JPH10317324A - 桁 橋 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主桁２とコンクリート床版３との間の結
合手段としてスタッド６を適用するにあたり、主桁２と
コンクリート床版３との間のせん断耐荷力および上下方
向の結合力を低減することなく、主桁２およびコンクリ
ート床版３間の合成の度合いを適正に制御してコンクリ
ート床版３のひび割れを防止可能であるとともに、作業
の能率を向上させることができる桁橋を提供すること。 【解決手段】 コンクリート床版３とスタッド６との間
にゴム材や発泡ウレタンその他のクッション材２２を設
けること、およびクッション材２２の介在により主桁２
およびコンクリート床版３の間のズレを発生させること
に着目したもので、鋼製の主桁２と、主桁２に結合する
コンクリート床版３と、コンクリート床版３および主桁
２を結合するスタッド６と、を有する桁橋であって、ス
タッド６の根元部２１にクッション材２２を介在させる
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は桁橋にかかるもの
で、とくに鋼製の主桁およびコンクリート製の床版を有
する桁橋に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からの桁橋には、コンクリート床版
と鋼製の主桁とを結合し力学的に一体となって桁の作用
をするようにした構造の合成桁橋と、コンクリート床版
と鋼製の主桁とを互いに連結はしているが積極的には固
定せず外力の作用で互いの間にいくらかのズレが生じて
もかまわないものとして荷重を鋼製の主桁の部分のみで
支えることができるようにした非合成桁橋と、がある。
図１０ないし図１３にもとづき概説する。図１０は、一
般的な桁橋１の要部斜視図、図１１は、同、横断面図で
あって、桁橋１は、鋼製の主桁２と、コンクリート床版
３と、を有する。

【０００３】主桁２は、平板状のウェブ４と、その上下
のフランジ部５と、を有し、スタッド６あるいはスラブ
アンカー７により、フランジ部５の上部にコンクリート
床版３を結合する。

【０００４】コンクリート床版３は、主桁２に合成的、
あるいは非合成的に結合するもので、たとえばスタッド
６を用いる場合には、このスタッド６に電流を流してそ
の軸部８の下端部である取付け部を主桁２のフランジ部
５に溶接したのち、図１１に示すように、プレキャスト
によるコンクリート床版３に形成したスタッド取付け孔
９にスタッド６を挿入し、モルタル１０などで埋める。
あるいは、プレキャスト床版を用いない場合には、上述
のように固定したスタッド６の上から現場でコンクリー
トを打設することによってコンクリート床版３を構成す
る。なおスタッド６は、軸部８の上端に頭部１１を有
し、主桁２とコンクリート床版３との一体性を確保す
る。また、コンクリート床版３には鉄筋１２を配置して
ある。

【０００５】スタッド６の代わりにスラブアンカー７を
用いる場合には、図１１中仮想線で示すように、鉄筋な
どによるスラブアンカー７をスタッド６の代わりに主桁
２の上フランジ５に固定するとともに、作業現場におい
てこれを曲げ上げ、コンクリートを打設してコンクリー
ト床版３と主桁２とを非合成的に結合する。

【０００６】こうした構成の一般的な桁橋１において、
スラブアンカー７は、上述のように非合成桁橋に使用さ
れているが、その力学的特性を評価しにくいとともに、
合成の度合いが一般に強固になりすぎるため、非合成桁
橋に使用した場合でも、設計では想定しない力がコンク
リート床版３に生じ、コンクリートのひび割れが発生す
る場合がある。すなわち、スラブアンカー７に作用する
力としては、桁作用により橋軸方向に作用する水平せん
断力と、版作用による主桁２の直角方向の主桁２直上で
の回転力により生じる鉛直軸方向力と、が考えられる
が、スラブアンカー７に関するこれら作用力の研究は現
在のところ少なく、またその構造特性から定量的な評価
が困難であるとも考えられる。

【０００７】そこで、スラブアンカー７の代わりに、合
成桁橋で多用されているとともに施工も簡単で設計法や
実験方法も確立されている頭部１１付きのスタッド６を
用いることが考えられるが、スタッド６をそのまま使用
すると、主桁２およびコンクリート床版３について互い
の合成の度合いが強いため、桁橋１への外力によるコン
クリート床版３の変形に主桁２が追随するに必要な力が
スタッド６に作用する。その結果、スタッド６が破断し
たり、コンクリート床版３にひび割れが発生するという
問題がある。

