桁のプレストレス導入工法

【課題】桁部材の本数を及び桁高の低減化を図り、施工コストを低減させるとともに、桁高制限に容易に対応させることができる桁のプレストレス導入工法を提供する。
【解決手段】桁１に一次プレストレスとして、桁１の下縁側に、オーバープレストレスとなるような一次プレストレスを導入し、桁１の上縁側には、前記一次ＰＣ鋼材５により導入したオーバープレストレスによる桁の上縁側に生じる引張力を打ち消すような二次プレストレスが導入され、桁１に床版６を載荷した後、活荷重載荷前に、桁１の上縁に導入した二次プレストレスを解放することを特徴とする桁のプレストレス導入工法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁等に架設されるコンクリート製等の桁にプレストレスを導入する工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の橋梁においては、橋脚間に架設される桁部材の本数を低減させた場合、桁部材一本当りに掛かる載荷荷重が増加するため、桁部材に圧縮応力（圧縮ひずみ）を導入する緊張部材（ＰＣ鋼材）の本数を増やすとともに、桁断面性能を向上させることにより対応している。
【０００３】
例えば、図５（ａ）（ｂ）に示すように、桁部材１を、ウェブ部２の上下のそれぞれ上縁フランジ部３と下縁フランジ部４とが一体の断面Ｉ型に形成した桁部材１の場合、図５（ｃ）に示すように、プレストレス導入前においては、桁部材１の自重による曲げモーメントＭ１が掛かっている。
【０００４】
このような桁部材１にプレストレスを導入する場合、従来では、図６（ａ）に示すように、下縁フランジ部４内に複数本のＰＣ鋼材５を配置して、図６（ｂ）に点線で示すようなプレストレス（圧縮応力）を付与することにより、図５（ｃ）に示すプレストレス導入前の自重による曲げモーメントＭ１に、図６（ｃ）に示すような曲げモーメントＭ２を導入し、図６（ｄ）に示すような合成曲げモーメントＭ３を得た後、図７（ａ）に示すように、上縁フランジ部３上に、床版６が載荷された際には、床版荷重による曲げモーメントＭ４を受けて、図６（ｃ）に示す合成曲げモーメントＭ３に、床版荷重による曲げモーメントＭ４を加えて、図７（ｄ）に示すような合成曲げモーメントＭ５を得ている。
【特許文献１】特開平０５−７９０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した桁部材１へのプレストレス導入工法では、一次鋼材のみにより桁部材にプレストレスを導入すると、桁上縁に作用する引張応力度の許容値限界までしかプレストレスを導入できないため、引張応力度の許容値限界までのプレストレスの導入として、その後場所打ち床版またはプレキャストコンクリート床版を施工するようになり、桁の撓み量を含めた桁高が大きくなるという問題があり、桁高制限や桁自重増加による運搬等に支承がない場合には、桁高を大きくして桁断面性能を向上させることにより対応可能であるが、しかし、桁高制限や桁自重増加による運搬等に支承がある場合、ＰＣ鋼材５の本数を増やすことにより、桁断面性能も上げる必要があるため、桁高を高くしなければならない。桁高を高くすると、桁自重が増加し、工場製作では対応できなくなり、現場で製作ヤードを確保しなければならない。また、桁高制限のある施工場所では、桁高を高くすることができないため、施工作業が非常に困難になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、桁部材の本数を及び桁高の低減化を図り、施工コストを低減させるとともに、桁高制限に容易に対応させることができる桁のプレストレス導入工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明の桁のプレストレス導入工法においては、桁に一次プレストレスとして、桁の下縁側に、オーバープレストレスとなるような一次プレストレスを導入し、桁の上縁側には、前記一次プレストレスにより導入したオーバープレストレスによる桁の上縁側に生じる引張力を打ち消すような二次プレストレスが導入され、桁に床版を載荷した後、活荷重載荷前に、桁の上縁側に導入した二次プレストレスを解放することを特徴とする
【０００８】
また、第２発明では、第１発明の桁のプレストレス導入工法において、一次プレストレス用のＰＣ鋼材を桁下縁に配置し、二次プレストレス用のＰＣ鋼材を桁上縁に配置したことを特徴とする
【０００９】
