JP4644146B2

JP4644146B2 - Ｐｃ箱桁橋

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Publication number: JP4644146B2
Application number: JP2006061451A
Authority: JP
Inventors: 森　　拓也; 博明大山; 昭郎志道; ソンクラムピヤマハント
Original assignee: 株式会社ピーエス三菱
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP2007239270A

Description

本発明は、ＰＣ箱桁橋に関し、さらに詳しくは、波形鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋における、波形鋼板ウェブとコンクリート下床版との新規な接合構造に係るものである。

ＰＣ橋においてコンクリートウェブを波形形状に加工した構造用鋼板に置き換えた波形鋼板ウェブ橋は、主桁重量の軽減に加えて、ウェブ鋼板の形状特性に伴うアコーディオン効果や高いせん断座屈性状により、プレストレスの導入効率が優れ、補剛材の省略が可能となるなど、経済性や施工性に優れた、鋼とコンクリートとの複合構造である。

通常、波形鋼板ウェブとコンクリート下床版との接合構造としては、直接コンクリート中に波形鋼板ウェブ下端部を埋め込む構造や、波形鋼板ウェブ下端に取付けした鋼フランジ下面のスタッドジベル等による機械的な継手構造などが用いられている。（例えば、非特許文献１、２参照。）。

このような構造では、現場施工のＰＣ箱桁橋において、コンクリート下床版を施工する際に、波形鋼板ウェブの外側に足場設備や型枠設備を設けることが必要である。

また、上記鋼フランジ下面にスタッドジベル等の機械的継手を設け下床板コンクリートをスタッドジベルと係合させる接合構造の場合には、鋼フランジ下側にコンクリートを充填することとなるので、コンクリートが逆打ちとなる。従って、コンクリートに欠陥を生じないように、施工上細心の注意が必要となる。

上記のような接合構造では、コンクリート下床版と波形鋼板ウェブの境界点が主桁外側にあるため、下床版上面に雨水等が溜水することにより耐久性上の弱点となりやすく、点検等の維持管理時に別途足場等が必要になる。

以上のような鋼フランジの下面へのコンクリート逆打ちを避けることや、鋼・コンクリート接合部の維持管理性を考慮して、鋼フランジ上面にコンクリート下床版を配置した断面形状とした例もある（例えば、非特許文献３参照。）。

この場合、波形鋼板ウェブとコンクリート下床版の接合には、波形鋼板ウェブに取付けた水平方向の多数のスタッドジベルによる結合構造が採られていた。ただし、この場合、非常に多数の水平方向のスタッドジベルが必要であり、この部分の鉄筋組立てが煩雑となることやコンクリート打設時の締固めが困難となることなどの問題点があった。
プレストレストコンクリート技術協会：『第７回シンポジウム論文集』１９７７年１０月、ｐ７４７〜７５２プレストレストコンクリート技術協会：『プレストレストコンクリート』ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．２，Ｍａｒ．１９９５ｐ６９〜７８プレストレストコンクリート技術協会：『プレストレストコンクリート』ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１，Ｊａｎ．２００２ｐ５６

波形鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋において、鋼フランジの下面へのコンクリート逆打ちを避け、鋼・コンクリート接合部の維持管理性を考慮して、鋼フランジ上に下床版を配置した断面形状とした従来例では、非常に多数の水平方向のスタッドジベルが必要であり、鉄筋組立てが煩雑となり、コンクリート打設時の締固めが困難であった。

本発明は上記問題点を解決し、波形鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋のコンクリート下床板との接合構造を合理的に、かつ簡易化し、接合構造の品質の確保が容易で、保守点検等の手間を解消したＰＣ箱桁橋を提供することを目的とする。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とするＰＣ箱桁橋である。すなわち、本発明の第１の発明は、波形鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋において、波形鋼板ウェブ下端にフランジを備え、前記フランジ上面と波形鋼板ウェブ側面とに、貫通孔を有する多数の鋼プレートを、該鋼プレート面が鉛直となる姿勢で固定し、長尺棒鋼を該貫通孔を通って前記鋼プレートに係止させ、前記鋼プレート及び長尺棒鋼を内蔵させたコンクリート下床版が前記フランジ上面に取付けられていることを特徴とする。

さらに本発明の第２の発明は、波形鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋において、波形鋼板ウェブ下端にフランジを備え、前記フランジ上方の波形鋼板ウェブ側面に橋軸方向に沿って長尺棒鋼を固定すると共に、波形鋼板ウェブ側面の下床版と接する部分にスタッドジベルを備え、前記長尺棒鋼及び前記スタッドジベルを内蔵させたコンクリート下床版が前記フランジ上面に取付けられていることを特徴とする。