【０００８】換言すれば、従来は、非合成桁橋では主桁
２とコンクリート床版３との合成は、期待しないものと
して設計を行っている。従来通り結合材としてスタッド
６あるいはスラブアンカー７を用いた場合、合成の度合
いがかなり強く、桁橋１の挙動は、むしろ合成桁橋に近
くなるものとの報告も成されている。

【０００９】したがって、連続桁形式の橋梁では、中間
支点などのコンクリート床版３に予想以上の引っ張り力
が発生し、部分的ではあるがコンクリート床版３にひび
割れなどが発生し、支障になることがあるという問題が
ある。なお、近年適用が増えつつある、桁の本数を少な
くした少主桁橋に利用されるプレキャストタイプのコン
クリート床版３について、これを主桁２に定着するには
施工面を考慮して一般にスタッド６が使用され、スラブ
アンカー７はあまり適用されていない。

【００１０】図１２は、スタッドのズレ剛性に対するス
タッドせん断力のグラフであって、図示のように、スタ
ッド６のズレ剛性が大きくなるほど、スタッドせん断力
が増加する傾向にあり、主桁２とコンクリート床版３と
の一体性ないし合成の度合いが強いほど、せん断力に耐
え得るスタッド６のズレ剛性ないし耐力が必要で、スタ
ッド６の本数を増やす必要がある。

【００１１】図１３は、コンクリート床版３の平面図で
あって、プレキャスト床版によるコンクリート床版３を
用いる場合にスタッド６の本数を増やせば、コンクリー
ト床版３に形成するスタッド取付け孔９の個数も増加す
ることになるが、コンクリート床版３自体が脆くなるた
め、コンクリート床版３にスタッド取付け孔９を増やす
にも限界があるという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、スタッドを結合手段
として適用するにあたり、主桁とコンクリート床版との
間の合成の度合いを適正に制御可能な桁橋を提供するこ
とを課題とする。

【００１３】また本発明は、主桁とコンクリート床版と
の組み合わせによる桁橋におけるコンクリート床版のひ
び割れを防止可能な桁橋を提供することを課題とする。

【００１４】また本発明は、主桁とコンクリート床版と
の間のせん断耐荷力を極度に低減することなく、また上
下方向の結合力を低減することなく、両者の間の合成挙
動を適正に制御し、理想的な非合成桁の特性に近づける
ことができる桁橋を提供することを課題とする。

【００１５】また本発明は、主桁とコンクリート床版と
の間を結合する結合材の設置作業の能率を向上させるこ
とができる桁橋を提供することを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、コン
クリート床版とスタッドとの間にゴム材や発泡ウレタン
その他のクッション材を設けること、およびこのクッシ
ョン材の介在により主桁およびコンクリート床版の間の
ズレを発生させることに着目したもので、鋼製の主桁
と、この主桁に結合するコンクリート床版と、このコン
クリート床版および上記主桁を結合するスタッドと、を
有する桁橋であって、上記スタッドの根元部にクッショ
ン材を介在させることを特徴とする桁橋である。上記ス
タッドの根元部は、その軸部が主桁に固定されている部
分からその頭部に向かう所定長さの部分であって、上記
クッション材は、主桁およびコンクリート床版の境界面
から軸部の所定高さまで所定の厚さで主桁およびコンク
リート床版の間に介在することになる。

【００１７】上記クッション材の高さあるいは厚さを選
択することにより、上記スタッドの耐力を減少させるこ
となしに上記主桁および上記コンクリート床版の間の合
成の度合いを減少させることができる。

【００１８】上記スタッドのそれぞれに上記クッション
材を設けることができる。

【００１９】上記スタッドの複数本にまとめて上記クッ
ション材を設けることができる。

【００２０】上記クッション材の高さとしては、スタッ
ドの高さの１／３〜１／２倍程度が望ましく、その直径
としては、スタッドの軸部の直径の１．１〜２倍程度
（つまりその厚さとしては、スタッドの軸部の直径の
０．０５〜０．５倍程度）が望ましい。

