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

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九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

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

中村, 聖三

https://doi.org/10.11501/3105032

出版情報：Kyushu University, 1995, 博士（工学）, 論文博士バージョン：

権利関係：

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Kodak Color Control Patches

Blue Cyan Green Yellow Red

Gray Scale

1 2 3 ₄ ₅ 6 8

Magenta White

@除措蹴，2∞11M:ぬ刻蹴

3/Color Black

持焔ak

19

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①

プレファブ銅床版を用いた

橋梁床版架け替え工法に関する研究

平成7年4月

中村

^貰口-^{三E 一一}

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第 2章損傷RC床版に対する補修・補強の現状・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・7 2 . 1 緒言・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7 2. 2 R C床版損傷の形態と進行過程・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・8 2.3 R C床版の損傷原因と対策・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・...9 2.4 R C床版の補修・補強工法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・11 2 . 5 床版の打ち換え・架け替え・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・15 2 . 6 結語.. ^. ^. ^.^.^. ^.^. ^.^.^. ^.^. ^.^. ^.^.^. ^.^. ^.^.^. ^.^. ^.^.^. ^.^.^•. . . .21 参考文献・... ...・・22

第3章新型プレフアプ鋼床版を用いる床版架け替え工法の概要と研究課題・・・・・・・27 3 . 1 緒言・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・27 3 . 2 鋼床版本体の基本構造・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・29 3 . 3 工法の概要・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・33 3 . 4 研究課題...35 3 . 5 結語・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・...36 参考文献・...・・3 7

第4章架け替え工法および構造詳細に関する試験研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・39 4 . 1 緒言・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・39 4. 2 主桁と鋼床版との連結方法に関する実験・・・・・・・...40

4 . 2. 1 概説・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・40 4. 2. 2 押し抜きせん断試験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・.. . . .41

4 . 2 . 3 実大桁模型曲げ疲労試験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・....^.49 4.3 主桁と支持横桁との連結方法に関する実験・・・・・・... .. .55 4. 3 . 1 概説・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・55 4 . 3 . 2 支持横桁笑大部分模型疲労試験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・56 4.4 京市部・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・.64 参考文|猷・・・・... .... ...・・・・・・・・・65

(5)

�} 5章架設系および完成系の全体構造模21実験とその解析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・..66 5. 1 緒言・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・.66 5 ^. 2 完成系の挙到Jに関する実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・67 5 . 2. 1 試験体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・67 5 . 2 . 2 試験方法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・74

5 . 2 . 3 試験結果と考察...80

5 . 3 架設系の挙動に関する実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・92 5. 3 . 1 試験体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・92 5 ^.3 . 2 試験方法... .92 5. 3 . 3 試験結果と考察・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・97 5 ^. 4 架設系を含めた全体構造解析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・101 5. 4 ^. 1 解析法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・101 5. 4 . 2 解析モデル・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・103 5. 4 . 3 解析結果と実験値との比較・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・105 5. 5 結語・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・109 参考文献・.. ^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^•. ^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^•. ^. ^.^•. . .112

第6章実橋梁への適用と現場実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・114 6. 1 緒言・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・114 6 . ² 東名高速道路における損傷RC床版の架け替え例と現場実験・・・・・・・・・115 6. 2 . 1 工事の背景.. . . .115 6. 2. 2 床版架け替え工事の概要・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・116 6 . 2 . 3 静的載荷試験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・131 6 . 2 . ⁴ 荷重車走行試験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・138 6 ^. 2 . 5 応力頻度測定. . ^•. ^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^•^• ^.. . . .141

6. 3 製鉄所における橋梁の拡幅・補強工事への適用例と現場実験・・・・・・・・・143

6 . 3. ¹ 改築工事の概要・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・143 6 ^. 3 ^. 2 静的載荷試験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・157 6. 3. 3 応力頻度測定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・164 6 ^. 4 結語・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・168 参考文献・.^•. ^. ^.^. ^.^.^. ^.^. ^. ^.^.^. ^.^. ^.^• ^•. ^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^.^•. ^. ^•^. ^.^.^. ^.^. ^.^. ^.^. ^.^.^. ^•^.^. ^.^•_.171 第7FR 結論・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・172

，mJ- -rj'i� . . . .176

第1章序論

1981年、アメリカの公共施設が更新を上まわる速さで老桁化してきていることを指摘した

15泊施するアメリカjの原著1 )が出版され、社会的に大きな反響七呼んでから、既に 10年以上が符j位した。アメリカでは既に社会資本の新設の時代は過ぎ、維持・補修の時代が到来していると， iえる。社会資本の中でも、特に道路は今や"4R"の時代に入っていると言われている2)0 4R とは、 Resurfaci_ng(II}制装)、 Restoration(修復)、 Rehabilitation(改修)、およびReconstruction(改

築)を指す。

4ノゴわが|五lの道路は、第2次世界大戦後、昭和29年の第l次道路整備5箇年計画によって近代的な整備が開始されて以来、10 次にわたる5箇年計画を経て整備されてきた。現在第11次道路整備5箇年計画が進められているところであるが、本格的な道路整備の歴史は40年程度に