本発明の第１〜第２の発明は、波形鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋の波形鋼板ウェブとコンクリート下床版との接合構造に関するもので、産業上の利用分野及び解決しようとする課題が同一のものである。

本発明のＰＣ箱桁橋は、接合構造が簡易化されることにより鋼部材の製作性や、下床版の鉄筋組み立てにおける作業性や、コンクリート打設における締固めの作業性が向上し、品質の確保が容易となり、また信頼性が高まり、保守点検手間が軽減されるなどの利点を有している。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。まず、従来技術について説明する。図４は従来の波型鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋１の正面図で、波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０とコンクリート上床版５０とから構成されている。波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０との接合部（Ａ部）は、直接コンクリート中に波形鋼板を埋め込む構造（図５）、又は、波形鋼板ウェブ下側に配置した鋼フランジ下面のスタッドジベル等の機械的な継手構造（図６）などが用いられている。

図５に示した構造では、波形鋼板ウェブ１０の下端近傍に多数の貫通孔６１を穿設し、この貫通孔６１を通って波形鋼板ウェブ１０と交差する多数の貫通鉄筋６２を挿通し、これらの貫通鉄筋６２と力学的に係合する長尺の接合棒鋼６３を橋軸方向に配設し、これらの貫通鉄筋６２、接合棒鋼６３及び波形鋼板ウェブ１０の下端部近傍がコンクリート下床版中に内蔵されるようにコンクリート下床版を施工した構造である。この場合、コンクリート下床版の施工の際に、波形鋼板ウェブ１０の外側に足場設備や型枠設備を設けることが必要である。

図６は後者の構造を示したものである。図６に示すように、波形鋼板ウェブ１０の下端に鋼フランジ１１を備え、その下面にジベルを設けた接合構造の場合には、鋼フランジ１１の下側にコンクリートを充填する必要性からコンクリートが逆打ちとなる。従って、コンクリート下床版４０の施工においては欠陥等が生ずるおそれがある。

また、図５，図６の示す構造ではコンクリート下床版４０と波形鋼板ウェブ１０の境界点が主桁外側にあるため、ここに雨水等が溜水し、耐久性上の弱点となりやすい。このため、点検等の維持管理時に注意が必要であり、その場合に別途足場等が必要になるという問題がある。

図７，図８（ａ），図８（ｂ）はこれを改善した従来例を示したものである。図７に示すＰＣ箱桁橋１は、波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０と接合部の構造（Ｂ部）が鋼フランジ１１上にコンクリート下床版４０が施工された構造のものである。

図８（ａ）はその正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。

図８（ａ），図８（ｂ）に示すように、波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０との接合構造には、波形鋼板ウェブ１０及び鋼フランジ１１の表面に配置した多数のスタッドジベルによる接合構造が採られていた。この場合、波形鋼板ウェブ１０に非常に多数の水平方向のスタッドジベルを設けることが必要であり、この部分のコンクリート下床版の鉄筋組立てが煩雑となり、コンクリート打設時の締固めが困難となる。

次に、以上の従来技術に改善を施した本発明の実施例、および参考例を、図面を参照して説明する。

図１（ａ），図１（ｂ）は、本発明の第１の実施例の波型鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０との接合構造を示すもので、図１（ａ）は正面図（図１（ｂ）のＡ−Ａ矢視図）、図１（ｂ）はその平面図である。発明者はこの例をプレートジベル接合と命名した。

この実施例は波形鋼板ウェブ１０および下フランジ１１に断面方向に多数の鋼プレート１２を配置した接合構造で、この鋼プレート１２の貫通孔１３に長尺の棒鋼１４を挿通して係合させ、波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０とを接合したものである。

この構造では、橋軸方向の波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０とのずれせん断力に対しては、鋼プレート１２と下床版橋コンクリート４０の支圧耐力により抵抗する。橋軸直角方向の断面力に対しては、長尺の棒鋼１４を挿通した鋼プレート１２の貫通孔にコンクリートが充填されることで形成されるパーフォボンドリブのせん断耐力で抵抗する。鋼プレート１２の寸法、貫通孔の径および数、長尺の棒鋼１４の径は、桁に作用する断面力に応じて調整すればよい。

図２（ａ），図２（ｂ）は、参考例の鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０との接合構造を示すもので、図２（ａ）は正面図（図２（ｂ）のＢ−Ｂ矢視図）、図２（ｂ）はその平面図である。この構造はパーフォボンドリブ接合と呼ばれている。

