耐疲労鋼床版
【課題】ルート溶接部と止端溶接部の双方の疲労強度を向上させる耐疲労鋼床版を提供すること。
【解決手段】断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのウェブ６が、溶接でデッキプレート２の下面に固定されて、前記断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブがデッキプレート２に設置され、前記断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのフランジ８には、横桁４にボルト９で固定するためのボルト挿通孔を備えており、断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのウェブ平面中心軸線Ｃ１と横桁の平面中心軸線Ｃ２との交差部を中心とする範囲であって、前記溶接によるウェブ長手方向の溶接ビードの少なくとも前記縦リブ高さ寸法の範囲に超音波ピーニングを施している。
【解決手段】断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのウェブ６が、溶接でデッキプレート２の下面に固定されて、前記断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブがデッキプレート２に設置され、前記断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのフランジ８には、横桁４にボルト９で固定するためのボルト挿通孔を備えており、断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのウェブ平面中心軸線Ｃ１と横桁の平面中心軸線Ｃ２との交差部を中心とする範囲であって、前記溶接によるウェブ長手方向の溶接ビードの少なくとも前記縦リブ高さ寸法の範囲に超音波ピーニングを施している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼床版を有する橋梁をはじめとする桁構造物等に用いられる床版に関し、溶接部の疲労性能を向上させた耐疲労鋼床版に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、図４１に示すような鋼床版箱桁１は、橋梁の桁構造を軽くしたいという要請上で作られる構造であり、路面本体を構成する部材であるデッキプレート２に、デッキプレート２を下側から支承するために溶接により固定された補強材である橋軸方向に延長する断面Ｕ字状縦リブ４０と、前記断面Ｕ字状縦リブ４０を下側から支承する橋軸直角方向の横リブ４１が溶接されている構造が基本構造で、図示の場合には、前記横リブ４１に平行に横桁４２の上部が断面Ｕ字状縦リブ４０に溶接により固定され、前記横桁４２または横リブ４１はこれらに溶接により固定された主桁４３により支承されている構造が知られている。したがって、前記断面Ｕ字状縦リブ４０は、橋軸方向に延長するように配置されている構造で、デッキプレート２と断面Ｕ字状縦リブ４０との当接部、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１とを結合するための交差部または断面Ｕ字状縦リブ４０と横桁４２とを結合するための交差部、あるいは横桁４２あるいは横リブ４１と主桁４３とを結合するための交差部が多数存在する構造で、多数の交差部を溶接により固定する溶接部とする構造である。これは箱桁の場合であるが，プレートガーダー橋などでも基本構成は同様である。
【０００３】
多くの場合、図４２に示すように、前記の断面Ｕ字状縦リブ４０は、鋼鈑を断面Ｕ字状に折り曲げ加工して構成した断面Ｕ字状縦リブ４０であり、その両側板４４の先端部がデッキプレート２に溶接により固定された状態では、デッキプレート２と断面Ｕ字状縦リブ４０とにより略台形状の閉鎖断面が形成されて、閉断面とするための断面Ｕ字状縦リブ４０であるのが特徴で、断面Ｕ字状縦リブ４０からなる縦リブの配置間隔は、300〜400mmで、横リブ４１は多くの場合、逆T字状断面であり、その橋軸方向の配置間隔が２〜４ｍ程度である。標準的には2.5mである。なお、デッキプレート２の板厚は、１２ｍｍ〜１４ｍｍ程度が標準的な板厚である。また、図４１中５８はアスファルト舗装である。
【０００４】
前記のような構造の場合には、主に通行する車両からの荷重によって、前記の溶接部の疲労損傷を生じることが多い。その疲労損傷の中で特に重要なものは、（ａ）断面Ｕ字状縦リブ４０とデッキプレート２との溶接部から発生するもの、また、（ｂ）断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の交差部の溶接部から発生するものである。なお、溶接部には止端部とルートがあり、主に、そのいずれか又は両方が起点となった疲労き裂が発生する。
【０００５】
（Ａ）図４２（ｂ）に示すように、断面Ｕ字状縦リブ４０のき裂は、発生する頻度は少ないが、片側から溶接の行われたルート側から発生し、多くの場合は溶接ビード４５を切る方向に進展するルートき裂４６である。しかし、時にはデッキプレート２側に進行する場合もある。デッキプレート２側に進行した場合、横桁４２または主桁４３などの桁の下側、箱桁１の中側（内側）からだけの補修作業を行うのは困難である。なお、このルートき裂４６は、大部分、横リブ４１と断面Ｕ字状縦リブ４０の交差点部における当該溶接部から発生する。
【０００６】
（Ｂ）図４２（ｃ）に示すように、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の交差部から発生するき裂は、主に断面Ｕ字状縦リブ４０を通しにするために横リブ４１に設けたＵ字状スリット部４７を断面Ｕ字状縦リブ４０に溶接する部位から発生し、主に止端部から発生している止端き裂４８が多い。これは、大きな事故に至る可能性は少ないが、発生する数が多く、一つの橋梁で数十箇所も生じていることがある。
【０００７】
これまで、鋼床版４９の疲労性能の向上に関しては、いくつかの技術の適用が試みられてきた。以下従来の対策１〜４について説明する。
【０００８】
＜従来の対策１＞
まず、図４３（ａ）（ｂ）に示すように、側板４４に開先を設けない形態の溶接接合に対して、図４３（ｃ）（ｄ）に示すように、断面Ｕ字状縦リブ４０の側板４４の溶接部の開先をつけることによる、溶け込み量の確保である。これは、前記（Ａ）のルートき裂４６による疲労き裂を防止するための対策であり、断面Ｕ字状縦リブ４０とデッキプレート２の間の溶接の量を増加させることによって、溶接部の断面積を大きく（のど厚を大きく）し溶接ビード４５に発生する応力を低減し、疲労寿命を向上しようというものである（例えば、非特許文献１参照）。
この措置は、鋼床版の製作仕様として、溶接部の７０％の溶け込みが導入されているが、実際の構造で疲労き裂の発生を防止できていないことが既に判明している。これは、やはりグラインダーなどをかけることのできないビードのルート側の疲労強度が非常に低いことが一つの理由として挙げられる。
また、開先を取ったことによって、ルート側の溶接のフランク角がむしろ悪化していることも理由として想定される。さらに、この構造仕様は長い断面Ｕ字状縦リブ４０の全長について、カイ先を設けるために部材加工に大きなコストが必要となることである。また、溶け込みを確保するために、しばしば溶接を２パスにする必要がある場合もあり、それも多大なコストアップの要因となる。
もちろん、この対策は、前記（Ｂ）の止端き裂４８の防止にはなんら寄与しない。
【０００９】
＜従来対策２＞
また、図４３（ｅ）（ｆ）に示すように、デッキプレート２と断面Ｕ字状縦リブ４０の側板４４との溶接部の疲労寿命を向上させるために、図４３（ｅ）に示すような12〜14mmのデッキプレート２から図４３（ｆ）に示すように、デッキプレート２の板厚を、16mmを超える板厚寸法や19mmに増加させる事も知られている（例えば、非特許文献２参照）。
これによって、デッキプレート２に発生する応力を低下させ、デッキプレート２と断面Ｕ字状縦リブ４０の溶接部での発生応力を低下させ、疲労強度を向上させている。これにより、前記（Ａ）のルートき裂を向上させるのには効果的であるが、前記（Ｂ）の止端き裂の防止への寄与度は小さい。しかも、デッキプレート２の板厚をあげることは、ダイレクトにコストの大幅な増加に繋がるのみならず、重量が激増するために、もともと重量を軽くするために用いられている鋼床版の意義を低下させる手法となっている。
【００１０】
＜従来対策３＞
前記（Ｂ）の止端き裂について、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の交差部の溶接部の疲労強度を向上させるために、図４４に示すように、当該溶接部の回し溶接部５１となっている部分をグラインダー５０によるグラインディングで仕上げることも試みられている（例えば、非特許文献３参照）。
これは、当該溶接部５１の疲労寿命を向上することに効果的である。しかしながら、この部分で十分な性能を発揮するグラインディングを行うには、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の溶接部の少なくとも回し溶接部５１近傍を全溶け込み溶接にする必要がある。これは、すみ肉溶接部にグラインディングを行うと、全部ビードが削られてしまい、横リブ４１のルートが露出してしまう、または、のど厚５２が極端に低下してしまうために、グラインディングによってむしろ疲労強度が低下してしまうためである。このフルペネ化（フルペネトレーション：完全溶け込み溶接）は、構造の製作コストをまさに激増させてしまう。また当然、この技術は前記（Ａ）のルートき裂の性能向上には寄与しない。
【００１１】
＜従来対策４＞
これは疲労強度向上を目的とした構造ではないが、現場での据付を容易にするために実施された構造がバトルデッキタイプの構造である。この形式には、図４５に示すような米国において１９３０年代において仮設橋梁用として実施された形態と図４６に示すような日本において提案された形式がある。
【００１２】
図４５（ａ）（ｂ）に示す形態では、横桁４２に支持された断面Ｉ字状縦リブ５３上にデッキプレート２を支承させるようにした形態であり、断面Ｉ字状縦リブ５３の上フランジ５４の両側部をデッキプレート２に隅肉溶接する形態で、この形態の場合には、上フランジ間が固定されていないので、ルートＲが長い構造である。上フランジ５４間の非溶接のルートが大きいため、ルート疲労強度が低いという問題がある。
【００１３】
また、図４６に示す形態では、縦リブを断面逆Ｔ字状縦リブ５５としており、横リブ４１と断面逆Ｔ字状縦リブ５５との接合は、横リブ４１にスカーラップ５６を設けたスミ肉溶接構造となっている。この構造は、断面逆Ｔ字状縦リブ５５のウエブ５７とデッキプレート２との溶接が、ウエブ５７の両側のスミ肉溶接となっていることによって、ウェブ５７の板厚程度とルートが短く、その結果、前記（Ａ）のルート疲労強度が向上している。
ただし、止端側は変わらないはずであるため、前記（Ｂ）止端き裂に対する十分な疲労強度が確保されているかどうかは不明である。非特許文献４に記載の疲労試験においては、断面逆Ｔ字状縦リブ５５と横リブ４１の溶接部においてルートからき裂が発生している。
縦リブの形状を断面Ｉ字状縦リブ５３から断面逆Ｔ字状縦リブ５５に変えたことによって、横リブ４１がせん断で荷重を縦リブ５５に伝えるような形態から、横リブ４１が曲げ梁として直接荷重を受けてしまい、結果、スミ肉溶接で溶接された断面逆Ｔ字状縦リブ５５と横リブ４１の溶接部からルートき裂が発生したようである。なお、この実験は前記の従来対策２のデッキプレート２の板厚増加も同時に用いており、それぞれの効果の寄与分は分析することができない。ただし、まとめて言えば、前記（Ａ）のルートき裂の疲労強度は向上するが、その向上は十分であるのかは確認されていない。また、前記（Ｂ）の止端き裂の疲労強度は特に改善されない。
【００１４】
また、最も橋梁用床版として用いられている旧設計基準によるＲＣ床版は、図４７に示すように、輪荷重が直接載荷され、設計応力における活荷重の影響が大きく、旧設計基準による配力筋不足、床版厚不足に加えて、過積載車輌による影響等により、ひび割れ損傷、耐久性、耐荷力不足を招くようになる。図４７に示す損傷工程順に示すように、床版損傷の進行過程として次の項目が挙げられる。
（１） 等方性に近い版からなる旧設計基準によるコンクリート床版
（２） 一方向ひび割れの発生（乾燥収縮クラックの発生により異方性版に変化）
（３） 二方向ひび割れの発生（輪荷重により、異方性の方向が９０°変化）
（４） 二方向ひび割れの拡大（サイコロ状に近い形態までクラック密度が増加）
（５） ひび割れ幅の拡大（クラック幅の拡大：すり磨き現象、浸透水の浸入凍結膨張等）
（６） 抜け落ち現象（押し抜きせん断強度の低下による抜け落ち）
従来の補修・補強工法としては、工法面（保全技術）からの最適な方法は、床版上面を増厚すると共に、かつ防水層を施し、床版下面にはコンクリート片の落下防止のためにＦＲＰ接着工法を行うのが望ましい方法である。しかし、路面高さを変更できない場合や、損傷が著しく、床版を取り替える必要がある場合がある。この場合は、再度RC床版で施工を行うと、長い工期を必要とするようになる。
【非特許文献１】道路橋示方書疲労設計編
【非特許文献２】合理化鋼床版の論文（勝俣・小笠原・町田・吉家・川瀬・溝江：これからの鋼床版―新しい構造の提案．川田技報，Vol17，1998）
【非特許文献３】リーハイ型論文(Tsakopoulos and Fisher:Fatigue performance and design of steel orthotropic deck panels full-scale laboratory tests, International journal of steel structures, Vol5,No3,2005)
【非特許文献４】中村聖三 プレファブ鋼床版を用いた橋梁床版架け替え工法に関する研究，九州大学博士論文，平成７年４月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の鋼床版構造においては、鋼床版を製造する場合、反転状態のデッキプレート２に、縦リブに閉断面となるように断面Ｕ字状縦リブ４０を通しで用い、そこに横リブ４１をかぶせて溶接する。横リブ４１の断面Ｕ字状縦リブ４０が通る部分にはスリット４７が設けられている。断面Ｕ字状縦リブ４０はデッキプレート２にスミ肉溶接で接合され、横リブ４１と断面Ｕ字状縦リブ４０もスリット４７においてスミ肉溶接で接合される。このとき、スリット４７側の横リブ４１の端部は回し溶接の形態とされる。