すぎず、その整備水準は質・量ともにまだまだ低いとの認識から、積極的に建設的な投資が行われており、その額も維持的な投資に比べ大きくなっている 3)。つまりわが国においては、道路施設に関する限り、未だ新設の時代が継続していると考えられる。しかし、1986年の経済白川は既に社会資本の維持・更新コストの割合が長期的に激増することを指摘しており、j!Íい将求維持・補修のH寺代が到来することは怨像に難くない。

道路施設の中でも橋梁は、風雨や日射などの気象作用、沿岸部における潮風や寒冷地での凍結防止剤の使用などの厳しい環境条件にさらされて日々劣化が進んでいくのに加え、他と比較して建設単価も高いため架け替えに多額の費用を要することから、常に適切な維持管理が求められる構造物である。道路の整備に伴い、現在までに数多くの橋梁が建設され、国道(高速自動車凶道を含む)・都道府県道および市町村道に存在する橋長15m以上の道路橋は124，6 04箇所、

総延長約7，OOOkm3)にも及んで、いる。これらの架設年次を見てみると、昭和30年代から40年代にかけて架設されたものが相当数にのぼる。周知の通り、この時代は高度経済成長期にあたり、

帰梁もH砕くぺ H安くHを競って大量に建設されたという経緯がある。このような経緯に加え、

峻工後20--30年以|二経過していることもあり、これらの橋梁については次第に劣化や老朽化が 1:1 ，t_つようになってきている。特に、近年の自動車交通量の急激な増加や車両の大型化に起因して、従米鉄道慌に�y:イTの現象と考えられてきた疲労損傷が、道路橋にも認められるようになってきたの・5)" このような状況から、最近道路橋の維持管理が大きな社会問題となっており6).7)、

作地で十品奴:の他全民診断およびその結果に)，!�づく補修-補強が実施されている5).8)ウ

これまでに公長されたjE路情本体のJ負傷'jï.例について訓べてみると、損傷者|日立は多岐にわたりその!日(I大|も峨々であるものの、とりわけ)�版に引似が多いことが分かる9)。これはすなわち、

(6)

1，号梁を構成する部材において、床版が最も過酷な条件下で使川されていることを枝川しているものと考えられる。床版に損傷事例が多_い理巾としては、設計前₁::f宝仙およびその�&: 術状態の再現性が他の部材に比べて極めて高く、過積載のトラックにより時には設計輪何重以tのものが作用することもあること、全応力中に占める活荷重応)Jの割合が高く、それが車両の通過ごとに振幅を変えながらくり返し作用することなどが挙げられる。

このような道路橋床版の他部材と比較しての早期劣化傾向は、鋼橋における鉄筋コンクリー

ト(以下、RCと略記)床版において顕著であり、その対策として純々の補修・補強工法が提案され実情に適用されている10)-12)。その補修・補強工法のrlJでも、 RC床版を鋼床版に架け替える工法が、死荷重の軽減と耐久性の向上、および施工性の観点から注目され、幾つかの実施例も報告されている13)-21)。しかし、これらの工法には経済性や急速施工性などに関して未だ改設の余地があり、総合的に優れた工法が完全に確立されているとは言い難い。具体的には、次のような問題点が挙げられる。

① 従来の直交異方性の鋼床版では，軽量化を図るためできるだけ薄肉のデッキプレートを用い、橋軸直角方向ならびに橋軸方向にリプで柿剛するため、溶接Jて数・変形矯主主数などが増加し、経済性が犠牲となっている。

② 主桁上フランジには、スラプアンカー(非合成桁) あるいはジベル(合成桁)や主桁の添接鋲頭などの突起物が存在するため、RC床版撤去後の鋼床版設置面の処理が短めて煩わしく、施工性を阻害している。

① 特に、合成桁の場合に鋼床版と主桁上フランジ問の水平せん断力を伝達させる連結方法で、施工性の優れた一般的な工法が見当たらない。

本研究は、以上述べたような背景に鑑み、損傷の著しい道路橋RC床版を対象に、経済性・

施工性に優れた鋼床版による架け替え工法を提案し、その実用化を図るべくできる限り実大に近い模型体を用いた種々の試験研究を実施するとともに、実橋梁へ適用し施工性および構造特性に関して検討を加えたものである。提案する床版架け替え工法の特徴と、上記問題点の処理方法に対する考え方を、以下に列挙する。

① RC床版の代替であることから、新設鋼床版のようにできる限りの料量化を|司る必安はない。したがって、鋼床版パネルの製作コストを下げるため、迎皮の�ま52化を阿ることを!甘ïi/Ëに、可能な限りデッキプレートの板lfを仁げ、リプの溶f妥工数を低減するりそのため、鋼床版の原型ともいえる開|析面縦リプ主体の Battl_ed_eck FJoor Typeの剣山版22) をJt本(I�jな防法71�式としてJ来用するつ

⑦ 縦リブ主体の制q(!:反パネルには{，0IjiUJplr:f{J }j[íIJのJ;ùJIJ門

として、制J�(版の鉛p'C方[hJ支持を円的とした支持検桁を床版撤去前にあらかじめ主桁に jW設するこれにより、分割施工竹および‘急速施工性もrnJ J二するr

① '1 (111，jのj並行HlIJ I�長時11\1を短縮するため、銅床版と主桁との連結にはライナープレートを介したボルト峰子?をJrJいる。さらに、連結部の耐久性向上のため、縦リプ・主桁フランジnuの遊間へ注入する無収縮モルタルにて、より強固な一体化を阿る。