また、第３発明では、第１または第２発明の桁のプレストレス導入工法において、桁の上縁に導入した二次プレストレスは、少なくとも床版を桁に設置した場合に、桁の上縁側に加えられるストレスを越えるようにされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、桁下縁に配置される一次ＰＣ鋼材により、桁にオーバープレストレスとなるような一次プレストレスを導入し、桁上縁に配置される二次ＰＣ鋼材により、桁に導入したオーバープレストレスによる桁の上縁側に生じる引張力を打ち消すような二次プレストレスを導入し、桁上縁上に桁に床版を載荷した後、活荷重載荷前に、二次プレストレスを解放させるようにするとともに、一次ＰＣ鋼材により、桁下縁に掛かる圧縮応力の許容値限度までストレスを導入することが可能であるため、桁高を高くすることなく、効率よく桁にプレストレスを導入することができると共に、桁の断面性能を格段に向上させることができ、このような断面性能が向上した桁を使用すると少ない桁本数で床版を支持できるため、従来の場合よりも、必要桁部材の本数を減らすことができるため、施工性及び経済性の向上を図ることができる。
そのため、例えば、プレストレストコンクリート合成床版橋に本発明を適用した場合には、桁高を大きくすることなくプレストレスを効率的に導入したプレストレスコンクリート桁部材を組み込んで、従来では、例えば５本必要とされる桁部材を３本にすることも可能になり、経済的な床版橋を構築することができると共に、桁架設本数が少なくなる分、床版橋の施工性を高めることができる。
また、桁の上縁に導入した二次プレストレスは、少なくとも床版を桁に設置した場合に、桁の上縁側に加えられるストレスを越えるようにされているので、少なくとも床版荷重等の死荷重による上縁側に加えられるストレスが一時的に生じても、二次プレストレスが後に開放されて、ほぼ相殺されるので、桁上縁側の負担を軽減でき、桁高方向全体に渡って有効に桁を使用した合理的で経済的な桁とすることができ、桁高の小さい小型で経済的な桁とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、本実施形態において、図５から図７に示す従来工法と、構成が重複する部分は同一符号を用いて説明する。
【００１２】
本実施形態における桁のプレストレス導入工法に用いる桁としては、例えば、図１（ａ）（ｂ）に示すように、橋梁等の桁部材１を、ウェブ部２の上下にそれぞれ上縁フランジ部３と下縁フランジ部４とを一体とされた断面Ｉ型あるいはＨ型に形成する。なお、桁部材１の断面形状としては、前記以外の矩形等の断面形状であってもよい。前記のような桁部材１の場合、桁部材１には、図１（ｃ）に示すように、プレストレス導入前には、桁部材１の自重による曲げモーメントＭ１が掛かっている。
【００１３】
前記桁部材１にプレストレスを導入する場合、まず、図２（ａ）に示すように、桁部材１の下縁フランジ部４の長手方向の挿通内に複数本のＰＣ鋼材５を配置して、各ＰＣ鋼材５を桁部材１の両端部で緊張定着することにより、桁部材１にオーバープレストレスとなるような一次プレストレスを導入する。このとき、下縁フランジ部４に掛かる圧縮応力の許容値限度またはその近くまで一次プレストレスを導入する。
本発明における前記のオーバープレストレスとなるような１次プレストレスとは、桁部材１の桁高との関係で定義され、桁高は設計荷重が作用する状態で許容値（許容圧縮応力）を満足するように設定されるが、１次プレストレスを導入した時点で許容値（許容圧縮応力）を満足しない状態まで桁高を低くしていく場合に、前記許容値に対応するプレストレスと、これを越えて、許容値を満足しない越えた部分のプレストレスとを含めた全体のプレストレスを言う。
例えば、オーバープレストレスとして、桁の桁下縁に掛かる圧縮応力の許容値限度までストレスを導入するのが、オーバープレストレスのなかでも、最大値であり、実際は、その最大値よりも若干小さい値までの範囲で、適宜設定される。
前記のオーバープレストレスを桁下縁側に導入することにより、桁部材１には、図２（ｂ）に点線で示す状態から実線で示す上に凸に変形するような応力が付与され、これにより、図１（ｃ）に示すプレストレス導入前の桁自重による曲げモーメントＭ１に、図２（ｃ）に示すようなオーバープレストレスによる曲げモーメントＭ６が導入され、図２（ｄ）に示すような合成曲げモーメントＭ７を得ることができる。
なお、前記のように桁部材１の下縁側にオーバープレストレスを導入するために、例えば図８に示すように、桁高を低減した状態あるいは桁高を変えないで、桁部材１の下縁側にＰＣ鋼材５を配置可能にするためには、桁部材１の下縁側に下縁フランジ部４あるいは下縁フランジ４とウェブ部２との隅部にハンチ８を設けることで、断面積を増やして断面性能を高めると共に、ＰＣ鋼材の配置の自由度を高め、ＰＣ鋼材挿通孔を増やして、下縁側に、より多くのＰＣ鋼材を配置可能にしておくのが好ましい。
