技報 第 8 号（2010 年） 広幅員一室箱桁にリブ付き床版構造を採用した 波形鋼板ウエブ橋の設計 あ ら と がわ －第二東名高速道路 新戸川橋－ 東京支店 設計センター 豊田正 東京支店 土木工事部 藤岡篤史 技術本部 技術部 大山博明 東京支店 土木工事部 関井勝己 １．はじめに 図-2 全体一般図 22650 新戸川橋は愛知県新城市に位置する第二東名高速道路の PRC8 径間連続リブ付き波形鋼板ウエブ箱桁橋である．本橋 非常に広い橋梁である．そのため本橋では，上床版にリブを 2805 2700 設け，張出床版長を長くしウエブ間隔を縮小させることによ 500 4500 本稿では，新戸川橋における広幅員リブ付き床版の設計概 要について報告する． 2700 5505 2700 2805 600 250 500 り 1 室箱桁で広幅員に対応し，主桁重量の軽量化を図ってい る． 500 310 2700 600 700 310 は片側 2 車線の上下線一体構造であり，全幅員が 22.650m と 10750 1100 10750 11100 5505 図-1 断面図 270 270 ２．工事概要 桁高4. 0 00m 発 注 者：中日本高速道路(株) 名古屋支社 豊川工事事務所 構造形式：PRC8 径間連続リブ付き波形鋼板ウエブ箱桁橋 橋 長：735.117m 上下線一体 支 間 長：54.200m+2×94.000m+4×105.500m+68.317m 有効幅員：2×10.750m 本橋の断面図を図-1 に，全体一般図を図-2 に示す． ■境界条件( 固定方向) 鉛直方向 橋軸方向 ３．床版の設計 直角方向 3.1 断面力の算出方法 本橋の床版は，図-1 に示すように張出床版長 5.805m，中間床 図-3 FEM モデル概要図 版長 10.500m であり，床版支間が道路橋示方書Ⅲの適用範囲 外となる．また，橋軸方向 4.0m 間隔にリブを有することから， 3.2 床版プレストレスの評価方法 床版の設計においてはこの床版構造の力学的挙動を適切に評 道路橋示方書に準拠した床版横方向の設計では，橋軸方向 価する必要があった．そこで，床版の設計断面力は FEM 解析 幅 1.0m を検討断面として設計を行う．しかし，本橋の床版は を用いて算出することとした．ただし，プレストレスによる 4.0m 間隔にリブが存在するため，プレストレスの効果および 断面力については，FEM 解析によりクリープ等のプレストレ 影響範囲が不明である．このため，フレーム解析において床 スに及ぼす影響を評価することが困難であると考えたため， 版プレストレスを評価する際の断面形状の選定が課題となっ フレーム解析により算出することとした．図-3 に FEM 解析 た．そこで，リブ付き床版における床版プレストレスを適切 モデルの概要図を示す． に評価する断面形状を選定するために FEM 解析およびフレ ーム解析による比較検討を行った． 4000 1 05 5 0 0 7000 4000 1 05 5 0 0 7000 4000 1 0 5 5 0 0 7000 4000 1 0 55 0 0 7000 4000 7000 9 4 0 0 0 4000 6500 9 4 00 0 4000 6500 8 0 05 4 2 0 0 4000 5 0 0 新戸川橋（上下線）橋長7 3 5 1 1 7 6 8 3 1 7 80 0 5 0 0 技報 第 8 号（2010 年） 3.2.1 床版プレストレスの比較検討 以上の結果から，本橋におけるプレストレスによる応力度 床版プレストレスの比較検討を行った解析モデルの一覧を 表-1 に示す． の算出では，フレーム解析においてもリブの影響を適切に評 価できる断面形状として，CASE1 を採用した． FEM 解析では，床版に導入されるプレストレスのリブの有 びリブ無し FEM モデルによる比較検討を行った．