④ 」二記述結において、ヒフランジと鋼床版縦リプとの連結部に作用する水平せん断力の伝達は、主桁の既存ジベルと鋼床版縦1)プに溶植したジベルにて行う。そのため、主桁上の既存の突起物は全てずれ止め効果を期待できることになり、従来不可欠であった既存ジベルの撤去および上フランジ面の仕上げの:必要がない。

本論文は、全7章により構成されている。

第1 Ì立は、本研究の背景と目的について述べ、その意義および位置づけを明確にするものであるr また、1'f長- 目的に加え、提案する道路橋RC床版の鋼床版による架け替え工法の特徴を概説し、本論文の構成を示している。

第2章では、損傷したRC床版の補修・補強の現状を示すことを意図し、まず、RC床版の損

傷形態と進行過程について概説した後、損傷の原因とその対策について述べている。次に、損傷したRC床版の機能を回復、あるいは向上させるために行われる補修・補強工法を紹介している。さらに、他形式床版への架け替え工法についても述べ、鋼床版による床版架け替え工法の位置つ'けを明確にしている。

第3章では、損傷の著しい道路橋RC床版の架け替え用という限られた用途であることを考

慮の上、経済性および施工性にも配慮して考案した、鋼床版による床版架け替え工法を提案し、

本工法で用いる鋼床版本体の構造および施工手順などについて述べている。また、本研究で解決すべき課題を州出している。

第4章では、主桁と鋼床版との連結方法および主桁と支持横桁との連結方法を決定すべく実

胞した、 1m分悦引をilJいた静的被荷試験および繰返し載荷試験について述べている。主桁と鋼床版との述紡)J法については、まず、いくつかの連結方法を対象に押_し抜_きせん断試験_を行い、

作々のせん断}J伝述機能(1耐!日f)Jおよびせん18rパネ定数)を調査している、次に、その結果に施 u'tのîÖl以からも検，Hを}j'lえ、最も優れていると考えられる述結}'j法を選定し、 f村桁i行r1絞史型を!灯川「日jハしいE

たl'iJí叩Jí.(I内Vおよひびごt払総i佐1j返区しlリ山11山11げげ岐|快長わ1仰;V可:jιμ，;1汰I点九tに品験を行うことにより、吋該i主主f;自HSのtJJ�(I�j ) J 't粁性および耐久性をM(，氾している • }j、 ìJiiと支持航行Jとのj主計i }ii去に|羽しては、 2 Hli'[の111;:j左Jfわに(1111(fモーメント(.L:，;主引および端土、J ftt'[ tll;: )�I.!)について、3 j:_1'hをイjする陥没を:11汁

(7)

うな部分模型を用いた静的および繰返し載荷試験を実施することにより、支持横桁の椛j由形式に加え鋼床版と支持横桁との連結方法についても検討している。

第5章では、本工法の施工性および本工法をj@:用した僑梁の全体構造としての問題点の有無

について検討しているo そこでは、まず、第4 章の検討・をもとにして設定した標準的な構造詳細を有する大型プレートガーダ一橋模型を用い、想定される施工手)11買に基づいた補修施工実験を実施し、施工上の問題点の抽出と施工時間の調査を行っている。次に、施工実験終了後の以型体を用いて静的および繰返し載荷試験を実施することにより、床版架け替え後の僑梁の全体構造としての力学的特性および耐久性を、完成系において調査しているo さらに、床版架け替え途巾の各施工段階における構造系を模擬した別の試験体を用いた静的載荷試験を実施することにより、分割施工による床版架け替え時の橋梁の挙動特性を実験的に調査するとともに、

_.

WÞ1n'手法を提案し実験結果と比較することにより、その妥当性を検証している。

第6章では、本工法の実橋梁への適用例を 2例紹介し、それぞれの橋梁で行った現場実験について述べている。 1例目は本工法の初の施工実績となった東名高速道路における合成桁橋の床版架け替え工事であり、 2例目は川崎製鉄(株)千葉製鉄所内の橋梁の拡幅・補強工事であるの

前者は本工法の本来の目的である床版架け替え工事に対する典型的な適用例であるとの観点から、後者は本工法の種々の改築に対する適用の自由度の高さを示す好例であるとの観点から取上げたものである。現場実験としては、第l例では床版架け替え前後において静的載荷試験荷重車走行試験、および応力頻度測定を行っており、第2例では改築工事施工中および完成後に静的載荷試験を行うとともに供用後に応力頻度測定を行っている。

第7章は本研究の結論であり、一連の試験研究により得られた知見を総括するとともに、今後の課題についても言及している。

4

第1章の参考文献

1) Pat Choat and Susan Walter : America in Ruins， Council of State Planning Agencies， 1981. ( 1河町行秀監訳:荒廃するアメリカ、開発問題研究所)

2) 不f1UI志昌:アメリカ社会資本のメンテナンス市場、エンジニアリングフォーラム、NO.12、

pp.17・30、 1988.

3) 也設省道路局取修 ;道路統計年報-1994年版ー、 1994.8.

4) 仁木学会鋼構造委員会疲労変状調査小委員会;鋼橋の疲労変状調査、土木学会論文集、第 368 �J-/1・5、 pp.ト12、 1986.4.

