ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋及びその架設方法
【課題】鋼少数主桁橋に比べ経済的に有利なＰＣ鋼コンクリート合成桁橋を提供する。
【解決手段】下端に鋼フランジ１２を取付けた波形鋼板ウエブ１１の上端に波形鋼ウエブ１１と一体のコンクリートフランジ１３を形成してプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を製造し、２つのプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を地組して連結したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１をベント架設又はガーダ架設により順次橋台２１と橋脚２２との間に架設し、各プレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１間のコンクリートフランジ１３の端面を当接させ、波形鋼板ウエブ１１を結合し、鋼フランジ１２を橋軸方向に結合して、橋台２１と橋脚２２との間に単純桁として支持させ、上床版２３を施工した後、橋梁の橋軸方向に外ケーブル３０を用いて橋台２１と橋脚２２との間の桁橋にプレストレスを導入する。
【解決手段】下端に鋼フランジ１２を取付けた波形鋼板ウエブ１１の上端に波形鋼ウエブ１１と一体のコンクリートフランジ１３を形成してプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を製造し、２つのプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を地組して連結したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１をベント架設又はガーダ架設により順次橋台２１と橋脚２２との間に架設し、各プレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１間のコンクリートフランジ１３の端面を当接させ、波形鋼板ウエブ１１を結合し、鋼フランジ１２を橋軸方向に結合して、橋台２１と橋脚２２との間に単純桁として支持させ、上床版２３を施工した後、橋梁の橋軸方向に外ケーブル３０を用いて橋台２１と橋脚２２との間の桁橋にプレストレスを導入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋及びその架設方法に関し、さらに詳しくは、支間４０ｍ〜６０ｍ程度の橋梁であって、波形鋼板ウエブを有し、場所打ちコンクリート床版もしくはプレキャストＰＣ床版を合成させた、ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋及びその架設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来ウエブに波形鋼板を用いたコンクリートＴ桁では、上下フランジがコンクリート製であったため、重量が重くなった。また、下フランジに大きな圧縮応力度を導入する必要があることから、大容量のプレストレスが必要であり、また大容量のプレストレスを導入することにより発生する導入直後の圧縮応力度に抵抗するため、大きな下フランジが必要となり、重量の増加を招いていた。
【０００３】
さらに、波形鋼板ウエブを用いたＴ桁では、プレキャストセグメント構造の桁を接合するときに、接合部の応力度をフルプレストレス状態にする必要があり、構造上の弱点となっていた。また、桁端部には大容量のＰＣ鋼材を定着するため、曲げ上げ配置する必要があり、コンクリートを巻き立てることから重量増の原因にもなっていた。
【０００４】
支間が４０〜６０ｍ程度の橋梁では、従来の波形鋼板ウエブＴ桁に対して鋼少数主桁橋が設計上有利と考える設計者もあり、山間部を除く通常の多径間の連続高架橋の多くで鋼少数主桁橋が採用される場合も見受けられる。
【０００５】
しかし、従来の鋼桁は、鋼桁の上フランジが、大きな圧縮力を受け持つため、高価な鋼を多く使用する。また、ウエブは、平鋼板を使用しているが、座屈に対して補剛するために、鉛直補剛材及び水平補剛材を数多く溶接で取り付ける必要がある。
【０００６】
従来の鋼桁にプレストレスを与えると、鉛直のウエブが拘束し、主桁にプレストレスが導入されない。通常上床版はコンクリート製であるため、鋼フランジとの接合が難しく、非合成構造となっているものが多い。合成構造とする場合には、スタッドを数多く溶植する必要があり、プレキャスト床版との接合に対しては難があった。
【０００７】
鋼ウエブの下端に鋼フランジを備え、上端に鉄筋コンクリートフランジを備えた鋼コンクリート複合桁がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
この桁は桁高を小さくし、ウエブに平鋼板を用い、中小支間に架設する単純桁であって、鉄筋コンクリートフランジを横締めして橋面を形成するものである。
【特許文献１】特開２００７−１２６８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、波形鋼板ウエブを用いるコンクリート桁に改良を加え、支間４０〜６０ｍ程度の橋梁において、鋼少数主桁橋に比べ経済的に有利になるような新規なＰＣ鋼コンクリート合成桁橋及びその架設方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】
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その技術手段は、波形鋼板ウエブの下端に鋼フランジを備え、上端にこの波形鋼板ウエブの上端と一体のコンクリートフランジを備え、橋梁の橋軸方向に外ケーブルを張設したことを特徴とするＰＣ鋼コンクリート合成桁橋である。
【００１１】
本発明のＰＣ鋼コンクリート合成橋桁は、ウエブに波形鋼板を使用することにより、座屈に強く桁軸方向のプレストレスが導入し易い。本発明では、波形鋼板ウエブの下フランジが鋼製であるため、上下フランジがコンクリート製である従来の橋桁に比して、桁の重量を軽量化することができる。この鋼フランジと波形鋼板ウエブとの接合は、溶接による。
【００１２】