鋼フランジ１１に橋軸方向に沿う長尺の帯状鋼プレート１５を橋軸方向に配置固定する。この帯状鋼プレート１５は、多数の貫通孔を備え、この多数の貫通孔を通ってこの帯状鋼プレート１５と交差する多数の鉄筋１６を備えている。なお、図２（ａ），図２（ｂ）に示す参考例では、波形鋼板ウェブ１０側面および下フランジ１１の上面にスタッドジベル３０を配置し、これらのスタッドジベル３０がそれぞれ鉄筋１６とコンクリート中で力学的に接合するように配設された接合構造である。

この参考例では、橋軸方向の波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０とのずれせん断力に対しては、鉄筋１６を挿通した帯状鋼プレート１５の貫通孔にコンクリートが充填されることで形成されるパーフォボンドリブのせん断耐力およびスタッドジベルのせん断耐力で抵抗する。面外方向の断面力に対しては、スタッドジベル３０の引張耐力で抵抗する。帯状鋼プレート１５の寸法、帯状鋼プレート１５の貫通孔の数および寸法、鉄筋１６の径、スタッドジベル３０の寸法や本数は、作用する断面力に応じて調整するとよい。

図３（ａ），図３（ｂ）は本発明の第２の実施例の波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０との接合構造を示すものである。図３（ａ）は正面図（図３（ｂ）のＣ−Ｃ矢視図）、図３（ｂ）はその平面図である。発明者はこの接合をブロックジベル接合と命名した。

この実施例は波形鋼板ウェブ１０の内側に波形鋼板ウェブ１０の形状を保持する長尺の棒鋼１７を配置した接合構造で、スタッドジベル３０を併用した例を示している。長尺の棒鋼１７は、図は波形鋼板ウェブ１０の側面に固定されている。長尺の棒鋼１７は丸棒、異形棒、角棒、形鋼、又は帯鋼等でも良く、波形鋼板ウェブ１０の側面に溶接等により固定する。

橋軸方向の波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０とのずれせん断力に対しては、スタッドジベル３０のせん断耐力および波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０の支圧耐力により抵抗する。面外方向の断面力に対しては、スタッドジベル３０の引張耐力で抵抗する。長尺の棒鋼１７の断面寸法や本数、及びスタッドジベル３０の寸法や本数は作用する断面力に応じて調整する。

図３（ａ），図３（ｂ）に示す構造においては、下フランジ１１上にコンクリート下床版４０が配置され、波形鋼板ウェブ１０の片面(内側)のみがコンクリート下床版と接合される形式となっている。

前述した波形鋼板ウェブ１０がコンクリート下床版４０に埋め込まれる構造(コンクリート下床版が波形鋼板ウェブの両面と接合される構造)においては、波形鋼板ウェブ１０の波形形状をコンクリート下床版４０自体が保持するため、波形部分がせん断キーの役割を果たし、橋軸方向のずれせん断力に対して有効に働くことになる。しかしながら上述したようにコンクリート下床版４０と波形鋼板ウェブ１０との接合が波形鋼板ウェブの片側に限定される場合には、波形鋼板ウェブ１０の変形がコンクリート下床版４０と接合されない方向に自由であるため、コンクリート下床版４０に波形鋼板ウェブ１０の形状保持を期待することは難しい。したがって、波形部分のせん断キーの効果を設計上想定することは適当ではない。

図３（ａ），図３（ｂ）に示す構造においては、長尺の棒鋼１７を波形鋼板ウェブ１０の側面に固定することによって、長尺の棒鋼１７が波形鋼板ウェブ１０の変形を拘束し、上記埋め込み接合と同様に波形部分のせん断キー効果を期待するものである。その効果の度合は、波形形状およびコンクリート下床版４０の厚さおよびコンクリートの強度、棒鋼１７の強度により変化するが、十分な棒鋼１７を配置した場合、波形鋼板ウェブ１０に接触する部分のコンクリートの支圧強度分はずれせん断耐力に寄与することになり、相当数のスタッドジベル数を軽減することが可能となる。

一般に曲げモーメントが卓越する面外方向の断面力に対しては、耐力的には捧鋼１７も寄与すると考えられるが、その変形を棒鋼１７によって拘束することが困難であるため、面外方向の断面力に対して棒鋼１７で抵抗させることは適切ではない。

そのため、面外方向の断面力に対しては波形鋼板ウェブ１０に設置したスタッドジベル３０の引張耐力により抵抗させる構造としている。

次に、本発明に係るＰＣ箱桁橋の鋼板ウェブ下端の下床版との接合構造については、橋軸方向および直角方向の断面力に対して供試体による載荷実験を実施し、波形鋼板ウェブと下床版の一体性に問題がないことを確認したので以下その実験について説明する。
（Ａ）橋軸方向ずれせん断耐力確認実験について
実験は、橋軸方向２種類、１ウェブ２種類の計４種類の接合構造を波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０との接合部に配置した梁供試体７０により、行った。