5) 附山清、今井宏典監修:損傷と補修事例に見る道路橋のメンテナンス(阪神高速道路)、

(H1')阪神高速道路管理技術センタ一、 1993.3.

6) 篠以洋百J:橋の維持管理、土木技術資料29-11、 pp.I-2、 1987.

7) 篠原洋司:橋梁補修・補強の技術、橋梁と基礎、 Vol.28、NO.8、 p.4、 1994.8

8) 佐藤栄作:鋼道路橋の補修・補強の概要、橋梁と基礎、 Vol.28、 NO.8、 pp.11-16、 1994.8.

9) 国土開発技術研究センター:合理的な維持管理水準の設定および保全技術の体系化に関するr�I�J査報告書

10) 日本道路協会:道路橋補修便覧、 1979.2.

11 ) 建設省土木研究所:既設橋梁の耐久性評価-向上技術に関する調査研究E、土木研究所資料2615号、 1988.2.

12) 土木学会関西支部 II RC床版の耐荷力と耐久性、既存橋梁の耐荷力と耐久性、昭和60 1r.皮講習会テキスト、 1985.7.

13) 波辺昇、城原徹:兼山橋における既存コンクリート床版の鋼床版による補修、橋梁と基

(�&、 Vol.9、NO.l、 pp.40・45、 1975.1.

14) H波兄毅、河合文久、和田拓雄:勝間橋の補修・補強、橋梁と基礎、Vo1.l7、NO.8、pp.40-45、

1983.8.

15) { ï } 11山鉄工建設株式会社橋梁設計部:建設省中国地方建設局「新観音橋J床版張替工事、石

川山崎)科技報、第25巻、第5号、 pp.l・6、 1985.9

16) 大11)j ，'�I，J跡、森凶jミ:鋼床版パネルによるコンクリート床版橋の復旧、橋梁と基礎、Vo1.l9、

No.4、 pp.4ト45、 1985.4.

17) 切行列、111j防波、川村浩て、1JIIJi.長IF. 51ミ:紅胤情における鋼床版張科え工法、情梁と基 (J�、 Vol.23、 No.6、 pp.ト7、 1989.6

5

(8)

18) 中崎俊三、岩村二三男、松沢武夫、大野克紀:大渡橋(吊橋)の床版取替え工事ー全径間連続鋼床版の採用一、第2回鋼構造物の補修・補強技術報告会論文集、pp.89・94、1991.6. 19) 青戸宏文、伊藤仁、藤田勝彦、蓑田春生 ^: 昭和橋床版打換工事、第3回鋼構造物の補

修・補強技術報告会論文集、pp.59・66、1992.6.

20) 月岡義晴、宮崎有希子:アーチ系橋梁のRC床版から鋼床版への取替え工事一白川橋、

MSC技報、Vo¹^.6^.、pp.48^・55、1992^.9.

21) 米林一俊、南善仁、米山徹、陶器正:竹の下跨線橋の補修工事報告、)11田技報、Vol.14 pp.l19・122、1995.1.

22) ^A.^I^.S^.C^. ^:Design Manual for Orthotropic Steel Plate Deck Bridges， 1963.

第2章損傷RC床版に対する補修・補強の現状

2 ^. ，緒日

JÚU;行稿、特に鋼道路橋のRCJ未版に過大なひび割れが生じ、コンクリートが部分的に剥落したりr"n装面が陥没するなどの損傷挙例が、IJF1和40年代から報告されはじめた1)。道路橋の構成部付11'、リミ版は交通荷重を直接担うにもかかわらず法肉構造であるため、設計全応力中に占めるt，fj 1'j守主応、ブJの割合が高いのに加え、設計伶重の再現性も高く、時には設計荷重の 2-3倍に相、!?する輪1'11.iltが通過することもあると言われている円したがって、道路橋を構成する他部材に比べ疲労損傷の発生する可能性が非常に高く、前述したRC床版のひび割れ損傷は広義の疲

労似似であると認識されているの

lJLイ正までに、この種の損傷に関しては多くの調査・研究2)-18)が行われ、原因の究明と損傷を防止するための対策が取られてきており、設計法もそれとともに改善されてきた。したがって、今後建設される道路橋のRC床版は、耐久性に関しても十分な配慮がなされていると言え

る -}f、現在においても既存橋梁の中にはRC床版の損傷が著しく、早急に補修・補強、さ

らには改築が必要なものも存在する。また、現在損傷の程度が小さいものについても、今後の火i並立の増加と車両の重量化傾向を勘案すると、近い将来に損傷が顕在化することも十分に考えられる

本章では、まず、このようなRC床版の損傷形態と進行過程について概説した後、損傷の原同と対策について論じる。次に、損傷したRC床版の機能を回復するために行われる補修-補偵正法を紹介する。さらに、他形式床版への架け替え工法についても述べ、本研究で取り上げる剣床版による架け替え工法の位置づけを明確にする。

(9)

RC床版の損傷原因と対策19)

2 . 3

RC床版損傷の形態と進行過程2)ー18)

2. 2

損似したRC Lぷ版の補修・補強計画を立てるに際して最も重要なことは、損傷の状況を十分 RC床版は主桁問の支間に対して厚みの小さい板構造であるにもかかわらず、直接輪荷重を