【００１６】
このような形態では、閉断面のＵリブ構造が縦リブ４０に用いられることによって、ルート疲労強度が小さくなっている。また、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の交差点では、まわし溶接の構造となるために、止端疲労強度が低くなっている。
この両箇所の疲労強度を向上するために、前記の＜対策１＞では、前記（Ａ）のルート疲労強度を十分に上げることができないことが判明している。また、前記（Ｂ）の止端疲労強度は向上しない。
前記＜対策２＞では、前記（Ａ）のルート疲労強度を向上させるが、デッキプレート２厚が厚くなり重くなり、そのために鋼床版としての軽量化のメリットをなくしてしまう。また、前記（Ｂ）の止端疲労強度は向上しない。
前記＜対策３＞では、前記（Ｂ）の止端疲労強度は向上するが、前記（Ａ）のルート疲労強度を向上しない。また、コストを激増させてしまう。
前記＜対策４＞では、前記（Ａ）のルート疲労強度は向上するが、前記（Ｂ）の止端疲労強度は向上しない。
【００１７】
このように、従来から用いられている鋼床版構造では、前記（Ａ）のルート溶接部と、前記（Ｂ）の止端溶接部を同時に向上させることができなかった。また、どちらかを向上させたとしても、それは多くの場合、適正なコストと重量の制限のもとで成立する手法ではなかった。
上記の状況に鑑み、鋼床版構造において、前記（Ａ）のルート溶接部と前記（Ｂ）の止端溶接部の双方の疲労強度を向上させることを課題とする。このとき、過大な重量およびコストが必要とならないことが望まれる。
【００１８】
また、（１）溶接止端の仕上げに関しては、効果がほとんどない。その理由は、損傷した前記（Ａ）のルート溶接部は、ルートき裂であり、閉断面側からの仕上げは不可能だからである。また、前記（Ｂ）の止端溶接部については仕上げを行うと、ルートが露出してしまうことがあるために、仕上げを行うことができないからである。そのため、米国での仕上げを行った鋼床版では、この溶接部の一部をフルペネ（完全溶け込み溶接）にしており、著しいコスト増となっている。
（２）デッキプレート上でのＳＦＲＣ（繊維強化コンクリート）舗装することも知られている。これは損傷した前記（Ａ）のルートき裂には著しく効果的である。しかし、前記（Ｂ）の止端き裂には効果がないという問題がある。また、ＳＦＲＣは高価であるために、コストが高くなる。また、鋼材とＳＦＲＣの付着強度が低く剥がれやすい可能性があるという付着の問題があるために、長期での合成効果が確認されていないという課題も残る。
（３）断面逆Ｔ字状の縦リブ形態としたバトルデッキタイプの鋼床版では、損傷した前記（Ａ）のルートき裂には効果的である。断面逆Ｔ字状縦リブのウエブの溶接が、そのウェブの両側のスミ肉溶接になるために、ルート疲労強度が著しく向上する。しかしながら、損傷した前記（Ｂ）の止端き裂には効果がない。しかも、その疲労き裂はルートからとなる、そのため仕上げを併用したことによる効果も期待しにくい。
【００１９】
老朽化等による既設の鋼床版交換の場合は、工期の短縮が最も重要である。夜間に工事を行い、速度制限つきでも昼間は交通を確保することが社会的損失を最小とする。
本発明は、上記の状況に鑑み、鋼床版構造において、前記（Ａ）のルート溶接部と前記（Ｂ）の止端溶接部の双方の疲労強度を向上させ、過大な重量増加およびコストの増加とならない耐疲労鋼床版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】
【００２０】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の耐疲労鋼床版においては、桁構造物に載置される鋼床版であって、デッキプレートと、当該デッキプレートの下側に複数並べて配置されると共にウェブ及びフランジを有する断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとを備え、前記縦リブのウェブが溶接でデッキプレートの下面に固定されていると共に、前記縦リブのフランジには、前記桁構造物の桁にボルトで固定するためのボルト挿通孔を備えており、前記溶接により形成されるウェブ長手方向の溶接ビードに対して、前記溶接部における断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウェブ平面中心軸線と横桁の平面中心軸線との交差部を中心とする範囲であって、少なくとも前記縦リブ高さ寸法の範囲に、超音波ピーニングを施していることを特徴とする。
第２発明では、第１発明の耐疲労鋼床版において、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブと桁構造物の桁との交差部において、デッキプレートと縦リブのフランジとの間に、デッキプレートからの鉛直方向の力を受ける、断面溝形または断面Ｌ形状の支承金具を、デッキプレートに当接または近接するように配置すると共に、前記支承金具をボルトで断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウエブ部に固定することを特徴とする。
第３発明では、第１発明の耐疲労鋼床版において、間隔をおいて横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ間または断面Ｌ字状縦リブ間に、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブの座屈耐荷力を向上させるために、横桁に支持鋼材を介してボルト接合が可能なスタッドをデッキプレートに設置したことを特徴とする。
第４発明では、第１発明の耐疲労鋼床版において、一端側をデッキプレートに溶接により固定し、他端側を断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブにボルト接合とした短尺横リブを配置し、デッキプレートと短尺横リブとの溶接部を超音波ピーニングしたことを特徴とする。
【００２１】
第５発明の耐疲労鋼床版においては、既設の鉄筋コンクリート床版を架け替える場合に設置される第１発明〜第４発明のいずれかの耐疲労鋼床版であって、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとデッキプレートの合計厚さ寸法が、既設の鉄筋コンクリート床版の厚さ寸法以下とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
第１発明によると、次のような効果が得られる。
（１）鋼床版の重量およびコストの増加はほとんどなく、あるとしてもわずかで、前記（Ａ）のルート溶接部と、前記（Ｂ）の止端溶接部の疲労の疲労寿命が向上し、鋼床版の耐久性を向上させることができる。また、超音波ピーニングを施す部分は、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウェブとデッキプレートとの長い溶接ビードの内の短い範囲であるので、効率よく経済的に鋼床版の疲労寿命を向上させることができる。
（２）鋼床版に疲労損傷が生じた場合でも、桁下で交通を阻害することなく補修を行うことができる。
（３）架替用として用いた場合、コンクリート床版に比べて軽いので、重量の増加が無く、短い工期で床版の交換を行うことができる。
第２発明によると、デッキプレートを支承する支承金具を、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウェブに固定したので、第１発明の効果に加えて、ウェブ先端部の応力負担を軽減して、疲労寿命を向上させることができる。
第３発明によると、横桁に支持鋼材を介してボルト接合が可能なスタッドをデッキプレートに設置したので、第１発明の効果に加えて、鋼床版が浮き上がるような引張力に支持鋼材を介してスタッドを抵抗させることができ、その結果、デッキプレートの橋軸方向圧縮力に対する座屈耐力を向上することができると同時に、縦リブのウェブ溶接部の発生応力を低減させることにより、さらに溶接部の疲労寿命を向上させ、鋼床版の疲労寿命を向上させることができる。
第４発明によると、第１発明の効果に加えて、鋼床版が浮き上がるような引張力と、鋼床版から交通荷重等を伝達するような圧縮力とに短尺横リブを抵抗させることができ、その結果、デッキプレートの橋軸方向圧縮力に対する座屈耐力を向上することができると同時に、縦リブのウェブ溶接部の発生応力を低減させることにより、さらに短尺横リブの溶接部の疲労寿命を向上させ、鋼床版の疲労寿命を向上させることができる。
第５発明の耐疲労鋼床版によると、既設の鉄筋コンクリート床版の厚さ寸法より、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとデッキプレートの合計厚さ寸法が大きくならないように、適宜高さ調整板を介在させて、調整既設の床版上面レベルと同じレベルとすることができ、道路設計により設定された線形を変えることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１から図７は、本発明の第１実施形態の耐疲労鋼床版１およびその耐疲労鋼床版１を横桁４に取り付けた状態を示すものであって、図１は斜視図、図２は正面図、図３はデッキプレート２の一部を切り欠いて示す平面図、図４は図１の一部を拡大して示す斜視図、図５は図４の裏面側から見て一部を切り欠いて示す一部切り欠き斜視図、図６（ａ）は図２におけるデッキプレート２の一部を切り欠いた部分を拡大して示す平面図、図６（ｂ）は（ａ）の正面図、図７は超音波ピーニング部１１を示す側面図である。
【００２５】
図１〜図７に示す第１実施形態の耐疲労鋼床版１は、架替用鋼床版の場合に好適な形態で、鋼製のデッキプレート２に、複数の鋼製の断面逆Ｔ字状縦リブ５が間隔をおいて平行に配置されると共に、各断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６先端部の長手方向全長とデッキプレート２の接触部が、多電極で溶接されて、デッキプレート２の下面に固定されている。
前記溶接部の溶接ビード７（図７参照）のうち、断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ平面中心軸線Ｃ１と横桁４の平面中心軸線Ｃ２との交差部を中心とする範囲であって、溶接ビード長手方向に、好ましい範囲として、例えば、前記縦リブ高さ寸法の２／（√３）の範囲の溶接ビード７に超音波ピーニングを施して、溶接ビード７の部分の疲労強度を向上させていると共に溶接止端部の疲労強度を向上させている。
また、各断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８には、横桁４のフランジ４ｂにボルト９により取り付けるために、横桁４のボルト挿通孔に対応した位置にボルト挿通孔１２がフランジ長手方向（橋軸方向）に間隔をおくと共にフランジ幅方向（橋軸直角方向）に間隔をおいて設けられている。このように断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８を横桁４に、溶接ではなくボルト接合することにより、溶接による疲労強度の問題を解消している。
【００２６】
前記第１実施形態の構造の耐疲労鋼床版１を製作する場合には、例えば、12mm〜16mmのデッキプレート２に、高さ200〜250mmの各断面逆Ｔ字状縦リブ５を300〜400mm間隔で配置し、多電極で溶接する。溶接の大きさは4〜9mm両スミ肉である。前記の溶接後の溶接ビードの一部分に、各断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６の中心軸線と横桁４との交点近傍を超音波ピーニングによるＵＩＴ（Ultrasonic impact treatment）処理を行う。
【００２７】
前記の超音波ピーニングの処理範囲は広ければ広いほうがよいが、好ましくは、各断面逆Ｔ字状縦リブ５から横桁４への応力伝達において、荷重の伝達領域の広がりを30度程度で考えて、各断面逆Ｔ字状縦リブ５の高さの2/（√3）程度以上を処理することが好ましい。より好ましくは、少なくとも各断面逆Ｔ字状縦リブ５の高さ寸法の範囲（縦リブ５の高さ寸法が200mmなら、前記交点を中央として少なくとも200mmの範囲）を処理することである。超音波ピーニング（UITの処理）によって、溶接部に存在する応力集中と引張残留応力を低減し、これらによる疲労き裂発生の原因をなくした溶接ビード７の止端は、著しく疲労強度を向上する。
【００２８】
また、ルートは両スミ肉溶接になっているために、高い応力が生じることはなく、トータルとして高い疲労強度をえることができる。そのため、条件や設計によっては、鋼床版３に各断面逆Ｔ字状縦リブ５に交差するように、横リブを設置しなくても、十分な疲労強度を確保することができる。
横リブが存在しない場合は、鋼床版部の補剛板としての圧縮耐荷力が低下するために、新設構造に用いることは困難である。一方、架替構造では死荷重を床版構造で負担しないでよいために、ほとんど橋軸方向の負担応力は発生しない。
【００２９】
前記の超音波ピーニングをするための超音波ピーニング装置２９としては、図８に示すように、トランスデューサー３０と、このトランスデューサーの前面に設けられたウエーブガイド３１と、ウエーブガイドの先端に設けられ、自由振動体３４を支持するホルダー３３と、このホルダーを支持する支持体３５とから基本的に構成されており、後端にハンドル３６を有するケース３７に収納されている。電源３８から供給された電気エネルギーはトランスデューサー３０により超音波領域の機械振動に変換され、生じた超音波振動はこれに接続されたウエーブガイド３１を伝播する。ウエーブガイドの径が前方に向かって絞られていることによって超音波振動の伝播速度が変性され、振動が増幅される。超音波振動はウエーブガイド３１の先端からホルダー３３に支持されている自由振動体３４に伝わり、これを超音波振動させる。この自由振動体３４の振動により処理対象を打撃し、ピーニング処理するものである。通常、ピーニング処理は、振幅２０〜６０μｍ、周波数１５ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ、出力０．２〜１．５ＫＷで処理するのが一般的である。
【００３０】
なお、上記自由振動体３４として、図８においては、凸状の先端を持つピンの例を示したが、処理対象物の状況に応じて、先端部が凸又は凹状であるピン、或いは球状のショット（超音波ショットピーニング）等も選択できる。
【００３１】
