論文･報告

支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の開発

論文･報告

支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の開発
Development of Synthetic Floor Slab Update Method Using Supporting Girder

江崎 正浩 *1
Masahiro EZAKI

石川 誠 *2
Makoto ISHIKAWA

中山 良直 *3
Yoshinao NAKAYAMA

山岸 俊一 *4
Toshikazu YAMAGISHI

これからの高速道路橋の大規模更新を見据え，厳しい施工条件下で急速に床版を更新する方法について，新たな工法案を模索し，その成立性を検討した。本稿では，この共同研究の成果として，新たに考案した工法の概要について述べるとともに，実物大要素実験，施工性確認実験とその計測結果，FEM 解析結果との比較について報告する。
キーワード：床版更新，床版取替え，支持桁，交通規制

床版と上フランジを撤去すると，死荷重でウェブ上縁側

1．はじめにが座屈する可能性があるので，図 2 のように支間中央部床版取替えの急速施工については，西名阪自動車道のにベントを建て，主桁に発生する応力を改善した。

御幸大橋で実績があり，床版取替えⅠ期工事で非合成床ジャッキアップ時曲げモーメント版の上り線を横河工事が，床版取替えⅡ期工事で合成床負曲げ版の下り線を川田工業が施工 1)した。本研究ではその技

正曲げ術をベースにして，都市高速道路の厳しい制約条件下で補強部材設置区間の床版更新工法を検討した。

桁連結

2．従来の床版取替え工法
足場

非合成Ｉ桁は，床版と主桁がスラブ止め鉄筋で簡易にジャッキアップ接合されている状態であるが，合成Ｉ桁は，馬蹄形ジベベントル等が密に配置されているために，床版コンクリートの斫りに多大な時間と労力を要する。そこで，御幸大橋の一般道
A1

P1Ⅱ期線工事では，図 1 のように主桁ウェブを切断して床版を上フランジごと撤去する方法 2)を採用した。しかし，

図2ベントを用いたジャッキアップ
既設床版撤去T字材と一体で床版撤去馬蹄形ジベル

切断

切断

切断

切断

仮締めボルト(六角高力ボルト)
添接板

STEP3：主桁T字材設置

図1*1 川田工業㈱鋼構造事業部技術部 次長*2 川田工業㈱鋼構造事業部技術部東京技術課 係長*3 川田建設㈱技術部 部長

合成Ｉ桁の床版撤去方法

STEP4：新設床版設置
新設床版設置*4 川田建設㈱東日本統括支店技術企画室 部長

論文・報告 2-1

川 田 技 報 Vol.36 2017

論文･報告3．新たに考案した床版更新工法

支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の開発（3）床版更新の施工概要
3 主Ｉ桁の場合，幅員の真ん中は主桁があり床版を切（1）床版更新工事の施工条件

断できないので，650 mm 程度オフセットすることにな

首都高速道路の床版更新工事として，以下に示すようる。また，上り線と下り線が近接しているので，交通開に厳しい施工条件を設定した。

放する車線の幅員を確保するためには，図 5 のように路①対象橋梁は，鋼単純合成Ｉ桁とする。

肩側の床版から撤去し，路肩側に 500 mm 程度以上拡幅②2 車線のうちの 1 車線は，常に交通開放する。

してから，中分側の床版を更新する施工ステップとなる。

③更新工事は夜間のみとし，昼間は全面開放する。

さらに，3 主Ｉ桁の場合は半幅施工の片側で主桁が 1 本④桁下の街路は，交通規制をしない（ベント不可）。になるため，床版受けの縦桁を 1 本追加して床版を仮支なお，新設床版として，プレキャスト PC 床版も基本持する必要がある。横桁が上段に配置されている場合に的には可能であるが，本研究では床版同士の接合が簡易は，ウェブ切断に支障がないように中段配置の横桁に取な鋼床版とした。