それを除去あるいは緩和するのに最も適した工法を選定す訓貸してその主原肉を把促した後、

支える部材であることから疲労損傷を受け易いことは、前述した通りであるo床版の損傷は、

ることである。床版の損傷原因としては種々のものが考えられるが、以下に示すぞつに大別されよう。

大なひび割れの発生やコンクリートの部分的な抜け落ちなどをもって考えられており、その形他の主部材のようにコンクリートの破壊や鉄筋の破断あるいは降伏といった状態ではなく、過

作用荷重に関するもの

床版を合む備造系に関するもの

、1EJ唱EA，，l、

( 2 ) flEは以下の4つに大別される。

施てに閲するもの ( 3 )

亀甲状ひび割れが発達した抜け落ち床版上面のかぶりコンクリートの剥離

般に指摘されているものを以下に列挙する。

それぞれについて、

施工継目部^の破^損

、、zJ-hu

作用荷重に関するもの

、BJa'li ，，aE‘、

その他による欠陥施工不良、

d ) 輪荷重の大きさ- 頻度

大型車の頻度が年々増加しているのに加え、過積載のトラックにより設計輪荷重を RC床版として最も一般的に用いられている「主鉄筋が橋軸直角方向に入っている一方向版」

a )の損傷形態が生じるまでの損傷過程を追跡してみると、

越える荷重が作用することがある。

輪荷重の通行軌跡

、、IJLU

の場合について、

主鉄筋方向にひび割れが発生

配力鉄筋方向にもひび割れが発生(異方性版として挙動)

①

② 床版の支|問中央に車両の通行軌跡がくる場合に損傷事例が多い。

路面の状況

c ) 二方向ひび割れが床版全面に拡大

角落ち、すりへり現象を伴ってひび割れ幅・深さが増大

①

④ 路面の不整によって、輪荷重の衝撃力が増大する。

イ坂を含む構造系に関するもの ( 2 )

ひび割れが床版を貫通し、漏水・遊離石灰の発生

20�30cm程度の亀甲状ひび割れになるとひび割れ密度(幅O.lmm以上のひび割れの

①

配力鉄筋量の不足 1m2当たりの総延長)が停留

⑤

一方向版として設計された床版においても、橋軸方向(配力鉄筋方向)にかなりの曲げモーメントが分配されるため、橋軸直角方向(主鉄筋方向)にひび割れが発生する。

すりへり粉溶出、鉄筋との分離、せん断抵抗の低下、部分抜け落ちといったパターンを取ることが多く、これを模式的に示すと図-2.1のようになる。

⑦

床版の剛性不足

、、IJ.hu

文持桁の不等沈下

この影響で、床版に付加曲げモーメントが生じる。

主桁作JTJによる彩李ß

、〈桁に合成された床版の場合、主桁作用により床版に負の曲げモーメントまたは引民)Jが作川する。

(J Ill�:止における11IJげモーント

(日)jl(けi五九

①2 )i!:I! ひびわれ

σH�ji�I!1制化 1ノ

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J�Jほの1r�111山ん'lílJのj主主流性を|折った床版縁端部や施工打ち継ぎ11の部分は、床版の支

��.UこHHt�がmtしい.

JS:条件としては1'11]1紋の状態となっていることが多く、

ひび、;別れ損傷のj並行j白紅18) 1';(1-2.1

8 9

(10)

( 3 ) 施工に|却するもの

a ) 施工不良

床版コンクリートの施_工不良_により、強度不足や局部的な_{品質不良が}₁₁:.じる。

b) 施工精度

床版厚、か_ぶ_り _厚、および鉄筋配置の誤差は床版強度に大き_く_影響する。

表-2.1にこれら損傷原因に対する一般的な対策を示す。個々の損傷事例におけるJL体的な補修・補強工法については、それぞれの場合に応じて管理者が選定することとなる。

表^-2.1 _床版損傷_に対する対策2)

床版損傷にかかわる因子対策

① 過大な輪荷重の作用床版の補強、荷重mu限

⑦ 過大な衝撃の作用橋面舗装・伸縮継手の維持補修

③ 輪荷重通行軌跡による通行帯の調整(大型車通行位置の指定など) 過大モーメントの作用 _{床版の補強}

④ 設計耐力の不足床版の補強、打換えまたは架け答え

① コンクリート品質・施工の不良床版の打換えまたは架け替え

⑤ _{配力鉄筋量の不足} _{床版の補強}

⑦ _{床版の剛性不足} 床版の補強(支間短縮、増し厚など)

③ 主桁作用による負の曲げモーメント _{床版の補強} または引張力の作用

① 自由縁における過大モーメントの作用床桁の設置、床版の補強部分打換え

⑬ 支持桁の不等沈下による荷重分配償桁の配置、床版の補強付加モーメントの作_用

2 ^. 4 R C床版の補修・補強工法19)-33)

II(H!140年代に多発したRC床版の過大なひび割れや床版陥没などの損傷は、

車両の大型化と火泊中のj:';�， )JIIに対して、床版のIlllげ耐力が不起しているために発生したものであろうとの考え)Jが、!?時一般的であったリそのため、その後新設される街梁に対しては、床版のI的げ耐力を J':� }JIIさせるよう_以_下のよう_な対策_が取られた。