このようなＰＣ鋼コンクリート合成桁橋は次の手段によって実現することができる。すなわち本発明方法は、下端に鋼フランジを取付けた波形鋼板ウエブの上端に、この波形鋼板ウエブと一体のコンクリートフランジを形成してプレキャストコンクリート橋桁セグメントを製造し、このプレキャストコンクリート橋桁セグメントをベント架設又はガーダ架設により順次橋脚間に架設し、各プレキャストコンクリート橋桁セグメント間のコンクリートフランジ端面を当接させ、波形鋼板ウエブを結合し、鋼フランジを橋軸方向に結合して、橋桁を橋脚間に単純桁として支持させ、上床版を施工した後、橋梁の橋軸方向に外ケーブルを用いて橋脚間の橋桁にプレストレスを導入することを特徴とするＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の架設方法である。
【００１３】
本発明の架設方法では、波形鋼板ウエブの下端に設けた鋼フランジに自重により引張り力が生じた後に外ケーブルで橋軸方向にプレストレスを与えるため、この鋼フランジが座屈しにくい。
【００１４】
波形鋼板ウエブの上端のコンクリートフランジの接合は、プレキャストセグメント構造となるが、常時圧縮状態となるため構造上不利とならない。
【００１５】
波形鋼板ウエブの上フランジがコンクリートのため、上床版コンクリートとの接合性が良く、鉄筋によるジベル筋により合成構造とすることが容易である。
【００１６】
本発明の架設方法は、また、径間が複数の場合、橋桁を連続させ、複数径間に亘る橋軸方向に配置された外ケーブルを用いて橋桁にプレストレスを導入することとすればよく、複数の径間に亘る連続桁構造では、外ケーブルを適切に配置することにより、プレストレス２次力によって、中間支点部の上縁の引張りおよび下縁の圧縮応力が改善される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、下フランジを鋼製とすることで、重量を軽量化することができ、波形鋼板ウエブを使用することにより座屈に強くプレストレスが導入し易い。また、下フランジに自重により引張り力が生じた後にプレストレスを与えるため、下フランジが座屈しにくい。
【００１８】
また、上フランジがコンクリートのため、上床版コンクリートとの接合性が良く、ジベル筋により合成構造とすることが容易である。
【００１９】
さらに、連続桁構造に外ケーブルを適切に配置することにより、プレストレス２次力によって、中間支点部の上縁の引張りおよび下縁の圧縮応力が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態であるＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の側面図であり、図２は、図１に示すＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の平面図である。また、図３は、図１に示すＡ−Ａ断面図であり、図４は、図１に示すＢ−Ｂ断面図（但し橋台２１は除く）である。また、図５は、図１，図２に示す主桁１０の断面図である。尚、図２の右半分は、上床版２３上から主桁１０を透視した図である。
【００２２】
図１，図２に示すＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１は、ウエブに波形鋼板を用いた２径間連続ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋である。このＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の主桁１０は、波形鋼板ウエブ１１の下端に鋼フランジ１２を備え、波形鋼板ウエブ１１の上端にこの上端と一体のコンクリートフランジ１３を備えたものである。また、主桁１０の上には上床版２３が施工されている。主桁１０と上床版２３とは、主桁１０のコンクリートフランジ１３の上面１３ａから突出する鉄筋によるジベル筋１３１により合成構造とされている。また、波形鋼板ウエブ１１と鋼フランジ１２とは溶接によって接合されている。また、このＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１は、プレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１を結合してなる主桁１０を橋台２１と橋脚２２との間に架設した桁橋である。
【００２３】
また、主桁１０におけるプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１端部の鋼フランジ１２と波形鋼板ウエブ１１との交点近傍に、外ケーブル３０を案内する鋼製のディビエータ（偏向部）３１が配備されている。また、橋台２１の上方に位置するコンクリート部材からなる端支点横桁２１１に、外ケーブル３０の端部を定着する定着部３２が配備されている。そして、ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１には、ディビエータ（偏向部）３１により偏心案内され端部が定着部３２に定着された２径間に亘る外ケーブル３０で支間に張設されることによって、桁軸方向のプレストレスが導入されている。
【００２４】
本実施形態のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１は、ウエブに波形鋼板を使用することにより、座屈に強く桁軸方向のプレストレスが導入し易い。また、本実施形態では、波形鋼板ウエブ１１の下フランジが鋼製であるため、上下フランジがコンクリート製である従来の橋桁に比して、桁の重量を軽量化することができる。また、本実施形態のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１によれば、２径間に亘って張設された外ケーブル３０によるプレストレス２次力によって、中間支点部の上縁の引張りおよび下縁の圧縮応力が改善される。
【００２５】
次に、本発明のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の架設方法の一実施形態を説明する。
【００２６】
まず、下端に鋼フランジ１２が溶接接合された波形鋼板ウエブ１１を工場で製造する。この波形鋼板ウエブ１１をプレキャストコンクリート工場に運搬し、波形鋼板ウエブ１１の上端にコンクリートフランジ１３を施工してプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を製造する。
【００２７】
以下、図６〜図１０を参照して、下端に鋼フランジ１２が溶接接合された波形鋼板ウエブ１１の上端にコンクリートフランジ１３を施工する工程を説明する。
【００２８】
図６は、波形鋼板ウエブ配設工程を示す側面図である。
【００２９】