【００２１】クッション材の高さがスタッドの高さの１
／３倍より低い場合、あるいはその厚さがスタッドの軸
部の直径の１．１倍より小さい場合には、主桁およびコ
ンクリート床版の合成の度合いが強くなり、逆にクッシ
ョン材の高さがスタッドの高さの１／２倍より高い場
合、あるいはその厚さがスタッドの軸部の直径の２倍よ
り大きい場合には、主桁およびコンクリート床版の結合
の度合いが弱まって別の問題も発生し、初期の目的を達
成することが困難になるため、通常は当該範囲において
設計することが望ましい。

【００２２】なお、クッション材の形状としては、その
長さ方向にスリットを入れてスタッドの軸部に横方向か
ら装着させるようにする形状、単純な円筒形として軸部
に沿って挿入する形状、あるいは何回か巻き付けるよう
な帯状の形状など、任意の形状を採用することができ
る。

【００２３】本発明による桁橋においては、スタッドの
根元部にゴム材や発泡ウレタンその他のクッション材を
設けるようにしたので、主桁とコンクリート床版との間
の引張り強度を極度に低減させることなく、両者の上下
方向の結合力は充分にするとともに、水平方向にはズレ
を許容し、理想的な非合成桁橋の特性に近づけることが
できる。すなわち、クッション材の材質、高さ、直径な
どを適宜選択および組み合わせることにより、外力の作
用にともなう鋼製の主桁とコンクリート床版との間の相
対的なズレを調整可能とすることができる。しかもスタ
ッドについては、合成桁橋で多用されているとともに、
その施工も簡単で設計法や実験方法も確立されているた
め、上記ズレを調整する設計を比較的容易に行うことが
できる。

【００２４】さらに、スタッドを用いるため、スラブア
ンカーを用いる場合に比較して、鉄筋加工および現場に
おける鉄筋の折曲げ上げ作業などの手間を省くことがで
きる。

【００２５】また、プレキャストタイプのコンクリート
床版に対しては、スタッドの使用が必要条件となり、と
りわけ、非合成桁橋にプレキャストコンクリート床版を
用いる場合には、本発明の桁橋により主桁との合成の度
合いを適正に制御することができる。

【００２６】なお、スタッドの強度とズレ剛性との関係
によって桁橋の単位長さないし単位コンクリート床版あ
たりのスタッドの本数が決定されるが、既述のように合
成の度合いを任意に制御可能であるため、他の設計要因
との関係で桁橋における設計の自由度を増すことができ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の第１の実施の形態
による桁橋２０を図１ないし図９にもとづき説明する。
ただし、図１０ないし図１３と同様の部分には同一符号
を付し、その詳述はこれを省略する。図１は、桁橋２０
のスタッド６部分を示す要部断面図であり、この桁橋２
０においては、スタッド６の根元部２１にクッション材
２２を設けてある。

【００２８】すなわち、スタッド６の軸部８の主桁２側
であってコンクリート床版３と主桁２（フランジ部５）
との間にクッション材２２を配置する。したがって、ス
タッド６の頭部１１はコンクリート床版３内に固定され
る。

【００２９】このクッション材２２の配置構成として
は、スタッド６の軸部８の直径をＤ、およびスタッド６
の高さをＨとすれば、その高さは１／３Ｈ〜１／２Ｈ、
卷径は１．１Ｄ〜２Ｄが望ましく、したがって、クッシ
ョン材２２の厚さとしては、０．０５Ｄ・Ｄ〜０．５Ｄ
が望ましい。

【００３０】こうした構成の桁橋２０において、桁橋２
０への荷重により主桁２（フランジ部５）とコンクリー
ト床版３との間にズレが生ずるような外力が作用したと
きに、スタッド６の軸部８における根元部２１にクッシ
ョン材２２が介在されているので、そのクッション作用
により、主桁２のフランジ部５とコンクリート床版３と
の間の境界面にズレが発生して外力を吸収する結果、ス
タッド６の剛性を減少し、スタッド６へのせん断力を緩
和させることができる。

【００３１】本発明においては、図１に示すように各ス
タッド６ごとにクッション材２２を巻く構成のほかに、
複数本のスタッド６のまわりにクッション材２２を配置
する形態としてもよい。

【００３２】すなわち、図２は、本発明の第２の実施の
形態による桁橋３０のスタッド６部分を示す平面図、図
３は、同、要部断面図であって、この桁橋３０において
は、複数本、たとえば６本のスタッド６のまわりにクッ
ション材２２を配置してある。