り替えておく必要がある。また，過去のメンテナンス等

主桁構造は，高架橋下を踏査したところ，上下線分離で，床版を支持する増設縦桁が追加されている場合は，（各 2 車線）の 3 主Ｉ桁や 4 主Ｉ桁が多かったので，主撤去しておく。

桁があるために幅員の真ん中を切断できない 3 主Ｉ桁を

図 6 に床版更新の施工ステップを示す。まず，事前作想定することとした。

業として，主桁の下に支持桁を設置し，後死荷重で床版（2）支持桁を用いた工法の概要に導入された圧縮ひずみを解消するために 1 次ジャッキ

図 3 に，本研究で考案した「支持桁を用いた床版更新アップを行う。その後，主桁のウェブを水平切断して，工法」の概要を示す。上フランジを撤去した際の安全性仮添接板で添接する。の確保のため，御幸大橋ではベントを建てたが，桁下を有効幅員：7.3m使用しない条件としたので，ベントの代わりに支持桁を現状用いることとした。支持桁は，主桁が 30 m の場合には約 26 m で，両端部を PC 鋼棒で主桁に連結し，主桁と支持桁の間には油圧ジャッキを設置する。重ね梁の状態にして，ジャッキアップして主桁に負曲げを与えること
0.65mで，床版と上フランジを撤去しても安全性を確保できる

幅員3.25m確保

路肩側更新ようにした。
なお，支持桁ではなく，図 4 のように外ケーブルで補強する案も考えられるが，曲線桁への対応が難しく，また，主桁に必要以上の軸力成分を加えることになるため，不採用とした。
新設鋼床版
既設床版撤去幅員3.25m確保

既設ＲＣ床版

0.65m

中分側更新

反力台
ジャッキアップ

油圧ジャッキ

図3支持梁0.50m拡幅

支持桁を用いた床版更新工法

新設鋼床版

有効幅員：7.8m
既設床版撤去

完成系

既設ＲＣ床版

定着具
偏向具(横梁)図4

張力鉛直分力外ケーブル

図5

交通開放車線の幅員確保

外ケーブルを用いた床版更新工法

論文・報告 2-2

川 田 技 報 Vol.36 2017

論文･報告支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の開発

路肩側の既設床版を橋軸直角方向に 2 m 程度の間隔でと新設床版の設置を順次繰り返す。なお，昼間に交通開切断し，前死荷重で路肩側 G1 主桁に蓄積されたひずみ放する際は新旧床版間に隙間調整部材を挿入する。路肩を解消するために 2 次ジャッキアップを行う。その後，側の床版の更新を終えたら，中分側の既設床版を橋軸直オフセット位置で橋軸方向に切断して，既設床版の撤去

角方向に切断し，前死荷重で中分側 G3 主桁に蓄積され現状

G1

G2G3

事前準備
・支持桁の設置
・1次ジャッキアップ
反力台
支持桁

反力台

ジャッキアップ

支持桁 油圧ジャッキ

横桁

100%

100%

100%

路肩側の更新・既設床版の切断
・２次ジャッキアップ

橋軸直角方向床版切断(夜間規制作業）

ジャッキアップ反力調整

80%

40%

20%

既設床版撤去路肩側の更新・既設床版の撤去
・新設床版の敷設

新設鋼床版

既設ＲＣ床版

中分側の更新・既設床版の切断
・３次ジャッキアップ

橋軸直角方向床版切断(夜間規制作業）

ジャッキアップ反力調整

20%40%

80%

既設床版撤去中分側の更新・既設床版の撤去
・新設床版の敷設

既設ＲＣ床版

新設鋼床版

完成系
・ジャッキダウン・支持桁の撤去
・壁高欄・舗装図6

施工ステップ

論文・報告 2-3

川 田 技 報 Vol.36 2017

論文･報告支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の開発

たひずみを解消するために 3 次ジャッキアップを行う。

170 mm 下方に補強フランジを設けるが，ウェブ上縁がその後，路肩側と同様に既設床版の撤去と新設床版の設補強フランジから突出する構造で，そのコーナー部には置を順次繰り返す。そしてすべて新設床版に更新された応力集中が予想される。そこで，上フランジ撤去時の安らジャッキアップ力を解放し，支持桁を撤去する。

