JP2017160629A

JP2017160629A - アスファルト舗装鋼床版の温度管理システム及び方法

Info

Publication number: JP2017160629A
Application number: JP2016044182A
Authority: JP
Inventors: 峻吉川; Shun Yoshikawa; 以昌山口; Mochimasa Yamaguchi; 天野　哲也; Tetsuya Amano; 哲也天野
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-08
Also published as: JP6578997B2

Abstract

【課題】鋼床版の上のアスファルト舗装の剛性を利用して鋼床版の疲労損傷を低減するアスファルト舗装鋼床版の温度管理システムを提供する。【解決手段】本発明のアスファルト舗装鋼床版の温度管理システムは、アスファルト舗装鋼床版のアスファルト層２，８を冷却する熱交換部４ａ〜４ｃと、車両１１の走行によってアスファルト舗装鋼床版が受けるダメージを推定するダメージ推定装置１２と、推定したダメージに基づいて、熱交換部４ａ〜４ｃの熱交換量を制御する制御装置２２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼床版にアスファルト舗装が施されたアスファルト舗装鋼床版の温度管理システム及び方法に関する。

鋼床版は、ＰＣ（プレキャスト）床版に比べて軽量であり、工期の短縮が図れることから、高速道路等の橋梁に多く採用されている。鋼床版は、デッキプレートと、デッキプレートの下面に溶接され、デッキプレートの長さ方向と平行なＵ字状の縦リブと、縦リブを横断する横リブと、縦リブと横リブとを支持する主桁と、を備える。デッキプレートの上には、アスファルト舗装が施される。

しかしながら、近年交通量の多い橋梁を中心として鋼床版の疲労損傷が報告されている。疲労損傷は、主にデッキプレートの下面と縦リブとの間の溶接部のひび割れである。鋼床版上を通行する車両の重量によって、鋼床版にある大きさ以上の繰返しの応力が作用することが原因であると推測される。

鋼床版の疲労損傷を低減するために、特許文献１には、Ｕ字状の縦リブの内側にＩ字状の補強部材を溶接した鋼床版が提案されている。特許文献２には、Ｕ字状のリブのデッキプレート側の端部をデッキプレートに沿うように曲がった形状にした鋼床版が提案されている。これらの技術は、いずれも鋼床版のデッキプレートと縦リブとの溶接部にかかる負荷を低減し、これにより鋼床版の疲労損傷を低減しようというものである。

特開２０１４−９２０００号公報特開２０１３−８７４３２号公報

ところで、鋼床版上のアスファルト舗装の剛性（スチフネス）は、温度によって大きく変化し、それによって鋼床版に働く応力も変化する。一般的に知られているヤング率は、鋼が２０１〜２０６ｋＮ／ｍｍ^２であり、アスファルト舗装のヤング率は冬が１６ｋＮ／ｍｍ^２であり、夏が２．８ｋＮ／ｍｍ^２である。アスファルト舗装の剛性が僅かでもあれば、鋼床版のデッキプレートに働く応力は相当程度軽減されることが見込まれるし、舗装厚が大きければ大きいほど、車両の通過に起因する付加応力の軽減効果が見込まれる。鋼床版のデッキプレートに働く応力を低減できれば、溶接部にかかる負荷を低減できる。

そこで、本発明は、鋼床版の上のアスファルト舗装の剛性を利用して鋼床版の疲労損傷を低減するアスファルト舗装鋼床版の温度管理システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、アスファルト舗装鋼床版のアスファルト層を冷却する熱交換部と、車両の走行によって前記アスファルト舗装鋼床版が受けるダメージを推定するダメージ推定装置と、推定したダメージに基づいて、前記熱交換部の熱交換量を制御する制御装置と、を備えるアスファルト舗装鋼床版の温度管理システムである。

本発明の好ましい一態様は、前記ダメージ推定装置は、前記アスファルト舗装鋼床版の車線毎のダメージを推定し、前記制御装置は、ダメージが大きい車線の前記熱交換部の熱交換量をダメージが小さい車線の前記熱交換部の熱交換量よりも大きくするように、前記熱交換部の熱交換量を車線毎に制御することを特徴とする。

本発明のさらに好ましい一態様は、前記ダメージ推定装置は、前記アスファルト舗装鋼床版の車線毎のダメージを推定し、前記制御装置は、車線毎のダメージが均一化するように前記熱交換部の熱交換量を車線毎に制御することを特徴とする。