図６には図１，図２に示すＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１に用いられる、下端に鋼フランジ１２が溶接接合された波形鋼板ウエブ１１のうちの隣接する桁の波形鋼板ウエブ１１１，１１２の接合端部近傍の部分が示されている。図６に示すように、桁長手方向に隣接する波形鋼板ウエブ１１１，１１２同士を、接合端部間に隙間４０をあけて突合せて配設する（波形鋼板ウエブ配設工程）。各波形鋼板ウエブ１１１，１１２の突合される接合端部の近傍には、後述する仮添接板や本添接板を取付けるための孔１１１ａ，１１２ａが設けられている。
【００３０】
次に、図７に示す波形鋼板ウエブ結合工程に入る。図７は、波形鋼板ウエブ結合工程を示す側面図である。
【００３１】
波形鋼板ウエブ配設工程で隙間４０をあけて突合せて配設した各波形鋼板ウエブ１１１，１１２に設けられた孔１１１ａ，１１２ａ（図６参照）に仮添接板５１をボルト６１で固定することによって、図７に示すように、波形鋼板ウエブ１１１，１１２同士を結合する（波形鋼板ウエブ結合工程）。
【００３２】
次に、図８に示す型枠取付工程に入る。図８は、型枠取付工程を示す側面図である。
【００３３】
図８に示すように、波形鋼板ウエブ結合工程で隙間４０をあけて仮添接板５１で結合した波形鋼板ウエブ１１１，１１２それぞれの上端部１１１ｂ，１１２ｂの周囲にフランジ型枠８０（８０ａ，８０ｂ）を組立てる。このとき、隣接するフランジ型枠８０ａ，８０ｂ間に隙間４０の寸法よりも薄い仕切板７０を挟み込む（型枠取付工程）。尚、仕切板７０を挟み込むに当たっては、仕切板７０の厚さ方向の中央と隙間４０の中央とが一致するように挟み込む。また、隙間４０の寸法と仕切板７０の厚さ寸法との差は、コンクリートフランジ１３の桁長手方向収縮量と等しいか又はこれより僅か大きい値に定める（例えば、本実施形態では、隙間４０の寸法を１２ｍｍとし、仕切板７０の厚さ寸法を９ｍｍとした。）。こうすることにより、製造された各プレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のコンクリートフランジ１３長手方向長さが収縮したとき、収縮しない波形鋼板ウエブの突合端部がコンクリート端面より突出することが回避され、コンクリート端面同士、および波形鋼板ウエブ１１１，１１２同士を、精度良く接合することができる。また、本実施形態では、波形鋼板ウエブ１１１，１１２とコンクリートフランジ１３とを埋め込み接合方式で接合することから、波形鋼板ウエブ１１１，１１２それぞれの上端部１１１ｂ，１１２ｂが、フランジ型枠８０のコンクリートが打設される部分に配置される。
【００３４】
次に、図９に示すコンクリート打設工程に入る。図９は、コンクリート打設工程を示す側面図である。
【００３５】
図９に示すように、型枠取付工程で組立てられたフランジ型枠８０にコンクリート１３を打設して養生し、フランジ型枠８０を脱枠する（コンクリート打設工程）。波形鋼板ウエブ１１１，１１２それぞれの上端部１１１ｂ，１１２ｂは、コンクリートフランジ１３中に埋設されて、波形鋼板ウエブ１１１，１１２とコンクリートフランジ１３とが接合される。尚、コンクリート１３の打設は、隣接するフランジ型枠８０ａ，８０ｂ間に仕切板７０が挟まれた状態で行う。これにより、隙間４０の寸法（例えば１２ｍｍ）と仕切板７０の厚さ寸法（例えば９ｍｍ）との差分（例えば３ｍｍ）だけ、それぞれの波形鋼板ウエブ１１１，１１２が、隣接するコンクリートフランジ１３の端面よりも引っ込んだ状態で配設されることとなる。
【００３６】
次に、図１０に示すセグメント分離工程に入る。図１０は、セグメント分離工程を示す側面図である。
【００３７】
波形鋼板ウエブ１１１，１１２を結合している仮添接板５１を撤去し、図１０に示すように、コンクリート打設工程でフランジ型枠８０を脱枠した各プレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を水平に移動することによって切り離す（セグメント分離工程）。また、隣接するコンクリートフランジ１３間に挟み込まれている仕切板７０も撤去する。
【００３８】
以上図６〜図１０を参照して説明した各工程を経て製造されるプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のセグメント長やセグメント重量は、例えば運搬に使用するトレーラーの長さや最大積載量等から決定する。ここでは、一例として、セグメント長は約６ｍ、セグメント重量は３０ｔ以下とされている。
【００３９】
図１１は、セグメント連結工程を示す側面図である。
【００４０】
６ｍ程度のプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００をトレーラーで現場に運搬し、２つのプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のコンクリートフランジ１３の端面にエポキシ樹脂系接着剤またはアクリル樹脂系接着剤を塗布して、コンクリートフランジ１３の端面同士を引き寄せて接合する。また、図１１に示すように、各波形鋼板ウエブ１１１，１１２に設けられた孔１１１ａ，１１２ａに本添接板５２をボルト６２で固定することによって、波形鋼板ウエブ１１１，１１２同士を結合する。また、波形鋼板ウエブ１１の下端に溶接接合された鋼フランジ１２同士を、添接板５３をボルト６３で固定することによって結合する。このようにして２つのプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を地組して連結し、１２ｍ程度のプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１にする。
【００４１】
尚、図６〜図１０を参照して説明した各工程を経て製造されたプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のコンクリートフランジ１３が完全硬化するまでの間にコンクリートが硬化収縮しても、隙間４０の寸法（１２ｍｍ）と仕切板の厚さ寸法（９ｍｍ）との差分（３ｍｍ）で、コンクリートフランジ１３の桁長手方向収縮量が相殺され、波形鋼板ウエブ１１１，１１２の接合端部同士がコンクリートフランジ１３の端面より突出していないので、製造された各プレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のコンクリートフランジ１３の端面同士が容易に精度良く接合される。
【００４２】
