋の検討では，図-8 のような多主桁により支持された床版に T 荷重が作用した時の応力状態を検討する．なお，主桁間隔は 2.5m,2.65m,2.9m とし，床版厚は，道路橋示方書で規定されている連（a）Model-2

続版の最小床版厚（30L+110(L：主桁間隔[m])）より決定している.
ラダー橋の検討では，図-9 のような主桁と横桁で支持された床版の横桁間の中央に T 荷重が作用した時の応力状態を検討する．なお，主桁間隔は7.5m，横桁間隔は 2.5m から 7m とし，床版厚は，（b）Model-2（ハンチ部の板厚変化を考慮）

既往研究から得られた二方向支持床版の最小版厚より決定している 8)．
3

また，支点曲げモーメントでも設計値の安全側なる結果となった．
ラダー橋の結果について，図-12 に横桁間隔が2.5ｍの時の各モデルの支間曲げモーメントの分布図を示す．なお，図の X 軸は主鉄筋方向（橋軸方向）を示している．図より，荷重載荷面で正の図-8 鋼多主桁橋(4 主桁)曲げモーメントが生じ，横桁部分では負の曲げモーメントが生じる結果となった．また，Model-3
では荷重載荷位置の正の曲げモーメントがModel-1,2 に比べて大きくなり，逆に，横桁位置では負の曲げモーメントが小さくなっている．これは，Model-3 では横桁がたわむようになっているため，このたわみが影響したと考えられる．

図-9 ラダー橋

図-12 の結果より，ラダー橋では横桁のたわみが床版の曲げモーメントに影響することが分か

３.２ 解析方法った．そこで，横桁剛性の違いによる床版曲げモ鋼橋とラダー橋の 3 次元解析では，図-8,9 の橋ーメントの影響を検討するために，横桁の寸法を梁に対して以下の解析モデルで FEM 解析を行い，変えることで剛性を変えて床版曲げモーメント

設計曲げモーメント式との比較を行う．

を算出する．なお横桁間隔は 3ｍとする．

・Model-1・・・床版のみをモデル化

図-13 にはラダー橋における横桁間隔が 3m の・Model-2・・・床版と上フランジをモデル化

時の横桁剛性比ごとの最大支間曲げモーメント・Model-3・・・橋梁全体をモデル化を示す．図より，合成状態では，設計値に比べて解析モデルは，シェル要素を用いて作成を行い，Model-3 では横桁や補剛材もモデル化する．

安全側となる結果となり，非合成状態では危険側となる結果となった．実際の床版とフランジの接載荷荷重については，道路橋示方書に準拠して，続状態は，合成状態と非合成状態の中間的な状態

橋軸直角方向に後輪荷重 100kN を車両間隔にしであるため，設計値の安全側となる部分もあるが，たがって無制限に整数台載荷するものとする．荷安全側を見込んで，非合成状態を設計値とした方

重載荷位置については、輪荷重が床版に作用したが良いと考える．

際の影響線より、床版の各着目点の曲げモーメントが最大となるように決定している．
４．結果および考察
鋼橋の結果について，図-10,11 に鋼橋における支間の主桁間隔ごとの最大曲げモーメントを示す．図より，主鉄筋方向（橋軸直角方向）曲げモーメントでは，設計値から 30%以上小さな値とな

図-10 鋼橋床版の支間最大曲げモーメント(主鉄筋)ることが分かり，合成状態と非合成では，支間部では，10%前後の違いが生じることが分かった．
4

図-11 鋼橋床版の支点最大曲げモーメント(a) 主鉄筋方向（橋軸方向）(a) Model-1(b) 配力鉄筋方向（橋軸方向）
図-13 ラダー橋の最大曲げモーメント
５．まとめ
本研究では，鋼橋およびラダー橋において，FEM(b)Model-2(非合成)解析を行うことで，以下のことが明らかになった．
・中間支点部では上フランジ直上の床版の曲げ応力は低下し，ハンチ始端から上フランジ端部に最大曲げ応力が生じる．
・合成状態と非合成状態により床版の曲げ応力には，違いが生じることを明らかにした．

(c)Model-2(合成)・示方書の鋼橋支間中央部の設計曲げモーメントは，設計値より 30%以上小さな値になる．
・主桁と横桁で支持された床版の FEM 解析による結果と，既往の文献で提案されている設計曲げモーメント式を比較した結果，非合成状態では危険側となる．

(d)Model-3(非合成)

本研究での検討は，限られた構造諸元での検討であるので，今後，より一般的な検討，および横桁を密に配置した形式では，主桁間隔等曲げモーメントに影響するパラメータを変えて検討する必要がある．

(e)Model-3(合成)【参考文献】
1)

図-12 ラダー橋床版の曲げモーメント分布図
5（社）日本道路協会：道路橋示方書（I 共通編・Ⅱ鋼橋編）・

同解説，丸善出版株式会社，2012.03

2)

El Sarraf, R., Iles, D., Momtahan, A., Easey, D. &Hicks, S.
(2013). Steel-concrete composite bridge design guide (pp.14-19).
New Zealand Transport Agency.

3)

松井，石崎：2 方向支持された長支間道路橋 RC 床版の設計
曲げモーメント式について,構造工学論文集 VOL.42A ,pp1031-1038,1996.3

4)

松井，江頭：横桁支持された長支間床版の設計曲げモーメン
ト式について,第一回鋼橋床版シンポジウム講演論文集,pp83-88,1998

5)

宮崎，中野，糟谷，島田，加藤，園田：道路橋長支間床版の設計曲げモーメント式の検討,第一回鋼橋床版シンポジウム
講演論文集,pp71-76,1998

6)

前田・松井：道路橋 RC 床版の設計曲げモーメント式に関する一考察，土木学会論文報告集 第 252 号，pp11-22，1976.8

7)

玉越，川畑：鋼道路橋床版の設計と留意点 ―道路橋示方書
改訂についてー,第三回道路橋床版シンポジウム講演論文集,pp1-8,20038)

石崎，松井：2 主構 I 桁形式道路橋の RC 床版の最小厚規定について,土木学会第 50 回年次学術講演会,pp334-345,19956