本発明のさらに好ましい一態様は、前記アスファルト層は、透水性アスファルト層と、不透水性アスファルト層と、を備え、前記熱交換部は、少なくとも前記熱交換部の一部が前記不透水性アスファルト層に接するかまたは埋め込まれると共に、前記透水性アスファルト層に水を供給することを特徴とする。

本発明は、車両の走行によってアスファルト舗装鋼床版が受けるダメージを推定するダメージ推定工程と、推定したダメージに基づいて、アスファルト舗装鋼床版のアスファルト層を冷却する熱交換部の熱交換量を制御する冷却工程と、を備えるアスファルト舗装鋼床版の温度管理方法として構成することもできる。

本発明の一態様によれば、交通量や交通荷重が大きい時間帯にアスファルト舗装鋼床版の剛性を向上させ、溶接部にかかる負荷を低減できるので、鋼床版の疲労損傷を低減することができる。

本発明の好ましい一態様によれば、アスファルト舗装鋼床版の車線毎に働く応力を均一化できるので、アスファルト舗装鋼床版全体として平均的に疲労損傷を進行させることができる。この結果、長寿命化を図れ、またメンテナンス補修のサイクルを長くすることができる。

本発明の好ましい一態様によれば、アスファルト層を効率的に冷却することができると共に、鋼床版が水に濡れて錆びるのを防止できる。

本発明の第一の実施形態のアスファルト舗装鋼床版の温度管理システムのブロック図である。本実施形態のアスファルト舗装鋼床版の斜視図（車両の走行方向に直交する断面図を含む）である。センサが出力するひずみ波形を示すグラフである。車線毎に算出されたΣダメージ推定パラメータ値の一例を示す棒グラフである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態のアスファルト舗装鋼床版の温度管理システムを詳細に説明する。ただし、本発明のアスファルト舗装鋼床版の温度管理システムは種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

図１は、本発明の第一の実施形態のアスファルト舗装鋼床版の温度管理システム１０のブロック図を示す。符号１が鋼床版のデッキプレート、符号２が不透水性アスファルト層、符号４ａ〜４ｃが熱交換部、符号８が透水性アスファルト層、符号１１がアスファルト舗装鋼床版を通行する車両である。

本実施形態のアスファルト舗装鋼床版の温度管理システム１０は、アスファルト層２，８を冷却する熱交換部４ａ〜４ｃと、車両１１の走行によってアスファルト舗装鋼床版が受けるダメージを推定するダメージ推定装置１２と、推定したダメージ（以下ダメージ推定パラメータ値ともいう。）に基づいて、熱交換媒体操作機器２４ａ〜２４ｃを操作し、熱交換部４ａ〜４ｃの熱交換量を制御する制御装置２２と、を備える。以下にこれらの構成要素を順番に説明する。
（熱交換部）

図２は、アスファルト舗装鋼床版の斜視図（車両の走行方向に直交する断面図を含む）を示す。鋼床版のデッキプレート１上には、アスファルト舗装が施される。アスファルト層は、下側の不透水性アスファルト層２と、上側の透水性アスファルト層８と、を備える。不透水性アスファルト層２には、透水性アスファルト層８に接するように、水を放出できる熱交換部４ａ〜４ｃが車線毎に埋設される。熱交換部４ａ〜４ｃは、それ自身がアスファルトと同様な機械的強度を有している。この実施形態では、アスファルト舗装鋼床版は、車線Ａ、車線Ｂ、車線Ｃからなる３つの車線を備える。熱交換部４ａ〜４ｃは、３つの車線Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれに配置されていて、車線Ａ，Ｂ，Ｃが延びる方向に延在する。

熱交換部４ａ〜４ｃは、熱交換媒体としての水を透水性アスファルト層８に供給する。透水性アスファルト層８に給水された水は、透水性アスファルト層８に拡散し、透水性アスファルト層８を湿潤状態にし、透水性アスファルト層８の表面から蒸発する。透水性アスファルト層８は、水との熱交換により、また水の気化熱による冷却効果により冷却される。

