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整理番号第 392 号

鋼床版橋梁の疲労耐久性向上技術に関する

共同研究（その２）報告書

－ＳＦＲＣ舗装した鋼床版実大供試体の静的載荷および移動輪荷重試験－

分冊１／２

平成 22 年 1 月

独立行政法人土木研究所

株式会社横河ブリッジ

共同研究報告書

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この報告書は、独立行政法人土木研究所理事長の承認を得て刊行したものである。したがって、本報告書の全部又は一部の転載、複製は、独立行政法人土木研究所理事長の文書による承認を得ずしてこれを行ってはならない。

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第 392 号 2010 年 1 月

鋼床版橋梁の疲労耐久性向上技術に関する

共同研究（その２）報告書

－ＳＦＲＣ舗装した鋼床版実大供試体の静的載荷および移動輪荷重試験－

分冊１／２

要旨既設鋼床版のデッキプレートとＵリブとの溶接に発生がみられる疲労き裂に対して、補修補強技術の開発を目的とした「鋼床版橋梁の耐久性向上技術に関する共同研究（その２）」を平成 16 年度から実施している。当該疲労き裂に対する補修補強策として、本共同研究では鋼繊維補強コンクリート（ＳＦＲＣ）舗装の適用について検討した。既設のアスファルト舗装を剛性の高いＳＦＲＣ舗装に置き換えてデッキプレートと合成させることによって、疲労挙動に係わる鋼床版の局部応力の大幅な低減を図るものである。本報告書は、実大鋼床版供試体を用いた静的載荷試験および移動輪荷重試験の結果をとりまとめたものである。静的載荷試験ではＳＦＲＣ舗装前の鋼床版の応力性状を計測するととともに、舗装後の応力低減を確認した。また、供試体のＳＦＲＣ舗装のデッキプレートへの接合方法として接着材タイプとスタッドタイプを用いて両者の挙動を比較した。移動輪荷重試験による繰返し載荷の結果、供試体の応力等の挙動は若干の変化を生じたが、応力低減効果は保持されることを確認した。キーワード：鋼床版、疲労き裂、補修補強技術、Ｕリブ、鋼繊維補強コンクリート舗装、ＳＦＲＣ独立行政法人土木研究所橋梁構造研究グループ上席研究員村越潤主任研究員梁取直樹専門研究員宇井崇株式会社横河ブリッジ技術本部技術研究所研究課長春日井俊博研究課課長井口進研究課課長石井博典橋梁工事本部工事第二部西野崇史

共同研究報告書

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鋼床版橋梁の疲労耐久性向上技術に関する共同研究（その２）報告書

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ＳＦＲＣ

舗装した鋼床版実大供試体の静的載荷および移動輪荷重試験－

分冊１／２

１．はじめに ··· 1 ２．概要 ··· 2 2.1 ＳＦＲＣ補強工法の構造 ··· 2 2.2 鋼床版における実績と既往の研究 ··· 4 2.3 標準的な施工工程 ··· 9 2.4 工法の特徴 ··· 12 ３．供試体の概要 ··· 13 3.1 供試体の種類と構造諸元 ··· 13 3.2 供試体の鋼床版鋼部材の製作 ··· 18 3.3 ＳＦＲＣ舗装の施工 ··· 21 ４．静的載荷試験 ··· 30 4.1 概要 ··· 30 4.2 試験条件 ··· 30 4.3 ＦＥＭ解析 ··· 36 4.4 ＳＦＲＣ舗装施工前の試験結果 ··· 38 4.4.1 概要 ··· 38 4.4.2 デッキプレートの鉛直変位 ··· 38 4.4.3 Ｕリブ下面のひずみ ··· 41 4.4.4 デッキプレートとＵリブ溶接部のデッキプレート側ひずみ ··· 43 4.4.5 デッキプレートとＵリブ溶接部のＵリブ側ひずみ ··· 48 4.4.6 垂直補剛材上端部のひずみ ··· 53 4.4.7 Ｕリブ・横リブ交差部のひずみ ··· 55 4.5 ＳＦＲＣ舗装施工後の試験結果 ··· 65 4.5.1 概要 ··· 65 4.5.2 デッキプレートの鉛直変位 ··· 65 4.5.3 Ｕリブ下面のひずみ ··· 68 4.5.4 デッキプレートとＵリブ溶接部のデッキプレート側ひずみ ··· 70

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4.5.5 デッキプレートとＵリブ溶接部のＵリブ側ひずみ ··· 73 4.5.6 デッキプレートとＵリブ溶接部の応力低減の効果 ··· 76 4.5.7 垂直補剛材上端部のひずみ ··· 78 4.5.8 Ｕリブ・横リブ交差部のひずみ ··· 80 4.5.9 ＳＦＲＣ舗装とデッキプレートとの接合方法の影響 ··· 88 4.5.10 スタッドおよびスタッド溶接部のひずみ ··· 92 4.5.11 ＳＦＲＣ舗装表面のひずみ ··· 97 4.5.12 ＦＥＭ解析による補強効果の検証 ··· 99 4.6 まとめ ··· 103 ５．移動輪荷重試験 ··· 105 5.1 概要 ··· 105 5.2 試験条件 ··· 105 5.3 試験結果 ··· 110 5.3.1 概要 ··· 110 5.3.2 主要なひずみと変位の履歴 ··· 110 5.3.3 主要なひずみと変位の影響線 ··· 116 5.4 まとめ ··· 127 参考文献 ··· 128 付属資料 ··· 132 供試体製作図 ··· 133 計測位置図 ··· 136

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１．はじめに

鋼床版は、死荷重軽減等の観点から長大橋の床構造や都市内高架橋に広く用いられてきているが、比較的薄い鋼板を溶接により組立てた構造であり、輪荷重を直接支持するため、疲労に対する配慮が必要である。これまでにも構造ディテールに関する調査研究1.1)_{が行われており、平成 14 年に改訂された道路橋示方書}1.2) では、疲労耐久性向上の観点から、鋼床版の設計、製作規定の充実が図られるとともに、併せて発刊された「鋼道路橋の疲労設計指針」1.3)_{では構造詳細による鋼床版の疲労設計の考え方・方法が示されている。} 一方、既設橋では大型車の交通条件の厳しい路線を中心に、1980 年半ば頃より疲労損傷事例が報告されている。特に近年ではＵ型の縦リブ（以下、Ｕリブ）を使用した鋼床版の損傷事例が顕在化しつつあり、中でもＵリブとデッキプレート間の片側溶接のルート部から、①デッキプレート内板厚方向に進展しデッキプレート表面に到達するき裂（以下、デッキ進展き裂）と、②溶接ビード内に進展しビードを貫通するき裂（以下、ビード進展き裂）の、２タイプのき裂もしくは両者が複合したき裂が報告されている。このうち、デッキ進展き裂は現在まで数橋において確認されているが、進展すれば走行路面の舗装の損傷や陥没につながるおそれがあること、き裂発生部の構造はＵリブ鋼床版にほぼ共通の構造ディテールと考えられることから、対応の緊急度の高いき裂と考えられる。独立行政法人土木研究所では、対応の緊急性の高いデッキ進展き裂を始めとする各種き裂に対して、対策工法の開発に向けて、民間各社との共同研究「鋼床版橋梁の疲労耐久性向上技術に関する共同研究」を平成 16 年度より実施しており、６グループの各社と研究を行ってきている。このうち共同研究（その２）は、デッキ進展き裂およびビード進展き裂を主な対象として、剛性の高い鋼繊維補強コンクリート（ＳＦＲＣ：Steel Fiber Reinforced Concrete）舗装を用いる補強工法に関して、土木研究所と株式会社横河ブリッジが実施しているものである。本補強工法は、ＳＦＲＣ舗装と鋼床版デッキプレートを合成させることにより、着目疲労き裂を生じさせる原因と考えられているデッキプレートの局部変形・応力を低減させる技術である。この共同研究（その２）では、ＳＦＲＣ舗装が鋼床版の局部変形・応力に与える効果の確認、ＳＦＲＣ舗装とデッキプレートとの接合方法の検討、ＳＦＲＣ舗装の耐久性の確認などを行った。それらの成果のうち、本報告書では、実大模型供試体を用いた静的載荷試験および移動輪荷重載荷試験の結果をまとめている。