この超音波ピーニング処理装置２９は、１００〜２００Ｖの通常電源３８により作動でき、重量が５kg程度で可搬であり、反動も少ないので、作業者がハンドル３６を利用してこれを保持し、処理対象物の処理箇所に近接して処理作業をすることが可能である。
【００３２】
横桁４の間隔は、2．5mが標準とするが、それ以上の間隔も設計的な検討をすればよい。横桁４と各断面逆Ｔ字状縦リブ５をボルト・ナット９で固定する。
【００３３】
前記の各断面逆Ｔ字状縦リブ５以外にも、図示を省略するが、各断面逆Ｔ字状縦リブ５におけるウェブ６片側のフランジを省略するような断面Ｌ字状縦リブでもよく、その断面Ｌ字状縦リブのウェブをデッキプレート２に前記と同様な溶接により固定するようにしてもよい。
【００３４】
したがって、本発明の実施形態では、デッキプレート２の下面に設置の縦リブは、断面逆Ｔ字状縦リブでも、あるいは断面Ｌ字状縦リブでもよく、いずれか一方の縦リブのウェブが、溶接でデッキプレート２の下面に設置され、前記断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブ５のフランジ８には、横桁４にボルト９で固定するためのボルト挿通孔１２を備えており、断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのウェブ平面中心軸線Ｃ１と横桁４の平面中心軸線Ｃ２の交差部を中心とする範囲であって、断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのウェブ長手方向の溶接ビード７に、溶接ビード長手方向に、例えば、前記縦リブ高さ寸法の２／（√３）の範囲に、より好ましくは、少なくとも各断面逆Ｔ字状縦リブ５の高さ寸法の範囲（縦リブ５の高さ寸法が200mmなら、前記交点を中央として少なくとも200mmの範囲）に超音波ピーニングを施している耐疲労鋼床版である。
【００３５】
（第２実施形態）
図９〜図１６は、本発明の第２実施形態の耐疲労鋼床版３および横桁上に設置した構造を示したもので、前記第１実施形態の構造に、さらに各断面逆Ｔ字状縦リブ５（図示を省略するが各断面Ｌ字状縦リブ）のウェブ６の両側に、横断面Ｃ形等の横断面溝形の鋼製の支承金具１３のウェブ１３ａを、縦リブ５のウェブ６を介して背中合わせとなるようにボルト９により固定し、各支承金具１３の上端面によりデッキプレート２の下面を支承し、横桁直上のウェブ１３ａの応力負担を軽減すると共にウェブ６の剛性を高めるべく横桁直上に位置するように設置した形態である。
各支承金具１３の上端面はデッキプレート２の下面に接触した状態または近接した状態でよく、デッキプレート２に輪重等の鉛直荷重（圧縮荷重）が作用した場合に支承金具１３により支承するようにしている。支承金具１３としては、横断面溝形の支承金具１３における一方のフランジを省略した横断面Ｌ字状の支承金具１３でもよく、すなわち、一片をフランジとし他辺をウェブとする横断面Ｌ字状の支承金具でもよく、このような横断面Ｌ字状の支承金具のウェブ１３ａを、縦リブ５のウェブ６の両側に当接させて対称に配置し、ボルト・ナットにより固定するようにしてもよい。
その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付している。
【００３６】
前記第２実施形態の構造の耐疲労鋼床版１を製作する場合には、前記第１実施形態と同様に、例えば、12mm〜16mmのデッキプレート２に、高さ200〜250mmの各断面逆Ｔ字状縦リブ５を300〜400mm間隔で配置し、多電極で溶接する。溶接の大きさは4〜9mm両スミ肉である。前記の溶接後の溶接ビードの一部分に、各断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６の中心軸線と横桁４との交点近傍を、少なくとも各断面逆Ｔ字状縦リブ５の高さ寸法の範囲（縦リブ５の高さ寸法が200mmなら、前記交点を中央として少なくとも200mmの範囲）を超音波ピーニングによるＵＩＴ処理を行うことが好ましい。
前記のように支承金具１３を設置する場合は、支承金具１３により縦リブ５のウェブ６を拘束するため、この拘束により、縦リブ５の応力が集中する範囲が狭くなるので、図１５に示すように、各支承金具１３におけるフランジ１３ｂの両側におけるデッキプレート２と縦リブ５のウェブ６との表裏両側の溶接ビード７の部分で、デッキプレート２の板厚ｔの2倍程度の範囲（２ｔ）の溶接ビード７を、超音波ピーニングを行えばよい。その後、支承金具１３を設置する。
支承金具１３としては、断面Ｃ形で高さ200ｍｍのチャンネルや断面Ｌ形で高さ２００ｍｍのアングル材に加工した支承金具１３を縦リブ５のウェブ６両側に配置し、これらのボルト挿通孔に渡ってボルト９を挿通してナットにより締め付け固定する。ボルト９としては、M20〜M24でF10Tの高力ボルトを使用して固定するとよく、支承金具１３の下端部と縦リブ５のフランジ８との間は間隙があってもよく、図１６に示すように、支承金具１３下端部と縦リブ５のフランジ８との間に、楔式のスペーサー２０を打ち込んだ状態でもよく、この場合、支承金具１３の上端面をデッキプレート２の下面に当接してもよい。
縦リブ５が断面Ｌ字形の場合には、断面Ｌ字形の片側下部にはフランジがあるので、前記と同様に支承金具１３を配置することができるが、反対側はフランジがないので、支承金具１３と横桁との間は間隙がある状態、または前記間隙に楔式のスペーサ−２０を打ち込んだ状態でもよい。
前記のように支承金具１３とデッキプレート２は溶接されていないので、その間に引張力は生じないが、圧縮力は伝達することができる。トラックの輪荷重は圧縮応力を生じさせるため、交通荷重に対しては十分な効果を発揮することができる。支承金具１３の高さは設計で決めることができるが、スペーサー２０を打ち込めば、輪荷重の反作用で生じるわずかな負方向の曲げについても拘束し、縦リブ５のウェブ６に作用する発生応力を低下させることができる。支承金具１３は、縦リブ５の高さの１／２以上であるのが、十分なデッキプレートの補剛効果を得るためにはよい。
横桁４の間隔は、2．5mを標準とするが、それ以上の間隔でも適宜、設計により設定すればよい。横桁４と縦リブ５のフランジ８をボルト９で固定する点は前記の実施形態の場合と同様である。
【００３７】
（第３実施形態）
図１７〜図２４は、本発明の第３実施形態の鋼床版３およびこれを横桁４に設置した状態を示すものであって、この形態では、前記の第２実施形態に、さらに、間隔をおいて横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ５間（または図示省略の断面Ｌ字状縦リブ間）に、断面逆Ｔ字状縦リブ５（または図示省略の断面Ｌ字状縦リブ）の座屈耐荷力を向上させるために、横桁４にボルト接合が可能なスタッド２１をデッキプレート２に設置した形態の鋼床版３である。
【００３８】
中間部にボルト挿通孔を有するスタッド２１の上端部をデッキプレート２に溶接（フルペネトレーション）により固定され、その溶接部は超音波ピーニングによるＵＩＴ処理（超音波衝撃処理）されて疲労寿命を高めている。また、断面逆Ｔ字状縦リブ５間において、横桁４のフランジ８上面で、例えば、前記横桁４のウェブ４ａの垂直面上において、断面Ｌ形（図示の場合）または板状で中間部にボルト挿通孔を有する支持鋼材１５の下端部が溶接により固定され、前記支持鋼材１５とスタッド２１のボルト挿通孔にボルト９が挿通されると共にナットがねじ込まれて、支持鋼材１５とスタッド１４が連結され、鋼床版３に作用する引張力および圧縮力に対して連結された支持鋼材１５とスタッド２１により抵抗し、縦リブ５の座屈耐荷力を向上させるようにしている。前記のように支持鋼材１５の上フランジによりデッキプレート２の下面を支承するようにしてもよく、前記上フランジ１５ａを省略して版状の支持鋼材１５としてもよい。
【００３９】
前記第３実施形態の鋼床版３を製作する場合は、前記の第２実施形態における支承金具１３を設置する前に、ボルト挿通孔を有するスタッド２１をデッキプレート２に固着する。
また、スタッド２１の溶接部にもＵＩＴを処理してもよい、スタッド１４の固着は、完全溶け込み溶接であるので、非常に効率よくＵＩＴによって疲労強度が向上する。
【００４０】
その後、前記の支承金具１３を設置する。また、横桁４には、ボルト孔を有する断面Ｌ形または平鋼からなる支持鋼材１５を溶接で固定して設置しておく。断面逆Ｔ字状縦リブ５を横桁４とボルトで固定し、さらに横桁４に設置した支持鋼材１５をデッキプレート２から下向きに突き出したスタッド２１と接合する。
【００４１】
前記第３実施形態では、デッキプレート２からの圧縮力は支承金具１３を介して伝達され、また、引張力は、デッキプレート２→スタッド１４→支持鋼材１５→横桁４と順に伝達される。そのため、デッキプレート２の上下方向の変位を拘束し、補剛版としての座屈耐荷力を確保することができる。
【００４２】
その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００４３】
（第４実施形態）
図２５は、本発明の第４実施形態の鋼床版３の一部を示したもので、この形態では、前記第１実施形態の鋼床版３における横方向に隣り合う各断面逆Ｔ字状縦リブ５間で、横桁４直上に位置するように、横断面Ｌ形（図２５（ａ）および（ｂ）の場合）または横断面Ｃ形等の横断面溝形あるいは横断面Ｈ形の等の短尺横リブ１６（図２５（ｃ、ｄの場合）のウェブ１６ａ上端部をデッキプレート２の下面に当接して、その当接部全周を全周すみ肉溶接で溶接し、その全周を超音波ピーニングしている形態である。
図２５（ｃ）（ｄ）に示す形態では、横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ５における各ウェブ６に、断面溝形の短尺横リブ１６のフランジ１６ｂを当接し、断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６とその両側の短尺横リブ１６のボルト挿通孔に渡って、ボルト９が挿通されている共にナットにより固定されている構造であるので、橋軸直角方向に連続した横リブ構造とすることができる。
【００４４】
また、前記短尺横リブ１６の横方向の縦板を縦リブ５におけるウェブ６にボルトにより固定している。前記のような短尺横リブ１６を設置する場合は、短尺横リブ１６による縦リブ６の拘束により、縦リブ５におけるウェブ６への応力が集中する範囲が狭くなるので、短尺横リブ１６を設置する場合には、短尺横リブ１６におけるウェブ１６ａのデッキプレート２への設置点を中心に、デッキプレート２と断面逆Ｔ字状縦リブ５におけるウェブ６との溶接ビード７に、デッキプレート２の板厚の２倍程度の範囲について、超音波ピーニングを、断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６の両面側の溶接ビードに行うようにすればよい。
また、前記の超音波ピーニングをした後に、断面逆Ｔ字状縦リブ５と短尺横リブ１６とのボルト挿通孔に渡って、ボルト９を挿通し、ナットをねじ込んで、ボルト接合を行う。短尺横リブ１６は、溶接でデッキプレート２と接合されるために、デッキプレート２の座屈を拘束し、デッキプレート２の座屈耐力を確保することができる。
【００４５】
前記の第１実施形態あるいは第４実施形態の鋼床版３を、損傷したＲＣ床版に代わって架け替える場合について、図２６から図２９を参照して説明する。
【００４６】
図２６に示す既存の状態から図２７に示すように、I型断面を有する複数の主桁１８に渡って、主桁１８のウェブ１８ａを挟んで連結するように、ＲＣ床版１７の下側に増設するように横桁４（以下、増設横桁とも言う）を設置する。増設された横桁１４と主桁１８のウェブ１８ａとは、必要に応じウェブ１８ａを補強して、ボルトあるいは溶接等により取り付ける。前記横桁４の設置後、ＲＣ床版１７の一部を除去する。主桁１８と増設した横桁４の上面を同レベルとするために、その除去したＲＣ床版１７の部分の増設横桁４に、ライナープレート１８（図２９参照）を置いて、レベルを出した後、前記第１〜第４実施形態等の耐疲労鋼床版３を架替用鋼床版として、これを3m×10m程度のブロックで、主桁１８と増設横桁４に設置する。耐疲労鋼床版３の設置後、増設横桁４のフランジ８と耐疲労鋼床版３における断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８を、高力ボルト等のボルト９で接合する。前記のような損傷したＲＣ床版の除去と、本発明の耐疲労鋼床版３の設置のプロセスを繰り返して、新しい耐疲労鋼床版３を徐々に橋軸方向あるいは橋軸直角方向に形成してゆく。耐疲労鋼床版３を形成した後は、デッキプレート２上に、防水工などの一次覆工２２と、アスファルト舗装等の２次覆工２３を実施して作業は終わる。
【００４７】
前記の作業中、ボルトで耐疲労鋼床版３を固定し、既設ＲＣ床版１７とのアスファルト舗装分の段差を、縞鋼板を置いて養生すれば、車線を封鎖する時間は最小限で済むことができる。
【００４８】
図３０〜図３５は、新設用の鋼床版箱桁１に適用する場合の概略説明図であって、デッキプレート２の下面側を上にして配置し、そのデッキプレート２に、図３１に示すように断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６を溶接により固定し、次いで図３２に示すように、断面逆Ｔ字状縦リブ５間あるいは断面逆Ｔ字状縦リブ５に渡って、短尺横リブ１６のフランジ１６ｂを固定し、短尺横リブ１６のウェブ１６ａをデッキプレート２に溶接により固定した状態としておく。
【００４９】
一方、箱桁本体１ａについては、図３３に示すように、箱桁における下フランジとなる２点鎖線で示す底版１９上に主桁（ウェブ）１８を固定して、底部と両側部の３面状態とした後、隣り合う主桁（ウェブ）１８にわたる横桁４を仮付けしてブロックとした状態で反転し、図３４に示すように、断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８上に、前記ブロックの横桁４を載置して、デッキプレート２と主桁（ウェブ）１８を溶接により固定し、それから断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８と横桁４のフランジ８をボルトにより本締めして一体化した後、横桁４と断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジを高力ボルトで締め付け、断面逆Ｔ字状縦リブ５と短尺横リブ１６のボルトを本締めする。その後、箱桁１全体を反転して、橋脚上の支承装置等に前記２点鎖線とした底版１９を載置するように設置される。
【００５０】