なお、熱交換部４ａ〜４ｃを降雨時や融雪時の排水ラインとして転用してもよい。

熱交換部４ａ〜４ｃに水を供給する熱交換媒体操作機器２４ａ〜２４ｃは、例えば給水ポンプ、流量制御弁、ヒータ等を備え、熱交換部４ａ〜４ｃに供給する水の流量及び／又は温度を変化させる。熱交換媒体操作機器２４ａ〜２４ｃは、熱交換部４ａ〜４ｃに１対１で対応しており、車線毎の熱交換部４ａ〜４ｃに水を供給する。制御装置２２は、熱交換媒体操作機器２４ａ〜２４ｃが熱交換部４ａ〜４ｃに供給する水の流量及び／又は温度を操作し、熱交換部４ａ〜４ｃの熱交換量を車線毎に制御する。なお、水源は、水道水又は河川である。
（ダメージ推定装置）

図１に示すように、ダメージ推定装置１２は、温度センサ１６と、ひずみゲージ等からなるセンサ１４と、センサ１４が観測するひずみ波形を分析して、車両１１の軸荷重及び軸荷重が加わった回数を算出するデータ処理装置１８と、データ処理装置１８が算出した値を記録するデータ記録装置２０と、を備える。車両１１の通行によってアスファルト舗装鋼床版が受ける損傷は、車両１１の軸荷重の大きさと頻度、言い換えれば軸荷重の大きさと軸荷重が加わった回数を指標として評価できる。

温度センサ１６は、アスファルト舗装鋼床版の路面凍結や降雪を検出するために設けられる。温度センサ１６は測定データを制御装置２２に出力する。

センサ１４は、車両１１の軸荷重を検出するために設けられる。アスファルト舗装鋼床版上を車両１１が通行すると、車両１１の車軸から受ける荷重によって、鋼床版がひずむ。センサ１４は、鋼床版のひずみを電圧として出力する。図３は、センサ１４が出力するひずみ波形を示すグラフである。図３の横軸が時間であり、縦軸が出力電圧である。図３には、車両１１の車軸の通過に伴って３つのピークが発生することが示される。車両１１は複数の車軸を有するので、１台の車両１１がセンサ１４の上を通過すると、このように複数のピークが発生する。センサ１４は、ひずみ波形データをデータ処理装置１８に出力する。

温度センサ１６及びセンサ１４は、アスファルト舗装鋼床版の車線毎に配置される。図２に示すように、この実施形態では、アスファルト舗装鋼床版が３車線を備えるので、３つの温度センサ１６及び３つのセンサ１４が配置される。

データ処理装置１８は、センサ１４が観測するひずみ波形を逆解析して、軸荷重及び軸荷重が加わった回数を算出する。軸荷重の算出は、まず重量が既知の車両を通過させ、その後キャリブレーションを行うことによって行われる。

また、データ処理装置１８は、図３に示すひずみ波形から、ダメージ推定パラメータ値を算出する。ひずみ＝応力／ヤング率の関係があるから、ひずみとアスファルト舗装鋼床版の剛性に基づいて、応力に関連するダメージ推定パラメータ値を算出することができる。さらに、データ処理装置１８は、ダメージ推定パラメータ値とその分布から累積ダメージ推定パラメータ値を算出する。

累積ダメージ推定パラメータ値を詳述するに、データ処理装置１８は、算出したダメージ推定パラメータ値の大きさ及び算出したダメージ推定パラメータ値の大きさ毎の頻度に基づき、累積ダメージ推定パラメータ値（以下、Σダメージ推定パラメータ値という）を車線毎に算出する。ダメージ推定パラメータ値が大きくなればなるほど、指数関数的に鋼床版に与えるダメージが大きくなる可能性もある。このため、ダメージ推定パラメータ値に重み係数を乗じ、これに基づいてΣダメージ推定パラメータ値を算出することもできる。Σダメージ推定パラメータ値は、ダメージ推定パラメータ値の総和であるので、Σダメージ推定パラメータ値をアスファルト鋼床版が受けるダメージとして推定することができる。

図４は、車線毎に算出されたΣダメージ推定パラメータ値の一例を示す棒グラフである。図４には、車線ＡのΣダメージ推定パラメータ値＞車線ＢのΣダメージ推定パラメータ値＞車線ＣのΣダメージ推定パラメータ値が示される。例えば、車線Ａが低速の車両が走行する第一走行車線である場合、通行する車両の台数は少ないものの、大型車が走行するのでダメージ推定パラメータ値が大きい。このため、Σダメージ推定パラメータ値が最も大きい。例えば、車線Ｂが制限速度程度の車両が走る第二走行車線である場合、通行する車両の台数は最も多いものの、ダメージ推定パラメータ値が第一走行車線に比べて小さい。このため、Σダメージ推定パラメータ値も第一走行車線に比べて小さい。

