CharacteristicsofPrestressedTiedArchuslng ● Concrete-FilledSteelArchRibs

プ レス トレスを導入 した鋼 ･コンク リー ト合成 タイ ドアーチの構造特性

松 田 崎 山

浩*･三 浦 昌 弘**

毅*･森 田 千 尋*

Cha r a c t e r i s t i c so fPr e s t r e s s e dTi e dAr c hus l ● ng Co nc r e t e ‑ Fi l l e dSt e e lAr c hRi b s

by

Hi r os hiMATSUDA* , Ma s a hi r oMI URA**

Ta ke s hiSAKI YAMA*a ndChi hi r oMORI TA*

Ana r c hs t mc t ur ec a nr e duc et hema xi mumbe ndi l l gmo me nta ndt hea ppl i c a t i o nso fapr e s t r e s s l ng t e c hni q uet ot hes t e e ls t r uc t ur ema kei tpos s i bl et oi nc r e a s et hel oa d ‑C a r r yi ngc a pac i t ya swe l last o e nl a r get hee l a s t i cr e gl On.

Fur t he r mo r e,t heul t i ma t es t r e ng t ho fc o nc r e t e ‑ f i l l e dr e c t a ngul a rs t e e lt ube si shi g he rt ha nt hes um‑

ma t i o no fe a c ho fs t e e la ndc o nc r e t eul t i ma t es t r e ngt hunde rc ompo s i t eac t i o no fa xi a lc o mpr e s s i vef o r c e s a ndbe ndi ngmo me nt s .

I nt hi sr e po r t

t hes t mc t ur a lc ha r a c t e r i s t i c so ft l l eC O nC r e t e ‑ f i l l e dt i e da r c ha r ei nve s t i ga t ed.

1

.

鉛直荷重 を支配荷重 とする構造物の合理的設計法に は, (1)アーチの ように形態抵抗 による曲げ応力の排 除

,( 2 )

,( 3)

アーチ構造は桁構造 と比べその力学的性状 に優れ, また偏平アーチは景観的に も優れている.その うえ鋼

･コンク リー ト合成構造 を用いれば,力学的特性の大 いな る向上 を得 ることがで きるもの と考 え られ る.

鋼 ･コンク リー ト合成構造 とは,薄肉断面の鋼部材 の内部 に コン ク リー トを充填 し一体化 した ものであ り,鋼管 とコンク リー トのそれぞれの強度の和である 累加強度以上の強度を期待することがで き,軸方 向圧 縮力または曲げモーメン ト,あるいはその両方 を同時 に受ける部材 に対 して, より高い剛性 と優れた耐荷力 特性 を発揮で きるように した ものである.

筆者 らは これまで上記 (1)

,( 3 )

本文は,上記 (1)

,( 3)

,( 2 )

鋼部材にコンク リー トを充填 した合成柱 をアーチ リ ブに用いたアーチ橋 に関する研究には文献 1)な どが 平成

9

4

2 5

*構造工学科

( De pa r t me ntofSt r uc t ur a lEngi ne e r i ng)

**大学院修士課程構造工学専攻

( Gr adua t eSt ude nt ,De pa r t me nto fSt r uc t ur a lEngi ne e r i ng)

あ り,合成柱 として設計す ることにより鋼部材 よりも より高い剛性 と優れた耐荷力特性が発揮で きるこ とが 報告 されている.本文は文献 1)に基づ き,コンク リー トを充填 した鋼 アーチ リブを用いたタイ ドアーチの構 造特性 について調べた ものであ る.景観的 にも優れる 偏平なタイ ドアーチにプ レス トレスを導入 した り,令 成柱 を用いた りすればそのメ リッ トが生 じて くるもの

と考 え られる.

2.