各 FEM 解 析モデルを図-4 に示す． フレーム解析では，橋軸方向幅 4.0m の断面(CASE1)および リブ位置・リブ間の単位幅断面(CASE2･CASE3)について比 較検討を行った．各断面形状図を図-5 に示す． プレストレス応力度(N/mm2) 無における相違を確認するために，リブ有り FEM モデルおよ 上縁応力度分布 6. 00 5. 00 4. 00 3. 00 2. 00 CA SE1 リブ有ＦＥＭ< リブ位置> 1. 00 0. 00 ブ付き床版における床版プレストレスを適切に評価できるフ 1260(N/mm2)とした． 表-1 解析モデル一覧 モデル名称 リブ有りFEMモデル リブ無しFEMモデル CASE1 CASE2 CASE3 解析 FEM解析 フレーム 解析 橋軸方向幅(m) － － 4.0 1.0 1.0 リブの有無 有り 無し 有り 有り 無し 下縁応力度分布 プレストレス応力度(N/mm2) 材配置は 1S28.6ctc500 を想定し，一本当たりの緊張応力を CA SE 3 リブ無しＦＥＭ 1. 00 FEM 解析およびフレーム解析の比較検討を行い，本橋のリ レーム解析断面を決定した．なお，両解析とも横締め PC 鋼 CA SE2 リブ有ＦＥＭ< リブ間> 6. 00 C AS E1 CA SE 2 CA SE 3 リブ有ＦＥＭ<リブ位置> リブ有ＦＥＭ< リブ間> リブ無しＦＥＭ 5. 00 4. 00 3. 00 2. 00 1. 00 0. 00 1. 00 図-6 解析結果 3.3 横締め PC 鋼材配置 リ ブ位 置 前述の設計方法により床版の設計を行った結果，本橋の横 リブ 無 リ ブ間 プレ スト レス 2 1260(N/mm) プ レスト レス 2 1260(N/mm) 締め PC 鋼材は 1S28.6 を 500mm 間隔で配置することとなっ た．鋼材配置形状を図-7 に示す．また，本橋における横締め リ ブ無し FEMモデル 図-4 FEM 解析モデル図 <CA S E2> 1000 方向応力度分布図を図-8 に示す． <C AS E 3> 1000 400 [email protected] 120 <C A SE 1> 4000 PC 鋼材配置の決定ケースである温度+設計荷重時の橋軸直角 155 リブ有 りFEMモデ ル 22110 19724 [email protected] 400 R= 45 00 mm 図-7 横締め PC 鋼材配置形状 横締めPC鋼材 300 300 図-5 フレーム解析断面形状図 3.2.2 結果まとめ Ｔ活 荷 重載 荷位 置 T=100(kN) 決定断面 各解析モデルにおける床版上下縁応力度の比較検討結果を Ｔ活 荷重 リブ 間載 荷 図-6 に示す． (1)CASE1 は，リブ有りモデルにおけるリブ位置，リブ間双方 の FEM 解析結果と比較的よく一致している． (2)CASE2 は，リブ位置のウエブ直上付近において，CASE1 に比較してリブ有りモデルの FEM 解析結果との差が大きか った． (3)CASE3 は，リブ無しモデルの FEM 解析結果とは比較的よ 設 計荷 重時 =自 重+橋面 荷重 + 床 版温 度差 +活 荷重 (プ レス ト レス は含 まず ) Ｔ活 荷重 リブ 位 置載 荷 図-8 設計荷重時における直角方向応力度分布 Key Words：リブ，波形鋼板ウエブ，広幅員，FEM 解析 く一致しているが，リブ有りモデルの FEM 解析結果とは大き く異なる結果となった． (4)(2)および(3)より，リブ位置・リブ間の単位幅を考慮した個 別断面(CASE2，CASE3)でのフレーム解析では，プレストレ スを適切に評価できないことがわかった． 豊田正 藤岡篤史 大山博明 関井勝己
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