図３５には、図３０から図３４の概略図を、箱桁製作工程と鋼床版の製作工程とを系統別に製作して合体化するまでを、系統別に図示されている。
（実施例）
【００５１】
図３６から図４０は、従来技術の断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１を備えた鋼床版４９の場合と、本発明の断面逆Ｔ字状縦リブ構造を有する耐疲労鋼床版１の場合とで、載荷試験を行って両者を比較した際の説明図である。
図３６は、比較例である従来技術の鋼床版４９における載荷荷重の移動方向を示した図であり、横リブ４１を基点として、橋軸方向に載荷荷重が移動するものとした。実際の条件としては、図３７（ａ）、（ｂ）に示すように、載荷荷重走行試験機を用いて、一点の輪荷重（１５ｔ）を断面Ｕ字状縦リブ４０の真上におけるデッキプレート２上に載荷して、橋軸方向に移動するようにした。その際、図３７（ａ）に示した部位Ａ１および部位Ａ２に２軸のひずみゲージを貼って、輪荷重移動の際の発生応力を測定した。部位Ａ１の位置としては、下部に横リブ４１が存在するデッキプレート２上であって、且つ断面Ｕ字状縦リブ４０とデッキプレート２との接触部から３０ｍｍ離れた位置とした。部位Ａ２の位置としては、部位Ａ１のデッキプレート２を挟んで反対側のデッキプレート２の裏面位置とした。尚、本載荷試験では、被労性能も評価するため、輪荷重はデッキプレート２上を橋軸方向に往復移動させるようにした。
また、図３８は、比較例にて、輪荷重がＡ１点を通る橋軸直角方向の線（荷重の中央線と呼ぶ）において橋軸方向に移動した際の、Ａ１点及びＡ２点における発生応力を示し（横軸は輪荷重をかけている位置の荷重の中央線からの距離（mm）を表し、縦軸は発生応力（ＭＰａ）を表す）、そのうち左図は、発生応力のうち橋軸直角方向成分の応力（デッキプレート２の上面Ａ１と下面Ａ２）、右図は、発生応力のうち橋軸方向成分の応力（デッキプレート２の上面Ａ１と下面Ａ２）である。
【００５２】
図３９（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は、実施例における輪荷重載荷試験機を用いた載荷試験の際の、試験体の構造を示した図である。輪荷重条件は上述した比較例での条件と同様であるが、荷重は断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６が配置されている位置におけるデッキプレート２上に載荷している。試験体は、デッキプレート２の下部に断面逆Ｔ字状縦リブ５を溶接接合し、横桁４上に載置してボルト接合した構造としている。図３９（ｂ）は橋軸方向の側面図で、そのＣ−Ｃ矢視図が図３９（ａ）、Ｄ−Ｄ矢視図が図３９（ｃ）である。発生応力を調べるため、２軸のひずみゲージを、横桁４が存在する橋軸直角方向断面における、デッキプレート２と断面逆Ｔ字状縦リブ５との接合部から３０ｍｍ離れた位置のデッキプレート２の上面Ａ３と下面Ａ４（図３９（ａ）参照）に貼りつけている。
また、図４０のグラフは、輪荷重が荷重の中央線から橋軸方向に移動した際の、Ａ３点及びＡ４点における発生応力を示し（横軸は輪荷重をかけている位置の荷重の中央線からの距離（mm）を表し、縦軸は発生応力（ＭＰａ）を表す）、そのうち左図は、発生応力のうち橋軸直角方向成分の応力（デッキプレート２の上面Ａ３と下面Ａ４）を示し、右図は、発生応力のうち橋軸方向成分の応力（デッキプレート２の上面Ａ３と下面Ａ４）を示す。
試験した結果を表１に示す。尚、比較例、実施例共に、輪荷重試験の往復運動回数は、溶接部にき裂が生じるまで行い、き裂が生じない場合は、４００万回迄行った。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１で示した発生応力振幅Δとは、Ａ１〜Ａ４点それぞれにおける最大発生応力と最小発生方力の差を絶対値表示したものであり（応力差が大きい橋軸直角方向の応力差を記載）、疲労強度に影響するパラメータである。
表１からわかるように、比較例では、部位Ａ１及び部位Ａ２での発生応力振幅Δが共に１４０ＭＰａであり、溶接部のき裂は、デッキプレートと断面Ｕ字状横リブの溶接部では1,500,000回で発生し、縦リブと横リブとの交差部（表中では、縦横リブ交差部と記載）では1,000,000回で発生している。
それに対して、実施例における部位Ａ３及び部位Ａ４での発生応力振幅Δは、共に１５０ＭＰａと、比較例に比べて僅かに大きい値となったが、疲労き裂は発生しなかった。
これは、実施例では、デッキプレート２と断面逆Ｔ字状縦リブ５との溶接部を超音波ピーニングによるＵＩＴ処理をしており、断面逆Ｔ字状縦リブ５といるため、疲労的な弱点が押さえられたためと考えられる。
【００５５】
次に、ＦＥＭ解析により、上述した比較例と実施例で使用した試験材の構造と、更に、実施例の断面逆Ｔ字状縦リブ構造に図１２に示す支承金具１３を入れた構造の３種類の構造で、上述の試験体にひずみゲージを取り付けた位置に相当する解析モデル上の位置での発生応力振幅Δを計算した。尚、ＦＥＭ解析では、トラックの輪荷重に相当した荷重を、面荷重で与え、その荷重を移動させて作用させている。計算結果を表２に示す．
【００５６】
【表２】
【００５７】
前記の表２に示す結果から、ＦＥＭ解析による発生応力振幅Δの値は、上述した比較例及び実施例の載荷試験結果の値と略一致しており、解析結果は確からしいことが判る。
ここで、実施例の試験体構造に支承金具を入れた構造におけるＦＥＭ解析結果を見ると、発生応力振幅Δは４０ＭＰａであり、支承金具を入れたことにより、デッキプレート２と断面逆Ｔ字状縦リブ５との溶接部での応力は劇的に低下していることが判る。
実施例の構造では、発生応力振幅Δが１６０ＭＰａであっても、疲労き裂が発生していないことから、支承金具を入れた構造においては、疲労によるき裂発生は、更に生じにくくなるものと考えられる。
【００５８】
以上より、従来技術においては、E等級程度であった鋼床版の被労強度が、本発明の耐疲労鋼床版とすることにより、少なくともD等級程度の疲労強度が得られることが判る。このように疲労寿命が格段に向上する耐疲労鋼床版となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態の耐疲労鋼床版を示す斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１に示す耐疲労鋼床版におけるデッキプレートの一部を切り欠いて示す平面図である。
【図４】図１の一部を拡大して示す斜視図である。
【図５】図４の裏面側から見て一部を切り欠いて示す一部切り欠き斜視図である。
【図６】（ａ）は図３におけるデッキプレートの一部を切り欠いた部分を拡大して示す平面図、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図７】デッキプレートと断面逆Ｔ字状縦リブにおけるウェブとの溶接部の溶接ビードに超音波ピーニングを施す部分を示す側面図である。
【図８】超音波ピーニング装置を示す概略正面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の耐疲労鋼床版を示す斜視図である。
【図１０】図９の正面図である。
【図１１】図９に示す耐疲労鋼床版におけるデッキプレートの一部を切り欠いて示す平面図である。
【図１２】図９の一部を拡大して示す斜視図である。
【図１３】図１２の裏面側から見て一部を切り欠いて示す一部切り欠き斜視図である。
【図１４】（ａ）は図１１におけるデッキプレートの一部を切り欠いた部分を拡大して示す平面図、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図１５】デッキプレートと断面逆Ｔ字状縦リブにおけるウェブとの溶接部の溶接ビードに超音波ピーニングを施す部分を示すものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１６】支承金具の下側に楔を配置する形態を示すものであって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態の耐疲労鋼床版を示す斜視図である。
【図１８】図１７の正面図である。
【図１９】図１７に示す耐疲労鋼床版におけるデッキプレートの一部を切り欠いて示す平面図である。
【図２０】図１７の一部を拡大して示す斜視図である。
【図２１】図１７の裏面側から見て一部を切り欠いて示す一部切り欠き斜視図である。
【図２２】（ａ）は図１９におけるデッキプレートの一部を切り欠いた部分を拡大して示す平面図、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図２３】（ａ）は図２２（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図２４】（ａ）は中間部にボルト挿通孔を有するスタッドの基端側溶接部を反転して示す斜視図、（ｂ）は横桁上に連結鋼材を設置している状態を示す斜視図である。
【図２５】本発明の第４実施形態の耐疲労鋼床版を説明するための説明図であって、（ａ）および（ｂ）は、横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ間に短尺横リブを片側の断面逆Ｔ字状縦リブから張り出すように設けた形態を示す一部縦断正面図、（ｂ）はその矢視断面図、（ｃ）は横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブに接続するように短尺横リブを設けた形態を示す一部縦断正面図、（ｄ）は（ｃ）の矢視断面図である。
【図２６】損傷した鉄筋コンクリート床版を撤去している状態を示す斜視図である。
【図２７】既設の主桁に渡って横桁を増設している状態を示す斜視図である。
【図２８】本発明の耐疲労鋼床版を架け替え用に設置している状態を示す斜視図である。
【図２９】増設された横桁上に調整プレートを介在させて、本発明の耐疲労鋼床版を設置した状態を示す正面図である。
【図３０】デッキプレートを反転は位置した状態を示す概略斜視図である。
【図３１】デッキプレートに断面逆Ｔ字状縦リブを設置した状態を示す概略斜視図である。
【図３２】横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブに短尺横リブを設置している状態を示す概略斜視図である。
【図３３】箱桁本体を示す斜視図である。
【図３４】耐疲労鋼床版に箱桁本体部を載置して一体化している状態を示す斜視図である。
【図３５】耐疲労鋼床版と箱桁本体とを一体化するまでの工程説明図である。
【図３６】載荷試験を説明するための説明図である。
【図３７】（ａ）は鋼床版に載荷している状況を示す正面図、（ｂ）は斜視図である。
【図３８】比較例におけるデッキプレート部分の発生応力を示す図である。
【図３９】実施例の耐疲労鋼床版の構造を示す説明図である。
【図４０】実施例におけるデッキプレート部分の発生応力を示す図である。
【図４１】従来技術の鋼床版を設置した箱桁を示す斜視図である。
【図４２】（ａ）〜（ｃ）は従来技術の断面Ｕ字状縦リブの溶接部の疲労き裂を説明するための説明図である。
【図４３】従来の疲労き裂の対策を説明するための説明図である。
【図４４】従来の疲労き裂の対策を説明するための説明図である。
【図４５】（ａ）従来の鋼床版を設置した状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す重症面図である。
【図４６】従来の他の鋼床版を設置した状態を示す正面図である。
【図４７】鉄筋コンクリート床版の損傷工程を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 鋼床版箱桁
２ デッキプレート
３ 耐疲労鋼床版
４ 横桁
４ａ ウェブ
４ｂ フランジ
５ 断面逆Ｔ字状縦リブ
６ ウェブ
７ 溶接ビード
８ フランジ
９ ボルト
１０ フランジ
１１ 超音波ピーニング
１２ ボルト挿通孔
１３ 支承金具
１３ａ ウェブ
１３ｂ フランジ
１４ スタッド
１５ 支持鋼材
１６ 短尺横リブ
１６ａ ウェブ
１６ｂ フランジ
１７ ＲＣ床版
１８ 主桁
１９ 底版
２０ スペーサー
２１ スタッド
２２ 一次覆工
２３ ２次覆工
２９ 超音波ピーニング装置
３０ トランスデューサー
３１ ウエーブガイド
３３ ホルダー
３４ 自由振動体
３５ 支持体
３６ ハンドル
３７ ケース
３８ 電源
４０ 断面Ｕ字状縦リブ
４１ 横リブ
４２ 横桁
４３ 主桁
４４ 側板
４５ 溶接ビード
４６ ルートき裂
４７ Ｕ字状スリット部
４８ 止端き裂
４９ 鋼床版
５０ グラインダー
５１ 回し溶接部
５２ のど厚
５３ 断面Ｉ字状縦リブ
５４ 上フランジ
５５ 断面逆Ｔ字状縦リブ
５６ スカーラップ
５７ ウエブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼床版を有する橋梁をはじめとする桁構造物等に用いられる床版に関し、溶接部の疲労性能を向上させた耐疲労鋼床版に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、図４１に示すような鋼床版箱桁１は、橋梁の桁構造を軽くしたいという要請上で作られる構造であり、路面本体を構成する部材であるデッキプレート２に、デッキプレート２を下側から支承するために溶接により固定された補強材である橋軸方向に延長する断面Ｕ字状縦リブ４０と、前記断面Ｕ字状縦リブ４０を下側から支承する橋軸直角方向の横リブ４１が溶接されている構造が基本構造で、図示の場合には、前記横リブ４１に平行に横桁４２の上部が断面Ｕ字状縦リブ４０に溶接により固定され、前記横桁４２または横リブ４１はこれらに溶接により固定された主桁４３により支承されている構造が知られている。したがって、前記断面Ｕ字状縦リブ４０は、橋軸方向に延長するように配置されている構造で、デッキプレート２と断面Ｕ字状縦リブ４０との当接部、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１とを結合するための交差部または断面Ｕ字状縦リブ４０と横桁４２とを結合するための交差部、あるいは横桁４２あるいは横リブ４１と主桁４３とを結合するための交差部が多数存在する構造で、多数の交差部を溶接により固定する溶接部とする構造である。これは箱桁の場合であるが，プレートガーダー橋などでも基本構成は同様である。
【０００３】