まずアーチ構造の基本特性 を把握するために, ライ ズスパン比 f/Lをパ ラメータ として各荷重状態

( 1 / 4

点集 中荷重

,1 / 2

Fi g.1

Fi g.2

8

Fi g.1

4. 0

3. 5

i j 責 3･ 0 貰 2･ 5 番 2. 0 1. 5 1. 0 0. 5 0. 0

当1 6. 0

■ L 人1 4･ 0 71 2 ･ 0

･ il O ･ 0

= 臣8 . 0 6 . 0

4. 0 2. 0 0. 0

荷重 荷等分

載荷等分中荷主( 荷重中混生.(.之4点)点L

､ヽ

､ヽ､ヽ

ヽ■､､‑､

叫=≡ミi

0.06 0.080.1

0 0

0

0

0

0

0

Fig.1 鋼 ア ー チ の 軸 方 向 力 比

荷 等 分荷 主 荷 等 分

* . 荷 主 . ( . 中 荷 重(重 ̲ 2 4 ̲ 点 点 1 ) …

0. 0 6 0. 080. 1 0 0. 1 2 0. 1 4 0. 1 6 0. 1 80. 20 ライズスパン比 ( i/ L

Fi g. 2 鋼アーチの曲げモーメン

比

くな り,載荷状況の違いにかかわ らず同様の値 を示す こ とがわか る.また

,Fi g.2

1 / 1 5

f / L

9

2

3.

3.1

Te bl e.1

橋格

1

形式

2

アーチ支間

l o o. 0 m

幅員

7. 0 m

アーチ リブ間隔

6. 0 m

2 2. 0 c m

舗装厚

6̲ O c m

ライズスパ ン比 .‑

1 / 6 , ̲ 1 /1 5

̲鋼垂

3 5 0. 0 k g/ m

使用鋼材

SM4 9 0

コンク リー ト設計基準強度

od‑2 40 k g/

□ 甲 的 1 )

活荷重b2 ) 死

Fi g. 3

( B

(f

6 q r9

1 × ) FF 庄 4 :轟

6 q

X ) FF 荘 重

Fi g. 4

A : = EAt / EA

●

▼

▲

.i メ

+.:.',Y 義 充攻 2ヒ も〕チージア‑‑‑

I.'T/ 充或タイ ドアーチ( ‑0.ニ■

‑0

.

1 ) ■

0. 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 曲げモーメン ト ( ×1 0 8 kgf･c m 2)

Fi g. 5

(断面

A

a‑1 6 0 . 6 )

0. 0 0. 5 1 . 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 曲げモーメン ト ( ×1 0 8 kgf･c m 2)

Fi g. 6

(断面

B

a‑1 2 6 . 6 )

Ta bl e .1

1 0 0 m

2

,Fi g. 3

,Fi g. 4

A

B

f / L‑1 / 6

1 / 1 5

Fi g.4

1 / 4

Fi g.5

Fi g.6

3

1 / 6

1 / 8

1 /1 0,1 / 1 2,1 / 1 5

2

しか しなが ら,プ レス トレスを導入することにより コンク リー トの 自重による断面力の増加分 を相殺でき ると考 えることができる.そこで,前述の ようなタイ 717‑チにプ レス トレスを導入 し断面 力の変化 を調 べ,プ レス トレス導入の効果 を検討 した.

3. 2

(I) 鋼製箱型断面

まず,i/

L‑0. 0 5

Fi g.7

レスを導入することによって曲げモーメン トは小さ く な る こ とが わ か る. また同様 に軸 方 向力の変 化 を

Fi g. 8

5 0 5

‑0 0 0

( E W

q9 0T

秒 .

3 00 0 C ( q 阜2 50 0

l

CT)L き

.

■■

･R1500 哩

1000 500

0

)

(銅製箱型断面

, I / L ‑0 ･ 0 5

B ̲ ) Fi g. 7

o･O 的

1 ･ 0

(鋼製箱型断面

, i / L ‑0･ 0 5

B) Fi g. 8

∫

∫

′. ●

′● l .

∫ I:.

.'′.･●′√●ノ●●●●′●′●､､■ヽ.'､●■●､〜^■●◆●◆●●■●､､■●‑.^ヽヽヽヽ

ヽ●●､一1ヽ5.,●●●

⁰

.

. .

.

. . .

O

^{1･ 0}

(鋼製箱型断面

, ∫ /

‑0 . 0 5

B) Fi g. 9

(NuLDJJ6q)

噸 FF 頓 (Nu LD ･] 6q 90 T

.