全性を確認するために，実物大要素実験と FEM 解析を

1 次ジャッキアップは既設床版をスムーズに切断する実施した。
（2）実験の概要

ため，2 次・3 次ジャッキアップは新設床版を接合する
ときに主桁に残留応力がない状態にするために必要で，対象橋梁は，支間長が 30 m で桁高が 1.7 m の単純桁1 度にジャッキアップすると，既設床版に引張が発生しとし，実験桁は，図 7 のように 10 m 分を切り出して単た状態で交通開放することになるため，この対策として純支持し，発生する断面力に見合う状態を支間中央部に数回に分けている。支間長 30 m の実橋についてジャッ集中荷重を載荷して再現する。その状況を写真 1 に示す。

キアップ力を試算したところ，１次ジャッキアップ力は（3）実験結果と解析結果の比較

100 kN，2・3 次ジャッキアップ合計力は 100 kN であっ

載荷荷重Ｐと支間中央鉛直変位δの関係は，図 8 のように実験結果と解析結果がよく一致した。

た。施工性確認実験では，図 6 の断面図に記したように，1 次ジャッキアップ力は各桁で均等に G1：G2：G3＝実験では，図 9 のように設計荷重時相当の載荷荷重で100 %：100 %：100 %とし，G1 主桁側の床版を更新すの最大値（ミーゼス応力）は添接板下の 191 N/mm2 で，る 2 次ジャッキアップでは G1：G2：G3＝80 %：40 %：材質 SM570 材の許容値 319 N/mm2（＝255×1.25）以20 %，G3 主桁側の床版を更新する 3 次ジャッキアップ

下である。着目していたコーナー部については，FEM 解では G1：G2：G3＝20 %：40 %：80 %とした。

析では 634 N/mm2 であったが，計測値は 168 N/mm2 で，1/3.8 であった。FEM 解析のモデル化において，母材と4．実物大要素実験 4)添接板を完全に一体化させたことが要因と考えられ，高（1）実物大要素実験の目的力ボルトをバネ接合モデルで評価して解析し直したとこ

本工法では，床版撤去時に上フランジも同時に撤去すろ，解析値は概ね計測値と一致した。

るため，主桁の応力や座屈に対する安全性の照査が必要になる。また，上フランジの代わりにウェブ切断位置の標準部

2000

切断部

1500

設計荷重：366kN

630

460 280

1700 280670170

切断線

補強フランジ

5000

: 実験値
: 解析値

断面図

側面図2330

10000

図7

実物大要素実験の概要
図8

載荷荷重Ｐと鉛直変位δの関係

37168
132

77
164

127
160
191

158（単位：MPa）

写真 1

実物大要素実験の状況

図9

論文・報告 2-4

切欠きコーナー部の主応力（計測値）

川 田 技 報 Vol.36 2017

論文･報告5．施工性確認実験 5),6)（2）実験の概要
実験供試体は，支間長が 24.4 m で有効幅員が 7.3 m（1）施工性確認実験の目的の 3 主Ｉ桁橋の 1/√2 のサイズとした。実橋の支間長は既設床版の撤去や新設床版の設置などの各ステップに24～30 m 程度であるが，短めにしたのは実験場所のスついて の施 工 性を 確認す る ため に ，施 工 性確 認 実験とペースの制約からである。また，縮尺を 1/√2 にしたのFEM 解析を実施した。
また，各施工ステップでのひずみや鉛直変位を計測し，解析結果と比較することで，FEM 解析の妥当性と本工法の安全性を確認した。

支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の開発

は，試験体重量を減らすためには小さめが望ましいが1/2 にするとボルトや工具類が特注になるためである。
縮尺を 1/√2 にすることで試験体の鋼材重量は実物大の約 1/3 になった。
施工確認用試験体の概要を図 10 と写真 2 示す。図 11のように実施工と同じ要領で，ジャッキアップ・既設床版の撤去・鋼床版の設置を行い，トラック荷重やクレーン反力，交通開放時の活荷重は，覆工板と敷鉄板で再現した。
（3）施工性確認実験の状況
ウェブ切断については，写真 3 と写真 4 に示すようにガスとセイバーソウの 2 つの方法を試したが，ガス切断