多くの場合、図４２に示すように、前記の断面Ｕ字状縦リブ４０は、鋼鈑を断面Ｕ字状に折り曲げ加工して構成した断面Ｕ字状縦リブ４０であり、その両側板４４の先端部がデッキプレート２に溶接により固定された状態では、デッキプレート２と断面Ｕ字状縦リブ４０とにより略台形状の閉鎖断面が形成されて、閉断面とするための断面Ｕ字状縦リブ４０であるのが特徴で、断面Ｕ字状縦リブ４０からなる縦リブの配置間隔は、300〜400mmで、横リブ４１は多くの場合、逆T字状断面であり、その橋軸方向の配置間隔が２〜４ｍ程度である。標準的には2.5mである。なお、デッキプレート２の板厚は、１２ｍｍ〜１４ｍｍ程度が標準的な板厚である。また、図４１中５８はアスファルト舗装である。
【０００４】
前記のような構造の場合には、主に通行する車両からの荷重によって、前記の溶接部の疲労損傷を生じることが多い。その疲労損傷の中で特に重要なものは、（ａ）断面Ｕ字状縦リブ４０とデッキプレート２との溶接部から発生するもの、また、（ｂ）断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の交差部の溶接部から発生するものである。なお、溶接部には止端部とルートがあり、主に、そのいずれか又は両方が起点となった疲労き裂が発生する。
【０００５】
（Ａ）図４２（ｂ）に示すように、断面Ｕ字状縦リブ４０のき裂は、発生する頻度は少ないが、片側から溶接の行われたルート側から発生し、多くの場合は溶接ビード４５を切る方向に進展するルートき裂４６である。しかし、時にはデッキプレート２側に進行する場合もある。デッキプレート２側に進行した場合、横桁４２または主桁４３などの桁の下側、箱桁１の中側（内側）からだけの補修作業を行うのは困難である。なお、このルートき裂４６は、大部分、横リブ４１と断面Ｕ字状縦リブ４０の交差点部における当該溶接部から発生する。
【０００６】
（Ｂ）図４２（ｃ）に示すように、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の交差部から発生するき裂は、主に断面Ｕ字状縦リブ４０を通しにするために横リブ４１に設けたＵ字状スリット部４７を断面Ｕ字状縦リブ４０に溶接する部位から発生し、主に止端部から発生している止端き裂４８が多い。これは、大きな事故に至る可能性は少ないが、発生する数が多く、一つの橋梁で数十箇所も生じていることがある。
【０００７】
これまで、鋼床版４９の疲労性能の向上に関しては、いくつかの技術の適用が試みられてきた。以下従来の対策１〜４について説明する。
【０００８】
＜従来の対策１＞
まず、図４３（ａ）（ｂ）に示すように、側板４４に開先を設けない形態の溶接接合に対して、図４３（ｃ）（ｄ）に示すように、断面Ｕ字状縦リブ４０の側板４４の溶接部の開先をつけることによる、溶け込み量の確保である。これは、前記（Ａ）のルートき裂４６による疲労き裂を防止するための対策であり、断面Ｕ字状縦リブ４０とデッキプレート２の間の溶接の量を増加させることによって、溶接部の断面積を大きく（のど厚を大きく）し溶接ビード４５に発生する応力を低減し、疲労寿命を向上しようというものである（例えば、非特許文献１参照）。
この措置は、鋼床版の製作仕様として、溶接部の７０％の溶け込みが導入されているが、実際の構造で疲労き裂の発生を防止できていないことが既に判明している。これは、やはりグラインダーなどをかけることのできないビードのルート側の疲労強度が非常に低いことが一つの理由として挙げられる。
また、開先を取ったことによって、ルート側の溶接のフランク角がむしろ悪化していることも理由として想定される。さらに、この構造仕様は長い断面Ｕ字状縦リブ４０の全長について、カイ先を設けるために部材加工に大きなコストが必要となることである。また、溶け込みを確保するために、しばしば溶接を２パスにする必要がある場合もあり、それも多大なコストアップの要因となる。
もちろん、この対策は、前記（Ｂ）の止端き裂４８の防止にはなんら寄与しない。
【０００９】
＜従来対策２＞
また、図４３（ｅ）（ｆ）に示すように、デッキプレート２と断面Ｕ字状縦リブ４０の側板４４との溶接部の疲労寿命を向上させるために、図４３（ｅ）に示すような12〜14mmのデッキプレート２から図４３（ｆ）に示すように、デッキプレート２の板厚を、16mmを超える板厚寸法や19mmに増加させる事も知られている（例えば、非特許文献２参照）。
これによって、デッキプレート２に発生する応力を低下させ、デッキプレート２と断面Ｕ字状縦リブ４０の溶接部での発生応力を低下させ、疲労強度を向上させている。これにより、前記（Ａ）のルートき裂を向上させるのには効果的であるが、前記（Ｂ）の止端き裂の防止への寄与度は小さい。しかも、デッキプレート２の板厚をあげることは、ダイレクトにコストの大幅な増加に繋がるのみならず、重量が激増するために、もともと重量を軽くするために用いられている鋼床版の意義を低下させる手法となっている。
【００１０】
＜従来対策３＞
前記（Ｂ）の止端き裂について、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の交差部の溶接部の疲労強度を向上させるために、図４４に示すように、当該溶接部の回し溶接部５１となっている部分をグラインダー５０によるグラインディングで仕上げることも試みられている（例えば、非特許文献３参照）。
これは、当該溶接部５１の疲労寿命を向上することに効果的である。しかしながら、この部分で十分な性能を発揮するグラインディングを行うには、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の溶接部の少なくとも回し溶接部５１近傍を全溶け込み溶接にする必要がある。これは、すみ肉溶接部にグラインディングを行うと、全部ビードが削られてしまい、横リブ４１のルートが露出してしまう、または、のど厚５２が極端に低下してしまうために、グラインディングによってむしろ疲労強度が低下してしまうためである。このフルペネ化（フルペネトレーション：完全溶け込み溶接）は、構造の製作コストをまさに激増させてしまう。また当然、この技術は前記（Ａ）のルートき裂の性能向上には寄与しない。
【００１１】
＜従来対策４＞
これは疲労強度向上を目的とした構造ではないが、現場での据付を容易にするために実施された構造がバトルデッキタイプの構造である。この形式には、図４５に示すような米国において１９３０年代において仮設橋梁用として実施された形態と図４６に示すような日本において提案された形式がある。
【００１２】
図４５（ａ）（ｂ）に示す形態では、横桁４２に支持された断面Ｉ字状縦リブ５３上にデッキプレート２を支承させるようにした形態であり、断面Ｉ字状縦リブ５３の上フランジ５４の両側部をデッキプレート２に隅肉溶接する形態で、この形態の場合には、上フランジ間が固定されていないので、ルートＲが長い構造である。上フランジ５４間の非溶接のルートが大きいため、ルート疲労強度が低いという問題がある。
【００１３】
また、図４６に示す形態では、縦リブを断面逆Ｔ字状縦リブ５５としており、横リブ４１と断面逆Ｔ字状縦リブ５５との接合は、横リブ４１にスカーラップ５６を設けたスミ肉溶接構造となっている。この構造は、断面逆Ｔ字状縦リブ５５のウエブ５７とデッキプレート２との溶接が、ウエブ５７の両側のスミ肉溶接となっていることによって、ウェブ５７の板厚程度とルートが短く、その結果、前記（Ａ）のルート疲労強度が向上している。
ただし、止端側は変わらないはずであるため、前記（Ｂ）止端き裂に対する十分な疲労強度が確保されているかどうかは不明である。非特許文献４に記載の疲労試験においては、断面逆Ｔ字状縦リブ５５と横リブ４１の溶接部においてルートからき裂が発生している。
縦リブの形状を断面Ｉ字状縦リブ５３から断面逆Ｔ字状縦リブ５５に変えたことによって、横リブ４１がせん断で荷重を縦リブ５５に伝えるような形態から、横リブ４１が曲げ梁として直接荷重を受けてしまい、結果、スミ肉溶接で溶接された断面逆Ｔ字状縦リブ５５と横リブ４１の溶接部からルートき裂が発生したようである。なお、この実験は前記の従来対策２のデッキプレート２の板厚増加も同時に用いており、それぞれの効果の寄与分は分析することができない。ただし、まとめて言えば、前記（Ａ）のルートき裂の疲労強度は向上するが、その向上は十分であるのかは確認されていない。また、前記（Ｂ）の止端き裂の疲労強度は特に改善されない。
【００１４】
また、最も橋梁用床版として用いられている旧設計基準によるＲＣ床版は、図４７に示すように、輪荷重が直接載荷され、設計応力における活荷重の影響が大きく、旧設計基準による配力筋不足、床版厚不足に加えて、過積載車輌による影響等により、ひび割れ損傷、耐久性、耐荷力不足を招くようになる。図４７に示す損傷工程順に示すように、床版損傷の進行過程として次の項目が挙げられる。
（１） 等方性に近い版からなる旧設計基準によるコンクリート床版
（２） 一方向ひび割れの発生（乾燥収縮クラックの発生により異方性版に変化）
（３） 二方向ひび割れの発生（輪荷重により、異方性の方向が９０°変化）
（４） 二方向ひび割れの拡大（サイコロ状に近い形態までクラック密度が増加）
（５） ひび割れ幅の拡大（クラック幅の拡大：すり磨き現象、浸透水の浸入凍結膨張等）
（６） 抜け落ち現象（押し抜きせん断強度の低下による抜け落ち）
従来の補修・補強工法としては、工法面（保全技術）からの最適な方法は、床版上面を増厚すると共に、かつ防水層を施し、床版下面にはコンクリート片の落下防止のためにＦＲＰ接着工法を行うのが望ましい方法である。しかし、路面高さを変更できない場合や、損傷が著しく、床版を取り替える必要がある場合がある。この場合は、再度RC床版で施工を行うと、長い工期を必要とするようになる。
【非特許文献１】道路橋示方書疲労設計編
【非特許文献２】合理化鋼床版の論文（勝俣・小笠原・町田・吉家・川瀬・溝江：これからの鋼床版―新しい構造の提案．川田技報，Vol17，1998）
【非特許文献３】リーハイ型論文(Tsakopoulos and Fisher:Fatigue performance and design of steel orthotropic deck panels full-scale laboratory tests, International journal of steel structures, Vol5,No3,2005)
【非特許文献４】中村聖三 プレファブ鋼床版を用いた橋梁床版架け替え工法に関する研究，九州大学博士論文，平成７年４月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の鋼床版構造においては、鋼床版を製造する場合、反転状態のデッキプレート２に、縦リブに閉断面となるように断面Ｕ字状縦リブ４０を通しで用い、そこに横リブ４１をかぶせて溶接する。横リブ４１の断面Ｕ字状縦リブ４０が通る部分にはスリット４７が設けられている。断面Ｕ字状縦リブ４０はデッキプレート２にスミ肉溶接で接合され、横リブ４１と断面Ｕ字状縦リブ４０もスリット４７においてスミ肉溶接で接合される。このとき、スリット４７側の横リブ４１の端部は回し溶接の形態とされる。
【００１６】
このような形態では、閉断面のＵリブ構造が縦リブ４０に用いられることによって、ルート疲労強度が小さくなっている。また、断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１の交差点では、まわし溶接の構造となるために、止端疲労強度が低くなっている。
この両箇所の疲労強度を向上するために、前記の＜対策１＞では、前記（Ａ）のルート疲労強度を十分に上げることができないことが判明している。また、前記（Ｂ）の止端疲労強度は向上しない。
前記＜対策２＞では、前記（Ａ）のルート疲労強度を向上させるが、デッキプレート２厚が厚くなり重くなり、そのために鋼床版としての軽量化のメリットをなくしてしまう。また、前記（Ｂ）の止端疲労強度は向上しない。
前記＜対策３＞では、前記（Ｂ）の止端疲労強度は向上するが、前記（Ａ）のルート疲労強度を向上しない。また、コストを激増させてしまう。
前記＜対策４＞では、前記（Ａ）のルート疲労強度は向上するが、前記（Ｂ）の止端疲労強度は向上しない。
【００１７】
このように、従来から用いられている鋼床版構造では、前記（Ａ）のルート溶接部と、前記（Ｂ）の止端溶接部を同時に向上させることができなかった。また、どちらかを向上させたとしても、それは多くの場合、適正なコストと重量の制限のもとで成立する手法ではなかった。
上記の状況に鑑み、鋼床版構造において、前記（Ａ）のルート溶接部と前記（Ｂ）の止端溶接部の双方の疲労強度を向上させることを課題とする。このとき、過大な重量およびコストが必要とならないことが望まれる。
【００１８】
また、（１）溶接止端の仕上げに関しては、効果がほとんどない。その理由は、損傷した前記（Ａ）のルート溶接部は、ルートき裂であり、閉断面側からの仕上げは不可能だからである。また、前記（Ｂ）の止端溶接部については仕上げを行うと、ルートが露出してしまうことがあるために、仕上げを行うことができないからである。そのため、米国での仕上げを行った鋼床版では、この溶接部の一部をフルペネ（完全溶け込み溶接）にしており、著しいコスト増となっている。
（２）デッキプレート上でのＳＦＲＣ（繊維強化コンクリート）舗装することも知られている。これは損傷した前記（Ａ）のルートき裂には著しく効果的である。しかし、前記（Ｂ）の止端き裂には効果がないという問題がある。また、ＳＦＲＣは高価であるために、コストが高くなる。また、鋼材とＳＦＲＣの付着強度が低く剥がれやすい可能性があるという付着の問題があるために、長期での合成効果が確認されていないという課題も残る。
（３）断面逆Ｔ字状の縦リブ形態としたバトルデッキタイプの鋼床版では、損傷した前記（Ａ）のルートき裂には効果的である。断面逆Ｔ字状縦リブのウエブの溶接が、そのウェブの両側のスミ肉溶接になるために、ルート疲労強度が著しく向上する。しかしながら、損傷した前記（Ｂ）の止端き裂には効果がない。しかも、その疲労き裂はルートからとなる、そのため仕上げを併用したことによる効果も期待しにくい。
【００１９】
老朽化等による既設の鋼床版交換の場合は、工期の短縮が最も重要である。夜間に工事を行い、速度制限つきでも昼間は交通を確保することが社会的損失を最小とする。
本発明は、上記の状況に鑑み、鋼床版構造において、前記（Ａ）のルート溶接部と前記（Ｂ）の止端溶接部の双方の疲労強度を向上させ、過大な重量増加およびコストの増加とならない耐疲労鋼床版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】