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２．概要

2.1 ＳＦＲＣ補強工法の構造デッキプレートとＵリブ溶接部に発生する疲労損傷の発生メカニズムについては、これまでにＦＥＭ解析や輪荷重走行試験 2.1)-2.4)_{などにより検討されている。それらの成果によれば、デッキプレート進展き裂やビ} ード進展き裂の発生は、輪荷重の作用によるデッキプレートの局部変形と、それに伴うＵリブ溶接ルート部での応力集中の影響を受けていると考えられる。本研究で対象とした補強工法は図－2.1.1 に示すように、従来のアスファルト舗装よりも剛性の高いＳＦＲＣ舗装をデッキプレートと合成させることにより、デッキプレートの局部変形を軽減し、Ｕリブ溶接ルート部での応力集中を軽減してき裂発生を防ぐものである。このような鋼床版の疲労耐久性向上を目的としたＳＦＲＣ舗装を、以下ではＳＦＲＣ補強工法と呼ぶ。本研究で対象としたＳＦＲＣ補強工法の標準的な構造を図－2.1.2 に示す。鋼床版デッキプレートに接着材を塗布し、ＳＦＲＣ舗装を１層舗設する。デッキプレート端部には、舗装の反り上がりやそれに伴う水の浸入を防ぐための機械的接合としてスタッドを配置する。また主桁ウェブ上など、ＳＦＲＣ舗装に負曲げモーメントが作用して引張ひび割れが発生する恐れのある箇所には、炭素繊維補強グリッド（以下、ＣＦＲＰ）をＳＦＲＣ舗装内部に設ける。本補強工法においては、デッキプレートとＳＦＲＣ舗装を強固に接合し、合成挙動を確保することが重要である。図－2.1.2に示したように、本研究ではエポキシ系接着材による接合方法を標準としているが、既往の鋼床版上のＳＦＲＣ舗装の事例としては図－2.1.3に示す２種類の接合方法がある。同図(a)のスタッドタイプはＳＦＲＣ舗装をスタッドにより機械的に接合するものである。スタッドは鋼床版デッキプレート上の全面に約300mmの格子間隔に配置し、現場で打設したＳＦＲＣを機械的に接合する。エポキシ系接着材はデッキプレート端部にのみ用いられ、床版防水を目的にしている。この接合方法による鋼床版上のＳＦＲＣ舗装は、舗装の高耐久化を主な目的として、1980年代より研究開発2.5)_{が進められた。その後、名古屋高速道路に} おいて本格的に採用2.6)_{され、ランプ橋や料金所、非常駐車帯の鋼床版舗装として基準化された}2.7)_{。名古屋高} 速道路の鋼床版上のＳＦＲＣ舗装は、最も供用期間の長い箇所で20年間以上経過した区間がある。この区間は、大型車交通量は少ないものの、現在においてもその供用性は良好であり、これまでに補修等を一切要していない。このことから、スタッドタイプの接合法は信頼性のある方法の一つと考えられる。しかしながら、接合方法は本来鋼床版の疲労耐久性を向上させることを目的としたものではなく、さらに既存橋梁の補強に適用する場合、スタッドの設置に要する作業時間の確保が難しい場合も想定される。同図(b)の接着材タイプは、接着材を鋼床版デッキプレート全面に塗布し、ＳＦＲＣ舗装と鋼床版を接合させるものである。スタッドは、ＳＦＲＣの乾燥収縮による反り上がりや接着材の劣化が生じた場合に備えて、施工範囲の端部にのみ約300mm間隔で配置する。この接合方法は近年開発されたものであり、一般国道357 号横浜ベイブリッジ下層路2.8)_{や、一般国道134号湘南大橋}2.9)_{で適用されている。エポキシ系接着材による全} 面的な接着と、スタッドによる端部の機械的接着を組み合わせる本接合方法は、長期的な耐久性の評価は必要なものの、前述した施工時の時間的制約の解決や建設コストの削減が期待されることから、現時点において有力な接合方法の一つである。

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- 3 - （a）アスファルト舗装（b）ＳＦＲＣ舗装図－2.1.1 ＳＦＲＣ舗装によるデッキプレート局部曲げの軽減イメージ図－2.1.2 鋼床版ＳＦＲＣ舗装の構造図－2.1.3 接合タイプ概要図 (a) スタッドタイプ (b) 接着材タイプ変形大変形小程度 75 （単位：mm）

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- 4 - 2.2 鋼床版における実績と既往の研究先述のとおり、鋼床版上のＳＦＲＣ舗装は、当初は舗装の耐久性の向上を目的として採用された。古くは、昭和 50 年代に応急工事の仮橋の覆工板2.10)_{やロードヒーティングが設けられた可動橋}2.11)_{への施工事例があ} る。その後、昭和 60 年頃に、（株）横河橋梁製作所（現：（株）横河ブリッジ）等による本格的な検討が開始された。この検討では、移動輪荷重試験による耐久性評価試験2.12)_{やＳＦＲＣ舗装と鋼床版の接合方法に} 関する要素試験2.13)_{がなされており、それらの成果は、ＳＦＲＣ合成鋼床版の設計施工要領（案）}2.14)_としてまとめられた。昭和 60 年 3 月には写真－2.2.1 に示すように名古屋高速道路の東別院オフランプ橋においてＳＦＲＣ舗装が施工 2.15)_{され、これが我が国で初めての本格的な採用事例となった。東別院オフランプ橋で} は、ＳＦＲＣ舗装の前後での応力測定2.16)-2.17)_{が行われており、ＳＦＲＣ舗装が鋼床版や主桁の応力性状や、} 振動特性に与える影響を調査している。その後、名古屋高速道路では写真－2.2.2 の黒川ランプ橋、写真－ 2.2.3 の清須工区2.18)_{など、ランプ橋や料金所などを中心にＳＦＲＣ舗装が多く採用されており、施工事例の} 大半を名古屋高速道路の実績が占めている。また写真－2.2.4 の福井県雪対策技術研究所2.19)_{による城東橋や} 旧・日本道路公団月浦 I.C.ランプ橋 2.20)_{での採用事例は、舗装体中に路面の凍結防止装置や融雪装置を設置} するためにＳＦＲＣ舗装を施工したものである。一方、平成 2 年に、鋼床版デッキプレートとＵリブ溶接部の疲労損傷として、ビード進展き裂が阪神高速道路の５径間連続ゲルバー桁において報告 2.21)_{された。その後、都市内高速道路を中心に、ビード進展き裂} の事例が相次いで報告されている。デッキ進展き裂は、平成 11 年に一般国道 134 号湘南大橋で確認されたのが、我が国で最初の報告事例2.9)_{である。これは、舗装の打ち換え工事の際に、デッキプレート上面に疲労} き裂が発見されたものである。平成 15 年には、重交通路線の鋼床版においてデッキ進展き裂による路面の陥没2.22)_{が発生し、さらに名古屋市道}2.23)_{や首都高速道路}2.24)_{、阪神高速道路}2.25)_{においてもデッキ進展き裂} が相次いで報告されている。このようにデッキプレートとＵリブ溶接部での疲労損傷が報告されるなか、一般国道 357 号の横浜ベイブリッジの下層路に鋼床版の新設が計画された。当該路線は大黒ふ頭と本牧ふ頭とを結ぶ重交通路線であるため、鋼床版の疲労損傷が懸念され、疲労耐久性向上策が求められた。しかし本橋の製作・架設が既に完了していたことから、鋼床版構造のさらなる改良によるのではなく、従来のアスファルト舗装に代えてＳＦＲＣ舗装を採用することによる鋼床版の疲労耐久性向上策が実施されることとなった。これにあたっては学識経験者らによる委員会が組織され、ＳＦＲＣ舗装の適用に際しての様々な技術的な検討が行われた。その結果に基づき、平成 15 年度に我が国で初めての鋼床版の疲労耐久性向上を目的としたＳＦＲＣ舗装が横浜ベイブリッジに採用された2.8),2.26)_{。施工状況を写真－2.2.5 に示す。} さらに、既設鋼床版の恒久補強策として湘南大橋にＳＦＲＣ舗装の採用が検討され、事前検討や試験施工 2.27)-2.29)_{を経て平成 17 年度にＳＦＲＣ舗装が施工された。供用状況を写真－2.2.6 に示す。また、旧首都高速} 道路公団においても、古くは写真－2.2.7 に示すように可動橋の鋼床版においてＳＦＲＣ舗装が試験的に採用されたが 2.30)_{、近年では鋼床版の疲労耐久性向上を目的として荷重車載荷試験による鋼床版の応力低減効果} の確認2.31)_{や移動輪荷重試験による耐久性評価試験}2.32)_{を行っている。これらの成果に基づき、湾岸線東扇島} 工区における補強対策2.24)_{や、写真－2.2.8 に示すように西新宿ジャンクション橋}2.33)_{において、ＳＦＲＣ舗}

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- 5 - 装が採用されている。その他の鋼床版ＳＦＲＣ舗装の検討としては、既設鋼床版の合成鋼床版化による耐久性評価を検討した事例2.34)_{が挙げられる。表－2.2.1 に、鋼床版上のＳＦＲＣ舗装の主な施工実績の一覧を示す。} 写真－2.2.1 名古屋高速道路写真－2.2.2 名古屋高速道路・黒川ランプ工区東別院オフランプ橋（大井工区）写真－2.2.3 名古屋高速道路・清須工区写真－2.2.4 福井市・城東橋