データ処理装置１８が算出したダメージ推定パラメータ値、ダメージ推定パラメータ値の大きさ毎の度数、Σダメージ推定パラメータ値のデータは、データ記録装置２０に記録される。データ記録装置２０は、記録したデータを制御装置２２からの指令に基づき、制御装置２２に出力する。
（制御装置）

制御装置２２は、データ処理装置１８が算出した車線毎のΣダメージ推定パラメータ値及び温度センサ１６が測定した車線毎の温度に基づき、車線毎に熱交換部４ａ〜４ｃの熱交換量を制御する。具体的には、Σダメージ推定パラメータ値が大きい車線Ａの熱交換量をΣダメージ推定パラメータ値が小さい車線Ｃの熱交換量よりも大きくし、車線Ａを車線Ｃよりも冷却する。これにより、車線Ａにおけるアスファルト層と鋼床版との一体剛性を高めることができ、鋼床版の溶接部にかかる負荷を低減できる。そして、制御装置２２はΣダメージ推定パラメータ値が均一になるように、熱交換部４ａ〜４ｃの熱交換量のフィードバック制御を繰り返す。以上の制御を行うことで、アスファルト舗装鋼床版の車線毎の応力が均一化するので、アスファルト舗装鋼床版全体として平均的に損傷を進行させることができる。この結果、長寿命化を図れ、またメンテナンス補修のサイクルを長くすることができる。

また、アスファルト層の空隙に滞留した水滴が凍結・膨張すると、アスファルト層の内部に損傷が発生し、アスファルト層の剛性を下げる。このため、制御装置２２は、各車線の温度センサ１６の測定データが路面凍結や降雪を示すものであったら、凍結抑制や融雪を維持する温度となるように水の温度及び流量を制御する。

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に変更可能である。

例えば、上記実施形態では、軸荷重のダメージ推定パラメータ値の総和に基づいて、アスファルト舗装鋼床版が受けるダメージを推定しているが、車両重量及び通過車両台数に基づいて、アスファルト舗装鋼床版が受けるダメージを推定することもできる。

上記実施形態では、鋼床版の上に直接アスファルト舗装を施しているが、鋼床版とアスファルト舗装との間にコンクリート系舗装を介在させることもできる。

１…鋼床版のデッキプレート
２…不透水性アスファルト層
４ａ〜４ｃ…熱交換部
８…透水性アスファルト層
１０…アスファルト舗装鋼床版の温度管理システム
１１…車両
１２…ダメージ推定装置
１４…センサ
１６…温度センサ
１８…データ処理装置
２０…データ記録装置
２２…制御装置
２４ａ〜２４ｃ…熱交換媒体操作機器

Claims

アスファルト舗装鋼床版のアスファルト層を冷却する熱交換部と、
車両の走行によって前記アスファルト舗装鋼床版が受けるダメージを推定するダメージ推定装置と、
推定したダメージに基づいて、前記熱交換部の熱交換量を制御する制御装置と、
を備えるアスファルト舗装鋼床版の温度管理システム。
前記ダメージ推定装置は、前記アスファルト舗装鋼床版の車線毎のダメージを推定し、
前記制御装置は、ダメージが大きい車線の前記熱交換部の熱交換量をダメージが小さい車線の前記熱交換部の熱交換量よりも大きくするように、前記熱交換部の熱交換量を車線毎に制御することを特徴とする請求項１に記載のアスファルト舗装鋼床版の温度管理システム。
前記ダメージ推定装置は、前記アスファルト舗装鋼床版の車線毎のダメージを推定し、
前記制御装置は、車線毎のダメージが均一化するように前記熱交換部の熱交換量を車線毎に制御することを特徴とする請求項１に記載のアスファルト舗装鋼床版の温度管理システム。
前記アスファルト層は、透水性アスファルト層と、不透水性アスファルト層と、を備え、
前記熱交換部は、少なくとも前記熱交換部の一部が前記不透水性アスファルト層に接するかまたは埋め込まれると共に、前記透水性アスファルト層に水を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のアスファルト舗装鋼床版の温度管理システム。
車両の走行によってアスファルト舗装鋼床版が受けるダメージを推定するダメージ推定工程と、
推定したダメージに基づいて、前記アスファルト舗装鋼床版のアスファルト層を冷却する熱交換部の熱交換量を制御する冷却工程と、を備えるアスファルト舗装鋼床版の温度管理方法。