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(b) :鋼桁
銅桁詳細図 図5・2 :床版，
実橋では問詰め部には 写真5・1に試験体製作手順を示している.
版と鋼桁を合成した.
50N/mm2以上の高強度の無収縮モルタルを使用するが，繰返し載荷にともなう問詰め部モ ルタルの疲労破壊を想定して，モルタノレのS-N曲線から疲労破壊回数を推定し20N/mm�の 低強度モルタルを使用した. その打設幅は150mmであり，鋼桁上フランジ幅200mmより
も小さくした. 表5-1は 床版コンクリート， 問詰め部および目地部モルタル， 鋼桁， PC 銅線の材料試験結果を示している.
(a) :鋼桁設置 (b) :床版架設
(c) :目地部モルタル打設 (d) :緊張工
(e) :問詰め部モルタル打設 (η:完成 写真5・1 :試験体製作手順
(a)床版の設計
表5-2はプレストレス導入直後および設計活荷重(輪荷重150kN載荷)時の床版の上，
下縁の 応力度を示しており，床版支問方向はパーシヤルフ。レストレス，橋軸方向はフルプ レストレスとして設計した. なお，床版支間方向断面の図心は床版上縁から77111111の位置 であり， 照査断面はスパン中央の床版問の目地部断面である. また，輪荷重による押抜き せん断応力度の照査の結果， 式(5-1)に示すようにてp/ては=0.71であり， 押抜きせん断 破壊は起こらないように床版を設計した.. )
て =一一一P bd
P :載荷荷重= 150kN
13p :載荷面の周長=500 x 2+200 x 2+2πx 110/2 = 1746111111
d :有効高= 110111111
-て = 0.78IN/ll1m�く て は=1.1 N/mm2(f' ck = 40N/mll1�以上)
(b)ずれ止めの設計
• (5-1)
曲げ変形にともなう床版ー鋼桁聞に作用する水平せん断力に対して，以下に示すような 手順で、ずれ止めとして機能するスタッド，問詰め部打設幅を決定した. なお，問詰め部モ
表5-1 :材料試験結果
床版コンクリート 問詰め部モルタル
目地部モルタル
(a) :床版コンクリート， 問詰め部および目地部モルタル
緊張力導入時(床版打設後18日目) 試験開始時(床版打設後26日目) 各材料打設後28日目 圧縮強度 ヤング係数 ポアソン比 圧縮強度 ヤング係数
ポアソン比 圧縮強度
間/1ll1l121 rN/ll1n/l 間/mm21 rN/m 間/1ll1l121
62.5 3 85xl04 0.21 61.8 3.72x 1 04 0.22 60.0 19.0 101 x 10.1 0.23 18.9 53.6 2.15Y 10.1 0.25 54.1 2.29x 1 0.1 0.25 57.4
鋼桁(SS400) PC銅線(IS21.8)
表5-2 :緊張直後および輪荷重走行時の床版の応力度
上縁 下縁
ヤング係数 ポアソン比 問/1ll1l121
3.8IxI0� 0.22 101 x 104 0.18 2.27x 104 0.23
第5章輸荷重走行試験による2主鋼合成桁の安全性照査 表5・3:作用水平せん断力と接合面の水平せん断耐力
床版一鋼桁間 | 問詰め部一鋼桁問 |床版ー問詰め部間
輪荷重帯指時の | 三 ，...._，，. ， �_ � . ， I '.h � • • .. _ _ .
作用水平せん断力
|
詐谷せん断耐力|
終局せん断耐力|
終局せん断耐力Hp ..，. - 1
QAa QAu QBu972
1
1091
471 105[kNI750mm]
/レタノレ強度は20N/mlげとしたが， モル タルのS-N曲線によると50万回繰返し載荷を受け ると疲労低下により約70
①床版ー鋼桁聞に作
%の強度となるため， 20N/mm�の場合は14N/lllm�となる5 ) 用する水平せん断力HPを算定する.
② 問詰め部ー鋼桁問(接合面A)の許容せん断耐力QAaが， HPよりも大きくなるよう にスタッド本数を決定する.
③ 床版-問詰め部問(接合面B)の支圧耐力QBJ3HPと同等になるように問詰め部モ ノレタノレ強度，十T設幅， 床版リブ高を決定する
→14p-QBu<QAa
以下に， 床版l枚あたり(橋軸方向に750mm)に作用する水平せん断力の計算を示して いる6) その結果， 問詰め部モル タルの設計基準強度は20N/mm2， 打設幅150mm， スタッ
ドは橋軸方向の床版lパネルあたりにφ19， H60mmを4 列(床版下面の凹部 ) ， ゆ19，
HI50mll1を2列(床版中央部および目地部にそれぞれl列ずつ) ， 橋軸直角方向に27"1]をそ れぞれ配置した. 表5-3に輪荷重(150kN)載荷時の水平せん断力および両接合面の水平せ ん断耐力を示しており3 それらの関係は14ptQBu<QAaであることがわかる.