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写真－2.2.5 一般国道 357 号・横浜ベイブリッジ写真－2.2.6 一般国道 134 号・湘南大橋

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- 7 - 施工面積舗装厚さ橋梁（床版）使用S F種膨張剤 (m 2) (mm) 概要（形状）％ vo lｋｇ/ ｍ３ kg/ m 3 1 東京都東京都・浦安橋（応急橋） SF RC舗装工事東京都昭和56年 81.7 75 応急橋の覆工版住友I.S ファイバー …1 20 40 9. 5φ×4 0 （2 00 mm 間隔）不明仮橋・覆工版舗装参考文献2 .1 0) 2 富山県富山県中橋可動橋舗装工事富山県黒部市昭和57年 26 6 70 鋼床版単純箱桁可動橋橋長： 38 .4 m，幅員7 .0m 異形せん断ファイバー 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 … 40 不明不明ロードヒーティング埋設参考文献2 .1 1) 3 名古屋高速道路公社市道高速分岐３号大井工区舗装工事名古屋市中区（東別院ランプ）昭和60年 3月 564.2 路肩：8 0 中央：9 2 グルービング仕上げ２径間連続鋼床版１主箱桁橋橋長8 9.8 m ，幅員最大 7.4 m イゲタ鋼板 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 ｱｻﾉｼﾞﾌﾟｶﾙ 30 9. 5φ×4 0 （標準2 50mm 間隔）エポキシ樹脂（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -3 55 , 1k g/ m 2）舗装耐久性向上参考文献2 .1 5) 4 首都高速道路公団首都高速道路公団ＢＴ 33 6工区（その 2-2）東京都昭和60年 12 月 49 2 50 鋼床版可動橋橋長 69 .5ｍ，幅員7 .0ｍイゲタ鋼板 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 118 デンカ CSA 40 9. 5φ × 40 （25 0× 300m m 間隔）不明舗装の耐久性向上死荷重低減参考文献2 .3 0) 5 日本道路公団京滋工事事務所名神高速道路草津川金勝川床版新設工事滋賀県栗東町平成６年３月平成７年３月 2,784 80 単純箱桁橋橋長7 8.8 m ，最大幅員 14 .5m シンコーファイバー φ0.5 ×3 0 …1 00 不明スタッド使用（詳細不明）不明接着材は全面塗布と考えられる。 6 名古屋高速道路公社市道高速分岐２号明道工区舗装工事名古屋市中区（丸の内オフランプ）平成6年 5月～ 6月 1,242 路肩：6 8 中央 :80 グルービング仕上げ 5径間連続ラーメン鋼床版箱桁橋施工延長： 20 8m BS ドラミックス 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ×4 0 （標準2 50mm 間隔）エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ）参考文献2 .3 5) 7 名古屋高速道路公社市道高速２号清水（その２）工区舗装工事名古屋市北区平成6 年1 2月～平成7 年 8月 40 0 80 連続鋼床版箱桁橋（非常駐車帯部を施工） BS ドラミックス 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ × 40 エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ） 8 名古屋高速道路公社県道高速名古屋新宝線名駅オンランプ工区ほか２工区舗装工事名古屋市中村区（名駅オンランプ）平成７年 1月～３月 1,129 82 ～ 92 グルービング仕上げ 3径間連続鋼床版箱桁橋橋長1 80 m イゲタ鋼板 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 デンカ CSA 30 9. 5φ × 40 エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ）舗装耐久性向上地覆端部・中間支点に補強金網 9 名古屋高速道路公社市道高速分岐２号久屋工区舗装工事名古屋市中区平成７年 2月～ 8月 11 0 80 連続鋼床版箱桁橋（非常駐車帯部を施工） BS ドラミックス 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ × 40 エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ） 10 名古屋高速道路公社市道高速２号清水（その１）工区舗装工事名古屋市北区平成７年3 月 39 0 80 連続鋼床版箱桁橋（非常駐車帯部を施工） BS ドラミックス 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ × 40 エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ） 11 名古屋高速道路公社市道高速２号黒川工区舗装工事名古屋市北区平成７年3 月 17 9 80 連続鋼床版箱桁橋（非常駐車帯部を施工） BS ドラミックス 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ × 40 エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ） 12 名古屋高速道路公社市道高速２号荻野工区舗装工事名古屋市北区平成７年 4月～ 10 月 15 2 80 連続鋼床版箱桁橋（非常駐車帯部を施工） BS ドラミックス 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ × 40 エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ） 13 名古屋高速道路公社県道高速名古屋新宝線及び市道高速１号名駅工区舗装工事名古屋市中村区（錦橋オフランプ）昭和62年 4月～ 6月 1,182 82 ～ 92 グルービング仕上げ 5径間連続鋼床版箱桁橋施工延長： 20 5m イゲタ鋼板 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 デンカ CSA 30 9. 5φ × 40 エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ） 14 名古屋高速道路公社市道高速分岐２号本町工区舗装工事名古屋市中区平成７年 22 0 80 連続鋼床版箱桁橋（非常駐車帯部を施工） BS ドラミックス 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ × 40 エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ） 15 福井県雪対策技術研究所城東橋橋梁整備工事福井市平成７年 12 月 72 70 表層なし鋼床版単純桁橋長4 2.1 m ，最大幅員 31 .8m イゲタ鋼板 0. 2× 1. 25 × 25 …1 00 不明 9. 5φ×4 0 （1 50 mm 間隔）不明蓄熱材封入鋼床版参考文献2 .1 9) 番号備　考発注者接着材舗装工事名工事名不明の場合は橋梁名施工場所施工時期スタッド SF 量表－ 2.2.1 鋼床版ＳＦＲＣ舗装の施工実績一覧（つづく）

