(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-18
(45)【発行日】2023-10-26
(54)【発明の名称】垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造
(51)【国際特許分類】
E01D 19/12 20060101AFI20231019BHJP
E01D 1/00 20060101ALI20231019BHJP
E01D 22/00 20060101ALI20231019BHJP
【ＦＩ】
E01D19/12
E01D1/00 E
E01D22/00 B
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019223562
(22)【出願日】2019-12-11
(65)【公開番号】P2021092082
(43)【公開日】2021-06-17
【審査請求日】2022-11-17
(73)【特許権者】
【識別番号】516212957
【氏名又は名称】坂野 昌弘
(73)【特許権者】
【識別番号】000152424
【氏名又は名称】株式会社日建設計
(74)【代理人】
【識別番号】100075557
【弁理士】
【氏名又は名称】西教 圭一郎
(72)【発明者】
【氏名】坂野 昌弘
(72)【発明者】
【氏名】田▲辺▼ 篤史
【審査官】高橋 雅明
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－２２３３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－００９３８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０６９８０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０５０７７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２０２１９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０１Ｄ １９／１２
Ｅ０１Ｄ １／００
Ｅ０１Ｄ ２２／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
主桁のウエブに取付けられる垂直補剛材の上端部と、鋼床版のデッキプレートとが、またはコンクリート床版もしくは鉄道線路の枕木を支持する主桁の上フランジとが、溶接される接合部付近において、
前記垂直補剛材の前記上端部に、前記ウエブから橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びる突出部が形成され、
前記突出部の先端から下方に連なる端面が、
下方になるにつれて前記ウエブに近付く方向に弯曲してくぼんでおり、１／４の円周である凹部と、
前記凹部の前記ウエブ寄りに最も近い下端から接線方向に、前記垂直補剛材の下端部まで前記ウエブに平行に延びる延在面とを含み、
前記垂直補剛材は、
前記突出部を有さない予め定める設計基準に従う寸法および剛性を有し、前記延在面を形成する矩形平板部を有し、
前記突出部は、前記矩形平板部の上部に連なり、突出部長さＬ４７だけ突出して延びて凹部を形成し、
前記突出部の先端の前記デッキプレートまたは前記上フランジの下面から下方の高さＤ５１は、溶接サイズＤ４２を超え、そのサイズＤ４２に近似した値を有し、
前記凹部は、前記垂直補剛材の厚さｔ２４の２～７倍の半径Ｒ５２を有する円弧に形成され、
前記垂直補剛材の前記上端部は、前記デッキプレートまたは前記上フランジに、
前記突出部の前記突出部長さＬ４７を有する第１溶接領域と、その第１溶接領域に続く前記ウエブ寄りの予め定める長さＬ６３を有する第２溶接領域とでは、完全溶込み溶接され、
前記第２溶接領域よりも前記ウエブ寄りに、前記第２溶接領域に続く遷移領域と残余の第３溶接領域とが形成され、前記第３溶接領域では、両側の溶接金属間の溶接されないルート幅Ｗ１が存在する両面隅肉溶接され、前記遷移領域では、前記ウエブに近付くにつれて完全溶込み溶接から両側の溶接金属間の溶接されないルート幅が、前記第２溶接領域における零から前記ウエブに近付くにつれて大きな値に変化するように設定され、
前記垂直補剛材の前記上端部の前記ウエブ寄りにスカラップが形成され、
前記先端および前記スカラップでまわし溶接され、