図 10

施工性確認実験の供試体

は，作業時間は短いが切り口に粗さが残る，セイバーソ
ウ切断は，切り口はきれいであるが時間がかかる，という一長一短があった。
鋼床版の設置では，添接部の取合い調整に時間がかかることと，高さ調整ができないことが改めてわかった。

写真 2

施工性確認実験の状況

写真 3

図 11

ガスによるウェブ切断実験の施工ステップ
写真 4

論文・報告 2-5

セイバーソウによるウェブ切断

川 田 技 報 Vol.36 2017

論文･報告（4）実験結果とＦＥＭ解析結果の比較
実験開始時と終了時での高さ変化を図 12 に示す。重い
RC 床版を軽い鋼床版に更新するために主桁が上昇する傾向で，その変化量を計測と解析で比較すると，誤差は3 本の主桁で 14～20 %であった。日中の計測では，荷重の増減がない状態でも，図 13 a)のように直射日光の影
響で 5 mm 程度の変位が生じており，床版裏面と下フランジの温度差と鉛直変位の関係をグラフにすると図 13b)のとおりで，高い相関があることがわかる。この関係性を用いて補正すると，14～20 %だった誤差が 6 %以下になった。上載荷重を載荷するステップは比較的計測と解析が整合するが，RC 床版の切断や撤去など，構造系が変化するステップにおいては若干ずれが大きくなる傾支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の開発

6．まとめ支持桁を用いることで，片車線ごとに床版を更新することが可能であることが判った。また，複雑な施工ステップであるが，添接板のボルトをモデル化することで FEM解析の結果が使えることも判った。新設の鋼床版の高さ調整方法など，解決すべき課題も残されているが，この支持桁工法が，今後の大規模更新や修繕の選択肢になれば幸いである。
本開発は，2013 年 10 月から 2016 年 3 月までの 2 ヶ年半にわたり，首都高速道路(株)，(株)横河ブリッジ，川田工業(株)および川田建設(株)の 4 社の共同研究として実施したものである。本稿の執筆に際し，ご協力いただ
き厚く御礼申し上げます。

向が見られた。

写真 5
図 12

施工性確認実験

施工前後の構造高変化

参考文献a) 温度差と変位の推移（荷重変動なし）

1) 山田，龍頭，水野，原，庄谷，米倉：御幸大橋（下り線）床版取替えⅡ期工事，川田技報，Vol.31，pp.13-20，
2012.12) 特許第 4709665 号：橋梁コンクリート床版の取替え工法およびコンクリート床版，2011.3
3) 岸田，峯村，石原，佐藤，白水，山浦，石川，江崎，中山，山岸：急速施工を可能とする支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の開発，土木学会第 71 回年次学術講演会概要集，Ⅵ-541，pp.1081-1082，2016.9b) 温度差と変位の関係性

4) 岸田，峯村，石原，佐藤，白水，山浦，石川，江崎，中山，山岸：支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の実物大部分要素確認実験，土木学会第 71 回年次学術講演
会概要集，Ⅵ-542，pp.1083-1084，2016.95) 岸田，峯村，石原，佐藤，白水，山浦，石川，江崎，中山，山岸：支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の施工確認試験，土木学会第 71 回年次学術講演会概要集，Ⅵ-543，pp.1085-1086，2016.96) 岸田，峯村，石原，佐藤，白水，山浦，石川，江崎，
中山，山岸：支持桁を用いた合成桁の床版更新工法の施図 13

変位と温度差の関係

工確認試験計測報告，土木学会第 71 回年次学術講演会
概要集，Ⅵ-544，pp.1087-1088，2016.9

論文・報告 2-6

川 田 技 報 Vol.36 2017