① 配ノJ鉄筋託のti1))11

② 鉄筋の詐符応))皮の低減

③ Dk版のスパン長を短縮

① !末版!享をよ将加

また、 B;t_に1'.01_与を受け_ている床版に対_しても、曲げ耐力の増_加を目的として床版下面に鋼_板

を樹脂接着する鋼板接着工法や床版スパンの短縮を目的とした縦桁増設工法が主に採用されたo j友版補修の開始初期は前者の保用が多く、後になって主桁上フランジ(ウエフ'ギャップ)の疲労日傷防止を)ftね、後者が一般的となった。これ以外にも若干ではあるが、ひび割れへの樹』旨注入了司法. FRP接着工法・モルタル吹き付け工法・圧縮側断面増加工法なども行われていた。これらの工法の概要および長所・短所を一覧表にまとめて、表-2.2に示す。

しか_し、その後松井 14)・ 15)、園田 16)_， 17)らの移動荷重を用いた RC床版の疲労試験により、

保版の損_傷は曲げ耐力の不足によるものではなく、主として貫通ひび割れの発生、ひび割れのか_み合いによるせん断_抵抗の低下、およびそれらに_起因するせん断耐力の低下によるものであることが明らかにな_った，そのため、最近では床版の上面あるいは下面にコンクリートあるいは補強材を追加し、床版のせん断耐力を増加させる補強が行われるようにな_った。 _以下にその

概要を示す。

1 ) 上面増し厚工法

アスフアルト�In�を鰍去した後、床版_上面のコンクリートを 1�2cm程度コールドプレーナで切ì'jlJし、表面をサンドプラストおよびバキュームクリーナで清掃するしその後、通常は超速似セメントをmいた制繊維補強コンクリートを5�7cm程度寸I設して、i日床版コンクリート

と什4化させる工法である( 1叶-2.2)。当初は、新旧コンクリートの剥自Itを防止するためにジベ

ル鉄筋などをHち机ぎ11に配位するのが一般的であったが、 11えj!iではこれが行11怖される傾向にある.

イベUJ2では、 q()版スパン11'火祁においては11:和fì rWJに他全なコンクリートカ{j白))11されることになり、 I111げIll)j ))ばかりでなく、iijlし抗きせんIlJÍ" ，!ljJ ) Jも人ー1111，\ �こJ':�'))11するため、 i:lj 111コンクリート

(11)

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図

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考

安一

刊笠

所

-床J:反の両.)計iブJのJ�)J日liJ切1寺できない。

・他の筒所に新たなひび割れが発生する可能性がある。

短所

- 施工が容易で工JVIが短い0 .鉄筋の�}jj，!1効果及び比版の

防水性がj閃待できる。

長工法のll!1�

ひび苦IJれ内にヱポキシ系のおWrを注入しコンクリートを一体化させる工法。

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. rRP自体の�i�i生係数が小さいため骨;JWi力のj世加liJUI 待できない。

・ひび割れ発生の防止効果は - 施工が容易で工j切が短い0

.純血で死i!'iru: J目J)日がない0 .施工不良の防誌に役立つ。

床版下回にr _{R r} (ガラス繊維で1m強したプラスチックシール)を!妄苦して既存

部材と一体化さ_せる工法。

F 1< P I�む工法

小さし

、

^。

[ル?ん吹Nけ工法

叫竹

」+市la M~ 以

•

_J_既存生版との付背に不安がある0

・モルタルの硬化まで交通規制が必要である。

-死荷量のj首)J日により主桁等に対する負担がl自す。

.j;jミ版j草をnくできる。

- 型t!1ちが不安で移動及び山工が迅速に行える。

-床版のまめ仮、最1)雌等のHì (お箇所のlilH互に適する。

床版下而に鉄筋、鉄筋網をむt(白しモノレタルを吹付けて既存部材と一体化させることによって床版厚をj白す工

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. 1m強i去のJ目白状態の確認が困難。

-床l坂の而Jfii力のj目J)IIがjリ) (存できる0

・交通規制なしで胞工可能0 .施工例が多く一般化された

工法である。

ぜ，I �一一一ー--r-T/ 、寸一ーー一ー旬、、、� l'・..ヒt.llrl・1

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I ll'l t>tl品íi 1、 ! とご�:....工__/_j

一 l(? I日hて-1 /シール -制服が高旧日である。

-木体椛j宣が特殊(箱桁等) な場合や添加物がある場合

l竹山(q.'j!こINilíi)の役目が困難。

- 初日ll1が日ÍI町である。

-床l坂の活科îll負担が減少0 .交辺i見n�lなしで施工可能0 .施工例が多く一般化された

工法である。

・li日目ìf去のJn{�慌た!がらrお0 .将来の利用価怖が大きし、。

床版下町jに鋼板をエポキシ系のおlR旨によって傍若させる工法。1�粁法として注人法と圧着法、銅版形状として_Jt柄と制l怖があり、共に而^!者のは川�Wが多い。

既存の床版支持|行間に新たに縦1行を増設(桁・床版問は引n\rT.l:入)し比版文川を減じる工法。縦桁支持用の 1m Iífを同nケにj的役すること rJi. r、。

1仮112訂工法

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- 死予Hfiのj白JJIlにより主桁等に刻する負担がj首す。