前記垂直補剛材の前記下端部は、前記主桁の下フランジの上面にメタルタッチによって当接し、
前記垂直補剛材の幅方向の基端部は、前記ウエブに溶接されることを特徴とする垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造。
【請求項2】
主桁、横桁、および横リブのうちから選ばれる１つが有するウエブに取付けられる垂直補剛材の上端部と、鋼床版のデッキプレートとが溶接される接合部付近において、
前記垂直補剛材の前記上端部に、前記ウエブから橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びる突出部が形成され、
前記突出部の先端から下方に連なる端面が、
下方になるにつれて前記ウエブに近付く方向に弯曲してくぼんでおり、１／４の円周である凹部と、
前記凹部の前記ウエブ寄りに最も近い下端から接線方向に、前記垂直補剛材の下端部まで前記ウエブに平行に延びる延在面とを含み、
前記垂直補剛材は、
前記突出部を有さない予め定める設計基準に従う寸法および剛性を有し、前記延在面を形成する矩形平板部を有し、
前記突出部は、前記矩形平板部の上部に連なり、突出部長さＬ４７だけ突出して延びて凹部を形成し、
前記突出部の先端の前記デッキプレートの下面から下方の高さＤ５１は、溶接サイズＤ４２を超え、そのサイズＤ４２に近似した値を有し、
前記凹部は、前記垂直補剛材の厚さｔ２４の２～７倍の半径Ｒ５２を有する円弧に形成され、
前記垂直補剛材の前記上端部は、前記デッキプレートに、
前記突出部の前記突出部長さＬ４７を有する第１溶接領域と、その第１溶接領域に続く前記ウエブ寄りの予め定める長さＬ６３を有する第２溶接領域とでは、完全溶込み溶接され、
前記第２溶接領域よりも前記ウエブ寄りに、前記第２溶接領域に続く遷移領域と残余の第３溶接領域とが形成され、前記第３溶接領域では、両側の溶接金属間の溶接されないルート幅Ｗ１が存在する両面隅肉溶接され、前記遷移領域では、前記ウエブに近付くにつれて完全溶込み溶接から両側の溶接金属間の溶接されないルート幅が、前記第２溶接領域における零から前記ウエブに近付くにつれて大きな値に変化するように設定され、
前記垂直補剛材の前記上端部の前記ウエブ寄りにスカラップが形成され、
前記先端および前記スカラップでまわし溶接され、
前記垂直補剛材の前記下端部は、主桁、横桁、および横リブのうちの前記１つの下フランジの上面にメタルタッチによって当接し、
前記垂直補剛材の幅方向の基端部は、前記ウエブに溶接されることを特徴とする垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造。
【請求項3】
前記第２溶接領域の長さＬ６３は、前記垂直補剛材の厚さｔ２４の２．０～２．５倍であり、前記遷移領域の長さＬ６６は、前記垂直補剛材の厚さｔ２４の３～６倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造。
【請求項4】
（ａ）デッキプレートの下面に橋軸方向に延び、デッキプレートを補剛する閉断面縦リブが設けられ、（ａ１）橋軸方向に沿ってデッキプレートに垂直な対称面に関して左右対称に構成され、
（ａ２）デッキプレートの下面とともに橋軸方向に延びる閉空間を形成する縦リブ本体であって、
（ａ２－１）平板状下フランジ、および
（ａ２－２）下フランジの両側部にそれぞれ連なって立上がる平板状ウエブを有する縦リブ本体、および
（ａ３）デッキプレート１２の下面に配置され、縦リブ本体の各ウエブの上端部にそれぞれ連なり、橋軸直角方向に外向きに形成される平板状取付けフランジを有する閉断面縦リブ、ならびに
（ｂ）橋軸方向に間隔をあけて配置されるタッピングボルトであって、
取付けフランジおよびデッキプレートに厚さ方向に貫通して予めそれぞれ形成される複数の直円筒形の各支圧接合用下穴に、取付けフランジからデッキプレートへ締め込まれてめねじを自ら形成しながら進み、
デッキプレートおよび取付けフランジを気密に支圧接合し、
タッピングボルトの端部は、デッキプレート１２の上面に突出しないタッピングボルトを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造。
【請求項5】