【００２０】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の耐疲労鋼床版においては、桁構造物に載置される鋼床版であって、デッキプレートと、当該デッキプレートの下側に複数並べて配置されると共にウェブ及びフランジを有する断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとを備え、前記縦リブのウェブが溶接でデッキプレートの下面に固定されていると共に、前記縦リブのフランジには、前記桁構造物の桁にボルトで固定するためのボルト挿通孔を備えており、前記溶接により形成されるウェブ長手方向の溶接ビードに対して、前記溶接部における断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウェブ平面中心軸線と横桁の平面中心軸線との交差部を中心とする範囲であって、少なくとも前記縦リブ高さ寸法の範囲に、超音波ピーニングを施していることを特徴とする。
第２発明では、第１発明の耐疲労鋼床版において、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブと桁構造物の桁との交差部において、デッキプレートと縦リブのフランジとの間に、デッキプレートからの鉛直方向の力を受ける、断面溝形または断面Ｌ形状の支承金具を、デッキプレートに当接または近接するように配置すると共に、前記支承金具をボルトで断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウエブ部に固定することを特徴とする。
第３発明では、第１発明の耐疲労鋼床版において、間隔をおいて横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ間または断面Ｌ字状縦リブ間に、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブの座屈耐荷力を向上させるために、横桁に支持鋼材を介してボルト接合が可能なスタッドをデッキプレートに設置したことを特徴とする。
第４発明では、第１発明の耐疲労鋼床版において、一端側をデッキプレートに溶接により固定し、他端側を断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブにボルト接合とした短尺横リブを配置し、デッキプレートと短尺横リブとの溶接部を超音波ピーニングしたことを特徴とする。
【００２１】
第５発明の耐疲労鋼床版においては、既設の鉄筋コンクリート床版を架け替える場合に設置される第１発明〜第４発明のいずれかの耐疲労鋼床版であって、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとデッキプレートの合計厚さ寸法が、既設の鉄筋コンクリート床版の厚さ寸法以下とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
第１発明によると、次のような効果が得られる。
（１）鋼床版の重量およびコストの増加はほとんどなく、あるとしてもわずかで、前記（Ａ）のルート溶接部と、前記（Ｂ）の止端溶接部の疲労の疲労寿命が向上し、鋼床版の耐久性を向上させることができる。また、超音波ピーニングを施す部分は、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウェブとデッキプレートとの長い溶接ビードの内の短い範囲であるので、効率よく経済的に鋼床版の疲労寿命を向上させることができる。
（２）鋼床版に疲労損傷が生じた場合でも、桁下で交通を阻害することなく補修を行うことができる。
（３）架替用として用いた場合、コンクリート床版に比べて軽いので、重量の増加が無く、短い工期で床版の交換を行うことができる。
第２発明によると、デッキプレートを支承する支承金具を、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウェブに固定したので、第１発明の効果に加えて、ウェブ先端部の応力負担を軽減して、疲労寿命を向上させることができる。
第３発明によると、横桁に支持鋼材を介してボルト接合が可能なスタッドをデッキプレートに設置したので、第１発明の効果に加えて、鋼床版が浮き上がるような引張力に支持鋼材を介してスタッドを抵抗させることができ、その結果、デッキプレートの橋軸方向圧縮力に対する座屈耐力を向上することができると同時に、縦リブのウェブ溶接部の発生応力を低減させることにより、さらに溶接部の疲労寿命を向上させ、鋼床版の疲労寿命を向上させることができる。
第４発明によると、第１発明の効果に加えて、鋼床版が浮き上がるような引張力と、鋼床版から交通荷重等を伝達するような圧縮力とに短尺横リブを抵抗させることができ、その結果、デッキプレートの橋軸方向圧縮力に対する座屈耐力を向上することができると同時に、縦リブのウェブ溶接部の発生応力を低減させることにより、さらに短尺横リブの溶接部の疲労寿命を向上させ、鋼床版の疲労寿命を向上させることができる。
第５発明の耐疲労鋼床版によると、既設の鉄筋コンクリート床版の厚さ寸法より、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとデッキプレートの合計厚さ寸法が大きくならないように、適宜高さ調整板を介在させて、調整既設の床版上面レベルと同じレベルとすることができ、道路設計により設定された線形を変えることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１から図７は、本発明の第１実施形態の耐疲労鋼床版１およびその耐疲労鋼床版１を横桁４に取り付けた状態を示すものであって、図１は斜視図、図２は正面図、図３はデッキプレート２の一部を切り欠いて示す平面図、図４は図１の一部を拡大して示す斜視図、図５は図４の裏面側から見て一部を切り欠いて示す一部切り欠き斜視図、図６（ａ）は図２におけるデッキプレート２の一部を切り欠いた部分を拡大して示す平面図、図６（ｂ）は（ａ）の正面図、図７は超音波ピーニング部１１を示す側面図である。
【００２５】
図１〜図７に示す第１実施形態の耐疲労鋼床版１は、架替用鋼床版の場合に好適な形態で、鋼製のデッキプレート２に、複数の鋼製の断面逆Ｔ字状縦リブ５が間隔をおいて平行に配置されると共に、各断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６先端部の長手方向全長とデッキプレート２の接触部が、多電極で溶接されて、デッキプレート２の下面に固定されている。
前記溶接部の溶接ビード７（図７参照）のうち、断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ平面中心軸線Ｃ１と横桁４の平面中心軸線Ｃ２との交差部を中心とする範囲であって、溶接ビード長手方向に、好ましい範囲として、例えば、前記縦リブ高さ寸法の２／（√３）の範囲の溶接ビード７に超音波ピーニングを施して、溶接ビード７の部分の疲労強度を向上させていると共に溶接止端部の疲労強度を向上させている。
また、各断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８には、横桁４のフランジ４ｂにボルト９により取り付けるために、横桁４のボルト挿通孔に対応した位置にボルト挿通孔１２がフランジ長手方向（橋軸方向）に間隔をおくと共にフランジ幅方向（橋軸直角方向）に間隔をおいて設けられている。このように断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８を横桁４に、溶接ではなくボルト接合することにより、溶接による疲労強度の問題を解消している。
【００２６】
前記第１実施形態の構造の耐疲労鋼床版１を製作する場合には、例えば、12mm〜16mmのデッキプレート２に、高さ200〜250mmの各断面逆Ｔ字状縦リブ５を300〜400mm間隔で配置し、多電極で溶接する。溶接の大きさは4〜9mm両スミ肉である。前記の溶接後の溶接ビードの一部分に、各断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６の中心軸線と横桁４との交点近傍を超音波ピーニングによるＵＩＴ（Ultrasonic impact treatment）処理を行う。
【００２７】
前記の超音波ピーニングの処理範囲は広ければ広いほうがよいが、好ましくは、各断面逆Ｔ字状縦リブ５から横桁４への応力伝達において、荷重の伝達領域の広がりを30度程度で考えて、各断面逆Ｔ字状縦リブ５の高さの2/（√3）程度以上を処理することが好ましい。より好ましくは、少なくとも各断面逆Ｔ字状縦リブ５の高さ寸法の範囲（縦リブ５の高さ寸法が200mmなら、前記交点を中央として少なくとも200mmの範囲）を処理することである。超音波ピーニング（UITの処理）によって、溶接部に存在する応力集中と引張残留応力を低減し、これらによる疲労き裂発生の原因をなくした溶接ビード７の止端は、著しく疲労強度を向上する。
【００２８】
また、ルートは両スミ肉溶接になっているために、高い応力が生じることはなく、トータルとして高い疲労強度をえることができる。そのため、条件や設計によっては、鋼床版３に各断面逆Ｔ字状縦リブ５に交差するように、横リブを設置しなくても、十分な疲労強度を確保することができる。
横リブが存在しない場合は、鋼床版部の補剛板としての圧縮耐荷力が低下するために、新設構造に用いることは困難である。一方、架替構造では死荷重を床版構造で負担しないでよいために、ほとんど橋軸方向の負担応力は発生しない。
【００２９】
前記の超音波ピーニングをするための超音波ピーニング装置２９としては、図８に示すように、トランスデューサー３０と、このトランスデューサーの前面に設けられたウエーブガイド３１と、ウエーブガイドの先端に設けられ、自由振動体３４を支持するホルダー３３と、このホルダーを支持する支持体３５とから基本的に構成されており、後端にハンドル３６を有するケース３７に収納されている。電源３８から供給された電気エネルギーはトランスデューサー３０により超音波領域の機械振動に変換され、生じた超音波振動はこれに接続されたウエーブガイド３１を伝播する。ウエーブガイドの径が前方に向かって絞られていることによって超音波振動の伝播速度が変性され、振動が増幅される。超音波振動はウエーブガイド３１の先端からホルダー３３に支持されている自由振動体３４に伝わり、これを超音波振動させる。この自由振動体３４の振動により処理対象を打撃し、ピーニング処理するものである。通常、ピーニング処理は、振幅２０〜６０μｍ、周波数１５ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ、出力０．２〜１．５ＫＷで処理するのが一般的である。
【００３０】
なお、上記自由振動体３４として、図８においては、凸状の先端を持つピンの例を示したが、処理対象物の状況に応じて、先端部が凸又は凹状であるピン、或いは球状のショット（超音波ショットピーニング）等も選択できる。
【００３１】
この超音波ピーニング処理装置２９は、１００〜２００Ｖの通常電源３８により作動でき、重量が５kg程度で可搬であり、反動も少ないので、作業者がハンドル３６を利用してこれを保持し、処理対象物の処理箇所に近接して処理作業をすることが可能である。
【００３２】
横桁４の間隔は、2．5mが標準とするが、それ以上の間隔も設計的な検討をすればよい。横桁４と各断面逆Ｔ字状縦リブ５をボルト・ナット９で固定する。
【００３３】
前記の各断面逆Ｔ字状縦リブ５以外にも、図示を省略するが、各断面逆Ｔ字状縦リブ５におけるウェブ６片側のフランジを省略するような断面Ｌ字状縦リブでもよく、その断面Ｌ字状縦リブのウェブをデッキプレート２に前記と同様な溶接により固定するようにしてもよい。
【００３４】
したがって、本発明の実施形態では、デッキプレート２の下面に設置の縦リブは、断面逆Ｔ字状縦リブでも、あるいは断面Ｌ字状縦リブでもよく、いずれか一方の縦リブのウェブが、溶接でデッキプレート２の下面に設置され、前記断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブ５のフランジ８には、横桁４にボルト９で固定するためのボルト挿通孔１２を備えており、断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのウェブ平面中心軸線Ｃ１と横桁４の平面中心軸線Ｃ２の交差部を中心とする範囲であって、断面逆Ｔ字状縦リブ５または断面Ｌ字状縦リブのウェブ長手方向の溶接ビード７に、溶接ビード長手方向に、例えば、前記縦リブ高さ寸法の２／（√３）の範囲に、より好ましくは、少なくとも各断面逆Ｔ字状縦リブ５の高さ寸法の範囲（縦リブ５の高さ寸法が200mmなら、前記交点を中央として少なくとも200mmの範囲）に超音波ピーニングを施している耐疲労鋼床版である。
【００３５】
（第２実施形態）
図９〜図１６は、本発明の第２実施形態の耐疲労鋼床版３および横桁上に設置した構造を示したもので、前記第１実施形態の構造に、さらに各断面逆Ｔ字状縦リブ５（図示を省略するが各断面Ｌ字状縦リブ）のウェブ６の両側に、横断面Ｃ形等の横断面溝形の鋼製の支承金具１３のウェブ１３ａを、縦リブ５のウェブ６を介して背中合わせとなるようにボルト９により固定し、各支承金具１３の上端面によりデッキプレート２の下面を支承し、横桁直上のウェブ１３ａの応力負担を軽減すると共にウェブ６の剛性を高めるべく横桁直上に位置するように設置した形態である。
各支承金具１３の上端面はデッキプレート２の下面に接触した状態または近接した状態でよく、デッキプレート２に輪重等の鉛直荷重（圧縮荷重）が作用した場合に支承金具１３により支承するようにしている。支承金具１３としては、横断面溝形の支承金具１３における一方のフランジを省略した横断面Ｌ字状の支承金具１３でもよく、すなわち、一片をフランジとし他辺をウェブとする横断面Ｌ字状の支承金具でもよく、このような横断面Ｌ字状の支承金具のウェブ１３ａを、縦リブ５のウェブ６の両側に当接させて対称に配置し、ボルト・ナットにより固定するようにしてもよい。
その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付している。
【００３６】
前記第２実施形態の構造の耐疲労鋼床版１を製作する場合には、前記第１実施形態と同様に、例えば、12mm〜16mmのデッキプレート２に、高さ200〜250mmの各断面逆Ｔ字状縦リブ５を300〜400mm間隔で配置し、多電極で溶接する。溶接の大きさは4〜9mm両スミ肉である。前記の溶接後の溶接ビードの一部分に、各断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６の中心軸線と横桁４との交点近傍を、少なくとも各断面逆Ｔ字状縦リブ５の高さ寸法の範囲（縦リブ５の高さ寸法が200mmなら、前記交点を中央として少なくとも200mmの範囲）を超音波ピーニングによるＵＩＴ処理を行うことが好ましい。