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- 8 - 施工面積舗装厚さ橋梁（床版）使用S F種膨張剤 (m 2) (mm) 概要（形状）％ vo lｋｇ/ ｍ３ kg/ m 3 16 福井県雪対策技術研究所天菅生橋福井市平成７年度開通 50 0 88 表層：薄層樹脂舗装 4+ 2径間連続鋼床版２主箱桁橋橋長46 8. 5m，幅員11 m 不明不明 9. 5φ×4 0 （1 50 mm 間隔）不明蓄熱材封入鋼床版参考文献2 .1 9) 17 西日本鉄道（株）福岡駅地区開発工事福岡市中央区平成８年 2,770 68 ～ 80 不明 BS ドラミックス 0. 5× 0. 5× 30 …1 00 不明不明不明 18 名古屋高速道路公社市道高速２号黒川ランプ工区舗装工事名古屋市北区 (黒川オン・オフランプ) 平成8 年1 1月～平成9 年 5月 6,861 80 グルービング仕上げ連続鋼床版箱桁橋 BS ドラミックス 0. 5× 0. 5× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ × 30 ,40 （2 50 mm 間隔）エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ）参考文献2 .3 6) 19 福井県雪対策技術研究所（勝山橋）福井県勝山市平成1 1年度開通約7 80 10 0 （薄層表層あり）橋長33 5m のローゼ橋のうち鋼床版単純橋部分支間長：29 .1 m 不明 …不明不明 9. 5φ × 40 不明蓄熱材封入鋼床版参考文献2 .1 9) 20 名古屋高速道路公社市道高速分岐２号丸の内オンランプ舗装工事名古屋市中区平成11年 3月～ 4月 2,000 路肩：6 8 中央：8 0 グルービング仕上げ 3径間連続鋼床版箱桁橋： 202m 2径間連続鋼床版箱桁橋： 9 7m BSタフグリップ 0. 6× 0. 6× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ × 40 エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ）参考文献2 .3 7) 21 名古屋高速道路公社県道高速名古屋小牧線豊山（その１）工区舗装工事愛知県西春日井郡豊山町平成12年 3月～ 11 月 3,700 50 ～ 80 3径間連続鋼床版箱桁橋施工延長： 18 4m BSタフグリップ 0. 6× 0. 6× 30 1. 5 117 小野田ｴｸｽﾊﾟﾝ 30 9. 5φ × 30 ,40 （2 50 mm 間隔）エポキシ樹脂系（ﾀﾞｲﾄｻｲｻﾞｰ O W -355 ）参考文献2 .3 8) 22 日本道路公団北陸支社北陸自動車道月浦IC Ｃランプ橋石川県金沢市平成１３年５月不明 60 （SFRC ）＋ 50（表層）５径間連続鋼床版箱桁橋（L =2 43.9ｍ）不明 1.0 … 不明 9. 5φ×4 0 （3 00 mm 間隔）不明鋼床版ランプ橋電熱線ヒーター埋設参考文献2 .2 0) 23 国土交通省関東地方整備局横浜国道事務所国道35 7号横浜ベイブリッジ神奈川県横浜市平成1 6年３月 27,400 75 6, 7径間連続鋼床版鈑桁橋9連（3 径間連続鋼トラス橋斜張橋の二層構造の下層）シンコーファイバー φ0.5 ×3 0 BSタフグリップ 0. 6× 0. 6× 30 …1 20 30 舗装端部に 9. 0φ×4 0 （3 00 mm 間隔）エポキシ樹脂系（コニシ E-20 0）全面塗布新設鋼床版の疲労耐久性向上参考文献 2.8 ) 24 神奈川県平塚土木事務所国道13 4号湘南大橋神奈川県平塚市平成17年 10月～ 12月 3,600 80 ～ 90 (設計アスファルト厚は 70 mm） 3径間連続鋼床版箱桁橋２連橋長： 53 0.1 m （鋼床版部分）シンコーファイバー φ0.5 ×3 0 …1 00 不明舗装端部に 9. 0φ×4 0 （3 00 mm 間隔）エポキシ樹脂系（K Sボンド）全面塗布既設鋼床版の疲労耐久性向上 CFRP グリッド使用参考文献 2.9 ) 25 首都高速道路株式会社湾岸線・東扇島工区神奈川県川崎市平成 19年 1月不明（SFRC ）：50 （表層）： 30 ３径間連続 _{鋼床版箱桁} 橋不明不明使用せず全面にエポキシ樹脂系（K Sボンド）全面塗布既設鋼床版の疲労耐久性向上 CFRP グリッド使用参考文献2 .2 4) 26 国土交通省関東地方整備局宇都宮国道事務所国道 50号大平高架橋栃木県小山市平成1 9年度 1,530 75 3径間連続鋼床版箱桁および単純鋼床版鈑桁 2連シンコーファイバー φ0.6 ×3 0 …1 20 20 舗装端部に 9. 0φ×3 0 （3 00 mm 間隔）全面にエポキシ樹脂系（K Sボンド）全面塗布既設鋼床版の疲労耐久性向上 CFRP グリッド使用参考文献2 .3 9) 27 名古屋高速道路公社県道高速名古屋朝日線清須（下り線）工区舗装工事名古屋市西区平成1 9年度 3,300 （SFRC ）：50 （表層）： 30 ３径間連続鋼床版箱桁橋橋長：34 6m シンコーファイバー φ0 .62 × 30 1. 5 117 デンカ CSA 30 9. 5φ×3 0 （3 00 mm 間隔）エポキシ樹脂新設鋼床版の疲労耐久性向上参考文献2 .1 8) 28 首都高速道路株式会社 SJ 32 工区～ SJ 63 工区舗装その他工事（中央環状線西新宿J C T）東京都渋谷区平成1 9年度 8,100 （SFRC ）（SFRC ）：50 （表層）： 30 連続鋼床版箱桁橋ほか不明 …1 20 20 使用せず全面にエポキシ樹脂系（K Sボンド） 1. 4k g/ m 2 新設鋼床版の疲労耐久性向上 CFRP グリッド使用参考文献2 .3 3) 番号発注者舗装工事名工事名不明の場合は橋梁名施工場所備　考不明不明施工時期 SF 量スタッド接着材表－ 2.2.1 鋼床版ＳＦＲＣ舗装の施工実績一覧（つづき）

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- 9 - 2.3 標準的な施工工程本節では、鋼床版の疲労耐久性向上策として適用されるＳＦＲＣ舗装の施工工程の例を示す。これまでの実施例から、施工工程としては早強セメントによるコンクリートを用いる場合、超速硬セメントによるコンクリートを用いて夜間規制のみで工事を行う場合、および超速硬セメントによるコンクリートを用いて 24 時間集中工事を行う場合の３種類が考えられる。これら施工工程の選択にあたっては交通規制等の制約条件を考慮したうえで、経済性や施工の確実性にも配慮しなければならない。ここでは、早強セメントによるコンクリートを用いる場合のＳＦＲＣ舗装の施工工程を図－2.3.1 に示す。早強セメントによるＳＦＲＣ舗装の施工は、交通規制日数が多く取れる施工条件においてのみ適用可能であるが、平成 19 年に国道 50 号大平高架橋での適用例がある。また、本研究の供試体には早強セメントを用いた。施工工程は、主に既設舗装撤去工、研掃工、スタッド設置工、型枠設置工、接着材塗布工、補強材設置工、ＳＦＲＣ製造、ＳＦＲＣ打設工等からなる。 (1) 既設舗装撤去工既設鋼床版のアスファルト舗装を撤去する工程であり、鋼床版のボルト接合箇所等の突起物に切削傷をつけない深さまで路面切削機により切削し、残された部分についてはブレーカー等を用いて切削する。アスファルト舗装撤去後にデッキ貫通き裂の有無を確認するが、この時点で対処の必要なき裂を発見した場合、当て板の手配や孔明け等に時間を要し、計画通りの工程進捗はほぼ不可能となる。このような事態を避けるため、事前の損傷状況の調査、それに基づくき裂の状況に応じた進展抑制の対策、施工前調査を入念に実施する必要があり、必要な場合は鋼板当て板補強等が迅速にできるように事前準備する必要がある。 (2) 研掃工研掃工は、アスファルト舗装が撤去されたデッキプレート上の錆や付着物を除去し、接着材の接着性を確保するために行う。1 種ケレンに相当する研掃状態が得られることが求められるが、所要の研掃状態に達していることを逐次確認しながら作業を行うことは効率的ではない。このため、ショットブラストにより研掃を行う場合には、所要の研掃状態が得られる投射密度をあらかじめ確認した上で、施工にあたってはこの投射密度が確保されるよう研掃機の移動速度を管理することが一般的に行われている。ケレン処理をしたデッキプレートは発錆しやすいので、研掃工終了後、直ちに接着材を塗布する必要がある。長期間の交通規制が可能であり、ＳＦＲＣの打設を一度に広範囲に行なう場合には、研掃工後のデッキプレートにプライマーを塗布することもある。また、スタッドタイプでは、スタッド設置位置のケレンとスタッドの溶接による損傷部のタッチアップが必要となる。 (3) スタッド設置工デッキプレート研掃工終了後、スタッドを所定位置に溶接で設置する。スタッドの設置位置は、設計図書や現地の鋼床版の構造条件を十分に勘案して決定する。また、主桁ウェブ直上は構造上ＳＦＲＣ舗装にひび割れが発生しやすい部位であるため、避けるようにする。 (4) 型枠設置工ＳＦＲＣ舗装が所定の形状・寸法で舗設されるよう、所定の位置・高さに堅固な型枠を確実に固定する。

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- 10 - (5) 接着材塗布工鋼床版とＳＦＲＣを一体化し、活荷重等による作用力に抵抗する性能と鋼床版の防水性能を確保するため、接着材をデッキプレート表面に塗布し、打込み後のコンクリートの硬化過程において両者を接合する。これまでの施工実績では、接着材としてエポキシ系接着材が標準的に用いられている。接着材塗布工にあたっては、使用するエポキシ系接着材の特性を事前に十分に把握したうえで施工計画を策定し、施工中は粘度や塗布量などについて品質・出来型管理を適切に行うことにより、完成後のＳＦＲＣ舗装において接着材が要求された性能を十分発揮できるようにする必要がある。 (6) 補強材設置工車両走行による負曲げを受け、ひび割れが発生する可能性の高い主桁ウェブ直上において、ひび割れ発生後のＳＦＲＣ舗装の一体性を保持し、耐久性を確保することを目的として、耐食性を有する格子状の補強材を舗装内部に設置する。接着防水工の終了後、補強材を所定の位置および高さに速やかに設置する。設置方法および設置タイミングはＳＦＲＣコンクリートの締固めの工程を阻害しないよう、ＳＦＲＣの施工方法とあわせて検討する必要がある。 (7) ＳＦＲＣ製造ＳＦＲＣの製造工程や、ＳＦＲＣを打設する時期は使用するセメントの種類によって異なる。普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントを使用する場合は、生コンプラントにてベースコンクリートを製造し、アジテータトラックで打設現場に運搬後、鋼繊維の投入と練混ぜを行う。超速硬セメントを使用する場合は、現場プラント車等にてベースコンクリートを製造し、ＳＦの投入練混ぜを行う。ＳＦＲＣは、強度、耐久性、水密性、作業に適するワーカビリティー等の所要の特性を有し、かつ、品質のばらつきの少ないものが製造されるようにしなければならない。 (8)ＳＦＲＣ打設工コンクリート打込みは、デッキプレートとの強固な接着が確保できるよう、接着材の可使時間を考慮して適切な時間内に施工を終了する必要がある。コンクリート締固めは確実に行い、密実な舗装コンクリートが得られるようにする。本研究ではＳＦＲＣ舗装１層による構造を想定しており、ＳＦＲＣ表面は橋面舗装として必要な性能を有するように仕上げる必要がある。コンクリート養生は、十分な強度発現が得られるよう、所定量の表面養生剤を散布するなどして行う。表面養生剤の選定にあたってはＳＦＲＣとの適合性を事前に検討しておく必要がある。表面養生剤の散布後、シート等でシート養生を行う。