閉断面縦リブは、縦リブ本体の各ウエブの上端部と取付けフランジの下面とが直角または直角に近似した角度で連ねて溶接されて構成されることを特徴とする請求項４に記載の垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼床版橋、コンクリート床版橋、および無道床の鉄道橋などの垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造に関する。
【背景技術】
【0002】
本件明細書中の用語について、用語「タッピングボルト」は、接合される複数の部材の少なくとも一方におけるめねじ加工が施されていない下穴に、直接にねじ込むことによって、自らねじ切りをしつつ進み、めねじを塑性変形によって形成して、ねじ接合するボルトまたはねじであり、また、自らねじ切りをしつつ進み、めねじを弾性変形によって、または切削加工して形成して、ねじ接合するボルトまたはねじを含む。「タッピングボルト」は、スレッドローリングスクリュ（略称ＴＲＳ（登録商標））、スレッドフォーミングスクリュ、タッピンねじ、タップボルトなどを含む概念として、解釈されなければならない。
【0003】
上下方向は、鋼床版が施工された橋梁における地上から見た方向であり、図面中のみの上下方向は、その図面を指摘する。
【0004】
従来、Ｕリブ形式の鋼床版において、デッキブレートと、箱桁などの主桁ウエブに取付けられる矩形平板である垂直補剛材の上端部とが、隅肉溶接によって接合され、この接合部付近に疲労き裂が、数多く発見されている。垂直補剛材は、主桁ウエブの座屈変形を防ぎ、デッキプレートの撓み変形および縦リブを含む面外曲げ変形の軽減、さらに疲労破壊を抑えて疲労耐久性の向上などを達成するために設けられる。このタイプのき裂は，デッキブレートを貫通することによってデッキブレートの変形を増大させ、車両の走行に影響を及ぼし、舗装の損傷を誘発する。このき裂は，輪荷重の直上載荷に伴うデッキプレートの撓み変形を垂直補剛材が拘束することによって、垂直補剛材縁のまわし溶接接合部に剛性の急変による局所的な応力集中が発生し、その繰返しによって発生する。
【0005】
この対策として、典型的な先行技術は、既設橋を対象に、デッキプレートと矩形平板である垂直補剛材の上端部付近に、半円切欠きを切断施工して設ける（非特許文献１）。これによって、垂直補剛材の上下方向の剛性を和らげ、デッキプレートと垂直補剛材との溶接止端部の応力集中の緩和を図る。
新設橋を対象に、横リブまたは横桁の垂直補剛材の上部を斜めに切断してウエブギャップ間隔を設け、デッキプレートと溶接しない構造もある（非特許文献２）。これによって、非特許文献１と同じように垂直補剛材の上下方向の剛性を低下させる。
新設橋を対象に、横リブまたは横桁の垂直補剛材の上部を斜めに切断してウエブギャップ間隔を設け、デッキプレートと溶接しない構造もある（非特許文献２）。これによって、非特許文献１と同じように垂直補剛材の上下方向の剛性を低下させる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【文献】高田佳彦他：半円切欠きを用いた既設鋼床版橋主桁垂直補剛材上端溶接部の疲労対策、鋼構造論文集第１６巻第６２号（２００９年６月）３５～４６頁
【文献】「鋼道路橋の疲労設計指針」 編集発行所社団法人日本道路協会（発行平成１４年５月２４日）５４頁「５．３．８章 図５．３．５横リブまたは横げたの垂直補剛材の取付け構造の標準」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この先行技術（非特許文献１）の新たな問題は、垂直補剛材において、半円切欠きの切断縁における上下方向の中央近傍、すなわち、半円切欠きにおける主桁ウエブ寄りの底付近で、応力集中が生じ、損傷リスクがある。他の問題は、既設橋の場合、垂直補剛材に半円切欠きを設けることによって、垂直補剛材の断面を減少させて剛性、すなわち、補剛材としての性能を低下させるので、切欠きの半径を、応力集中の緩和を図るために適切な希望する大きな値に設定することができない。垂直補剛材に半円切欠きを設ける構成は、新設する鋼橋に関連して実施されていない。
もう１つの先行技術（非特許文献２）では、垂直補剛材の上部を切断すると、当然ながら、切断個所の剛性が不足し、切断部に疲労損傷が出やすくなる、という問題がある。
もう１つの先行技術（非特許文献２）では、垂直補剛材の上部を切断すると、当然ながら、切断個所の剛性が不足し、切断部に疲労損傷が出やすくなる、という問題がある。
【0008】