図１２は、地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１の架設工程を示す側面図である。
【００４３】
まず、多数のベント９０を地上から立設する。
【００４４】
次に、図１２に示すように、地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１を、トラッククレーン等を用いてベント９０上に継ぎ目部が来るように順次架設し、橋台２１と橋脚２２との間に１径間に亘って連結する。また、図１２では図示を省略した他方の橋台２１と橋脚２２との間にも、地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１を１径間に亘って連結する。
【００４５】
地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１を、ベント９０上に継ぎ目部が来るように架設して連結した後、ベント９０を撤去し、桁が単純桁として自重を受け持つ構造とする。
【００４６】
この連結は、図１１を参照して説明したセグメント連結工程と同様に、地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１の、コンクリートフランジ１３の端面にエポキシ樹脂系接着剤またはアクリル樹脂系接着剤を塗布して、コンクリートフランジ１３の端面同士を引き寄せて接合する。また、各波形鋼板ウエブに設けられた孔に本添接板をボルトで固定することによって、波形鋼板ウエブ同士を結合する。また、波形鋼板ウエブの下端に溶接接合された鋼フランジ同士を、添接板をボルトで固定することによって結合する。
【００４７】
次いで、橋脚２２上方の連結部上を除く部分に上床版２３の施工を行い、主構造の自重を単純桁に載せる。
【００４８】
尚、床版工は、主桁１０の上にプレキャスト床版を載せていく方法であってもよく、あるいは、場所打ち床版を移動型枠等を用いて打設していく方法であってもよい。
【００４９】
最後に、橋脚２２上方の連結部における波形鋼板ウエブ同士を、本添接板をボルトで固定することによって結合し、橋脚２２上方の連結部上の隙間にコンクリートを打設し、外ケーブル３０を２径間に亘る支間に張設して桁軸方向のプレストレスを導入して、構造系が完成する。
【００５０】
尚、トラッククレーン等によるベント架設が出来ないような箇所では、通常のガーダ架設によってセグメントの搬送、架設を行う。
【００５１】
橋面工、支承工、落橋防止構造工などは、従来工法と同様に行う。
【００５２】
本実施形態の架設方法では、波形鋼板ウエブ１１の下端に設けた鋼フランジ１２に自重により引張り力が生じた後に外ケーブル３０で橋軸方向にプレストレスを与えるため、この鋼フランジ１２が座屈しにくい。
【００５３】
波形鋼板ウエブ１１の上端のコンクリートフランジ１３の接合は、プレキャストセグメント構造となるが、常時圧縮状態となるため構造上不利とならない。
【００５４】
波形鋼板ウエブ１１の上フランジがコンクリートのため、上床版コンクリートとの接合性が良く、鉄筋によるジベル筋により合成構造とすることが容易である。
【００５５】
尚、上述した実施形態では、本発明のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋として、２径間連続ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の例を挙げたが、本発明はこれに限られるものではなく、１径間のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋や３径間以上のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋であってもよい。
【００５６】
また、上述した実施形態では、外ケーブルを２径間に亘る支間に張設して桁軸方向のプレストレスを導入した例を挙げたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、外ケーブルを１径間の支間に張設して桁軸方向のプレストレスを導入したり、複数の橋桁を連続桁とし、複数径間に亘る外ケーブルを用いて橋桁にプレストレスを導入したり、複数径間のうちの数径間ごとに亘る外ケーブルを用いて橋桁にプレストレスを導入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態であるＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の側面図である。
【図２】図１に示すＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の平面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図１，図２に示す主桁１０の断面図である。
【図６】波形鋼板配設工程を示す側面図である。
【図７】波形鋼板結合工程を示す側面図である。
【図８】型枠取付工程を示す側面図である。
【図９】コンクリート打設工程を示す側面図である。
【図１０】セグメント分離工程を示す側面図である。
【図１１】セグメント連結工程を示す側面図である。
【図１２】地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメントの架設工程を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋
１０ 主桁
１１，１１１，１１２ 波形鋼板ウエブ
１１１ａ，１１２ａ 孔
１１１ｂ，１１２ｂ 上端部
１２ 鋼フランジ
１３ コンクリートフランジ
１３ａ 上面
１３１ ジベル筋
１００，１０１ プレキャストコンクリート橋桁セグメント
２１ 橋台
２１１ 端支点横桁
２２ 橋脚
２２１ 中間支点横桁
２３ 上床版
３０ 外ケーブル
３１ ディビエータ（偏向部）
３２ 定着部
４０ 隙間
５１ 仮添接板
５２ 本添接板
５３ 添接板
６１，６２，６３ ボルト
７０ 仕切板
８０，８０ａ，８０ｂ フランジ型枠