【００３３】さらに、６本のスタッド６により囲んだそ
の内部には発泡スチロール３１を充填してある。

【００３４】こうした構成の桁橋３０においても、図１
の桁橋２０と同様に、主桁２（フランジ部５）とコンク
リート床版３の間のズレを許容し、桁橋３０としての非
合成桁の特性を確保することができる。さらに、複数本
のスタッド６にクッション材２２を巻くようにしたの
で、作業性を向上させることが可能であるとともに、単
独のスタッドごとにクッション材を設ける構成と組み合
わせることにより、コンクリート床版３の位置に応じて
適正なスタッド６を分布させることができる。

【００３５】なお、桁橋２０、３０として現場の施工手
順としては、従来の各種の工程を任意に採用可能であ
る。たとえば、あらかじめ主桁２のフランジ部５にスタ
ッド６およびクッション材２２を取り付けた状態で、コ
ンクリートを打設してコンクリート床版３を作製する工
程がある。なおまた、あらかじめ主桁２のフランジ部５
にスタッド６およびクッション材２２を取り付けた状態
で、プレキャストによるコンクリート床版３を上方から
下降させスタッド取付け孔９にスタッド６を挿入し、モ
ルタル１０などで埋める工程がある。あるいは、主桁２
のフランジ部５に対してプレキャストによるコンクリー
ト床版３を水平方向から移動させ、上方からスタッド取
付け孔９を通してスタッド６およびクッション材２２を
取り付け、このスタッド６に電流を流してその軸部８の
根元部２１をフランジ部５に溶接ののちモルタル１０な
どで埋める工程がある。

【００３６】上述のような構成の桁橋２０（図１）およ
び桁橋３０（図２、図３）について以下のような実験を
行った。図４は、図１の桁橋２０の実験用桁橋２０Ａの
横断面図、図５は、図２および図３の桁橋３０の実験用
桁橋３０Ａの横断面図であって、図中左右一対のコンク
リート床版３の間に主桁２を配置し、スタッド６および
クッション材２２を各種の形態で取り付けて実験した。

【００３７】図６は、スタッド６（あるいはスラブアン
カー７）およびクッション材２２の９通りのタイプＩ〜
ＩＸを示す図表である。タイプＩ〜ＩＶは、ウレタン材
によるクッション材２２の場合で、その高さを変えてあ
る。タイプＶ〜ＶＩＩは、ゴム材によるクッション材２
２の場合で、その高さおよび配置形態を変えてある。タ
イプＶＩＩＩは、従来のスラブアンカー７の場合、タイ
プＩＸは、クッション材２２を設けないスタッド６の場
合である。

【００３８】図７は、クッション材２２としてウレタン
材を採用した場合の、主桁２およびコンクリート床版３
間のズレに対するせん断力の比（スタッド６の静的せん
断耐力に対する、クッション材２２を設けた場合のせん
断力の比）のグラフである。図８は、クッション材２２
として天然ゴム材を採用した場合の、主桁２およびコン
クリート床版３間のズレに対するせん断力の比のグラフ
である。図９は、クッション材２２としてウレタン材あ
るいは天然ゴム材を採用した場合の、各種のタイプの主
桁２およびコンクリート床版３間のズレに対するせん断
力の比のグラフである。

【００３９】図７、図８および図９に示すように、従来
からのスタッド６の根元部２１にゴム材あるいはウレタ
ン材によるクッション材２２を巻き付けることにより、
低い荷重で主桁２およびコンクリート床版３間に大きな
ズレが発生し、スタッド６の部分におけるクッション作
用が働き、桁橋として明確な非合成挙動を示すことが明
かとなった。ただしスタッド６の静的耐荷力は、根元部
２１へのクッション材２２の巻付けの有無や材質および
形状にかかわらず、ほぼ同レベルであった。

【００４０】また図７に示すように、ウレタン材の高さ
については、これが３０ｍｍ以上ではほぼ同様のズレ性
状を示すことがわかる。

【００４１】また図８に示すように、ゴム材によるクッ
ション材２２を巻き付ける場合には、その配置形態（図
１、あるいは図２、図３）を変化させても、ズレの傾向
は大きく変化しないことがわかる。