前記のように支承金具１３を設置する場合は、支承金具１３により縦リブ５のウェブ６を拘束するため、この拘束により、縦リブ５の応力が集中する範囲が狭くなるので、図１５に示すように、各支承金具１３におけるフランジ１３ｂの両側におけるデッキプレート２と縦リブ５のウェブ６との表裏両側の溶接ビード７の部分で、デッキプレート２の板厚ｔの2倍程度の範囲（２ｔ）の溶接ビード７を、超音波ピーニングを行えばよい。その後、支承金具１３を設置する。
支承金具１３としては、断面Ｃ形で高さ200ｍｍのチャンネルや断面Ｌ形で高さ２００ｍｍのアングル材に加工した支承金具１３を縦リブ５のウェブ６両側に配置し、これらのボルト挿通孔に渡ってボルト９を挿通してナットにより締め付け固定する。ボルト９としては、M20〜M24でF10Tの高力ボルトを使用して固定するとよく、支承金具１３の下端部と縦リブ５のフランジ８との間は間隙があってもよく、図１６に示すように、支承金具１３下端部と縦リブ５のフランジ８との間に、楔式のスペーサー２０を打ち込んだ状態でもよく、この場合、支承金具１３の上端面をデッキプレート２の下面に当接してもよい。
縦リブ５が断面Ｌ字形の場合には、断面Ｌ字形の片側下部にはフランジがあるので、前記と同様に支承金具１３を配置することができるが、反対側はフランジがないので、支承金具１３と横桁との間は間隙がある状態、または前記間隙に楔式のスペーサ−２０を打ち込んだ状態でもよい。
前記のように支承金具１３とデッキプレート２は溶接されていないので、その間に引張力は生じないが、圧縮力は伝達することができる。トラックの輪荷重は圧縮応力を生じさせるため、交通荷重に対しては十分な効果を発揮することができる。支承金具１３の高さは設計で決めることができるが、スペーサー２０を打ち込めば、輪荷重の反作用で生じるわずかな負方向の曲げについても拘束し、縦リブ５のウェブ６に作用する発生応力を低下させることができる。支承金具１３は、縦リブ５の高さの１／２以上であるのが、十分なデッキプレートの補剛効果を得るためにはよい。
横桁４の間隔は、2．5mを標準とするが、それ以上の間隔でも適宜、設計により設定すればよい。横桁４と縦リブ５のフランジ８をボルト９で固定する点は前記の実施形態の場合と同様である。
【００３７】
（第３実施形態）
図１７〜図２４は、本発明の第３実施形態の鋼床版３およびこれを横桁４に設置した状態を示すものであって、この形態では、前記の第２実施形態に、さらに、間隔をおいて横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ５間（または図示省略の断面Ｌ字状縦リブ間）に、断面逆Ｔ字状縦リブ５（または図示省略の断面Ｌ字状縦リブ）の座屈耐荷力を向上させるために、横桁４にボルト接合が可能なスタッド２１をデッキプレート２に設置した形態の鋼床版３である。
【００３８】
中間部にボルト挿通孔を有するスタッド２１の上端部をデッキプレート２に溶接（フルペネトレーション）により固定され、その溶接部は超音波ピーニングによるＵＩＴ処理（超音波衝撃処理）されて疲労寿命を高めている。また、断面逆Ｔ字状縦リブ５間において、横桁４のフランジ８上面で、例えば、前記横桁４のウェブ４ａの垂直面上において、断面Ｌ形（図示の場合）または板状で中間部にボルト挿通孔を有する支持鋼材１５の下端部が溶接により固定され、前記支持鋼材１５とスタッド２１のボルト挿通孔にボルト９が挿通されると共にナットがねじ込まれて、支持鋼材１５とスタッド１４が連結され、鋼床版３に作用する引張力および圧縮力に対して連結された支持鋼材１５とスタッド２１により抵抗し、縦リブ５の座屈耐荷力を向上させるようにしている。前記のように支持鋼材１５の上フランジによりデッキプレート２の下面を支承するようにしてもよく、前記上フランジ１５ａを省略して版状の支持鋼材１５としてもよい。
【００３９】
前記第３実施形態の鋼床版３を製作する場合は、前記の第２実施形態における支承金具１３を設置する前に、ボルト挿通孔を有するスタッド２１をデッキプレート２に固着する。
また、スタッド２１の溶接部にもＵＩＴを処理してもよい、スタッド１４の固着は、完全溶け込み溶接であるので、非常に効率よくＵＩＴによって疲労強度が向上する。
【００４０】
その後、前記の支承金具１３を設置する。また、横桁４には、ボルト孔を有する断面Ｌ形または平鋼からなる支持鋼材１５を溶接で固定して設置しておく。断面逆Ｔ字状縦リブ５を横桁４とボルトで固定し、さらに横桁４に設置した支持鋼材１５をデッキプレート２から下向きに突き出したスタッド２１と接合する。
【００４１】
前記第３実施形態では、デッキプレート２からの圧縮力は支承金具１３を介して伝達され、また、引張力は、デッキプレート２→スタッド１４→支持鋼材１５→横桁４と順に伝達される。そのため、デッキプレート２の上下方向の変位を拘束し、補剛版としての座屈耐荷力を確保することができる。
【００４２】
その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００４３】
（第４実施形態）
図２５は、本発明の第４実施形態の鋼床版３の一部を示したもので、この形態では、前記第１実施形態の鋼床版３における横方向に隣り合う各断面逆Ｔ字状縦リブ５間で、横桁４直上に位置するように、横断面Ｌ形（図２５（ａ）および（ｂ）の場合）または横断面Ｃ形等の横断面溝形あるいは横断面Ｈ形の等の短尺横リブ１６（図２５（ｃ、ｄの場合）のウェブ１６ａ上端部をデッキプレート２の下面に当接して、その当接部全周を全周すみ肉溶接で溶接し、その全周を超音波ピーニングしている形態である。
図２５（ｃ）（ｄ）に示す形態では、横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ５における各ウェブ６に、断面溝形の短尺横リブ１６のフランジ１６ｂを当接し、断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６とその両側の短尺横リブ１６のボルト挿通孔に渡って、ボルト９が挿通されている共にナットにより固定されている構造であるので、橋軸直角方向に連続した横リブ構造とすることができる。
【００４４】
また、前記短尺横リブ１６の横方向の縦板を縦リブ５におけるウェブ６にボルトにより固定している。前記のような短尺横リブ１６を設置する場合は、短尺横リブ１６による縦リブ６の拘束により、縦リブ５におけるウェブ６への応力が集中する範囲が狭くなるので、短尺横リブ１６を設置する場合には、短尺横リブ１６におけるウェブ１６ａのデッキプレート２への設置点を中心に、デッキプレート２と断面逆Ｔ字状縦リブ５におけるウェブ６との溶接ビード７に、デッキプレート２の板厚の２倍程度の範囲について、超音波ピーニングを、断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６の両面側の溶接ビードに行うようにすればよい。
また、前記の超音波ピーニングをした後に、断面逆Ｔ字状縦リブ５と短尺横リブ１６とのボルト挿通孔に渡って、ボルト９を挿通し、ナットをねじ込んで、ボルト接合を行う。短尺横リブ１６は、溶接でデッキプレート２と接合されるために、デッキプレート２の座屈を拘束し、デッキプレート２の座屈耐力を確保することができる。
【００４５】
前記の第１実施形態あるいは第４実施形態の鋼床版３を、損傷したＲＣ床版に代わって架け替える場合について、図２６から図２９を参照して説明する。
【００４６】
図２６に示す既存の状態から図２７に示すように、I型断面を有する複数の主桁１８に渡って、主桁１８のウェブ１８ａを挟んで連結するように、ＲＣ床版１７の下側に増設するように横桁４（以下、増設横桁とも言う）を設置する。増設された横桁１４と主桁１８のウェブ１８ａとは、必要に応じウェブ１８ａを補強して、ボルトあるいは溶接等により取り付ける。前記横桁４の設置後、ＲＣ床版１７の一部を除去する。主桁１８と増設した横桁４の上面を同レベルとするために、その除去したＲＣ床版１７の部分の増設横桁４に、ライナープレート１８（図２９参照）を置いて、レベルを出した後、前記第１〜第４実施形態等の耐疲労鋼床版３を架替用鋼床版として、これを3m×10m程度のブロックで、主桁１８と増設横桁４に設置する。耐疲労鋼床版３の設置後、増設横桁４のフランジ８と耐疲労鋼床版３における断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８を、高力ボルト等のボルト９で接合する。前記のような損傷したＲＣ床版の除去と、本発明の耐疲労鋼床版３の設置のプロセスを繰り返して、新しい耐疲労鋼床版３を徐々に橋軸方向あるいは橋軸直角方向に形成してゆく。耐疲労鋼床版３を形成した後は、デッキプレート２上に、防水工などの一次覆工２２と、アスファルト舗装等の２次覆工２３を実施して作業は終わる。
【００４７】
前記の作業中、ボルトで耐疲労鋼床版３を固定し、既設ＲＣ床版１７とのアスファルト舗装分の段差を、縞鋼板を置いて養生すれば、車線を封鎖する時間は最小限で済むことができる。
【００４８】
図３０〜図３５は、新設用の鋼床版箱桁１に適用する場合の概略説明図であって、デッキプレート２の下面側を上にして配置し、そのデッキプレート２に、図３１に示すように断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６を溶接により固定し、次いで図３２に示すように、断面逆Ｔ字状縦リブ５間あるいは断面逆Ｔ字状縦リブ５に渡って、短尺横リブ１６のフランジ１６ｂを固定し、短尺横リブ１６のウェブ１６ａをデッキプレート２に溶接により固定した状態としておく。
【００４９】
一方、箱桁本体１ａについては、図３３に示すように、箱桁における下フランジとなる２点鎖線で示す底版１９上に主桁（ウェブ）１８を固定して、底部と両側部の３面状態とした後、隣り合う主桁（ウェブ）１８にわたる横桁４を仮付けしてブロックとした状態で反転し、図３４に示すように、断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８上に、前記ブロックの横桁４を載置して、デッキプレート２と主桁（ウェブ）１８を溶接により固定し、それから断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジ８と横桁４のフランジ８をボルトにより本締めして一体化した後、横桁４と断面逆Ｔ字状縦リブ５のフランジを高力ボルトで締め付け、断面逆Ｔ字状縦リブ５と短尺横リブ１６のボルトを本締めする。その後、箱桁１全体を反転して、橋脚上の支承装置等に前記２点鎖線とした底版１９を載置するように設置される。
【００５０】
図３５には、図３０から図３４の概略図を、箱桁製作工程と鋼床版の製作工程とを系統別に製作して合体化するまでを、系統別に図示されている。
（実施例）
【００５１】
図３６から図４０は、従来技術の断面Ｕ字状縦リブ４０と横リブ４１を備えた鋼床版４９の場合と、本発明の断面逆Ｔ字状縦リブ構造を有する耐疲労鋼床版１の場合とで、載荷試験を行って両者を比較した際の説明図である。
図３６は、比較例である従来技術の鋼床版４９における載荷荷重の移動方向を示した図であり、横リブ４１を基点として、橋軸方向に載荷荷重が移動するものとした。実際の条件としては、図３７（ａ）、（ｂ）に示すように、載荷荷重走行試験機を用いて、一点の輪荷重（１５ｔ）を断面Ｕ字状縦リブ４０の真上におけるデッキプレート２上に載荷して、橋軸方向に移動するようにした。その際、図３７（ａ）に示した部位Ａ１および部位Ａ２に２軸のひずみゲージを貼って、輪荷重移動の際の発生応力を測定した。部位Ａ１の位置としては、下部に横リブ４１が存在するデッキプレート２上であって、且つ断面Ｕ字状縦リブ４０とデッキプレート２との接触部から３０ｍｍ離れた位置とした。部位Ａ２の位置としては、部位Ａ１のデッキプレート２を挟んで反対側のデッキプレート２の裏面位置とした。尚、本載荷試験では、被労性能も評価するため、輪荷重はデッキプレート２上を橋軸方向に往復移動させるようにした。
また、図３８は、比較例にて、輪荷重がＡ１点を通る橋軸直角方向の線（荷重の中央線と呼ぶ）において橋軸方向に移動した際の、Ａ１点及びＡ２点における発生応力を示し（横軸は輪荷重をかけている位置の荷重の中央線からの距離（mm）を表し、縦軸は発生応力（ＭＰａ）を表す）、そのうち左図は、発生応力のうち橋軸直角方向成分の応力（デッキプレート２の上面Ａ１と下面Ａ２）、右図は、発生応力のうち橋軸方向成分の応力（デッキプレート２の上面Ａ１と下面Ａ２）である。
【００５２】
図３９（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は、実施例における輪荷重載荷試験機を用いた載荷試験の際の、試験体の構造を示した図である。輪荷重条件は上述した比較例での条件と同様であるが、荷重は断面逆Ｔ字状縦リブ５のウェブ６が配置されている位置におけるデッキプレート２上に載荷している。試験体は、デッキプレート２の下部に断面逆Ｔ字状縦リブ５を溶接接合し、横桁４上に載置してボルト接合した構造としている。図３９（ｂ）は橋軸方向の側面図で、そのＣ−Ｃ矢視図が図３９（ａ）、Ｄ−Ｄ矢視図が図３９（ｃ）である。発生応力を調べるため、２軸のひずみゲージを、横桁４が存在する橋軸直角方向断面における、デッキプレート２と断面逆Ｔ字状縦リブ５との接合部から３０ｍｍ離れた位置のデッキプレート２の上面Ａ３と下面Ａ４（図３９（ａ）参照）に貼りつけている。
また、図４０のグラフは、輪荷重が荷重の中央線から橋軸方向に移動した際の、Ａ３点及びＡ４点における発生応力を示し（横軸は輪荷重をかけている位置の荷重の中央線からの距離（mm）を表し、縦軸は発生応力（ＭＰａ）を表す）、そのうち左図は、発生応力のうち橋軸直角方向成分の応力（デッキプレート２の上面Ａ３と下面Ａ４）を示し、右図は、発生応力のうち橋軸方向成分の応力（デッキプレート２の上面Ａ３と下面Ａ４）を示す。
試験した結果を表１に示す。尚、比較例、実施例共に、輪荷重試験の往復運動回数は、溶接部にき裂が生じるまで行い、き裂が生じない場合は、４００万回迄行った。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１で示した発生応力振幅Δとは、Ａ１〜Ａ４点それぞれにおける最大発生応力と最小発生方力の差を絶対値表示したものであり（応力差が大きい橋軸直角方向の応力差を記載）、疲労強度に影響するパラメータである。
表１からわかるように、比較例では、部位Ａ１及び部位Ａ２での発生応力振幅Δが共に１４０ＭＰａであり、溶接部のき裂は、デッキプレートと断面Ｕ字状横リブの溶接部では1,500,000回で発生し、縦リブと横リブとの交差部（表中では、縦横リブ交差部と記載）では1,000,000回で発生している。