９０ ベント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋及びその架設方法に関し、さらに詳しくは、支間４０ｍ〜６０ｍ程度の橋梁であって、波形鋼板ウエブを有し、場所打ちコンクリート床版もしくはプレキャストＰＣ床版を合成させた、ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋及びその架設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来ウエブに波形鋼板を用いたコンクリートＴ桁では、上下フランジがコンクリート製であったため、重量が重くなった。また、下フランジに大きな圧縮応力度を導入する必要があることから、大容量のプレストレスが必要であり、また大容量のプレストレスを導入することにより発生する導入直後の圧縮応力度に抵抗するため、大きな下フランジが必要となり、重量の増加を招いていた。
【０００３】
さらに、波形鋼板ウエブを用いたＴ桁では、プレキャストセグメント構造の桁を接合するときに、接合部の応力度をフルプレストレス状態にする必要があり、構造上の弱点となっていた。また、桁端部には大容量のＰＣ鋼材を定着するため、曲げ上げ配置する必要があり、コンクリートを巻き立てることから重量増の原因にもなっていた。
【０００４】
支間が４０〜６０ｍ程度の橋梁では、従来の波形鋼板ウエブＴ桁に対して鋼少数主桁橋が設計上有利と考える設計者もあり、山間部を除く通常の多径間の連続高架橋の多くで鋼少数主桁橋が採用される場合も見受けられる。
【０００５】
しかし、従来の鋼桁は、鋼桁の上フランジが、大きな圧縮力を受け持つため、高価な鋼を多く使用する。また、ウエブは、平鋼板を使用しているが、座屈に対して補剛するために、鉛直補剛材及び水平補剛材を数多く溶接で取り付ける必要がある。
【０００６】
従来の鋼桁にプレストレスを与えると、鉛直のウエブが拘束し、主桁にプレストレスが導入されない。通常上床版はコンクリート製であるため、鋼フランジとの接合が難しく、非合成構造となっているものが多い。合成構造とする場合には、スタッドを数多く溶植する必要があり、プレキャスト床版との接合に対しては難があった。
【０００７】
鋼ウエブの下端に鋼フランジを備え、上端に鉄筋コンクリートフランジを備えた鋼コンクリート複合桁がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
この桁は桁高を小さくし、ウエブに平鋼板を用い、中小支間に架設する単純桁であって、鉄筋コンクリートフランジを横締めして橋面を形成するものである。
【特許文献１】特開２００７−１２６８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、波形鋼板ウエブを用いるコンクリート桁に改良を加え、支間４０〜６０ｍ程度の橋梁において、鋼少数主桁橋に比べ経済的に有利になるような新規なＰＣ鋼コンクリート合成桁橋及びその架設方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】
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その技術手段は、波形鋼板ウエブの下端に鋼フランジを備え、上端にこの波形鋼板ウエブの上端と一体のコンクリートフランジを備え、橋梁の橋軸方向に外ケーブルを張設したことを特徴とするＰＣ鋼コンクリート合成桁橋である。
【００１１】
本発明のＰＣ鋼コンクリート合成橋桁は、ウエブに波形鋼板を使用することにより、座屈に強く桁軸方向のプレストレスが導入し易い。本発明では、波形鋼板ウエブの下フランジが鋼製であるため、上下フランジがコンクリート製である従来の橋桁に比して、桁の重量を軽量化することができる。この鋼フランジと波形鋼板ウエブとの接合は、溶接による。
【００１２】
このようなＰＣ鋼コンクリート合成桁橋は次の手段によって実現することができる。すなわち本発明方法は、下端に鋼フランジを取付けた波形鋼板ウエブの上端に、この波形鋼板ウエブと一体のコンクリートフランジを形成してプレキャストコンクリート橋桁セグメントを製造し、このプレキャストコンクリート橋桁セグメントをベント架設又はガーダ架設により順次橋脚間に架設し、各プレキャストコンクリート橋桁セグメント間のコンクリートフランジ端面を当接させ、波形鋼板ウエブを結合し、鋼フランジを橋軸方向に結合して、橋桁を橋脚間に単純桁として支持させ、上床版を施工した後、橋梁の橋軸方向に外ケーブルを用いて橋脚間の橋桁にプレストレスを導入することを特徴とするＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の架設方法である。
【００１３】
本発明の架設方法では、波形鋼板ウエブの下端に設けた鋼フランジに自重により引張り力が生じた後に外ケーブルで橋軸方向にプレストレスを与えるため、この鋼フランジが座屈しにくい。
【００１４】
波形鋼板ウエブの上端のコンクリートフランジの接合は、プレキャストセグメント構造となるが、常時圧縮状態となるため構造上不利とならない。
【００１５】
波形鋼板ウエブの上フランジがコンクリートのため、上床版コンクリートとの接合性が良く、鉄筋によるジベル筋により合成構造とすることが容易である。
【００１６】
本発明の架設方法は、また、径間が複数の場合、橋桁を連続させ、複数径間に亘る橋軸方向に配置された外ケーブルを用いて橋桁にプレストレスを導入することとすればよく、複数の径間に亘る連続桁構造では、外ケーブルを適切に配置することにより、プレストレス２次力によって、中間支点部の上縁の引張りおよび下縁の圧縮応力が改善される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、下フランジを鋼製とすることで、重量を軽量化することができ、波形鋼板ウエブを使用することにより座屈に強くプレストレスが導入し易い。また、下フランジに自重により引張り力が生じた後にプレストレスを与えるため、下フランジが座屈しにくい。
【００１８】
また、上フランジがコンクリートのため、上床版コンクリートとの接合性が良く、ジベル筋により合成構造とすることが容易である。
【００１９】
さらに、連続桁構造に外ケーブルを適切に配置することにより、プレストレス２次力によって、中間支点部の上縁の引張りおよび下縁の圧縮応力が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態であるＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の側面図であり、図２は、図１に示すＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の平面図である。また、図３は、図１に示すＡ−Ａ断面図であり、図４は、図１に示すＢ−Ｂ断面図（但し橋台２１は除く）である。また、図５は、図１，図２に示す主桁１０の断面図である。尚、図２の右半分は、上床版２３上から主桁１０を透視した図である。