本発明の目的は、垂直補剛材の剛性を低下させることなく、鋼床版のデッキプレートまたはコンクリート床版などを支持する主桁の上フランジと垂直補剛材の上端部との接合部付近における応力集中を緩和させるようにした垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本件明細書中、理解の便宜のために、異なる実施の形態などにおける対応する構成要素には、同じ、または、関連する参照符を付す。また、対応する内容が記載されている段落を（ ）内に示す。接合部を、溶接部または溶接と呼ぶことがある。
本発明は、
主桁２１（図２）、８４（図１５）のウエブ２３、８６に取付けられる垂直補剛材２４、８７の上端部４１と、
鋼床版１１のデッキプレート１２とが、またはコンクリート床版８２もしくは鉄道線路の枕木を支持する主桁８４の上フランジ８５とが、溶接される接合部４２付近において、
前記垂直補剛材２４、８７の前記上端部４１に、前記ウエブ２３、８６から橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びる突出部４７、８９が形成され、
前記突出部４７、８９の先端５１から下方に連なる端面５０が、
下方になるにつれて前記ウエブ２３、８６に近付く方向に弯曲してくぼんでおり、１／４の円周である凹部５２と、
前記凹部５２の前記ウエブ２３、８６寄りに最も近い下端５４から接線方向に、前記垂直補剛材２４、８７の下端部４３まで前記ウエブ２３、８６に平行に延びる延在面５３とを含み、
前記垂直補剛材２４、８７は、
前記突出部４７、８９を有さない予め定める設計基準に従う寸法および剛性を有し、前記延在面５３を形成する矩形平板部４６、８８を有し、
前記突出部４７、８９は、前記矩形平板部４６、８８の上部に連なり、突出部長さＬ４７だけ突出して延びて凹部５２を形成し、
前記突出部４７、８９の先端５１の前記デッキプレート１２または前記上フランジ８５の下面から下方の高さＤ５１は、溶接サイズＤ４２を超え、そのサイズＤ４２に近似した値を有し、
前記凹部５２は、前記垂直補剛材２４、８７の厚さｔ２４の２～７倍の半径Ｒ５２を有する円弧に形成され（段落［００３９］）、
前記垂直補剛材２４、８７の前記上端部４１は、デッキプレート１２または前記上フランジ８５に、
前記突出部４７、８９の前記突出部長さＬ４７を有する第１溶接領域と、その第１溶接領域に続く前記ウエブ２３、８６寄りの予め定める長さＬ６３を有する第２溶接領域６３とでは、完全溶込み溶接（図９、図１１）され、
前記第２溶接領域６３よりも前記ウエブ２３、８６寄りに、前記第２溶接領域６３に続く遷移領域６６と残余の第３溶接領域６７とが形成され、前記第３溶接領域６７では、両側の溶接金属６４、６５間の溶接されないルート幅Ｗ１（図１０）が存在する両面隅肉溶接され、前記遷移領域６６では、前記ウエブ２３、８６に近付くにつれて完全溶込み溶接から両側の溶接金属間の溶接されないルート幅が、前記第２溶接領域６３における零から前記ウエブ２３、８６に近付くにつれて大きな値に変化するように設定され、
前記垂直補剛材２４、８７の前記上端部４１の前記ウエブ２３、８６寄りにスカラップ６８が形成され、
前記先端５１および前記スカラップ６８でまわし溶接され、
前記垂直補剛材２４、８７の下端部４３は、前記主桁２１（図２）、８４（図１５）の下フランジ２２の上面にメタルタッチによって当接し（段落［００４３］）、
前記垂直補剛材２４、８７の幅方向（図８の左右方向）の基端部４８は、前記ウエブ２３、８６に溶接４９されることを特徴とする垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造である。
本発明は、
主桁２１（図２）、８４（図１５）のウエブ２３、８６に取付けられる垂直補剛材２４、８７の上端部４１と、
鋼床版１１のデッキプレート１２とが、またはコンクリート床版８２もしくは鉄道線路の枕木を支持する主桁８４の上フランジ８５とが、溶接される接合部４２付近において、
前記垂直補剛材２４、８７の前記上端部４１に、前記ウエブ２３、８６から橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びる突出部４７、８９が形成され、
前記突出部４７、８９の先端５１から下方に連なる端面５０が、
下方になるにつれて前記ウエブ２３、８６に近付く方向に弯曲してくぼんでおり、１／４の円周である凹部５２と、
前記凹部５２の前記ウエブ２３、８６寄りに最も近い下端５４から接線方向に、前記垂直補剛材２４、８７の下端部４３まで前記ウエブ２３、８６に平行に延びる延在面５３とを含み、