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- 11 - 図－2.3.1 鋼床版上のＳＦＲＣ舗装の標準的な施工工程（早強ポルトランドセメントを用いたコンクリートによる場合）既設舗装撤去工研掃工スタッド設置工接着材塗布工補強材設置工・コンクリート打込み・コンクリート締固め・表面の仕上げ・コンクリート養生路面表示工デッキ貫通き裂の有無供用（交通開放）有（早強コンクリート）損傷状況の調査き裂の状況に応じた進展抑制の対策交通規制施工前調査き裂位置、長さの記録き裂の状況に応じた進展抑制の対策型枠設置工プライマー工 ※き裂の進展抑制の対策は、損傷状況を調査した上で、施工前に実施するが、施工時に新たにき裂が見つかる可能性もあるため、対処方法を想定しておく必要がある。 SFRC 製造無打設工 SFRC

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- 12 - 2.4 工法の特徴 (1) 設計面の特徴 1) アスファルト舗装に比べて高い剛性が得られるＳＦＲＣ舗装とデッキプレートを合成させることにより、輪荷重作用時のデッキプレートの局部変形を軽減できる。これにより、デッキ進展き裂やビード進展き裂を発生させると考えられるＵリブ溶接ルート部の応力を低減できる。また、Ｕリブと横リブの交差部など、疲労上の弱点となる他の部位のひずみも低減させることができる。 2) 既存のアスファルト舗装を比重がほぼ変わらないＳＦＲＣ舗装に換えるので、補強工事による死荷重の増加は少ない。ＳＦＲＣ舗装は主桁上フランジとしての合成作用にも寄与する可能性があるが、その程度については、本共同研究にて検討する。 3) 接着材を用いてデッキプレートとＳＦＲＣ舗装を一体化させる場合は、デッキプレートとＳＦＲＣは、設計上完全合成挙動を示すものと予想されるが、本研究において確認する。ただし、品質が十分に確保されるように接着材を施工することが前提である。 (2) 施工面の特徴 1) ＳＦＲＣ舗装の施工は床版上面で行うため交通規制を必要とするが、超速硬セメントの採用など、短時間で所定の強度が得られるコンクリートにより規制時間の短縮を図ることができる。 2) 基本的に施工は床版上面からのみであり、桁下からの作業がないため足場を設置する必要がない。 3) 場所打ちコンクリートであるため、鋼床版上面の高力ボルト添接部や、ハンドホールなどの突起部に対しても施工が可能である。また、舗装厚さを調整することよって路面のレベリングを確保することが可能である。 4) 既設舗装撤去時にデッキ貫通き裂が発見された場合は、鋼板当て板補強法等で対策できるよう、準備が必要である。ただし、現場で当て板補強での即応は難しいため、施工前にき裂発生状況の調査を十分に行っておく必要がある。 (3) 維持管理上の特徴本工法の施工では、鋼床版への溶接や孔明けなどの加工を行わないため、疲労の弱点を新たに生じさせることがない。また、補強後もデッキプレートとＵリブの溶接線を下面より目視検査することが可能であり、鋼床版の維持管理上有利である。ただし、ひび割れたＳＦＲＣ舗装の耐久性や接着材の耐久性についてはまだ未解明な点も多いため、変状が生じた場合は早期に発見して必要な対策が施せるように、適切な維持管理が必要である。

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-３．供試体の概要

3.1 供試体の種類と構造諸元 (1) 供試体の種類本研究では、ＳＦＲＣ補強工法による鋼床版の疲労耐久性向上の効果、およびＳＦＲＣ舗装自体の耐久性を確認するため、実大鋼床版供試体を用いた静的多点載荷試験および移動輪荷重試験を行った。静的多点載荷試験は、ＳＦＲＣ舗装の前後で鋼床版局部のひずみや変形を計測することによって、施工初期における鋼床版とＳＦＲＣ舗装の合成効果や、中間横リブにおけるＵリブとの交差部など、鋼床版局部応力に与えるＳＦＲＣ舗装の効果を確認するために実施した。また、移動輪荷重試験は、荷重の繰返し載荷によるＳＦＲＣ舗装の劣化および応力低減効果の低下の有無や、その程度を把握するために実施した。これらの試験の実施には、図－3.1.1 に示すようにＵリブ 1 径間モデルの Type-1 および Type-2 供試体、Ｕリブ 2 径間モデルの Type-3 供試体の計３体の実大供試体を使用した。いずれもＵリブ 4 本を有し、横リブと主桁に囲まれた鋼床版パネルで構成される。Ｕリブの支間長は、標準的な 2,500mm とした。表－3.1.1 に示すように Type-1 と Type-2 供試体は移動輪荷重試験に使用し、Type-3 供試体は静的多点載荷試験に使用した。前章の図－2.1.3 に示したように、本研究ではＳＦＲＣ舗装とデッキプレートの接合方法として、スタッドタイプと接着材タイプの 2 種類を採用している。Type-1 供試体は接着材タイプ、Type-2 供試体はスタッドタイプをそれぞれ適用し、Type-3 供試体はＵリブ 2 径間のうち 1 径間にスタッドタイプ、もう 1 径間に接着材タイプを適用した。これら 3 体の供試体によって、移動輪荷重試験および静的多点載荷試験のいずれにおいても２種類の接合方法の比較ができるようにした。 (2) 供試体の構造パラメータ供試体の構造パラメータは、鋼床版の構造ディテールとＳＦＲＣ舗装の接合方法に大別される。鋼床版の構造ディテールは、Type-3 供試体にパラメータとして取り入れ、静的多点載荷試験を実施して比較することとした。なお、本研究は既設の鋼床版構造を対象としているため、平成 14 年 3 月発刊の「鋼道路橋の疲労設計指針（日本道路協会）」3.1)_{に示されている構造ディテールよりも、それ以前に一般的であったものを供} 試体に採用している。一方、ＳＦＲＣ舗装の接合方法についての比較は前述の通り、接着材タイプとスタッドタイプを静的多点載荷試験および疲労試験（移動輪荷重試験）の両方で試験できるようにした。具体的な構造パラメータを以下に列挙するとともに、これらを図－3.1.2 に模式的に示す。 1) デッキプレート厚各供試体ともデッキプレート厚は、既設鋼床版で最も標準的である 12mm とした。 2) Ｕリブ形状と板厚Ｕリブ形状は、日本鋼構造協会規格（JSS II 09-1983）に示されるもので、特に採用事例が多い呼び名 U-320 ×240×6 および U-320×240×8 を供試体に用いた。近年では、板厚 6mm のＵリブの採用がほとんどであるが、疲労損傷が確認されている鋼床版では、現行の道路橋示方書3.2)_{に示される「縦リブの最低板厚（6mm}

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14 -以上）」の規定以前の最小板厚、すなわち板厚 8mm のＵリブを採用していることが多い。このため、Type-3 供試体では、Ｕリブの板厚がデッキプレートとの溶接部の局部応力に与える影響を把握するために、板厚 6mm のＵリブを 2 本、板厚の 8mm のＵリブを 2 本づつ用いた。Type-1 供試体および Type-2 供試体については、Ｕリブ 4 本とも板厚が 6mm のＵリブ（U-320×6×240）とした。 3) デッキプレートとＵリブの溶接デッキプレート貫通き裂に関する既往の研究成果では、Ｕリブの板厚や溶接方法が疲労き裂の発生に関係することが指摘されている3.3)-3.5)_{。例えば文献 3.3）では、デッキプレート厚 12mm に対して相対的にＵリ} ブの板厚が大きく、溶け込み量が大きい場合には、ビード進展き裂よりもデッキ進展き裂が発生する傾向があると指摘している。デッキプレートとＵリブの溶接の溶け込み量について、「鋼道路橋の疲労設計指針」では、必要なのど厚を確保するとともに、リブ板厚の 75%以上の溶込み量を確保するものとしている。本研究はこの規定以前に建設された鋼床版を対象としているため、忠実に当時の構造を再現するには、Ｕリブ溶接の溶込み量やのど厚の小さい供試体を製作して試験に供することが考えられる。この場合、供試体はビード進展き裂の発生につながりやすい要因を有することになる。しかし、本研究ではデッキ進展き裂とビード進展き裂をともに対象としており、外観目視で発見できないという点においてはデッキ進展き裂への対応を重要視している。そこで、ここで用いる供試体はデッキ進展き裂の誘発を意図して、溶接部ののど厚を多く確保することとした。したがって、デッキプレートとＵリブの溶接については、のど厚はＵリブ同等以上の厚さ程度を確保し、溶込み量はＵリブ板厚の 75%以上確保するようにした。開先形状および溶接条件等は次節 3.2 に記述する。 4) Ｕリブ内部の密閉ダイアフラムの有無重交通路線の鋼床版では、写真－3.1.1 に示すように、Ｕリブと横リブの交差部スリットのＵリブ側止端部から疲労き裂が発生している事例が報告されている。この損傷の発生原因のひとつとして、輪荷重の偏心載荷によるＵリブのねじれが交差部に伝達されることが挙げられている。Ｕリブのウェブ部は横リブに固定されているが、Ｕリブの底面部にはスリットが設けられ、横リブと固定されていない。そのため、Ｕリブのねじれ変形がスリット端部のまわし溶接部付近に局部応力を発生させている可能性がある。特に、交差部近傍にＵリブ現場継手部が存在すると、継手部に設けられるＵリブ内の密閉ダイアフラムがＵリブ断面形状を保持する効果により、図－3.1.3 に示すようにスリット端部での応力集中を起こしやすくなると考えられる。このＵリブ内ダイアフラムの影響は、大型Ｕリブを用いた鋼床版構造に関する検討3.6)_{において指摘されたもの} である。そこで Type-3 供試体では、Ｕリブの１つに密閉ダイアフラムを設置し、これがＵリブと横リブとの交差部の局部応力に与える影響についても比較検討することとした。 5) Ｕリブと横リブ交差部形状 Type-3 供試体の中間横リブにおいて、Ｕリブと横リブ交差部（以下、交差部）の局所的な応力を計測することとした。交差部の詳細構造は、公団や公社によって若干の違いが見られるが、交差部に疲労損傷が報告 3.7）_{されている首都高速道路の構造詳細を供試体に採用した。すなわち、交差部の上側スカラップの径を} 35mm、下側スカラップの端部の径を 35mm、Ｕリブ底面とスカラップのコバとの間隔を 20mm とした。