-交通規制が必要である。

・85而高の影響が取付け道路にまで及ぶ。

- 現在施工例が少ない。

-床版厚が大になり、抵抗!折田の増大効果が大きい。

-他の�iD強工法に比べ工此が l在日Uである

が多い。

床版上回に鉄筋、鉄筋伺などを設置し、コンクリートを打設することによって床版η.を_j�1す工法。

圧縮。11I断面 i自JJIl工法

(12)

床版の打ち換え・架け替え3 4 )-52) 2. 5

RC }�()阪のHW)jが著しく、前節で述べたような補修・補強工法の適用が困難である場合や、

ネIIJ1]虫してもその効果がJWJ待できないと判断される場合、床版コンクリートの打ち換えや他形式のr�(版への先日けを子えが行われる。また、現時点で床版の損傷レベルが低くても、将来損傷が進このような床版の新設は、程度の差行する可能性がおい場合にも床版を新設することがある。

交通規制の可能性についての検討が必要となるが、採用が日[能であれば他の補強工法に比べ復旧の確実性においてはるかに優れている。

全山梨け{与え工法は

新たに用いる床版の材質はあっても必ず交通規制を伴うので

( a )

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増し席後断面

切削後断面施工前断面

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施工方法

。。

床版の構造特性などによる分類が可能である。

このうち、床版の材質による分類では、

( c ) 上面増し厚した断面の例31)

図-2.2

コンクリート(RC' pc)系の床版を用いるもの35)- 38)

①

銅・コンクリート合成構造系の床版を用いるもの39)- 4 2).51)

②

鋼床版系の床版を用いるもの4 3)-52)

③

このうち、鋼・コンクリート合成床版については多くの形式のように大別することができる。

が提案されているが、最も施工性が良いのは鋼板にスタッドジベルを溶接したRobinson床版であると言われている53)。また、 Robinson床版の他、最近著しく研究が進んでいるのは立体

/|山版

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^{・1えLLιι} トラス型!ジベルを有する合成床版である54)ーω)。本形式床版にはこれまでのところ、損傷床版

の架け替えに用いられた例は見当たらないが、新設橋梁に用いられた例61)-63)は報告されてお

ポリマーモルタル

(口欠付けモ)[，タル) り全面架け替えに応用することも可能であると考えられる。

また、施工法による分類では、

現場で支保工・型枠を組み立て、配筋後コンクリートを打設する場所打ちRC床版コンクリートのみ現場で打設する場所打ちセミプレ別枠 -配筋までを工場で行い、

①

② 下面増し厚工法31)

図-2.3

キャストJ�(}�反

全てu坊で製作された床版を現場でil，rf^;{_1.J"けるプレキャスト、あるいはプレファブ

③

. ，A l l -、 aiR什)

プレキャストるが、l[iJ!.l:で、は十IiJ11安工lVJを間前(ìする必��↑tがιいことから、

のコンクリート系Jj()阪がi七川されることが多いようである‘) の3 H:li'iに分1ftで

(13)

さらに、構j立特↑生では、

① 等}j性版として取り扱われるもの

② 異方性版として取り扱われるものという分類ができょう。

表-2.3には、各分煩に相当する床版架け替え工法を一覧表にして示す口また、図-2.4には、

表-2.3に示した各床版の構造概要を示す。

構造上、施工上の観点から見て、これらいずれの工法にも一長一短がある。 .般的には、損傷した床版を取り域して新しいRC床版に打ち換える方法が、全面通行止めや車線規制などの

必要な交通規制が可能であれば、最も経済的な方法である。それ以外の床版形式は現場打ち RC 床版に比べ工費は高くなるが、一般に軽量であり、また工期を短縮できるなどの利点を有する。代表的ないくつかの床版形式について、工法の概要および特徴をまとめて、表-2.4に示す。損傷RC床版の架け替えに際しては、これらの特徴を十分把握し、補修対象橋梁の主椛造の劣化度や機能まで考慮した上で、採用すべき床版形式を決定することが必要である。

損傷した RC床版の補修・補強、あるいは架け替え工法の選定に際し考慮すべき要因として

は、以下のような項目が挙げられる。

① ^{RC床版の損傷度}

② ^{主構造の耐久性}

① ^補修費用

④ 橋梁の機能更新の必要性(幅員、設計荷重など)

⑤ 施工条件(取付道路幅員、交通量、施工機械の稼動空間など)

従来、道路橋の RC床版に限らず、構造物の補修においては、上記要因のうち補修費を最小にすることが最終的な工法選定の決め手とされることが多く、ともすれば補修後の耐久性や構造物全体の機能更新という観点からの検討が疎かにされることもあったようである。今後とも、

老朽橋梁が増加の一途をたどることから、RC床版の損傷度と主構造の劣化度を合理的に判定する手法の開発が望まれるとともに、これらの損傷度と将来の交通電予測に応じたほ適な補修工法を選定することの重要性が一層増すものと考えられる。

表-2.3 RC床版架け替え工法の分類

分類代表例

法一'

一床下J

類一附

分

一使

1.鉄筋コンクリート(RC) a.場所打ちRC床版 b.ユニットスラプ

( 70レキャストイヒしたものも含む) C.プレキャスト床版

d. PPCS工法 e. PC埋設型枠床版

f .プレキャストPC床版

g. 1型鋼格子床版 (ゲレーチンゲ床版) h. コンポスラ7.