【００１４】
次いで、桁部材１の上縁フランジ部３の長手方向の複数のＰＣ鋼材挿通孔内には、図３（ａ）に示すように、複数本のＰＣ鋼材７が挿通配置され、これらＰＣ鋼材７を桁部材１の両端部で緊張定着することにより、下縁フランジ部４内に配置したＰＣ鋼材５によるオーバープレストレスによる桁の上縁側に生じる引張力を打ち消すような二次プレストレスを導入する。前記の二次プレストレスの量は、桁部材１に、後に載荷される死荷重（少なくとも床版荷重等）による桁部材１に作用する曲げモーメントに置き換わるため、これらを考慮して設定される。
このとき、桁部材１は、図３（ｂ）に点線で示すような下向きの圧縮応力となり、図３（ｃ）に示すように、図２（ｃ）に示すオーバープレストレスによる桁の上縁側に生じる引張力を打ち消すような二次プレストレス導入による曲げモーメントＭ８が付与されて、図３（ｄ）に示すような合成曲げモーメントＭ９を得ることができる。
【００１５】
図３（ｄ）に示す状態では、桁部材１の曲げ変形が小さい状態であるので、この状態で、図４（ａ）に示すように、桁部材１の上縁上に床版６を配置すると、図４（ｃ）に示すように、図３（ｃ）に示す曲げモーメントＭ９に、床版６による曲げモーメントが加わり、図４（ｄ）に示す合成曲げモーメントＭ１０を得ることができる。
【００１６】
次いで、上縁フランジ部３内のＰＣ鋼材７の緊張を取り除くことにより、前記二次プレストレスを解放させ、この二次プレストレスの解放により、図４（ｅ）に点線で示すＭ１１分が開放されてように、桁部材１の曲げモーメントは、桁自重と、一次プレストレスと、床版６等の載荷荷重となり、図４（ｂ）に示すように、圧縮応力が解放されるとともに、図４（ｆ）に示す曲げモーメントＭ１２に示すように、図７（ｄ）で示す従来の合成曲げモーメントと比較して、大きな合成曲げモーメントＭ１２を桁部材１に効率よく負担させている。
前記のように二次プレストレスの開放時は、桁部材１に少なくとも床版６を載荷した後、活荷重載荷前である。このようにすることにより、少なくとも死荷重のうちの床版６の荷重を効率よく桁部材１により負担することができる。前記の床版６の荷重以外の死荷重を載荷した後、活荷重載荷前でもよい。
【００１７】
前記のように、桁部材１に効率よくプレストレスを導入すると、従来のプレキャストコンクリート床版橋９の設計においては、図９（ａ）に示すように、プレストレストコンクリート桁部材１ａを５本必要とするところ、図９（ｂ）に示すように、プレキャストコンクリート製等の桁部材１を３本程度に少なくすることができ、桁部材１の設置本数を低減できるため、橋梁等を短工期で安価に構築することができる。
【００１８】
なお、実際にプレストレスを導入する施工手順については、最初に桁部材１における全てのＰＣ鋼材５を緊張定着して一次プレストレスを全て導入してしまうと、桁部材１の上縁側に許容値を越える引張応力が発生する恐れがあるため、これを避けるために、一次プレストレスの一部を導入するか、桁部材１の上縁側に配置のPC鋼材７により二次プレストレスを導入してから、桁部材１の下縁側のＰＣ鋼材５を利用して、一次プレストレスを導入するような下記の施工手順１または２のようにするとよい。
【００１９】
＜施工手順の第１例＞
（１）一次プレストレスとして、桁部材１の下縁側に配置の複数のＰＣ鋼材５の一部を利用してこれらを緊張定着して、桁部材１の下縁の圧縮応力度の許容値または上縁の引張応力度の許容値まで、桁部材１の下縁側にストレスを導入する。
（２）その後、二次プレストレスとして、桁部材１の上縁側に配置の全てのＰＣ鋼材７を緊張定着して、桁部材１の上縁側にストレスを導入する。
（３）その後、下縁側に配置の緊張定着されていない残りのＰＣ鋼材５を緊張定着して、残りの一次プレストレスを導入する。
（４）桁部材１に床版６を架設して床版部を形成する。
（５）活荷重が載荷される前に、前記桁部材１の上縁側に緊張定着されている全てのＰＣ鋼材７の緊張を開放して、二次プレストレスを開放する。
【００２０】
＜施工手順の第２例＞
（１）最初に、桁部材１の上縁側に配置の全てのＰＣ鋼材７を緊張定着して、桁部材１に二次プレストレスを導入する。但し、この時の二次プレストレスは一次プレストレスよりも緊張力が小さいため、桁部材１の上縁側および下縁側共に応力が許容値を越えることはない。
（２）次に、一次プレストレスとして、桁部材１の下縁側に配置の複数のＰＣ鋼材５の全てを利用してこれらを緊張定着して、桁部材１にストレスを導入する。