【００２２】
図１，図２に示すＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１は、ウエブに波形鋼板を用いた２径間連続ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋である。このＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の主桁１０は、波形鋼板ウエブ１１の下端に鋼フランジ１２を備え、波形鋼板ウエブ１１の上端にこの上端と一体のコンクリートフランジ１３を備えたものである。また、主桁１０の上には上床版２３が施工されている。主桁１０と上床版２３とは、主桁１０のコンクリートフランジ１３の上面１３ａから突出する鉄筋によるジベル筋１３１により合成構造とされている。また、波形鋼板ウエブ１１と鋼フランジ１２とは溶接によって接合されている。また、このＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１は、プレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１を結合してなる主桁１０を橋台２１と橋脚２２との間に架設した桁橋である。
【００２３】
また、主桁１０におけるプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１端部の鋼フランジ１２と波形鋼板ウエブ１１との交点近傍に、外ケーブル３０を案内する鋼製のディビエータ（偏向部）３１が配備されている。また、橋台２１の上方に位置するコンクリート部材からなる端支点横桁２１１に、外ケーブル３０の端部を定着する定着部３２が配備されている。そして、ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１には、ディビエータ（偏向部）３１により偏心案内され端部が定着部３２に定着された２径間に亘る外ケーブル３０で支間に張設されることによって、桁軸方向のプレストレスが導入されている。
【００２４】
本実施形態のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１は、ウエブに波形鋼板を使用することにより、座屈に強く桁軸方向のプレストレスが導入し易い。また、本実施形態では、波形鋼板ウエブ１１の下フランジが鋼製であるため、上下フランジがコンクリート製である従来の橋桁に比して、桁の重量を軽量化することができる。また、本実施形態のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１によれば、２径間に亘って張設された外ケーブル３０によるプレストレス２次力によって、中間支点部の上縁の引張りおよび下縁の圧縮応力が改善される。
【００２５】
次に、本発明のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の架設方法の一実施形態を説明する。
【００２６】
まず、下端に鋼フランジ１２が溶接接合された波形鋼板ウエブ１１を工場で製造する。この波形鋼板ウエブ１１をプレキャストコンクリート工場に運搬し、波形鋼板ウエブ１１の上端にコンクリートフランジ１３を施工してプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を製造する。
【００２７】
以下、図６〜図１０を参照して、下端に鋼フランジ１２が溶接接合された波形鋼板ウエブ１１の上端にコンクリートフランジ１３を施工する工程を説明する。
【００２８】
図６は、波形鋼板ウエブ配設工程を示す側面図である。
【００２９】
図６には図１，図２に示すＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１に用いられる、下端に鋼フランジ１２が溶接接合された波形鋼板ウエブ１１のうちの隣接する桁の波形鋼板ウエブ１１１，１１２の接合端部近傍の部分が示されている。図６に示すように、桁長手方向に隣接する波形鋼板ウエブ１１１，１１２同士を、接合端部間に隙間４０をあけて突合せて配設する（波形鋼板ウエブ配設工程）。各波形鋼板ウエブ１１１，１１２の突合される接合端部の近傍には、後述する仮添接板や本添接板を取付けるための孔１１１ａ，１１２ａが設けられている。
【００３０】
次に、図７に示す波形鋼板ウエブ結合工程に入る。図７は、波形鋼板ウエブ結合工程を示す側面図である。
【００３１】
波形鋼板ウエブ配設工程で隙間４０をあけて突合せて配設した各波形鋼板ウエブ１１１，１１２に設けられた孔１１１ａ，１１２ａ（図６参照）に仮添接板５１をボルト６１で固定することによって、図７に示すように、波形鋼板ウエブ１１１，１１２同士を結合する（波形鋼板ウエブ結合工程）。
【００３２】
次に、図８に示す型枠取付工程に入る。図８は、型枠取付工程を示す側面図である。
【００３３】
図８に示すように、波形鋼板ウエブ結合工程で隙間４０をあけて仮添接板５１で結合した波形鋼板ウエブ１１１，１１２それぞれの上端部１１１ｂ，１１２ｂの周囲にフランジ型枠８０（８０ａ，８０ｂ）を組立てる。このとき、隣接するフランジ型枠８０ａ，８０ｂ間に隙間４０の寸法よりも薄い仕切板７０を挟み込む（型枠取付工程）。尚、仕切板７０を挟み込むに当たっては、仕切板７０の厚さ方向の中央と隙間４０の中央とが一致するように挟み込む。また、隙間４０の寸法と仕切板７０の厚さ寸法との差は、コンクリートフランジ１３の桁長手方向収縮量と等しいか又はこれより僅か大きい値に定める（例えば、本実施形態では、隙間４０の寸法を１２ｍｍとし、仕切板７０の厚さ寸法を９ｍｍとした。）。こうすることにより、製造された各プレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のコンクリートフランジ１３長手方向長さが収縮したとき、収縮しない波形鋼板ウエブの突合端部がコンクリート端面より突出することが回避され、コンクリート端面同士、および波形鋼板ウエブ１１１，１１２同士を、精度良く接合することができる。また、本実施形態では、波形鋼板ウエブ１１１，１１２とコンクリートフランジ１３とを埋め込み接合方式で接合することから、波形鋼板ウエブ１１１，１１２それぞれの上端部１１１ｂ，１１２ｂが、フランジ型枠８０のコンクリートが打設される部分に配置される。
【００３４】
次に、図９に示すコンクリート打設工程に入る。図９は、コンクリート打設工程を示す側面図である。
【００３５】