前記垂直補剛材２４、８７は、
前記突出部４７、８９を有さない予め定める設計基準に従う寸法および剛性を有し、前記延在面５３を形成する矩形平板部４６、８８を有し、
前記突出部４７、８９は、前記矩形平板部４６、８８の上部に連なり、突出部長さＬ４７だけ突出して延びて凹部５２を形成し、
前記突出部４７、８９の先端５１の前記デッキプレート１２または前記上フランジ８５の下面から下方の高さＤ５１は、溶接サイズＤ４２を超え、そのサイズＤ４２に近似した値を有し、
前記凹部５２は、前記垂直補剛材２４、８７の厚さｔ２４の２～７倍の半径Ｒ５２を有する円弧に形成され（段落［００３９］）、
前記垂直補剛材２４、８７の前記上端部４１は、デッキプレート１２または前記上フランジ８５に、
前記突出部４７、８９の前記突出部長さＬ４７を有する第１溶接領域と、その第１溶接領域に続く前記ウエブ２３、８６寄りの予め定める長さＬ６３を有する第２溶接領域６３とでは、完全溶込み溶接（図９、図１１）され、
前記第２溶接領域６３よりも前記ウエブ２３、８６寄りに、前記第２溶接領域６３に続く遷移領域６６と残余の第３溶接領域６７とが形成され、前記第３溶接領域６７では、両側の溶接金属６４、６５間の溶接されないルート幅Ｗ１（図１０）が存在する両面隅肉溶接され、前記遷移領域６６では、前記ウエブ２３、８６に近付くにつれて完全溶込み溶接から両側の溶接金属間の溶接されないルート幅が、前記第２溶接領域６３における零から前記ウエブ２３、８６に近付くにつれて大きな値に変化するように設定され、
前記垂直補剛材２４、８７の前記上端部４１の前記ウエブ２３、８６寄りにスカラップ６８が形成され、
前記先端５１および前記スカラップ６８でまわし溶接され、
前記垂直補剛材２４、８７の下端部４３は、前記主桁２１（図２）、８４（図１５）の下フランジ２２の上面にメタルタッチによって当接し（段落［００４３］）、
前記垂直補剛材２４、８７の幅方向（図８の左右方向）の基端部４８は、前記ウエブ２３、８６に溶接４９されることを特徴とする垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、箱桁橋またはＩ桁橋などにおいて、鋼床版のデッキプレートまたはコンクリート床版もしくは鉄道線路の枕木を支持する主桁の上フランジと、主桁のウエブに溶接されて取付けられる垂直補剛材の上端部とが溶接されて接合部が形成される。コンクリート床版は、鉄筋コンクリート床版またはプレストレストコンクリート床版などのコンクリート系床版を含み、そのハンチは鋼桁の上フランジによって支持される。垂直補剛材は、上下に延び、その基端部が主桁ウエブに溶接され、その上端部がデッキプレートまたは上フランジと溶接される。
垂直補剛材の上端部には、その直上に鋼床版のデッキプレートまたはコンクリート床版もしくは鉄道線路の枕木が載っていて、輪荷重が作用して溶接接合部が疲労損傷する部位であり、本発明は、同様な類似の構造の全てに適用可能である。垂直補剛材の上端部の溶接接合部付近において、その上端部には、突出部が主桁ウエブから橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びて形成される。突出部を有する垂直補剛材は、主桁のウエブに垂直であってもよい。
コンクリート床版は、鉄道橋における一対の軌条であるレールが取付けられる軌道スラブを備える構成を含む。軌道スラブは、たとえば、コンクリート路盤の上に設置されて道床を実現する。
本発明はまた、鉄道の線路を構成する一対の軌条が取付けられる枕木を、主桁の上フランジによって、または縦桁の上フランジによって、支持する無道床の鉄道橋などにも実施できる。
垂直補剛材の上端部には、その直上に鋼床版のデッキプレートまたはコンクリート床版もしくは鉄道線路の枕木が載っていて、輪荷重が作用して溶接接合部が疲労損傷する部位であり、本発明は、同様な類似の構造の全てに適用可能である。垂直補剛材の上端部の溶接接合部付近において、その上端部には、突出部が主桁ウエブから橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びて形成される。突出部を有する垂直補剛材は、主桁のウエブに垂直であってもよい。
コンクリート床版は、鉄道橋における一対の軌条であるレールが取付けられる軌道スラブを備える構成を含む。軌道スラブは、たとえば、コンクリート路盤の上に設置されて道床を実現する。