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15 -6) 主桁垂直補剛材上端部の形状主桁垂直補剛材上端部とデッキプレート下面の溶接部は、鋼床版の中でも疲労き裂が発生しやすい箇所の一つである。まわし溶接のデッキプレート側止端、あるいは垂直補剛材側止端から発生するが、多くはデッキプレートに進展し、放置すればデッキプレートを貫通する場合もある。Type-3 供試体では、垂直補剛材上端部ディテールとして、デッキプレート下面と溶接する従来型の構造に加え、デッキプレート下面と垂直補剛材上端部の間にギャップを設けて溶接しない構造を採用した。ギャップ量 D については、既往の研究事例の D=30mm3.8）_{や D=35mm}3.9）_{等を参考にして、40mm とした。} 7) ＳＦＲＣ舗装の接合方法ＳＦＲＣ舗装とデッキプレートとの接合方法については前述のとおり、スタッドタイプと接着材タイプがある。本試験では、この２種類の接合方法の比較を行うために、スタッドタイプは名古屋高速道路公社の舗装基準3.10）_{に準じ、接着材タイプは横浜ベイブリッジ}3.11）-3.12)_{に準じた方法で施工することとした。Type-3} 供試体はＵリブ 1 径間ごとにスタッドタイプと接着材タイプを採用し、静的多点載荷試験により力学的挙動を比較した。さらに、Type-1 供試体には接着材タイプ、Type-2 供試体にはスタッドタイプをそれぞれ採用して、移動輪荷重試験に供することにより疲労耐久性を比較した。

(a) Type-1 供試体（接着材タイプ） (b) Type-2 供試体（スタッドタイプ）

(c) Type-3 供試体図－3.1.1 供試体の概要

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16 -表－3.1.1 供試体の種類と試験方法供試体名ＳＦＲＣ舗装施工前_{の静的載荷試験} ＳＦＲＣ舗装施工後_{の静的載荷試験} _{の移動輪荷重試験}ＳＦＲＣ舗装施工後 Type-1 －－ ○ Type-2 －－ ○ Type-3 ○ ○ －

(a) Type-1 供試体（接着材タイプ） (b) Type-2 供試体（スタッドタイプ）

(c) Type-3 供試体

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17

-(a) まわし溶接Ｕリブ側止端の疲労き裂 (b) 同左、進展したもの写真－3.1.1 Ｕリブ横リブ交差部の疲労損傷事例（Ｕリブの手前に現場継手部あり）

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18 -3.2 供試体の鋼床版鋼部材の製作

(1) 供試体の概略寸法

Type-1 および Type-2 供試体の概略寸法を図－3.2.1 に、Type-3 供試体については図－3.2.2 に示す。いずれの供試体もＵリブ支間は 2,500mm、Ｕリブ間隔は 640mm、主桁間隔は 2,880mm であり、高さ 600mm の横リブと、高さ 1000mm の主桁で囲まれるパネルモデルである。供試体は太平電業（株）埼玉工場において製作した。製作図を付録の図－付－1.1～1.3 に示す。 (2) Ｕリブとデッキプレートの溶接Ｕリブとデッキプレート溶接部は、十分な溶け込み量としてＵリブ板厚の 75%を確保するために、板厚 6mm および 8mm のＵリブをともに開先加工を施して溶接した。図－3.2.3 に開先形状を示す。Ｕリブの溶接は、炭酸ガスアークシールド溶接の手溶接とし、溶接材料はフラックス入りワイヤ「SF-1」（日鐵住金溶接工業社製）を使用した。溶接は２パス施工を基本とし、電流は 175A、電圧は 33A とした。写真－3.2.1 に溶接状況を示す。溶接に際しては、事前に溶接施工試験を実施し、十分な溶け込み量が確保できていることを確認した。写真－3.2.2 に溶接部のマクロ写真を示す。なお、供試体の各部材の組み立ては、部材全てを組み立てた後に本溶接を行う「総組み」によるものとした。 (3) 密閉ダイアフラムの取り付け Type-3 供試体の密閉ダイアフラムを取り付けるＵリブは、密閉ダイアフラムの取り付け位置で 2 分割し、密閉ダイアフラムとＵリブおよびデッキプレートとを溶接してＵリブ内部に密閉ダイアフラムを取り付けた後に、残りのＵリブを突合せ溶接する方法とした。これにより、ボルト継手部を設けずに密閉ダイアフラムのみをＵリブ内部に取り付けた。 (4) ハンドホールの設置 Type-3 供試体のＵリブの２本には、Ｕリブ支間中央にハンドホールを設けた。これは、供試体の組み立て溶接完了後、ハンドホールからＵリブ内面側にひずみゲージを取り付けるために設けたものである。ひずみゲージ設置完了後は、カバープレートを溶接することでハンドホールを閉塞した。ハンドホールのカバープレートの溶接作業状況を写真－3.2.3 に示す。

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-図－3.2.1 供試体の概略寸法（Type-1 供試体、Type-2 供試体）

図－3.2.2 供試体の概略寸法（Type-3 供試体）

単位：mm

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図－3.2.3 Ｕリブ溶接部開先形状写真－3.2.1 Ｕリブ溶接状況

写真－3.2.2 Ｕリブ溶接部のマクロ写真

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21 -3.3 ＳＦＲＣ舗装の施工 (1) ＳＦＲＣ舗装の仕様 Type-3 供試体においてＳＦＲＣ舗装施工前の静的多点載荷試験を行った後、全ての供試体に対して同時にＳＦＲＣ舗装を敷設した。ＳＦＲＣ舗装の構造パラメータは、3.1 節に示したとおりデッキプレートとの接合方式であり、詳細を表－3.3.1 に示す。ＳＦＲＣに使用するセメントは早強セメントとし、表－3.3.2 に示す横浜ベイブリッジでの配合条件 3.12）を参照して、表－3.3.3 に示す配合仕様とした。ＳＦＲＣの設計基準強度は 29.4N/mm2_{とし、乾燥収縮によ} るひび割れを防止するために膨張材を混入している。鋼繊維には両端フック型の異形せん断ファイバー「タフグリップ」（ブリヂストン社製、図－3.3.1 参照）を用い、容積率で 1.5%混入した。寸法はφ0.6×長さ 30mm である。スタッドは、図－3.3.2 に示す呼び径φ9.0×長さ 40mm の「頭付きスタッド」を使用した。なお、ＳＦＲＣ舗装の舗装厚は、横浜ベイブリッジでの実績を参照に 75mm とした。本試験で使用した主な材料を表－3.3.4 に示す。これらの材料についても、横浜ベイブリッジで採用されたものと同等品を使用することとした。 (2) ＳＦＲＣ舗装の施工手順図－3.3.3 に、ＳＦＲＣ舗装施工の手順を示す。一連の作業のうち、ＳＦＲＣ舗装の施工は、（株）NIPPO コーポレーション、スタッドの施工はオカベストラクト（株）が担当した。なお、ＳＦＲＣ舗装の施工日は、平成 16 年 12 月 24 日である。 1) スタッド施工前のレベル測量（写真－3.3.1）スタッド溶殖の熱影響が鋼床版のキャンバーに与える影響を調べるため、スタッドの施工前に鋼床版デッキプレート面のレベル測量を実施し、初期データを収集した。 2) ショットブラスト（写真－3.3.2）本試験では、横浜ベイブリッジ（一般国道 357 号）の実績と同様にショットブラストを実施した。ブラストには、遠心バキュームブラスト機を用いることとし、グリッドにはスチールグリッド（GDT-140、（株）ＩＫＫショット社製）を使用した。目標とする除錆度は ISO 2.5 相当とした。 3) プライマーの塗布（写真－3.3.3）ショットブラストの施工後すぐに、防錆を目的にプライマーを 0.25kg/m2_{で全面に塗布した。プライマー} には、既設橋梁への補修工事を想定して、「ボンドＥ補修用プライマー（（株）コニシ社製）」を使用した。 4) スタッド位置のケレン（写真－3.3.4）スタッドの溶殖に先立ち、溶殖位置におけるプライマーをディスクグラインダで除去した。 5) スタッドの溶殖（写真－3.3.5）プライマーの塗布の２日後に、スタッドの溶殖を行った。各供試体のスタッドの取付け位置を図－3.3.4 に示す。スタッドは基部にカラーを取り付けた後に、溶接銃で溶殖した。φ9mm のスタッドに対する溶接電流は 500A、アークタイムは 0.4 秒であった。 6) スタッド施工後のレベル測量スタッド溶殖前と同様に、鋼床版デッキプレート面のレベル測量を実施し、溶接前後におけるキャンバー