1 合成床版 j ^.^SBスラプ

k.合成床版(π形鋼を使用) I .合成床版(立体トラス型γヘ。ル)

4 鋼材

1

^m ^銅床版

1.場所打ち床版

I

a .場所打ちRC床版 2.場所打ちセミプレキャスト床版

I

^{b.ユニットスラプ}

(70レキャスト化したものも含む) e. PC埋設型枠床版

g. 1型鋼格子床版 2. プレストレストコンクリート

(鉄筋を含む)

3.鋼・コンクリート合成または SRC

E 施工法

(ゲレーチンゲ床版)

1 .合成床版

k.合成床版(π形鋼を使用)

3.プレキャスト

およびプレファプ床版

I .合成床版(立体トヲス型γヘ�1v) b.ユニットスラプ

(70レキャスト化したものも含む) C.プレキャスト床版

d. PPCS工法

f .プレキャストPC床版

g. 1型鋼格子床版 (ゲレーチンゲ床版) h. コンポスラフ'

皿 fl1íj査特性 ^{1.等方性版}

2.見方性版

J . SBスラブ' m.銅床版

a， b， C， d， e， f， _h. j g， i I k， _1， ₀₁

16 17

(14)

a. 場所打ちRC床版

主桁

b. ユニットスラプ

γヘ'ル穴への砂川充填

d. PPCS _[yl

�

正y

場所打ちコンクリート

/舗装

PC板

e . PC埋設型枠!ぷJ:江

，---， 7 レ凶川寺

一一一

主桁

1 11卜、J ヘh、 ‘、T寸不、、一ペ . :..-1荊

v 一 ι 司

司

_主桁

主桁押し付けHT;!;'ルト

手

^\

縦締めPCストランド

f . プレキャストPC床版

底板(亜鉛鉄板、 GRC板)

c プレキャスト!州版 ^記

|χ1-_2.4( a ) 件九日け伴えL法のNI}j�概�I'(I :そのl

主桁

h. コンポスラブ I . 合成床版(立体トラス型γヘeル)

主桁

1 . 合成床版

J. SBスラブ

m. 鋼床版

k. 介成比版(πJr�鋼)

I'XI-2.4( b) 作製け伴えljLの出店側�IχI :その2

(15)

表-2.3 RC床版架け替え工法の分類

1 Bグレーチング床版 | ^{鋼製覆工板床版} ^{コンポスラブ}

1 . ジベルを取付けた鋼板上にコンクリートを打設し両者を一体合成したプレキャスト床版を工場製作

2. 現場架設

3. 継手筋・継手コンクリートの現場施工

φ・合成床版であり破壊までの吸収エネルギーが大きく安全o

・床版厚をR C床版より小さくできる。

。・部材聞の連結部、主桁との取付け部の現場打ちコンクリートが弱点となり得るD

�' 7 ^I、γ寺警

主総材 m鉄仮) シール材

版

床

7ス771レト系舗装

日IJ 鋼

概略図極

工場にて覆工板ノマネルを製作現場架設

主桁とI!.1. Bで連結

-A内JbqJ

1. 1型鋼格子床版を工場製作 2 . 現場架設

3. 現場鉄筋施工後コンクリートを打設

工場にて鋼床版製作現場架設

主付?と11.T. BでillH古

1inLnJ

法工工法

-工費は現場打ちRC床版より割高となるが、鋼床版に比べると充分経済的である。

φ・工期が短い0

・その他1 Bグレーチングと同じ長所を持つD

。・現場打ちコンクリートとプレキャスト部材の継目lこは充分な施工管理を必要とする。

-底板の塗装の塗替えが必要0 .底板があるためひび割れの観察が不可能であり、コンクリートと底板との合成作用の確認が φ・床版死荷重が軽減される。

。・合成桁橋の場合非合成となるため主桁の補強が必要。

・パネル継手部が弱点となり橋面舗装にクラックの生じるおそれがある。

・冬季に路面が凍結するおそれがある。

。・コンクリート床版に比べ工賀は高い。

φ・床版厚を現床版厚以下とすることができる0

. 他のコンクリート床版に比べ強度が大きし、。靭性に優れている。

(H.T.B:高力ボルト)

φ・床版死荷重が軽減される。

・床版の主桁作用が増し、主�1 の耐荷力が増す。

-耐久性に優れている。

。・冬季に路面が凍結するおそれがある。

lt:.

Nfi )E.

1'-) Cコ

φ・取扱いが容易である。

。・ジベル等の撤去作業を必要とする。

。・鋼床版と同じ短所を有する。

-使用鋼材:mffiはp C床版より多く割高となるが、鋼床版に比べると充分経済的である。

φ・型枠、配筋等の現場作業が少なく工期が短い0

・現場作業が安全に行える0 .防護工必要期間が煩い。

。・ジベル等は既設のものを|除き移設又は新設する必要がある。

φ・底板は亜鉛鉄板であり、塗装が不要である。

。・底仮があるため、ひび割れの観察が不可能である。

φ・品も不経済である。

3主的性

φ・高力ボルトにより主桁に連結されるため、架設が容易である

。・ジベ/レ等の撤去作業が必要。

施工性 Fヨ

。・橋面舗装の定期点検が必要 -塗装の塗り替えが必要 -冬季の保温設備が必要持

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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

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository