特開 2024-6258 橋梁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024006258

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】橋梁

(51)【国際特許分類】

   E01D 2/00 20060101AFI20240110BHJP

【ＦＩ】

E01D2/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022106981

(22)【出願日】2022-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】521507774

【氏名又は名称】梶川 泰司

(71)【出願人】

【識別番号】594128913

【氏名又は名称】株式会社長大

(74)【代理人】

【識別番号】100078695

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 司

(72)【発明者】

【氏名】梶川 泰司

(72)【発明者】

【氏名】田中 剛

【テーマコード（参考）】

2D059

【Ｆターム（参考）】

2D059AA03

2D059AA05

2D059AA13

2D059GG55

2D059GG61

(57)【要約】

【課題】橋梁の主桁をプレハブ化することで、最小単位（ユニット） ユニットの組合せでできる構造として、不特定・不定期・多数の維持管理現場を工場に集約し、現場作業の簡略化・単純化を実現でき、インフラサービス提供コストの低減と必要な人員の集約を目指すことができる橋梁を提供する。
【解決手段】橋脚と主桁と床版からなる橋梁において、主桁を多面体の稜線部分を細長接合面を有するフレームで形成し、これら細長接合面を有するフレームの端部を連結してなるテトラモジュールをフレームの細長接合面を重ね合わせて相互に分離可能に連結してトラス構造とした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

橋脚と主桁と床版からなる橋梁において、主桁を四面体の稜線部分を細長接合面を有するフレームで形成し、これら細長接合面を有するフレームの端部を連結してなるテトラモジュールをフレームの細長接合面を重ね合わせて相互に分離可能に連結してトラス構造としたことを特徴とする橋梁。

【請求項2】

四面体のテトラモジュールは正四面体である請求項１記載の橋梁。

【請求項3】

四面体のテトラモジュールはこれを構成する６本のフレームのうち、上下水平になる２本のフレームに対してこれら２本のフレームを接続する斜めフレーム４本の長さを前記２本のフレームの長さよりも短いものとした正四面体でない変形四面体である橋梁。

【請求項4】

分離可能はテトラモジュール相互がフレーム同士のボルト締結による請求項1記載の橋梁。

【請求項5】

床版は覆工板による請求項1記載の橋梁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は橋梁に関するものである。

【背景技術】

【0002】

橋梁（橋）は、例えば、複数の橋脚と、各々が複数の橋脚の上に跨がって橋軸方向に延びる複数の橋桁（Ｈ形鋼）と、複数の橋桁の上に跨がって配設される床版とを含んで構成される。

【0003】

橋の構造は、上部構造と下部構造に分かれ、上部工は、橋にものが載る部分で支承より上の部分となり、下部構造は上部構造を下から支える部分で、基礎、橋脚、橋台からなる。基礎は橋の構造物からの力を地盤に伝え、構造物を支える部分、また、その際に地盤が沈下しないように作られる部分であり、橋脚は橋を下から支える柱で、橋台の間に配置される。橋台は橋と道路などが接合する橋の両端を支えている場所にある土台である。

【0004】

上部構造は支承、主桁、床版からなり、支承は上部構造と下部構造の接点に設置される部材、主桁は部構造からの垂直方向に働く荷重を下部構造に伝える桁、床版は橋の桁で、人や車が通るところである。なお、桁橋は橋の最も単純な形式である。

【0005】

図１８、図１９はその様子を示すもので、ＰＣ床版橋の場合で、図中１０は杭基礎１１で支持された鉄筋コンクリート製の橋台（橋脚）で、桁橋は橋台１０間もしくは橋脚間に主桁１３としてプレストレストコンクリート構造のものが設置され、その上の舗装１４が施される。図中１５は河川、１６は護岸である。

【0006】

主桁１３にはＨ型鋼材やI型鋼材が用いられる場合も多く、その上には床版１２が敷設され、舗装１４はこの床版上に施される。

【0007】

図２０に鋼製の主桁１３の例を示す。鋼製の主桁１３は横桁１７、下横構１８、端対傾構１９、中間対傾構２０がこれに組まれる。図中２１は主桁１３の上に敷設される床版である。

【0008】

前記先行技術は当業者間で一般的に行なわれているものであり、文献公知発明にかかるものではない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

現在国内橋梁（７２万橋）は、急速に高齢化を迎える。また、市町村が管理する小規模橋梁の数は多い。しかし、市町村においては、橋梁の維持管理を行う技術者がいない。

【0010】

なお、橋の管理について言えば、床版は、例えば鉄筋コンクリート製である。かかる床版については、長年の使用によるコンクリートの劣化や内部の鉄筋の腐食などの理由で、架け替え（既設床版の撤去と新設床版の設置）が求められる場合がある。また、主桁についても同様に劣化による架け替えが求められる場合がある。

【0011】

本発明の目的は橋梁の主桁をプレハブ化することで、最小単位（ユニット） ユニットの組合せでできる構造として、不特定・不定期・多数の維持管理現場を工場に集約し、現場作業の簡略化・単純化を実現でき、インフラサービス提供コストの低減と必要な人員の集約を目指すことができる橋梁を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、橋脚と主桁と床版からなる橋梁において、主桁を多面体の稜線部分を細長接合面を有するフレームで形成し、これら細長接合面を有するフレームの端部を連結してなるテトラモジュールをフレームの細長接合面を重ね合わせて相互に分離可能に連結してトラス構造としたことを要旨とするものである。

【0013】

請求項１記載の本発明によれば、主桁はこれをテトラモジュールを組んだトラス構造とすることで、盤状のトラス構造としてビームという強度部材ではなく、全体として橋の主桁としての支持強度を発揮できる。

【0014】

さらに、モジュールはテトラモジュールを採択することで、内部に相補的な四角錐領域を形成でき、これを四角錐トラスの連続体として全体を安定したトラス構造として組み立てることができる。

【0015】

モジュールの組合せで、四角錐立体トラスの構造体を形成できるものであり、四角錐立体トラスの各個材は、３次元方向の部材構成である。したがって、トラス個材が座屈しても応力の再配分が考えられ、車両荷重や地震力等に対する靱性が期待できる。また四角錐立体トラスは他の立体トラスの部材構成と比較すると、部材数と節点数の少ない経済性に富む立体トラスである。

【0016】

そして、モジュールを組み合わせるのに、正四面体の稜線部分となるフレームは相互に重なり、２重となるので強度が増し、これが水平材による上弦材と下弦材とこれらを結合する斜材による盤状立体トラス構造物の斜材の部分として立体トラス構造自体が堅牢なものとなる。

【0017】

モジュールのみの組みあわせで構造物の骨組を構築できるので部材の製作や管理が容易であり、組み立てに当たっても同じ形状のモジュールを同じパターンで連結すれば足りるので施工の効率化・コストダウンが図れる。

【0018】

また、テトラモジュールはフレームの細長接合面を重ね合わせて相互に分離可能に連結しているので、経年使用で補修等の必要性が生じた場合は、その補修を必要とする箇所だけのテトラモジュールを交換すればよく、簡単に行うことができる。

【0019】

請求項２記載の本発明は、四面体のテトラモジュールは正四面体であることを要旨とするものである。

【0020】

請求項２記載の本発明によれば、四面体のテトラモジュールは正四面体とすることで、四面体の稜線部分を細長接合面を有するフレームで形成し、これら細長接合面を有するフレーム端部を連結してなるテトラモジュールのすべてフレームを同一長さのもので形成できる。

【0021】

請求項３記載の本発明は、四面体のテトラモジュールはこれを構成する６本のフレームのうち、上下水平になる２本のフレームに対してこれら２本のフレームを接続する斜めフレーム４本の長さを前記２本のフレームの長さよりも短いものとした正四面体でない変形四面体であることを要旨とするものである。

【0022】

請求項３記載の本発明によれば、四面体のテトラモジュールは上下の高さを四面体のテトラモジュールよりも低く設定することができ、これにより水平材による上弦材と下弦材とこれらを結合する斜材による主桁のトラス構造も厚みの薄いものとして形成できる。

【0023】

請求項４記載の本発明は、分離可能はテトラモジュール相互がフレーム同士のボルト締結によることを要旨とするものである。

【0024】

請求項４記載の本発明によれば、テトラモジュールを分離可能に連結する一例を示すものであり、フレームにボルト挿通孔を形成しておき、重ねたフレームをボルト・ナットで締結することで簡単に分離可能とすることができる。

【0025】

請求項５記載の本発明は、床版は覆工板によることを要旨とするものである。

【0026】

請求項５記載の本発明によれば、床版は覆工板によるのでトラス構造とした主桁の上に簡単に敷設でき、また、その上に舗装を施すことも簡単にできる。さらに、主桁を構成するテトラモジュールの補修・交換を行う場合にも必要な床版のみを剥がして作業を行うことができる。

【発明の効果】

【0027】

以上述べたように本発明の橋梁は、主桁をテトラモジュールを用いたプレハブ化することで、最小単位（ユニット） ユニットの組合せでできる構造として、不特定・不定期・多数の維持管理現場を工場に集約し、現場作業の簡略化・単純化を実現でき、インフラサービス提供コストの低減と必要な人員の集約を目指すことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の橋梁の第１実施形態を示す一部切欠いた斜視図である。

【図2】本発明の橋梁の第１実施形態を示す側面図である。

【図3】本発明の橋梁の第１実施形態を示す床版なしの状態の斜視図である。

【図4】本発明の橋梁の第１実施形態で架設状態を示す側面図である。

【図5】本発明の橋梁の第１実施形態で架設状態を示す部分正面図である。

【図6】本発明の橋梁の第２実施形態で架設状態を示す側面図である。

【図7】本発明の橋梁の第２実施形態で架設状態を示す部分正面図である

【図8】本発明の橋梁の第３実施形態で架設状態を示す側面図である。

【図9】本発明の橋梁の第３実施形態で架設状態を示す部分正面図である

【図10】本発明の橋梁の第４実施形態で架設状態を示す側面図である。

【図11】本発明の橋梁の第４実施形態で架設状態を示す部分正面図である

【図12】本発明の橋梁の主桁の平面図である。

【図13】本発明の橋梁の主桁の斜視図である。

【図14】正四面体のテトラモジュールの斜視図である。

【図15】変形四面体のテトラモジュールの斜視図である。

【図16】変形四面体のテトラモジュールの平面図である。

【図17】変形四面体のテトラモジュールの分解斜視図である。

【図18】ＰＣ桁での従来例を示す側面図である。

【図19】ＰＣ桁での従来例を示す部分正面である。

【図20】鋼製桁の従来例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の橋脚の第１実施形態を示す一部切欠いた斜視図、図２は同上側面図、図４は架設状態を示す側面図、図５は部分正面図で、図４において、図中１０は杭基礎１１で支持された鉄筋コンクリート製の橋台（橋脚）で、桁橋は橋台１０間もしくは橋脚間に主桁１３、および床版１２が設置され、その上の舗装１４が施される。図中１５は河川、１６は護岸である。

【0030】

本発明は、橋脚１０と主桁１３と床版１２からなる橋梁において、主桁１３をテトラモジュール１で盤状体として形成した。

【0031】

テトラモジュール１は、図１４に示すように四面体の稜線部分を細長接合面２を有するフレーム３で形成し、これら細長接合面２を有するフレーム３の端部を連結してなるものである。

【0032】

フレーム３の細長接合面２は正４面体の辺（稜線）を平面的に削り取った面であり、その平面のなす角度は正４面体の中心に対して細長接合面２の幅方向では傾きのないものである。また、細長接合面２の幅寸は前記削り取った程度によるが、特に限定されるものではない。

【0033】

テトラモジュール１は、正四面体であるが、正確には正四面体を想定し、正四面体の稜線部分となるフレームを細長接合面２を有するフレーム３で形成し、これら細長接合面２を有するフレーム３の端部をジョイント部材４で連結して正四面体状架構に組み立てた。正四面体の正三角形は開口面となる。なお、フレーム３はすべて同一の長さである。

【0034】

前記細長接合面２を有するフレーム３は、正四面体状架構の軸材となるものであり、計６本がジョイント部材４で相互に組まれる。前記、正四面体状架構の「状」とは、テトラモジュール１では細長接合面２が計６面あり、また４つの頂点部分にジョイント部材４の天井部７である正三角形の平面があり、全部で１４面体であるが、概正四面体状であることによる。

【0035】

ジョイント部材４は細長接合面２を有するフレーム３により正四面体架構に組み立てる事ができるものであれば特に形状を問わないが、細長接合面２を有するフレーム３への接合片部５を３つ平面視で相互に１２０°の開きで展開し、これら接合片部５は天板もしくは側板６で相互に連結するものが好適である。図示の例は側板６で相互に連結した。側板６はこれがなくてもよい。

【0036】

なお、ジョイント部材４の天井部７は図示のように平面視略正三角形状（六角形状）の天板とする。

【0037】

前記細長接合面２を有するフレーム３は図示では帯状角材である長方形細長平板であるが、細長接合面２を有するものであれば種々の断面形状のものを用いることができ、鋼材による平板、中空管材、Ｈ形その他の型鋼、アングル材、チャンネル材のいずれかを選択することが可能である。

【0038】

また、テトラモジュール１を形成するのにジョイント部材４を用いないでフレーム３の端部を直接溶接で結合することも可能である。

【0039】

主桁１３をテトラモジュール１で形成するに際して、テトラモジュール１をフレーム３の細長接合面２を重ね合わせて相互に分離可能に連結してトラス構造とした。分離可能はテトラモジュール１の相互がフレーム３同士のボルト締結による。（図 参照）

【0040】

主桁１３は図１２、図１３に示すように、水平材による上弦材αと下弦材βとこれらを結合する斜材γによる盤状立体トラス構造である。

【0041】

このようにテトラモジュール１で組み立てる立体トラス構造は、テトラモジュール１同士の細長接合面２を有するフレーム３の相互を細長接合面２を接合させた結合の結果、立体トラス構造物の内部に相補的（補間的）な四角錐状トラス架構領域Ｂが構成される。（図１２参照）

【0042】

相補的（補間的）とは直接四角錐トラスを部材をもって形成するのではなく、テトラモジュール１を組む結果、テトラモジュール１の相互間で自動生成される意味であり、四面体状架構である単位モジュールのテトラモジュール１を２個稜線部分となるフレーム３の部分で細長接合面２を接合させると、この細長接合面２が重なるフレーム３は斜材となり、一方、他のフレーム３は細長接合面２を外側に向けて水平または垂直にかつ直交方向に並ぶ。これが組み合わさると前記相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂの底辺面の正方形枠が形成される。

【0043】

ちなみに、前記相補的な四角錐状トラス架構領域の体積はテトラモジュール１を２つ合わせた体積と同一である。

【0044】

このように連結するテトラモジュール１が前後、左右に組まれた場合、単位モジュールの側面間に相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂを形成することができ、テトラモジュールだけで安定したトラス構造を組み立てることができる。

【0045】

さらに、テトラモジュール１を組み合わせるのに、四面体の稜線部分となるフレーム３は相互に重なり、２重となるので強度が増し、これが斜材の部分であれば立体トラス構造物の斜材γが堅牢なものとなる。

【0046】

主桁１３を上下方向の厚さを薄いものとするには、テトラモジュール１の高さを低いものとした正四面体でない変形四面体のテトラモジュール１′を使用する。

【0047】

変形四面体のテトラモジュール１′はこれを構成する６本のフレームのうち、上下水平になる２本のフレーム３－１に対してこれら２本のフレームを接続する斜めフレーム３－２の４本の長さを前記２本のフレームの長さよりも短いものとした。

【0048】

変形四面体のテトラモジュール１１において、２本のフレーム３－１は共に同じ長さ、斜めフレーム３－２の４本の長さは共に同じ長さで、前記フレーム３－１を１とした場合にフレーム３－２はその０．７～０．５の長さとする。

【0049】

なお、フレーム３－２はフレーム３－１よりも短いものであればよいが、強度面等から好適は０．８～０．６倍の長さである。

【0050】

このような変形四面体のテトラモジュール１′は水平材による上弦材αと下弦材βとこれらを結合する斜材γによる四角錘トラスＢの盤状立体トラス構造として組立てる場合にせい（梁高さ）を低いものとすることができる。
（図１５参照）

【0051】

変形四面体のテトラモジュール１′はフレーム３－１とフレーム３－２の長さが異なることを除けば、テトラモジュール１と構成は同じであり、ジョイント部材４の使用や、フレームの部材形成などに相違はない。

【0052】

テトラモジュール１で盤状体として形成した主桁１３の橋台１０間もしくは橋脚への架設は、これら橋台１０が既存のものである場合にはその上に載置し、アンカーボルト等で固定すればよい。

【0053】

主桁１３の上に床版１２としての覆工板を敷設し、さらにその上にアスファルト等の舗装１４を施す。なお、この覆工板を敷設は一例であり、鋼板等の薄い部材を用いてもよい。この床版１２としての覆工板を敷設もボルト止めで主桁１３の上に固定できる。

【0054】

両脇に欄干２５もしくは車両用防護柵等を設置する。（図５参照）

【0055】

図６，図７は本発明の第２実施形態を示すもので、主桁１３を厚くかつ強度のあるものするのに、テトラモジュール１での盤状体を上下２層のものとした。桁下に余裕があり、桁高を確保したい場合である。

【0056】

図８，図９は本発明の第３実施形態を示すもので、桁下に余裕があり、桁高を確保したい場合で、桁の支承を受ける構造２２を配置し、また、橋台１０にトラス用受台２３を付加した。この場合もテトラモジュール１での盤状体を上下２層のものとする。

【0057】

図１０，図１１は本発明の第４実施形態を示すもので、同じく桁下に余裕があり、桁高を確保したい場合で、テトラモジュール１で盤状体として形成した主桁１３の両脇を立ち上げた。

【0058】

このようにして本発明は主桁１３をテトラモジュール１で盤状体として形成するものであり、補修等の管理においては舗装１４および床版１２を必要個所除去し、修理を必要とする部分のテトラモジュール１を取り外して新しいものと交換する。

【符号の説明】

【0059】

１…テトラモジュール ２…細長接合面
３…フレーム ４…ジョイント部材
５…接合片部 ６…側板
７…天井部
１０…橋台（橋脚） １１…杭基礎
１２…床版 １３…主桁
１４…舗装 １５…河川
１６…護岸
１７…横桁 １８…下横構
１９…端対傾構 ２０…中間対傾構
２１…床版
２２…桁の支承を受ける構造 ２３…トラス用受台
２５…欄干

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】