供試体７０の側面図を図９（ａ）に、その正面図を図９（ｂ）に示した。図中に示した接合構造の配設位置７１，７２，７３には、波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０との接合部に、それぞれ、図１に示すプレートジベル接合、図２に示すパーフォボンドリブ接合、図３に示すブロックジベル接合とそれぞれ同等な３種類の接合構造を形成した。これに加えて、ブロックジベル接合の棒鋼の効果を検証するため、棒鋼を配置しない外はブロックジベル接合と同様の接合構造(ここではスタッドジベル接合と呼称する)を配設位置７４に配設した。

図９（ａ），図９（ｂ）に示すように、供試体７０の両端を支承７５で支持し、橋軸方向２点および両ウェブの４点に荷重Ｐを均等かつ段階的に載荷し、供試体７０の各部位に設置した計測装置により各部位の応力および変形等の性状確認を行った。

いずれの接合構造の配設位置７１，７２，７３，７４においても、設計上の使用耐力相当のずれせん断力が接合部に作用する荷重載荷までは弾性的な挙動を示し、損傷は確認されず健全であることが確認された。

また、設計上の終局耐力以上のずれせん断力が接合部に作用する荷重載荷に対しても軽微な損傷の範囲であり、十分な耐力を有していることが確認された。

（Ｂ）直角方向曲げ耐力確認実験について
実験は、図１０に示すように、波形鋼板１波長分の波形鋼板ウェブ１０とコンクリート下床版４０の片側を代表させた供試体８０の接合部Ｃに、上記４種類の接合構造をそれぞれ形成した４個の供試体８０を作成し、それぞれ実験を行った。

荷重Ｑは、波形鋼板ウェブ１０の上部に設置した載荷梁８１を用いて波形鋼板ウェブ１０を介して接合構造の部分に純曲げモーメントを載荷し、供試体８０の各部位に設置した計測装置により各部位の応力および変形等の性状確認を行った。

いずれの接合構造においても、設計上の使用時に相当する荷重載荷までは弾性的な挙動を示し、損傷は確認されず健全であることが確認された。また、終局時の耐力相当の荷重載荷に対しても十分な耐力を有していることが確認された。

実施例の鋼板ウェブと下床版との接合構造を示す正面図（図１（ｂ）のＡ−Ａ矢視図）である。図１（ａ）の平面図である参考例の鋼板ウェブと下床版との接合構造を示す正面図（図２（ｂ）のＢ−Ｂ矢視図）である。図２（ａ）の平面図である。実施例の鋼板ウェブと下床版との接合構造を示す正面図（図３（ｂ）のＣ−Ｃ矢視図）である。図３（ａ）の平面図である。従来の波型鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋の正面図である。従来例の斜視図である。従来例の斜視図である。従来の波型鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋の正面図である。従来例の正面図である。図８（ａ）の側面図である。せん断耐力実験の供試体の側面図である。せん断耐力実験の供試体の正面図である。曲げ耐力実験の供試体の正面図である。

符号の説明

１ＰＣ箱桁橋
１０波形鋼板ウェブ
１１鋼フランジ（下フランジ）
１２鋼プレート
１３貫通孔
１４棒鋼
１５帯状鋼プレート
１６鉄筋
１７接合鋼材
３０スタッドジベル
４０コンクリート下床版
５０コンクリート上床版
６１貫通孔
６２貫通鉄筋
６３接合棒鋼
７０供試体
７１，７２，７３，７４接合構造
７５支承
８０供試体
８１載荷梁

Claims

波形鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋において、波形鋼板ウェブ下端にフランジを備え、
前記フランジ上面と波形鋼板ウェブ側面とに、貫通孔を有する多数の鋼プレートを、前記フランジ上面に前記鋼プレート面が鉛直となり、前記波形鋼板ウェブ側面に垂直となる姿勢で固定し、長尺棒鋼を該貫通孔を通って前記鋼プレートに係止させ、前記鋼プレート及び長尺棒鋼を内蔵させたコンクリート下床版が前記フランジ上面に取付けられていることを特徴とするＰＣ箱桁橋。
波形鋼板ウェブを用いたＰＣ箱桁橋において、波形鋼板ウェブ下端にフランジを備え、前記フランジ上方の波形鋼板ウェブ側面に橋軸方向に沿って長尺棒鋼を固定すると共に、波形鋼板ウェブ側面の下床版と接する部分にスタッドジベルを備え、前記長尺棒鋼及び前記スタッドジベルを内蔵させたコンクリート下床版が前記フランジ上面に取付けられていることを特徴とするＰＣ箱桁橋。