（３）桁部材１に床版６を架設して床版部を形成する。
（４）活荷重が載荷される前に、前記桁部材１の上縁側に緊張定着されている全てのＰＣ鋼材７の緊張を開放して、二次プレストレスを開放する。
【００２１】
本発明を実施する場合、桁部材の断面形状としては、Ｉ型またはＨ型の断面形態以外にも、矩形等の適宜の断面形態であってもよく、鋼・コンクリートの合成構造の桁部材であってもよい。
【００２２】
本発明を実施する場合、二次プレストレスを導入するための二次ＰＣ鋼材７の緊張を開放した後、前記ＰＣ鋼材７とＰＣ鋼材挿通孔との間に、接着剤等の充填剤を充填して、二次ＰＣ鋼材７と桁部材１を一体化し、桁部材１の終局耐力を高めるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る桁のプレストレス導入工法の一実施形態を示し、（ａ）は桁部材の正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は桁自重による曲げモーメント図である。
【図２】（ａ）は桁部材の桁下縁側に一次プレストレスを導入した状態を示す正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は桁自重による曲げモーメントに一次プレストレスを導入した際の曲げモーメント図、（ｄ）は桁自重による曲げモーメントに一次プレストレスとの合成曲げモーメント図である。
【図３】（ａ）は桁部材の桁上縁側に二次プレストレスを導入した状態を示す正面図、図（ｂ）はその側面図、（ｃ）は桁自重による曲げモーメント及び一次プレストレスに二次プレストレスを導入した際の曲げモーメント図、（ｄ）は桁自重による曲げモーメントと一次プレストレスと二次プレストレスとの合成曲げモーメント図である。
【図４】（ａ）は桁部材の桁上縁に床版を載荷した状態を示す正面図、図（ｂ）は側面図、（ｃ）は床版載荷荷重を受けて桁自重と一次プレストレスと二次プレストレスと床版載荷荷重とによる曲げモーメント図、（ｄ）はその合成曲げモーメント図、（ｅ）は二次プレストレスを解放した際のモーメント図、図（ｆ）は桁自重と一次プレストレスと床版載荷荷重との合成曲げモーメント図である。
【図５】従来の橋梁におけるプレストレス導入工法を示し、（ａ）は桁部材の正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は桁自重による曲げモーメント図である。
【図６】（ａ）は桁部材の桁下縁側に一次プレストレスを導入した状態を示す正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は桁自重による曲げモーメントに一次プレストレスを導入した際のモーメント図、（ｄ）は桁自重による曲げモーメントと一次プレストレスとの合成曲げモーメント図である。
【図７】（ａ）は桁部材の桁上縁上に床版を載荷した状態を示す正面図、（ｂ）はその側面図、図（ｃ）は桁自重による曲げモーメント及び一次プレストレスに床版載荷荷重を受けた際のモーメント図、（ｄ）は床版載荷荷重と桁自重による曲げモーメントと一次プレストレスとの合成曲げモーメント図である。
【図８】本発明において使用される桁部材の一形態を示す正面図である。
【図９】本発明の桁のプレストレス導入工法を採用した場合と、従来の場合と比較した縦断正面図であり、（ａ）は従来の場合の縦断正面図、（ｂ）は本発明の場合縦断正面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１桁部材
２ウェブ部
３桁上縁フランジ部
４桁下縁フランジ部
５ＰＣ鋼材
６床版
７ＰＣ鋼材
８ハンチ部
９床版橋

【特許請求の範囲】
【請求項１】
桁に一次プレストレスとして、桁の下縁側に、オーバープレストレスとなるような一次プレストレスを導入し、桁の上縁側には、前記一次プレストレスにより導入したオーバープレストレスによる桁の上縁側に生じる引張力を打ち消すような二次プレストレスが導入され、桁に床版を載荷した後、活荷重載荷前に、桁の上縁側に導入した二次プレストレスを解放することを特徴とする桁のプレストレス導入工法。
【請求項２】
一次プレストレス用のＰＣ鋼材を桁下縁に配置し、二次プレストレス用のＰＣ鋼材を桁上縁に配置したことを特徴とする請求項１に記載の桁のプレストレス導入工法。
【請求項３】
桁の上縁に導入した二次プレストレスは、少なくとも床版を桁に設置した場合に、桁の上縁側に加えられるストレスを越えるようにされていることを特徴とする請求項１または２に記載の桁のプレストレス導入工法。

【図１】