図９に示すように、型枠取付工程で組立てられたフランジ型枠８０にコンクリート１３を打設して養生し、フランジ型枠８０を脱枠する（コンクリート打設工程）。波形鋼板ウエブ１１１，１１２それぞれの上端部１１１ｂ，１１２ｂは、コンクリートフランジ１３中に埋設されて、波形鋼板ウエブ１１１，１１２とコンクリートフランジ１３とが接合される。尚、コンクリート１３の打設は、隣接するフランジ型枠８０ａ，８０ｂ間に仕切板７０が挟まれた状態で行う。これにより、隙間４０の寸法（例えば１２ｍｍ）と仕切板７０の厚さ寸法（例えば９ｍｍ）との差分（例えば３ｍｍ）だけ、それぞれの波形鋼板ウエブ１１１，１１２が、隣接するコンクリートフランジ１３の端面よりも引っ込んだ状態で配設されることとなる。
【００３６】
次に、図１０に示すセグメント分離工程に入る。図１０は、セグメント分離工程を示す側面図である。
【００３７】
波形鋼板ウエブ１１１，１１２を結合している仮添接板５１を撤去し、図１０に示すように、コンクリート打設工程でフランジ型枠８０を脱枠した各プレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を水平に移動することによって切り離す（セグメント分離工程）。また、隣接するコンクリートフランジ１３間に挟み込まれている仕切板７０も撤去する。
【００３８】
以上図６〜図１０を参照して説明した各工程を経て製造されるプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のセグメント長やセグメント重量は、例えば運搬に使用するトレーラーの長さや最大積載量等から決定する。ここでは、一例として、セグメント長は約６ｍ、セグメント重量は３０ｔ以下とされている。
【００３９】
図１１は、セグメント連結工程を示す側面図である。
【００４０】
６ｍ程度のプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００をトレーラーで現場に運搬し、２つのプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のコンクリートフランジ１３の端面にエポキシ樹脂系接着剤またはアクリル樹脂系接着剤を塗布して、コンクリートフランジ１３の端面同士を引き寄せて接合する。また、図１１に示すように、各波形鋼板ウエブ１１１，１１２に設けられた孔１１１ａ，１１２ａに本添接板５２をボルト６２で固定することによって、波形鋼板ウエブ１１１，１１２同士を結合する。また、波形鋼板ウエブ１１の下端に溶接接合された鋼フランジ１２同士を、添接板５３をボルト６３で固定することによって結合する。このようにして２つのプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００を地組して連結し、１２ｍ程度のプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１にする。
【００４１】
尚、図６〜図１０を参照して説明した各工程を経て製造されたプレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のコンクリートフランジ１３が完全硬化するまでの間にコンクリートが硬化収縮しても、隙間４０の寸法（１２ｍｍ）と仕切板の厚さ寸法（９ｍｍ）との差分（３ｍｍ）で、コンクリートフランジ１３の桁長手方向収縮量が相殺され、波形鋼板ウエブ１１１，１１２の接合端部同士がコンクリートフランジ１３の端面より突出していないので、製造された各プレキャストコンクリート橋桁セグメント１００のコンクリートフランジ１３の端面同士が容易に精度良く接合される。
【００４２】
図１２は、地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１の架設工程を示す側面図である。
【００４３】
まず、多数のベント９０を地上から立設する。
【００４４】
次に、図１２に示すように、地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１を、トラッククレーン等を用いてベント９０上に継ぎ目部が来るように順次架設し、橋台２１と橋脚２２との間に１径間に亘って連結する。また、図１２では図示を省略した他方の橋台２１と橋脚２２との間にも、地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１を１径間に亘って連結する。
【００４５】
地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１を、ベント９０上に継ぎ目部が来るように架設して連結した後、ベント９０を撤去し、桁が単純桁として自重を受け持つ構造とする。
【００４６】
この連結は、図１１を参照して説明したセグメント連結工程と同様に、地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメント１０１の、コンクリートフランジ１３の端面にエポキシ樹脂系接着剤またはアクリル樹脂系接着剤を塗布して、コンクリートフランジ１３の端面同士を引き寄せて接合する。また、各波形鋼板ウエブに設けられた孔に本添接板をボルトで固定することによって、波形鋼板ウエブ同士を結合する。また、波形鋼板ウエブの下端に溶接接合された鋼フランジ同士を、添接板をボルトで固定することによって結合する。
【００４７】
次いで、橋脚２２上方の連結部上を除く部分に上床版２３の施工を行い、主構造の自重を単純桁に載せる。
【００４８】
尚、床版工は、主桁１０の上にプレキャスト床版を載せていく方法であってもよく、あるいは、場所打ち床版を移動型枠等を用いて打設していく方法であってもよい。
【００４９】
最後に、橋脚２２上方の連結部における波形鋼板ウエブ同士を、本添接板をボルトで固定することによって結合し、橋脚２２上方の連結部上の隙間にコンクリートを打設し、外ケーブル３０を２径間に亘る支間に張設して桁軸方向のプレストレスを導入して、構造系が完成する。
【００５０】
尚、トラッククレーン等によるベント架設が出来ないような箇所では、通常のガーダ架設によってセグメントの搬送、架設を行う。
【００５１】
橋面工、支承工、落橋防止構造工などは、従来工法と同様に行う。
【００５２】
本実施形態の架設方法では、波形鋼板ウエブ１１の下端に設けた鋼フランジ１２に自重により引張り力が生じた後に外ケーブル３０で橋軸方向にプレストレスを与えるため、この鋼フランジ１２が座屈しにくい。
【００５３】