本発明はまた、鉄道の線路を構成する一対の軌条が取付けられる枕木を、主桁の上フランジによって、または縦桁の上フランジによって、支持する無道床の鉄道橋などにも実施できる。
【0011】
突出部の先端から下方に連なる端面は、下方になるにつれて主桁ウエブに近付く方向に弯曲してくぼんだ凹部と、その凹部の主桁ウエブ寄りに最も近い下端から、垂直補剛材の下端部まで主桁ウエブに平行に延びる延在面とを含む。凹部は、円または楕円などの一部でもよいが、その他の丸みをおびた弯曲した形状を有してもよく、フィレット構造と呼ぶこともできる。延在面は、凹部の主桁ウエブ寄りに最も近い下端から、垂直補剛材の下端部まで主桁ウエブに平行に延びる。この延在面は、突出部とともに働いて、鋼床版のデッキプレートと垂直補剛材の上端部との接合部付近における応力集中が、またはコンクリート床版を支持する主桁の上フランジと垂直補剛材の上端部との接合部付近における応力集中が、緩和、抑制されて全体的にバランスさせるように、延びて形成され、主桁ウエブにほぼ平行に、もしくは、わずかに傾斜して延びてもよく、または、上下方向に沿って橋軸直角方向の凹凸などが形成されてもよく、このような改変も本発明の精神に含まれる。
【0012】
したがって、垂直補剛材の上端部は、凹部が形成される突出部を有するので、突出部における剛性が、垂直補剛材の残余の部分に比べて、低下される。そのため、特に、突出部の先端とデッキプレートまたは前記上フランジとに作用する応力を低減することができ、垂直補剛材の上端部付近における溶接接合部に局所的な応力集中が緩和され、デッキプレートまたは上フランジに進展する疲労き裂の発生が防がれる。凹部は、応力集中および疲労き裂などの発生を防ぐために最適な寸法、形状を選ぶことができ、この場合、凹部が大きくても、その凹部による垂直補剛材の剛性の不足が生じないように構成することができる。本発明は、新設する鋼橋に関連して好適に実施することができるが、既設橋の補修のためにも実施することができる。
凹部の端面は弯曲して滑らかであり、その凹部の主桁ウエブ寄りに最も近い下端から、延在面が垂直補剛材の下端部まで主桁ウエブに平行に延びるので、垂直補剛材に応力集中が発生することが防がれる。そのため、垂直補剛材の疲労損傷を防ぐことができる。
本発明によれば、垂直補剛材の矩形平板部は、本来必要な寸法および剛性、たとえば、上下方向の剛性を有するように予め定める設計基準に従って、従来どおりの実務で容易に設計して構成することができる。矩形平板部の上部と、それに連なって主桁ウエブから橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びる突出部とは、垂直補剛材の上端部４１を構成する。矩形平板部と突出部とを有する垂直補剛材は、たとえば、単一枚の厚さが一様な鋼板から容易に製造できる。
突出部の先端の高さＤ５１は、溶接サイズＤ４２を超え、そのサイズＤ４２に近似した値を有する。したがって、突出部の先端は、接合部の溶接止端よりも下方まで延び、凹部が、垂直補剛材の上端部のデッキプレートまたは前記上フランジの下面との溶接強度を低下することはない。しかも、その凹部の上端をデッキプレートまたは前記上フランジの下面に近付けて突出部の先端の上下方向の剛性を弱めることができるので、デッキプレートまたは前記上フランジに作用する応力を可及的に緩和できる。
L039_16L039_16 凹部は、垂直補剛材の厚さｔ２４の２～７倍、好ましくは、３～５倍の半径を有する円弧を含んで形成される。これによって、本件発明者は、前述の応力緩和を上首尾に達成でき、応力集中の発生を防止でき、疲労損傷を防ぐことができることを確認した。
本発明によれば、主桁ウエブと平行な延在面は、凹部の下端から接線方向に延びるので、垂直補剛材における応力集中の発生を防止できる。
凹部は、たとえば、円の１／４の円周を成す円弧であってもよい。凹部５２である円の半径Ｒ５２（図８）を大きくすると、接合部４２の応力は減るが、母材部である垂直補剛材２４の応力は増え、また、半径Ｒ５２を小さくすると、その逆になるので、接合部４２と垂直補剛材２４の各応力の両者がバランスよく応力緩和できる最適な半径Ｒ５２が選択される。
本発明によれば、垂直補剛材の上端部におけるデッキプレートまたは前記上フランジとの溶接による接合部において、突出部では、デッキプレートまたは前記上フランジに完全溶込み溶接され、さらに突出部から主桁ウエブ寄りの予め定める遷移領域でも、同じく完全溶込み溶接されてもよい。これによって、少なくとも突出部は、デッキプレートまたは前記上フランジに大きな溶接強度で固定されて一体になるので、デッキプレートまたは前記上フランジからの下向きの力が突出部に円滑に作用して応力緩和され、特に、突出部の先端付近に応力集中が発生することはない。完全溶込み溶接は、たとえば、レ形または
