鋼床版垂直スティフナー溶接部に生じる疲労き裂の補修・補強方法
法政大学大学院 学生会員 ○原田 英明 法政大学 正会員 森 猛 東京鐵骨橋梁 正会員 平山 繁幸 中央コンサルタンツ 桜井 勇人
１. はじめに
近年、鋼床版のデッキプレートと垂直スティフナーのすみ肉溶接部に疲 労損傷事例が数多く報告されており、適切な補修や補強が必要とされてい る（図
1
参照）。この部分の補修・補強方法として、著者らは、テーパーカ ラーを介してL
形鋼をデッキプレートに密着させて補強することを提案し、応力測定試験・疲労試験・応力解析を行ない、その高い補修効果を確認し、
一昨年度報告している。しかし、この方法では、L 形鋼のリフトアップに よるデッキプレートとの密着が均一とならない場合もあった。
本研究では、当該箇所のき裂に対する補強方法として、油圧ジャッキで Ｌ形鋼をリフトアップすることを考え、その効果を確かめる目的で、疲労 試験と応力測定試験、そして応力解析を行う。
２. 試験体
試験体の形状と寸法を図
2
示す。試験体は、鋼床版の垂直スティフナー が桁ウェブとデッキプレートに溶接された部分を模擬したものである。デ ッキプレートの板厚は12mm、ウェブとスティフナーの板厚は 10mm
であ る。試験体には、2 つの垂直スティフナーが取り付けられているため、試験 体1
体に対し2
箇所の試験対象部があり、それらをL、R
と区別する。試験体は、無補強試験体
4
体、き裂のない状態で補強した試験体1
体、き裂を有する状態で補強した試験体
3
体の3
種類である。３. 補強方法
補強は垂直スティフナーから橋軸直角方向中央部に向かって張り出した
L
形鋼を垂直スティフナーの両側に取り付け、L 形鋼を油圧ジャッキでリフト アップするものである。写真1
に油圧ジャッキの設置状況を示す。デッ キプレートとL
形鋼を隙間なく密着させることを目的とし、間詰め材を 用いる。様々な種類の間詰め材を用いた試験体の疲労試験と応力測定試 験が行われ、エポキシパテが最も確実な補強効果と優れた作業性を有し ていることが確認されているため、間詰め材にはエポキシパテを用いる こととする。４. 疲労き裂の発生進展性状
無補強試験体の疲労試験を繰返し速度
5.0Hz、荷重範囲 30kN（下限荷
重
0.1kN）という条件で行った。載荷位置は図 2
に示すようにデッキプレート中心部
50mm×100mm
の範囲とし、ウェブ直下をローラー支持す ることで試験を行った。キーワード：鋼床版、垂直補剛材、疲労き裂、補修、L 形鋼
連絡先 ：〒184-8584 東京都小金井市梶野町 3-7-2 法政大学工学部 TEL:042-387-6287
デッキプレート トラフリブ 疲労き裂
スティフナー 主桁腹板
図1 き裂発生部位
スティフナー 載荷板
デッキプレート 橋軸方向 (単位：mm)
図
2 試験体
写真
1 ジャッキ設置状況
図
3 疲労き裂進展性状
0 500 1000
0 50 100
No.1L上面
No.1L下面 No.1R下面 No.1R上面 No.5L上面 No.5R上面
No.5L下面 No.5R下面 No.6L上面
No.6L下面 No.6R上面
No.6R下面 No.7L上面
No.7L下面 No.7R上面
No.7R下面
荷重繰返し数（万回）
き裂長さ（
mm
）土木学会第64回年次学術講演会(平成21年9月)
‑269‑
Ⅰ‑135
図
3
にデッキプレート側の疲労き裂進展性状を示す。き裂は、試験開始後すぐに溶接部のデッキプレート側止 端とスティフナー側止端で発生した。磁粉探傷試験で観 察したデッキプレート下面の疲労き裂を写真
2
に示す。このき裂は、発生後急速に進展し、70mm 程度まで進展 した時点でデッキプレート上面の
き裂が発生する。上面のき裂は、
発生後急速に進展し、下面の長さ と同程度まで進展すると上下面の き裂進展は遅延し、ほぼ停留する。
しかし、停留した後もさらに載荷 し続けると、デッキプレート上面 に橋軸直角方向のき裂が新たに発 生した。このき裂が成長するとデ ッキプレート陥没へつながる。一 方、スティフナー側のき裂は発生 後すぐに停留した。
疲労試験終了後に試験体を解体し、疲労破面を観察した。疲労 破面の例を写真
3
に示す。デッキプレート上面のき裂は、下面で 発生したき裂がデッキプレートを貫通したものではなく、新たに 上面から発生したものであることが確認できる。５. き裂がない状態での補強効果
き裂が無い状態で補強した試験体に対して応力測定試験を行っ た。図
4
に補強前後の応力の比較を示す。なお、応力測定試験は21kN
の静的荷重載荷時に行った。補強により応力は大きく軽減さ れており、特に止端から2mm
位置の応力はLR
ともに補強前の0.45
倍程度となっている。さらに、LR の差も小さいため油圧で 補強作業を管理することにより、確実な補強効果が得られると考 えられる。また、前章で示したものと同じ条件で補強試験体の疲 労試験を行った結果、繰返し回数が500
万回に達しても疲労き裂 は生じなかった。６. き裂が生じた後の補修効果
き裂を有する状態で補強した試験体に対して疲労試験を行った。
図
5
に無補強試験体とき裂を有する状態で補強した試験体のき裂 進展状況を比較した結果の例を示す。この試験体では、補強によ りき裂の進展が完全に抑制できている。他の補強試験体では、き 裂が多少進展したものもあったが、その進展量は0.2mm～5.4mm
と微小であった。表1
に試験終了後のき裂進展量を示す。き裂を有する無補強モデルと補強モデルの
3
次元有限要素弾性応力解析を行った。載荷荷重は、20kN
であ る。想定したき裂は、デッキプレート下面溶接止端部に生じた深さ2mm・長さ 8mm
の半楕円形き裂である（図
6
参照）。解析より得られたき裂先端A、 B
の応力を図7
に示す。いずれの位置においても、き裂先端の 応力は、補強により1／6
以下となっている。写真
3 疲労破面正面図
デッキプレート上面のき裂
デッキプレート下面のき裂
写真
2 き裂の様子
10mm
図
5
き裂進展の比較0 200 400 600 800
0 50 100
荷重繰返し数(万回)
き裂長さ
(mm)
無補強上面 無補強下面
補強後上面 補強後下面 補強
図
4 補強前後の応力
2 4 6 8 10
–200 –100 0
L補強後 L補強前
溶接止端からの距離（mm）
橋軸直角方向応力
(N/mm
2)
R補強後 R補強前
※繰返し数＝（補強前繰返し数）＋（補強後繰返し数）
L DL R DR
4 150＋500 0.0 0.0 0.0 0.0 9 50＋500 5.4 0.0 0.2 0.0 10 230＋500 0.0 0.0 0.0 0.0 試験体 繰返し数(万回) 補強後のき裂進展量（mm）
表
1 試験終了後のき裂進展量
※L・R＝L側・R側デッキプレート下面のき裂
※DL・DR＝L側・R側デッキプレート上面のき裂
図
7 補強前後のき裂先端の応力
−1500
−1000
−500 0
き裂先端A
き裂先端
B
補強前 補強後
橋軸直角方向応力（
N/
ｍｍ2 ）図
6 き裂の概略
2mm deck 8mm
stiff
き裂先端
A
き裂先端
