土木学会東北支部技術研究発表会（平成18年度）

I-44

既設鋼鈑桁橋の桁端部のひずみ特性㈱土木技術コンサルタント

正会員

○山村浩一

岩手大学工学部

正会員

岩崎正二

岩手大学工学部

正会員

出戸秀明

１．まえがき鋼鈑桁橋の桁端部は、損傷が生じやすいため維持管理において、注視すべき部位のひとつとなっている。
桁端部で発生する代表的な損傷としては、ソールプレート溶接部の疲労亀裂があり、その主たる原因は、支承機能の低下に伴って発生する局部応力であることが報告されている。また、支承機能が低下すると、桁端部には、設計で想定している以上の応力が作用することも考えられる。このようなことから支承機能の状態を把握することは、鋼鈑桁橋の維持管理を行う上で有用な情報になる。本文では、桁端部に着目して、支承機能が低下している場合とそれを回復させた場合のひずみ特性の違いを静的載荷試験によって確認したので報告する。加えて、支承機能が低下した橋梁に設計活荷重が作用した場合、桁端部に発生する応力がどの程度になるかについても検討した。
２．静的載荷試験の概要と結果
試験橋梁の梨ノ木橋は、昭和 55 年に完成した単純鋼合成鈑桁橋である。支間長 29.2ｍ、設計活荷重 TL‐20、支承形式は高力黄銅支承板支承を採用している。この橋に対して、まず、総重量 20tf と 25tf のダンプトラックを載荷荷重として静的載荷試験を行い、主桁下フランジのひずみを測定した。次に、静的載荷試験と同じ荷重状態で格子解析を行い実測ひずみと比較した（図−2）。その結果をまとめると次のようである。
①実測ひずみは、設計上のひずみ分布（図−2 の ‐■‐ ）と大きく異なる。
②実測ひずみは、固定支承と可動支承の支点条件を固定とした場合の格子解析値（図−2 ‐□‐ ）に近似する。
③この傾向は、ダンプトラックの載荷位置や載荷台数を変えても同様である。
以上から、既設の支承は機能低下している可能性が高いと判断し、その機能を回復させた場合にひずみ分布がどのように変化するかを測定することとした。支承機能を回復させる方法としては、次の 2 つの方法を試みた。
方法 1：水平機能を回復する目的から可動支承の下沓と上沓の間にテフロン板を挿入する。
方法 2：主に回転機能を回復する目的からゴム支承で仮支持する（可動支承の前方 45cm の位置に設置）。
この静的載荷試験では、ひずみの測定以外に、1 ナノラジアンの分解能を有する高精度傾斜計を用いた主桁たわみ角の測定や可動支承の水平変位を測定した。載荷荷重は 20tf ダンプトラック 1 台であった。
橋4 00

長 3 0 .0 0 0m
4 00

支 間 長 2 9 .2 0 0m
総 重 量2 0t fト ラ ック

総 重 量2 5t fト ラ ックcL

8 2 00600

600

7 0 00M20 tf ,25 tf トラ ッ ク

F

ひ ずみ ゲー ジ−200CL

実測値‑ 1 33G11 1 00

G22 × 3 0 0 0＝ 6 0 00

図−1G3

ひず み （ ×10 − 6 ）1 6 00−100

格 子 解析 値 （ 支 点条 件 ： 固 定− 固 定 ）‑ 1 24

格 子 解析 値 （ 支 点条 件 ： 可 動− 固 定 ）‑ 1 13‑ 1 01
‑43‑44‑120152063559

1 00

535251585453‑1562755
8289122115114

1 1 00試験橋梁断面図

2 00

0 .3 03 .6 5

7 .3 01 0. 9 5

図−21 8. 2 5
1 4. 5 0
可動 側支 点か らの 距離（ ｍ）

2 1. 9 0

G2 桁下フランジのひずみ

2 5. 5 52 8. 9 0土木学会東北支部技術研究発表会（平成18年度）

測定結果を表−1 に示す。この結果から次のことがいえる。
①現況と方法 1（テフロン板）の測定結果はほぼ同様である。このことから高力黄銅支承板支承のすべり面の摩擦係数を小さくしても水平機能の回復は難しいといえる。
②方法 2（ゴム支承）では、現況で発生していた桁端部の圧縮ひずみが大幅に低減されて、設計上のひずみ分布に近似する。また、支承の水平変位やたわみ角も大きくなる。このことから方法 2 によって支承機能は回復されたと判断し、この状態が支承機能正常時のひずみ特性であるといえる。
③可動支承の機能を回復させることによって、機能低下している固定支承側も正常な状態に近づくといえる。
表−1