0 05 0

的

(鋼製箱型断面,^I

^/

断 面 B )

Fi

化

1. 0

0 5 0 1 0 0

5 0 0 1

O 的

1 ･ 0

(鋼 ･コンクリー ト合成断面

, I / L ‑0 . 0 5

B) Fi g. 1 1

‑ 2. 3

‑2.4

‑ 2. 5

̲ 2. 6

̲ 2. 7

‑ 2. 8

‑ 2. 9

‑ 3. 0

o･ O 的 ^{1･ 0}

(鋼 ･コンク リー ト合成断面

, ∫ /

‑0 ･ 0 5

B)

Fi g. 1 2

Fi g. 9,Fi g. 1 0

05

,250

k gf / c m 2】

00l k gf / c m 2 ]

7 00l k gf /c m 2

],最小応力度 (圧縮)が700l

k gf / c m 2 ]

( 2 )

次に,同一断面にコンクリー トを充填 し,さらにプ レス トレスの導入 した ときの曲げモーメン トおよび軸 方向力の変化をそれぞれ

Fi g. 1

Fi g. 1 2

プレス トレスの導入による断面力の変化の傾向は鋼製

(3000 Cq 旦 2500 t■･ヽ こき.Ql2000

健

･ R 1500 堕

1000

500

0

(SW

U

6

O

(鋼 ･コンクリー ト合成断面

, I / L ‑0･ 0 5

B) Fi g. 1 3

0 0 0 5 0 5 1 1

0

‑500

‑

1 000

1

0

1. 0

O 的

(鋼 ･コンクリー ト合成断面

, ∫ /

‑0 ･ 0 5

B) Fi g. 1 4

箱型断面の場合 と同様であるが,プレス トレスを導入 しない とき (P

｡r e

1. 6

2

Fi g. 1 3 ,Fi g. 1 4

,5 0 0 l t f]

k gf / c m 2]

k g f/ c m 2 ])

は減少 し,上線,下縁 ともに最大応力度 (圧縮)が

1 1 0 0 l k g f/ c m 2]

k g f/ c m 2 ]

以上の結果 より,プレス トレスの導入によって,コ ンクリー トを充填 した場合の縁応力度を鋼製箱型断面 の縁応力度 よりも小さ くすることが可能であることが わかる.

(NuLDrJ6q)喝

雫 擾

0

0

3

20

‑100

(6WJf

6 q ) 喝 V 填

O 的

(鋼 ･コンクリー ト合成断面

j/ L ‑0

2

B) Fi g. 1 5 1

0 0 0 0 0 0

4 3 0 0 0 0 2 1

1. 0

o

^粒

(鋼 ･コンクリー ト合成断面,∫/エ

‑0 . 2

B) Fi g. 1 6

1. 0

前述 では

f/ L‑0. 0 5

f/ L‑0. 2

〟エ‑0. 2

Fi g. 1 5,Fi g. 1 6

x / L‑0. 2 5

p‑1 2

x/ L‑0. 7 5

x/ L‑0. 2 5

4.まとめ

1.アーチ橋のライズが高い場合,アーチ効果は大 き くなるが,プ レス トレスの効果はあま り期待でき ない. これに対 して,偏平なアーチ橋の場合はプ

レス トレスの大 きな効果 を期待で きる.

2.

との合成効果 によ り鋼製 アーチ よ りも作用応力度

を減ずることができる.その うえプ レス トレスの 導入は,鋼製 アーチ よりもさ らなる効果が発揮で

きる.

今後現実的なプ レス トレス量 を考慮 し解析,文献

4 )

参 考 文 献

(1)佐 々木他 ;コンク リー トを充填 した鋼 アーチ リブ を用 い た ア ー チ 橋 ...,構 造 工 学 論 文 集

Vo

4 0A( 1 9 9 4)pp. 1 42 5 ‑1 4 3 6

(2)道路橋示方書 ･同解説 (平成 6年 2月)

( 3 )

8

3 2 ‑3 3

(4)阪神高速道路公団 ;合成柱 (充てん方式)を看す る鋼製橋脚の設計 ･施工指針 (秦)