波形鋼板ウエブ１１の上端のコンクリートフランジ１３の接合は、プレキャストセグメント構造となるが、常時圧縮状態となるため構造上不利とならない。
【００５４】
波形鋼板ウエブ１１の上フランジがコンクリートのため、上床版コンクリートとの接合性が良く、鉄筋によるジベル筋により合成構造とすることが容易である。
【００５５】
尚、上述した実施形態では、本発明のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋として、２径間連続ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の例を挙げたが、本発明はこれに限られるものではなく、１径間のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋や３径間以上のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋であってもよい。
【００５６】
また、上述した実施形態では、外ケーブルを２径間に亘る支間に張設して桁軸方向のプレストレスを導入した例を挙げたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、外ケーブルを１径間の支間に張設して桁軸方向のプレストレスを導入したり、複数の橋桁を連続桁とし、複数径間に亘る外ケーブルを用いて橋桁にプレストレスを導入したり、複数径間のうちの数径間ごとに亘る外ケーブルを用いて橋桁にプレストレスを導入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態であるＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の側面図である。
【図２】図１に示すＰＣ鋼コンクリート合成桁橋１の平面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図１，図２に示す主桁１０の断面図である。
【図６】波形鋼板配設工程を示す側面図である。
【図７】波形鋼板結合工程を示す側面図である。
【図８】型枠取付工程を示す側面図である。
【図９】コンクリート打設工程を示す側面図である。
【図１０】セグメント分離工程を示す側面図である。
【図１１】セグメント連結工程を示す側面図である。
【図１２】地組したプレキャストコンクリート橋桁セグメントの架設工程を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ＰＣ鋼コンクリート合成桁橋
１０ 主桁
１１，１１１，１１２ 波形鋼板ウエブ
１１１ａ，１１２ａ 孔
１１１ｂ，１１２ｂ 上端部
１２ 鋼フランジ
１３ コンクリートフランジ
１３ａ 上面
１３１ ジベル筋
１００，１０１ プレキャストコンクリート橋桁セグメント
２１ 橋台
２１１ 端支点横桁
２２ 橋脚
２２１ 中間支点横桁
２３ 上床版
３０ 外ケーブル
３１ ディビエータ（偏向部）
３２ 定着部
４０ 隙間
５１ 仮添接板
５２ 本添接板
５３ 添接板
６１，６２，６３ ボルト
７０ 仕切板
８０，８０ａ，８０ｂ フランジ型枠
９０ ベント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波形鋼板ウエブの下端に鋼フランジを備え、上端に該波形鋼板ウエブの上端と一体のコンクリートフランジを備え、橋梁の橋軸方向に外ケーブルを張設したことを特徴とするＰＣ鋼コンクリート合成桁橋。
【請求項２】
下端に鋼フランジを取付けた波形鋼板ウエブの上端に、該波形鋼板ウエブと一体のコンクリートフランジを形成してプレキャストコンクリート橋桁セグメントを製造し、該プレキャストコンクリート橋桁セグメントをベント架設又はガーダ架設により順次橋脚間に架設し、各プレキャストコンクリート橋桁セグメント間のコンクリートフランジ端面を当接させ、波形鋼板ウエブを結合し、鋼フランジを橋軸方向に結合して、橋桁を橋脚間に単純桁として支持させ、上床版を施工した後、橋梁の橋軸方向に外ケーブルを用いて橋脚間の橋桁にプレストレスを導入することを特徴とするＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の架設方法。
【請求項３】
径間が複数の橋桁を連続させ、複数径間に亘る橋軸方向に配置された外ケーブルを用いて橋桁にプレストレスを導入することを特徴とする請求項２記載のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の架設方法。
【請求項１】
波形鋼板ウエブの下端に鋼フランジを備え、上端に該波形鋼板ウエブの上端と一体のコンクリートフランジを備え、橋梁の橋軸方向に外ケーブルを張設したことを特徴とするＰＣ鋼コンクリート合成桁橋。
【請求項２】
下端に鋼フランジを取付けた波形鋼板ウエブの上端に、該波形鋼板ウエブと一体のコンクリートフランジを形成してプレキャストコンクリート橋桁セグメントを製造し、該プレキャストコンクリート橋桁セグメントをベント架設又はガーダ架設により順次橋脚間に架設し、各プレキャストコンクリート橋桁セグメント間のコンクリートフランジ端面を当接させ、波形鋼板ウエブを結合し、鋼フランジを橋軸方向に結合して、橋桁を橋脚間に単純桁として支持させ、上床版を施工した後、橋梁の橋軸方向に外ケーブルを用いて橋脚間の橋桁にプレストレスを導入することを特徴とするＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の架設方法。
【請求項３】
径間が複数の橋桁を連続させ、複数径間に亘る橋軸方向に配置された外ケーブルを用いて橋桁にプレストレスを導入することを特徴とする請求項２記載のＰＣ鋼コンクリート合成桁橋の架設方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２２１７１４（Ｐ２００９−２２１７１４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６６２０８（Ｐ２００８−６６２０８）
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００１１２１９６）株式会社ピーエス三菱 (181)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００１１２１９６）株式会社ピーエス三菱 (181)
【Ｆターム（参考）】
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