①輪荷重載荷時の主桁l 本あたりの床版ー鋼桁問の作用水平せん断力HP
Hー とA_ s
-l
a 合成桁と床版の図心問距離= 201 - 77 = 124mm A 床版の有効断面積=1，17XI05Il1m�
:断面 2次モーメント=8.42 x 109mm4 S 作用せん断力=150/2 = 75kN
.・. H = 0， 130kN/mm = 97.2kN/750mm
. (5-2)
② 問詰め部・鋼桁聞の許容せん断耐力QAaおよび終局せん断耐力QAU (スタッドによるずれ止め耐力)
・ ゆ19， H60 ーシH/d=3.16 < 5.5
Qas=7 27kN/本， Qus= 31.7kN/本 - ゆ19， H 150 今H/d=6. 32>5.5
Qalニ12.6kN/木， Qul=54.4kN/本
→ QAa = 8Qas + 4Qal = 109kN/750111111
→ QAU = 8Qus + 4Qul = 471kN/750111111
③ 床版-問詰め部聞の終局せん断耐力QBu (床版下面形状による支圧耐力)
QBu=b×t×f'=l()5kN/750ml11 b:打設幅=150111111 t :リブ高=50111111
f' :問詰め部モルタル疲労強度=14N/mm2
(2 )静的曲げ試験
試験体は図5・1(c)(右側の主桁上)に示すように床版幅600mm の合成桁である. 以下に 完全合成桁として計算した断面の応力度照査， および接合面のずれ止め耐力照査 を示す.
なお， 材料特性値は表5・1に示す材料試験結果を用いた.
(a)断面の応力度照査
・ 中立軸 -床版上縁より207mm
- 断面2次モーメント:6.54 X 1091111114 (床版コンクリート換算)
・ 設計荷重(鋼桁下縁応力が許容曲げ引張応力度140N/mm�に達する荷重) 4 37kN
・ 設計荷重時の応力度:床版上縁-12.9N/mm�(圧縮)
:鋼桁下縁140N/mm� (引張) (b)接合面のずれ止め性能
接合面の許容および終局せん断耐力に相当する載荷荷重を算出し，それらと設計荷重 とを比較した. 表5-4にその結果を示している.
表5-4 :水平せん断耐力の照査 床版一銅桁間 問詰め部一鋼桁間
設計荷重時 許容 終局 水平せん断力[kNI750mm] 394 128 555
荷重[kN] 437 142 616
① 設計荷重時に床版ー鋼桁問に作用する水平せん断力 式(5-2)を用いて算定する.
ac= 207-125/2=145111111 Ac =7.76×104111m2 1 = 6.54 x 109mm4 S =437/2=21 9kN
\HP=0.525kN/111111=394kN/750ml11
床版-問詰め部間 許容 終局 77.1 336
85.5 373
② 問詰め部ー鋼桁聞の許容せん断耐力QAaおよび終局せん断耐力QAlI QAa= 128kN/750mm，
QAlI=555kN/750mm，
PAa . =142kN pf. 、u=616kN
③ 床版ー問詰め部の許容せん断耐力QBaおよび終局せん断耐力QBu
道路橋示方書ll6.1.9(1)より， 問詰め部モルタルの安全率は3とし， 設計上許 容曲げ圧縮応力度仁=f'c/3 = 6 33N/lnlがとする. なお ， ずれ止め耐力は， 支圧 耐力と床版中央部および目地部の長尺スタッドを考慮、している.
QBa=77.1 kN/750mm，
QBu =33 6kN/7 50111m，
5.2.3試験方法
(1) 輪荷重走行試験
p_ 口a=85.5kN p_ 口u=373kN
試験は山口大学所有の輪荷重走行試験機を用いて行った1)図5-1(a)に示すように輪荷 重を床版中央位置上に， スパン4.0mの中央部から両側に1.8m(走行距離3.6m)の範囲で橋
軸方向に移動させ載荷した
輪荷重の大きさついては 照査活荷重状態である類似路線内での実測結果から得られ る最大輪荷重が，床版の着目断面に対して最も不利になるようにl組が単独で載荷された 荷重状態、であると考え， 以下に基づき150kNとした. 土木研究所資料第2700号「限界状
写真5-2 : 試験状況
態設計法における設計活荷重に関する検討II J 7) によると， 1週間の調査期間中に軸重約 300kNがl軸あるいは2軸(タンデム)で実測されている. したがって ， 重交通が予想さ れる路線では， 照査荷重 として150KNのタンデム輪荷重(橋軸直角方向 50cmX橋軸方向 20cm) 1組を考慮して照査するの が望ましい. なお， 実測された荷重は衝撃の影響を含ん だ荷重 と推察されるが， 土木研究所資料第25 39号「限界状態設計法における設計活荷
に関する検討J 8)で 示された衝撃係数は平均卜04と比較的小さいこ とがわかっている. 輪 荷重の走行回数は50万回であり， これは超過積載車車両の交通量をl日2台， 供用期間100 年， 安全率3と想定したときの交通量に相当するものである.