【００４２】また図９に示すように、従来の桁橋１のよ
うにスタッド６のみを用いた場合には、あるせん断力に
対してズレ量が最小であり、高い合成挙動を示している
ことがわかる。一方、スラブアンカー７を用いた場合に
も、スタッド６を用いた場合と同程度の合成挙動を示す
こともわかる。一方、本発明のようにスタッド６にクッ
ション材２２を卷き付けた場合には、主桁２およびコン
クリート床版３の合成効果を従来のもの（スタッド６の
みの場合）に比較してかなり低減することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スタッド
を介した主桁とコンクリート床版との結合にあたり、ク
ッション材をスタッドの根元部のまわりに配置すること
としたので、スタッドのズレ剛性を緩和して、主桁およ
びコンクリート床版の非合成ないし合成の度合いを制御
し、望み通りの桁橋とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による桁橋２０のス
タッド６部分を示す要部断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による桁橋３０のス
タッド６部分を示す平面図である。

【図３】同、要部断面図である。

【図４】図１の桁橋２０の実験用桁橋２０Ａの横断面図
である。

【図５】図２および図３の桁橋３０の実験用桁橋３０Ａ
の横断面図である。

【図６】同、スタッド６（あるいはスラブアンカー７）
およびクッション材２２の９通りのタイプＩ〜ＩＸを示
す図表である。

【図７】同、クッション材２２としてウレタン材を採用
した場合の、主桁２およびコンクリート床版３間のズレ
に対するせん断力の比のグラフである。

【図８】同、クッション材２２として天然ゴム材を採用
した場合の、主桁２およびコンクリート床版３間のズレ
に対するせん断力の比のグラフである。

【図９】同、クッション材２２としてウレタン材あるい
は天然ゴム材を採用した場合の、各種のタイプの主桁２
およびコンクリート床版３間のズレに対するせん断力の
比のグラフである。

【図１０】一般的な桁橋１の要部斜視図である。

【図１１】同、横断面図である。

【図１２】同、スタッドのズレ剛性に対するスタッドせ
ん断力のグラフである。

【図１３】同、コンクリート床版３の平面図である。

【符号の説明】

１ 桁橋（図１０） ２ 鋼製の主桁 ３ コンクリート床版 ４ 主桁２のウェブ ５ 主桁２の上下のフランジ部 ６ スタッド ７ スラブアンカー ８ スタッド６の軸部 ９ スタッド取付け孔 １０ モルタル １１ スタッド６の頭部 １２ 鉄筋 ２０ 桁橋（第１の実施の形態、図１） ２０Ａ 桁橋２０の実験用桁橋（図４） ２１ スタッドの６の根元部 ２２ クッション材（天然ゴム材、ウレタン材など） ３０ 桁橋（第２の実施の形態、図２、図３） ３０Ａ 桁橋３０の実験用桁橋（図５） ３１ 発泡スチロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000237134 株式会社富士ピー・エス 福岡県福岡市中央区天神２丁目12番１号 天神ビル内 (71)出願人 000002107 住友重機械工業株式会社 東京都品川区北品川五丁目９番11号 (72)発明者 松井 繁之 大阪府吹田市山田西４丁目６番４号 (72)発明者 平城 弘一 大阪府高槻市宮之川原１丁目９番８号 (72)発明者 堀 重雄 東京都品川区北品川五丁目９番11号 住友 重機械工業株式会社内 (72)発明者 河野 文将 大阪府大阪市北区芝田２丁目２番１号 新 梅田ビル 株式会社富士ピー・エス大阪支 店内 (72)発明者 石崎 茂 大阪府堺市出島西町３番地の１ 株式会社 酒井鉄工所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製の主桁と、 この主桁に載置するコンクリート床版と、 このコンクリート床版および前記主桁を結合するスタッ
   ドと、を有する桁橋であって、 前記スタッドの根元部にクッション材を介在させること
   を特徴とする桁橋。
2. 【請求項２】 前記クッション材の高さあるいは厚さ
   を選択することにより、前記スタッドの耐力を減少させ
   ることなしに前記主桁および前記コンクリート床版の間
   の合成の度合いを減少させることを特徴とする請求項１
   記載の桁橋。
3. 【請求項３】 前記スタッドのそれぞれに前記クッシ
   ョン材を設けることを特徴とする請求項１記載の桁橋。
4. 【請求項４】 前記スタッドの複数本にまとめて前記
   クッション材を設けることを特徴とする請求項１記載の
   桁橋。