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22 -の変動を求めた。図－3.3.5 に施工前後におけるデッキプレートのレベル測量結果を示す。これらより、スタッド溶殖の前後でデッキプレート面に大きな変形は見られず、スタッドの溶殖は鋼床版の出来形に影響がないことが明らかとなった。 7) 型枠の設置（写真－3.3.6）ＳＦＲＣ舗装の打設準備として、Ｌ型鋼材を用いた型枠を設置した。 8) スタッドへのプライマー塗布（写真－3.3.7）スタッドおよび溶殖部近傍へプライマー（ボンドＥ補修用プライマー）を塗布した。 9) 接着材の塗布（写真－3.3.8～写真－3.3.9）ＳＦＲＣの打設前に、接着材「ボンドＥ200（（株）コニシ社製）」を 1.0kg/m2_{で塗布した。塗布量の管理} は、施工面積に応じた体積分を塗布することと、施工時に一様に塗布されたことを目視で確認することによった。接着材の塗布範囲は図－3.3.4 に示す。接着材タイプの Type-1 供試体はデッキプレートのほぼ全面に、スタッドタイプの Type-2 供試体は、名古屋高速道路公社の実績を参考に舗装端部より 300mm の範囲とした。 10) ＳＦＲＣの打設（写真－3.3.10～写真－3.3.14）鋼繊維は、アジテータ車へ投入し攪拌することで混入させた。ＳＦＲＣは、アジテータ車からホッパーで搬出し、鋼床版上へ打ち込むものとした。ＳＦＲＣ打設後は、敷き均した後に箒目仕上げを行った。 11) 養生（写真－3.3.15～写真－3.3.16）ＳＦＲＣ舗装の施工後は、表面養生剤による被膜養生を行った後、１週間のマット養生を行った。 (3) ＳＦＲＣの材料試験ＳＦＲＣ舗装の施工に際して、以下に示すＳＦＲＣの受け入れ検査と強度試験を実施した。表－3.3.5 に試験結果を一覧として示す。 1) スランプ試験 JIS A 1101「コンクリートのスランプ試験方法」に従って実施した。表－3.3.2 に示す配合上の目標値の範囲内で低めの結果となったが、ワーカビリティーに悪影響はなかった。 2) 空気量試験 JISA1128「まだ固まらないコンクリートの圧力による試験方法（空気圧力法）」によった。配合上の目標値を満足している。 3) 圧縮強度試験 JIS A 1108「コンクリートの圧縮強度試験方法」によって実施した。設計基準強度 29.4N/mm2_を材齢３日で越え、材齢７日では 40N/mm2_{以上の圧縮強度となった。}

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23 -表－3.3.1 ＳＦＲＣ舗装の接合方式接合方式施工供試体舗装厚スタッドジベルの施工範囲接着材接着材タイプ _{Type-3　(1/2部分)}Type-1, 75mm 舗装端部のみ全面塗布スタッドタイプ _{Type-3　(1/2部分)}Type-2, 75mm 全面（最大300mm間隔）舗装端部のみ塗布表－3.3.2 横浜ベイブリッジ（一般国道 357 号）におけるＳＦＲＣ舗装の配合条件3.12) 設計基準粗骨材のセメントの SF混入後の水セメント空気量 SF混入率膨張材圧縮強度最大寸法種類スランプ比（N/mm２_） _（mm） _（cm） _（%） _（%） _（%） _（kg/m3_） 29.4 15 _セメント早強 8.0±2.5 50以下 5.0±1.5 1.5 30 表－3.3.3 本研究におけるＳＦＲＣ舗装の配合表図－3.3.1 鋼繊維（タフグリップ、右はバラした状態）図－3.3.2 頭付きスタッド（単位：㎜）

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24 -表－3.3.4 主な材料材料名仕様等数量備考スタッドジベル φ9.0×40mm オカベ接着プライマーボンドＥプライマー 0.25kg/m2 コニシ接着材ボンドＥ2000 1.0kg/m2 _コニシスチールファイバータフグリップ（φ0.6×30mm） 120kg/m3 ブリジストン膨張材 CSA＃20 30kg/m3 デンカ養生材適宜アオイ化学図－3.3.3 供試体のＳＦＲＣ舗装の施工手順

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-a) Type-1 供試体（接着材タイプ） b) Type-2 供試体（スタッドタイプ）

c) Type-3 供試体

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-a) Ａ断面（接着材タイプＵリブ支間中央断面）

b) Ｃ断面（中間横リブ位置）

c) Ｄ断面（スタッドタイプＵリブ支間中央断面））図－3.3.5 スタッド溶殖前後におけるデッキプレートの変形量

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-写真－3.3.1 レベル測量写真－3.3.2 ショットブラスト

写真－3.3.3 プライマーの塗布写真－3.3.4 スタッド位置のケレン

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-写真－3.3.7 スタッドへのプライマー塗布写真－3.3.8 接着材の塗布

写真－3.3.9 接着材の塗布完了（Type-3 供試体）写真－3.3.10 アジテータ車への鋼繊維投入

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-写真－3.3.13 ＳＦＲＣの敷き均し写真－3.3.14 箒目仕上げ

写真－3.3.15 コンクリート表面養生剤の塗布写真－3.3.16 マット養生

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-４．静的載荷試験

4.1 概要疲労上問題となる鋼床版各部のひずみがＳＦＲＣ舗装後にどの程度低減されるかを確認するため、実大鋼床版供試体を用いてＳＦＲＣ舗装の前後で静的載荷試験を実施した。使用した供試体は Type-3 であり、着目した試験パラメータとしては板厚 6mm と 8mm のＵリブの比較、密閉ダイヤフラムの有無がＵリブと横リブ交差部応力に与える影響、主桁垂直補剛材上端部の形状、ＳＦＲＣ舗装の接合方法としての接着材タイプとスタッドタイプの違い等である。載荷はゴムタイヤを用いて行い、ダブルタイヤにより大型車の後輪、シングルタイヤにより大型車の前輪による載荷を再現できるようにした。影響線形状が得られるよう多点で載荷し、ダブルタイヤ載荷を計 88 点（舗装後は 90 点）、シングルタイヤ載荷を計 13 点で行った。また、試験の妥当性を検証し、応力低減効果を確認するため、Type-3 供試体をモデル化してＦＥＭ解析を行った。 4.2 試験条件 (1) 試験パラメータ Type-3 供試体を用いた静的載荷試験の試験パラメータを図－4.2.1 に示す。 1) Ｕリブ形状、板厚 3.1 に記述したように、Type-3 供試体にはＪＳＳＣ規格の板厚 6mmＵリブ（U-320×6×240）2 本および板厚 8mmＵリブ（U-320×8×240）２本を用いた。スタッドタイプの径間を手前、接着材タイプの径間を奥とすると、右側２本が板厚 6mmＵリブ、左側が板厚 8mmＵリブである。Ｕリブ板厚の影響は、デッキプレートおよびＵリブの鉛直変位、Ｕリブ下面のひずみ、Ｕリブ溶接近傍のデッキプレート側およびＵリブ側のひずみ等に着目し、ＳＦＲＣ舗装の前後における変化も含めて比較する。 2) Ｕリブ密閉ダイヤフラムの有無Ｕリブ現場継手部の密閉ダイヤフラムが交差部応力に与える影響を確認するため、外側の板厚 6mmＵリブ内にダイヤフラムを設けた。中間横リブとダイヤフラムの間隔は 200mm である。ダイヤフラムの有無の影響は、上スカラップ近傍および下スカラップ近傍の横リブウェブひずみ、上スカラップ部および下スカラップ部のＵリブのひずみ、等により比較する。 3) 主桁垂直補剛材上端部の形状主桁垂直補剛材上端構造を変更した場合の局部応力を確認するため、Type-3 供試体で異なる 2 種類の構造を採用した。一つは従来型のデッキプレート下面と垂直補剛材上端部を密着させ、すみ肉溶接した構造（以下、溶接構造という）、他方は垂直補剛材上端とデッキプレートにギャップ量 40mm を設けた構造（以下、ギャップ構造という）である。これらの結果を、ＳＦＲＣ舗装の前後における変化も含めて比較した。 4) ＳＦＲＣ舗装の接合方法ＳＦＲＣ舗装後の静的載荷試験において、デッキプレートとの接合方法としての接着材タイプ、スタッド