支承機能回復方法別の G2 桁端部のひずみ測定結果

45 0

可動 支承側 のひず み計測 位置ソ ール プレ ート 前面
16 095②③④

ひ ず みゲ ー ジ30 030 020 030 0②③④①②④支 点か らの 距離 （m)300600[ 3 50 ]1 1 00[ 6 50 ]3006001 1 00‑ 65‑ 44‑‑ 38‑ 39‑ 38‑ 3435‑

テフ ロン 板‑ 61‑ 43‑‑ 38‑ 38‑ 39‑ 34

330 .0 5

ゴム 支承‑‑‑1‑2‑4‑7‑5420 .8 7

既設のひずみ水 平変 位 た わみ 角μR

1 60mm

既 設 支承BP A R=1 00 tf

可動 支承側支間中央①可動支承の構造①
テ フ ロン 板 挿 入 位置

固 定 支 承 側 の ひ ずみ

ゲー ジ番号仮 ゴ ム支 承36 0× 36 0× 60μR

2 09mmμR

3 88＊ ひず みの 単位 は、 10 × ‑ 6＊ [ ]は仮 ゴム 支承 か らの 距離 を示 す
＊ た わ み 角 は 、 G 1桁 可 動 支 点 近 傍 で の 計 測 値

３．桁端部のひずみ特性
これまでの静的載荷試験の結果から、桁端部のひずみ特性について整理する。
①支承機能が正常である場合の桁端部のひずみは、設計で想定している値と同等になる。
②支承機能が低下している場合の桁端部のひずみ特性は、可動支承と固定支承の支点条件を固定とした場合の格子解析値に近似する。応力状態は、下フランジ圧縮となる。
③可動支承の機能を回復すると、機能低下している固定支承側も設計で想定しているひずみの値に近づく。
４．桁端部の応力検討
桁端部のひずみ特性に基づき、設計活荷重（ここでは当初設計の TL−20 を考える）が作用した場合の本橋梁桁端部の応力度を検討する。格子解析の結果、支点から 0.3ｍ離れた位置での設計断面力は、M＝−1193
KNｍになる（格子解析の支点条件「固定−固定」）。架設当時の支承は健全であることから、従前の死荷重による断面力は引張力として作用していることとなり、その値は M＝114KNｍになる（格子解析の支点条件「可動−固定」）。以上から活荷重作用時の設計断面力は、−1079KNｍで負の曲げモーメントになる。よって、抵抗断面としては、床版コンクリートを無視し鋼桁と床版内部の鉄筋を考慮する。検討の結果、許容応力度を十分に満たしている（表−2）。
同様に、将来実施されるであろう床版打替えを桁端部の応力度は許容値を超える（表−2）。

を行い、その機能状況を的確に把握した上で対策を講じる必要がある。補修・補強を行う際に、このような配慮が不足すると、現況悪化を招く恐れがあるため注意が必要である。

桁端部の応力照査

検討 時期

現状

床版 打替 時重モ ー メン ト( KN m)

応 力度( N / mm2 )

従前 の死 荷重1 148 .600‑ 11 9 3‑ 72 . 0

荷死荷 重

モ ー メン ト( KN m )応 力度( N / mm2 )161 .3‑ 10 2 4‑ 84 . 7‑ 35 4‑ 21 . 4‑ 11 9 3‑ 72 . 0

全いことから、桁端部の特性を考慮した調査・計測

不支承機能の低下は目視調査だけでは判断できな

健全が低下した状態で床版打替え工事を実施すると、支承機能想定した応力検討を行った。その結果、支承機能表−2設計 活荷 重（ T L ‑ 20 ）応力 度照 査σ ＝ ‑ 63 . 4(σ a ＝1 44 .3)

N / mm2N / mm2

σ ＝ ‑ 17 6 . 8(σ a ＝1 44 .3)＊ 照 査 位 置 は 、 支 点 か ら 0 . 3ｍ 離 れ た G 2桁 下 フ ラ ン ジ＊ 支承 機能 不全 時の 断 面力 は、 支点 条 件 固定 − 固定 と し て算 出＊ 負の モー メン トに 対 する 抵抗 断面 は 、桁 と床 版内 部の 鉄 筋