走行回数N=2X2軸X 365日X100年X 3 = 438.000回今50万四
着目計調IJ回数は， 走行回数1， 10， 100， 1000， 1万， 2万 ， 以降2万回毎の走行回数に スパン中央 およびスパン1/4点での静的載荷を行った. 計測項目は， 床版および鋼桁のた わみ， 接合面のずれ ， 床版， 問詰め部， 銅桁 ， 床版内鉄筋のひずみ， および床版， 問詰め 部のひび割れ状況である. 写真5・2(a)は試験状況を示している.
(2) 静的曲げ試験
載荷能力2000kNの載荷装置を用いてスパン中央のl点載荷とした. 載荷板は橋軸方向 には200mJn， 橋軸直角方向には床版全幅の 600m mである. 載荷ステップは， まず設計荷 重である437kNまで2回繰返し載荷を行い ， その後は破壊まで漸増載荷を行った. 写真5・
2(b)に試験状況を示す
5.3解析概要
5.3.1輪荷重走行試験
試験結果の評価の妥当性を検証するために， 3次元線形FEM解析を行った.解析には 汎用FEMソフトであるLUSASを使用し， 床版コンクリートおよび問詰め部モルタルは8 節点ソリッド要素， 鋼桁は 8 節点薄肉シェル要素， PC銅線は2節点棒要素を用いて， 図
5..3に示すように対称条件を考慮、して1/4モデルを解析した.また精度良くシミュレーショ
ンができるように， 要素分割数828 ， 節点数9 40に細分割してモデル化した9)
試験体は輪荷重( 150kN)を設計荷重とした許容応力度設計を行っており，その荷重レベ ルでは合成桁は完全合成断面として線形挙動することは明らかであるので，本解析では線 形解析とし， 床版-鋼桁聞のずれ挙動は完全合成としてモデル化した. なお，解析に用い た材料特性は， 表5-1に示す材料試験結果である
5.3.2静的曲げ試験
試験結果の評価の妥当性を検証するとともに，試験での検証が困難である床版下面形状 の支圧効果による水平せん断力伝達機構，支圧部へのひび割れ発生メカニズムなどを検討 するために，2次元非線形FEM解析を行った. 解析には汎用FEMソフトであるMARCを 使用し， 図5・4(a)に示すように， 試験体の対称性を考慮して解析モデルは1/2対称モデル とした.床版コンクリート，問詰め部モルタルおよび鋼桁は4節点平面ひずみ要素，スタッ
ドは2章の2.3に示す2節点はり要素を用いて非線形挙動であるずれ特性を考慮、し， 接合
図5-3 :解析モデル
f1a円ge IJJeb fi ller slab
σA
Q 85 fc'
fc' / J
。
(a) :解析モデル
σ = Q 85 fc' ''' E c / Qα沼市(2- éc/Qα)2 )
丘
。α)2 E Cu E c
(c) : コンクリー卜およびモルタル圧縮域
(b) :鋼材
ft
。
E;l1∞
E s
一一→�
E c
(d) : コンクリートおよびモルタル引張域 図5-4 :解析モデルおよび構成則
面の要素聞の接触条件は圧縮力のみ伝達するものとし，水平せん断力はスタッドおよび支 圧部で伝達されるようにモデル化した10)
図5-4(b)， (c)， (d)に各材料の構成則を示す. 床版コンクリートおよび問詰め部モルタ ルの 圧縮域の応力ーひずみ関係は， 道路橋示方書に定義されるコンクリートの応力目ひず み関係を用いているが，解析上， 線形弾性領域を定義する必要があるため， 圧縮強度の1/
3までは直線，その後は道示式を適用したII} また， 同材料の引張域はひび割れ発生まで は線形弾性， ひび割れ発生後は直線ひずみ軟化(その傾きは初期ヤング率の1110)とし，ひ び割れ特性を考慮した. 鋼桁およびPC鋼材は，ひずみ硬化係数を0.01としたパイリニア モデノレとした.
5.4結合部の疲労性状
5.4.1変形性状
図5-5は， 床版中央位置に輪荷重150kNを静載荷した場合の床版および鋼桁のたわみの 経時変化を示している. なお計測点は 床版は床版下面， 鋼桁はスパン中央位置の下フラ