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31 -タイプの比較を行った。これらは、デッキプレートの変形、Ｕリブ溶接近傍のひずみ、スタッドの軸部のひずみ、およびスタッド直下のデッキプレート下面のひずみに着目して比較した。 (2) 載荷方法静的載荷試験は、デッキプレートとＳＦＲＣ舗装の合成作用による局部応力の低減効果を確認するため、ＳＦＲＣ舗装施工の前後に行った。載荷方法は、自碇式フレーム内部に供試体を設置し、デッキプレート上面に配置した大型車の後輪を想定したダブルタイヤおよびシングルタイヤを油圧式ジャッキにて載荷した。ダブルタイヤを用いた時の載荷要領を図－4.2.2 に示す。また、ＳＦＲＣ舗装施工前の静的載荷試験状況のうち、ダブルタイヤによる載荷状況を写真－4.2.1、シングルタイヤによる載荷状況を写真－4.2.2 に示す。実タイヤによる載荷では、載荷板による載荷と比較してより現実に近い面圧が得られる。58.8kN 載荷時の面圧分布と、ダブルタイヤとＵリブの関係の一例を図－4.2.3 に示す。載荷荷重は、タイヤの最大荷重（JIS D 4202）を考慮し、ダブルタイヤ載荷の場合は 0～58.8kN、シングルタイヤ載荷の場合は 0～29.4kN とした。載荷は、着目部における影響面が得られるよう、タイヤおよび油圧ジャッキを橋軸方向および橋軸直角方向に移動させながら多点で行った。図－4.2.4 にダブルタイヤ載荷の載荷点、図－4.2.5 にシングルタイヤ載荷の載荷点を示す。図－4.2.4 中に示すように、後輪載荷位置は a～m まで 14 断面、横断方向の載荷位置は 0～18 までの 19 ラインとし、以後、それぞれの載荷位置は載荷断面名と載荷ライン名を合わせて呼ぶこととする（例えば c1、c2 など）。前輪載荷位置は、Ｕリブ支間中央の c 断面のみとし、載荷点は①～⑬の 13 点とした。また、橋軸方向の載荷位置をＡ断面側の横リブウェブからの距離 Lx を用いて、橋軸直角方向の載荷位置をＲ１側の主桁ウェブからの距離 Ly を用いて表すものとする。計測は、①鋼床版一般部の応力、②鋼床版溶接部の局部応力（Ｕリブとデッキプレート溶接部、Ｕリブと横リブ交差部、垂直補剛材上端部）、③デッキプレート、Ｕリブの変位、④ＳＦＲＣ舗装後のＳＦＲＣ表面ひずみ、スタッドひずみとした。計測位置は図－4.2.6 に示すようにＡ～Ｄの４断面とした。ＡおよびＢ断面はＳＦＲＣ舗装の接合方法として接着材タイプを用いた支間側であり、Ａ断面は支間中央、Ｂ断面は支間 1/4 点である。Ｃ断面は中間横リブ位置とした。Ｄ断面はスタッドタイプを用いた支間の支間中央である。なお、Ａ断面における垂直補剛材の上端部はギャップ構造であり、Ｄ断面では溶接構造としている。計測センサー類の配置の詳細は付属資料の図－付－2.6～2.18 に示す。計測センサー類の設置要領は下記の通りである。・鋼部材のひずみゲージのゲージ長は、3mm とした（応力集中ゲージを除く）。・溶接部近傍のひずみゲージは止端から 5mm の位置に貼付した。・応力集中ゲージのゲージ長は 1mm とし、第一ゲージが止端から 2mm の位置に来るように貼付した。・ＳＦＲＣ表面に貼付したひずみゲージのゲージ長は 60mm とした。・変位計は容量 25mm の接触式変位計とした。

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32

-図－4.2.1 静的載荷試験のパラメータ

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33 写真－4.2.1 静的多点載荷状況（ダブルタイヤ）写真－4.2.2 静的多点載荷状況（シングルタイヤ）（１）載荷時の面圧分布（58.8kN 載荷時、舗装なし）（２）ダブルタイヤとＵリブの関係の一例（Ｕリブウェブを跨ぐ載荷時）図－4.2.3 静的載荷に用いたダブルタイヤの概要

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34 -＜静的載荷試験要領＞・最大載荷荷重は58.8kN(6tf)_とする。・橋軸方向の移動は,ダブルタイヤを移動させる。・横断方向の移動は,_{ダブルタイヤを} 移動させる。 A A B B C C D D 1 2 3’ 4 5 6 7 ’ 8 ’ 9 10 11 12 13 15 16 17 18 a b c d e f g h i j k l 725 625 625 425 200200 425 500 500 725 26 0 4＠ 16 0＝ 640 16 0 6＠ 16 0＝ 960 16 0 4＠ 16 0 ＝ 64 0 Tur ib＝ 6m m T urib ＝ 8m m ＜凡例＞：載荷点（ダブルタイヤの中央位置）全載荷点数88点（舗設後90点）＜載荷点名称＞・載荷点の名称は,レーン数字+載荷断面とする。・（例）載荷点名12C 12 C 2500 2500 端横リブ中間横リブ端横リブ（1/4_） R1 R2 R3 R4 0 （1/2）（1/4_） 20 ＠ 80 ＝ 1600 6 ’ 7 9’10 ’11 ’ 8 14 3 260 18 18 17 15 14 11 10 9 8 7 6 5 02 3 250 2@125=250 h' 47 89 10 11 12 13 14 15 ₁₄' 91 0 12 16 3 2 16 15 14 11 10 8 79 m 17 12 1 16 6 2@125=250 舗設後のみ 6 舗設後のみ（1/8）図－4.2.4 静的多点載荷位置（後輪ダブルタイヤ載荷）ＡＡ B B C C 載荷範囲 c Tu rib ＝ 6m m Tu rib ＝ 8m m ＜載荷点名称＞・載荷点の名称は,レーン数字 +載荷断面とする。・（例）載荷点名⑥C ⑥ C 2500 端横リブ中間横リブ（1/2）（1/4）（1/8） R3 ① ② ③④⑤⑥⑦ ⑧⑨⑩ ⑪ 8@ 40 =3 2 0 R4 ⑫ ⑬ 1250 1250 R1 R2 R3 R4 2@ 80= 1 60 2@ 80 =1 6 0 ＜静的載荷試験要領＞・最大載荷荷重は29.4kN(3tf)とする。・橋軸方向の移動は,シングルタイヤを移動させる。・横断方向の移動は,シングルタイヤを移動させる。＜凡例＞：載荷点（シングルタイヤの中央位置）全載荷点数13点図－4.2.5 静的多点載荷位置（前輪シングルタイヤ載荷）

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Microsoft Word - 01_表紙目次

整理番号第 392 号

鋼床版橋梁の疲労耐久性向上技術に関する

共同研究（その２）報告書

－ＳＦＲＣ舗装した鋼床版実大供試体の静的載荷および移動輪荷重試験－

分冊１／２

平成 22 年 1 月

独 立 行 政 法 人 土 木 研 究 所

株 式 会 社 横 河 ブ リ ッ ジ

共同研究報告書

第 392 号 2010 年 1 月

鋼床版橋梁の疲労耐久性向上技術に関する

共同研究（その２）報告書

－ＳＦＲＣ舗装した鋼床版実大供試体の静的載荷および移動輪荷重試験－

分冊１／２

共同研究報告書

鋼床版橋梁の疲労耐久性向上技術に関する共同研究（その２）報告書

－

舗装した鋼床版実大供試体の静的載荷および移動輪荷重試験－

分冊１／２

目 次

１．はじめに

２．概 要

-３．供試体の概要

-４．静的載荷試験

独立行政法人土木研究所

株式会社横河ブリッジ

目次

２．概要