それに対して、実施例における部位Ａ３及び部位Ａ４での発生応力振幅Δは、共に１５０ＭＰａと、比較例に比べて僅かに大きい値となったが、疲労き裂は発生しなかった。
これは、実施例では、デッキプレート２と断面逆Ｔ字状縦リブ５との溶接部を超音波ピーニングによるＵＩＴ処理をしており、断面逆Ｔ字状縦リブ５といるため、疲労的な弱点が押さえられたためと考えられる。
【００５５】
次に、ＦＥＭ解析により、上述した比較例と実施例で使用した試験材の構造と、更に、実施例の断面逆Ｔ字状縦リブ構造に図１２に示す支承金具１３を入れた構造の３種類の構造で、上述の試験体にひずみゲージを取り付けた位置に相当する解析モデル上の位置での発生応力振幅Δを計算した。尚、ＦＥＭ解析では、トラックの輪荷重に相当した荷重を、面荷重で与え、その荷重を移動させて作用させている。計算結果を表２に示す．
【００５６】
【表２】
【００５７】
前記の表２に示す結果から、ＦＥＭ解析による発生応力振幅Δの値は、上述した比較例及び実施例の載荷試験結果の値と略一致しており、解析結果は確からしいことが判る。
ここで、実施例の試験体構造に支承金具を入れた構造におけるＦＥＭ解析結果を見ると、発生応力振幅Δは４０ＭＰａであり、支承金具を入れたことにより、デッキプレート２と断面逆Ｔ字状縦リブ５との溶接部での応力は劇的に低下していることが判る。
実施例の構造では、発生応力振幅Δが１６０ＭＰａであっても、疲労き裂が発生していないことから、支承金具を入れた構造においては、疲労によるき裂発生は、更に生じにくくなるものと考えられる。
【００５８】
以上より、従来技術においては、E等級程度であった鋼床版の被労強度が、本発明の耐疲労鋼床版とすることにより、少なくともD等級程度の疲労強度が得られることが判る。このように疲労寿命が格段に向上する耐疲労鋼床版となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態の耐疲労鋼床版を示す斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１に示す耐疲労鋼床版におけるデッキプレートの一部を切り欠いて示す平面図である。
【図４】図１の一部を拡大して示す斜視図である。
【図５】図４の裏面側から見て一部を切り欠いて示す一部切り欠き斜視図である。
【図６】（ａ）は図３におけるデッキプレートの一部を切り欠いた部分を拡大して示す平面図、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図７】デッキプレートと断面逆Ｔ字状縦リブにおけるウェブとの溶接部の溶接ビードに超音波ピーニングを施す部分を示す側面図である。
【図８】超音波ピーニング装置を示す概略正面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の耐疲労鋼床版を示す斜視図である。
【図１０】図９の正面図である。
【図１１】図９に示す耐疲労鋼床版におけるデッキプレートの一部を切り欠いて示す平面図である。
【図１２】図９の一部を拡大して示す斜視図である。
【図１３】図１２の裏面側から見て一部を切り欠いて示す一部切り欠き斜視図である。
【図１４】（ａ）は図１１におけるデッキプレートの一部を切り欠いた部分を拡大して示す平面図、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図１５】デッキプレートと断面逆Ｔ字状縦リブにおけるウェブとの溶接部の溶接ビードに超音波ピーニングを施す部分を示すものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１６】支承金具の下側に楔を配置する形態を示すものであって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態の耐疲労鋼床版を示す斜視図である。
【図１８】図１７の正面図である。
【図１９】図１７に示す耐疲労鋼床版におけるデッキプレートの一部を切り欠いて示す平面図である。
【図２０】図１７の一部を拡大して示す斜視図である。
【図２１】図１７の裏面側から見て一部を切り欠いて示す一部切り欠き斜視図である。
【図２２】（ａ）は図１９におけるデッキプレートの一部を切り欠いた部分を拡大して示す平面図、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図２３】（ａ）は図２２（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図２４】（ａ）は中間部にボルト挿通孔を有するスタッドの基端側溶接部を反転して示す斜視図、（ｂ）は横桁上に連結鋼材を設置している状態を示す斜視図である。
【図２５】本発明の第４実施形態の耐疲労鋼床版を説明するための説明図であって、（ａ）および（ｂ）は、横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ間に短尺横リブを片側の断面逆Ｔ字状縦リブから張り出すように設けた形態を示す一部縦断正面図、（ｂ）はその矢視断面図、（ｃ）は横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブに接続するように短尺横リブを設けた形態を示す一部縦断正面図、（ｄ）は（ｃ）の矢視断面図である。
【図２６】損傷した鉄筋コンクリート床版を撤去している状態を示す斜視図である。
【図２７】既設の主桁に渡って横桁を増設している状態を示す斜視図である。
【図２８】本発明の耐疲労鋼床版を架け替え用に設置している状態を示す斜視図である。
【図２９】増設された横桁上に調整プレートを介在させて、本発明の耐疲労鋼床版を設置した状態を示す正面図である。
【図３０】デッキプレートを反転は位置した状態を示す概略斜視図である。
【図３１】デッキプレートに断面逆Ｔ字状縦リブを設置した状態を示す概略斜視図である。
【図３２】横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブに短尺横リブを設置している状態を示す概略斜視図である。
【図３３】箱桁本体を示す斜視図である。
【図３４】耐疲労鋼床版に箱桁本体部を載置して一体化している状態を示す斜視図である。
【図３５】耐疲労鋼床版と箱桁本体とを一体化するまでの工程説明図である。
【図３６】載荷試験を説明するための説明図である。
【図３７】（ａ）は鋼床版に載荷している状況を示す正面図、（ｂ）は斜視図である。
【図３８】比較例におけるデッキプレート部分の発生応力を示す図である。
【図３９】実施例の耐疲労鋼床版の構造を示す説明図である。
【図４０】実施例におけるデッキプレート部分の発生応力を示す図である。
【図４１】従来技術の鋼床版を設置した箱桁を示す斜視図である。
【図４２】（ａ）〜（ｃ）は従来技術の断面Ｕ字状縦リブの溶接部の疲労き裂を説明するための説明図である。
【図４３】従来の疲労き裂の対策を説明するための説明図である。
【図４４】従来の疲労き裂の対策を説明するための説明図である。
【図４５】（ａ）従来の鋼床版を設置した状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す重症面図である。
【図４６】従来の他の鋼床版を設置した状態を示す正面図である。
【図４７】鉄筋コンクリート床版の損傷工程を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 鋼床版箱桁
２ デッキプレート
３ 耐疲労鋼床版
４ 横桁
４ａ ウェブ
４ｂ フランジ
５ 断面逆Ｔ字状縦リブ
６ ウェブ
７ 溶接ビード
８ フランジ
９ ボルト
１０ フランジ
１１ 超音波ピーニング
１２ ボルト挿通孔
１３ 支承金具
１３ａ ウェブ
１３ｂ フランジ
１４ スタッド
１５ 支持鋼材
１６ 短尺横リブ
１６ａ ウェブ
１６ｂ フランジ
１７ ＲＣ床版
１８ 主桁
１９ 底版
２０ スペーサー
２１ スタッド
２２ 一次覆工
２３ ２次覆工
２９ 超音波ピーニング装置
３０ トランスデューサー
３１ ウエーブガイド
３３ ホルダー
３４ 自由振動体
３５ 支持体
３６ ハンドル
３７ ケース
３８ 電源
４０ 断面Ｕ字状縦リブ
４１ 横リブ
４２ 横桁
４３ 主桁
４４ 側板
４５ 溶接ビード
４６ ルートき裂
４７ Ｕ字状スリット部
４８ 止端き裂
４９ 鋼床版
５０ グラインダー
５１ 回し溶接部
５２ のど厚
５３ 断面Ｉ字状縦リブ
５４ 上フランジ
５５ 断面逆Ｔ字状縦リブ
５６ スカーラップ
５７ ウエブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
桁構造物に載置される鋼床版であって、
デッキプレートと、当該デッキプレートの下側に複数並べて配置されると共にウェブ及びフランジを有する断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとを備え、
前記縦リブのウェブが溶接でデッキプレートの下面に固定されていると共に、前記縦リブのフランジには、前記桁構造物の桁にボルトで固定するためのボルト挿通孔を備えており、
前記溶接により形成されるウェブ長手方向の溶接ビードに対して、前記溶接部における断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウェブ平面中心軸線と横桁の平面中心軸線との交差部を中心とする範囲であって、少なくとも前記縦リブ高さ寸法の範囲に、超音波ピーニングを施していることを特徴とする耐疲労鋼床版。
【請求項２】
請求項１の耐疲労鋼床版において、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブと桁構造物の桁との交差部において、デッキプレートと縦リブのフランジとの間に、デッキプレートからの鉛直方向の力を受ける、断面溝形または断面Ｌ形状の支承金具を、デッキプレートに当接または近接するように配置すると共に、前記支承金具をボルトで断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウエブ部に固定することを特徴とする耐疲労鋼床版。
【請求項３】
請求項１の耐疲労鋼床版において、間隔をおいて横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ間または断面Ｌ字状縦リブ間に、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブの座屈耐荷力を向上させるために、横桁に支持鋼材を介してボルト接合が可能なスタッドをデッキプレートに設置したことを特徴とする耐疲労鋼床版。
【請求項４】
請求項１の耐疲労鋼床版において、一端側をデッキプレートに溶接により固定し、他端側を断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブにボルト接合とした短尺横リブを配置し、デッキプレートと短尺横リブとの溶接部を超音波ピーニングしたことを特徴とする耐疲労鋼床版。
【請求項５】
既設の鉄筋コンクリート床版を架け替える場合に設置される請求項１〜４のいずれかに記載の耐疲労鋼床版であって、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとデッキプレートの合計厚さ寸法が、既設の鉄筋コンクリート床版の厚さ寸法以下とされていることを特徴とする耐疲労鋼床版。
【請求項１】
桁構造物に載置される鋼床版であって、
デッキプレートと、当該デッキプレートの下側に複数並べて配置されると共にウェブ及びフランジを有する断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとを備え、
前記縦リブのウェブが溶接でデッキプレートの下面に固定されていると共に、前記縦リブのフランジには、前記桁構造物の桁にボルトで固定するためのボルト挿通孔を備えており、
前記溶接により形成されるウェブ長手方向の溶接ビードに対して、前記溶接部における断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウェブ平面中心軸線と横桁の平面中心軸線との交差部を中心とする範囲であって、少なくとも前記縦リブ高さ寸法の範囲に、超音波ピーニングを施していることを特徴とする耐疲労鋼床版。
【請求項２】
請求項１の耐疲労鋼床版において、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブと桁構造物の桁との交差部において、デッキプレートと縦リブのフランジとの間に、デッキプレートからの鉛直方向の力を受ける、断面溝形または断面Ｌ形状の支承金具を、デッキプレートに当接または近接するように配置すると共に、前記支承金具をボルトで断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブのウエブ部に固定することを特徴とする耐疲労鋼床版。
【請求項３】
請求項１の耐疲労鋼床版において、間隔をおいて横方向に隣り合う断面逆Ｔ字状縦リブ間または断面Ｌ字状縦リブ間に、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブの座屈耐荷力を向上させるために、横桁に支持鋼材を介してボルト接合が可能なスタッドをデッキプレートに設置したことを特徴とする耐疲労鋼床版。
【請求項４】
請求項１の耐疲労鋼床版において、一端側をデッキプレートに溶接により固定し、他端側を断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブにボルト接合とした短尺横リブを配置し、デッキプレートと短尺横リブとの溶接部を超音波ピーニングしたことを特徴とする耐疲労鋼床版。
【請求項５】
既設の鉄筋コンクリート床版を架け替える場合に設置される請求項１〜４のいずれかに記載の耐疲労鋼床版であって、断面逆Ｔ字状縦リブまたは断面Ｌ字状縦リブとデッキプレートの合計厚さ寸法が、既設の鉄筋コンクリート床版の厚さ寸法以下とされていることを特徴とする耐疲労鋼床版。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【公開番号】特開２００７−３２７２５６（Ｐ２００７−３２７２５６Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５９５１５（Ｐ２００６−１５９５１５）
【出願日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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