Ｋ形などの開先溶接によって実現してもよい。突出部、さらに遷移領域よりも主桁ウエブ寄りの領域では、両面隅肉溶接され、実施の他の形態では、片面隅肉溶接または部分溶込み溶接されてもよい。本発明の他の考え方によれば、垂直補剛材の上端部とデッキプレートまたは前記上フランジとの接合部は、完全溶込み溶接されてもよい。
本発明によれば、デッキプレート側だけではなく、上部がコンクリート床版の場合と同様に、垂直補剛材側の溶接止端部や、溶接ルート部からの疲労き裂の発生も防止できる。
本発明は、
主桁２１（図２）、横桁８（図５）、および横リブ９（図６）のうちから選ばれる１つが有するウエブ２３に取付けられる垂直補剛材２４、１０１、１０２の上端部４１と、
前記鋼床版１１のデッキプレート１２とが溶接される接合部４２付近において、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の前記上端部４１に、前記ウエブ２３から橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びる突出部４７が形成され、
前記突出部４７の先端５１から下方に連なる端面５０が、
下方になるにつれて前記ウエブ２３に近付く方向に弯曲してくぼんでおり、１／４の円周である凹部５２と、
前記凹部５２の前記ウエブ２３寄りに最も近い下端５４から接線方向に、前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の下端部４３まで前記ウエブ２３に平行に延びる延在面５３とを含み、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２は、
前記突出部４７を有さない予め定める設計基準に従う寸法および剛性を有し、前記延在面５３を形成する矩形平板部４６を有し、
前記突出部４７は、前記矩形平板部４６の上部に連なり、突出部長さＬ４７だけ突出して延びて凹部５２を形成し、
前記突出部４７の先端５１の前記デッキプレート１２の下面から下方の高さＤ５１は、溶接サイズＤ４２を超え、そのサイズＤ４２に近似した値を有し、
前記凹部５２は、前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の厚さｔ２４の２～７倍の半径Ｒ５２を有する円弧に形成され（段落［００３９］）、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の前記上端部４１は、デッキプレート１２に、
前記突出部４７の前記突出部長さＬ４７を有する第１溶接領域と、その第１溶接領域に続く前記ウエブ２３寄りの予め定める長さＬ６３を有する第２溶接領域６３とでは、完全溶込み溶接（図９、図１１）され、
前記第２溶接領域６３よりも前記ウエブ２３寄りに、前記第２溶接領域６３に続く遷移領域６６と残余の第３溶接領域６７とが形成され、前記第３溶接領域６７では、両側の溶接金属６４、６５間の溶接されないルート幅Ｗ１（図１０）が存在する両面隅肉溶接され、前記遷移領域６６では、前記ウエブ２３に近付くにつれて完全溶込み溶接から両側の溶接金属間の溶接されないルート幅が、前記第２溶接領域６３における零から前記ウエブ２３に近付くにつれて大きな値に変化するように設定され、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の前記上端部４１の前記ウエブ２３寄りにスカラップ６８が形成され、
前記先端５１および前記スカラップ６８でまわし溶接され、
前記垂直補剛材２４、８７の前記下端部４３は、主桁２１（図２）、横桁８（図５）、および横リブ９（図６）のうちの前記１つの下フランジ２２の上面にメタルタッチによって当接し（段落［００４３］）、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の幅方向（図８の左右方向）の基端部４８は、ウエブ２３に溶接４９されることを特徴とする垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造である。
本発明によれば、前述と同じように、鋼床版のデッキプレートと垂直補剛材の上端部との接合部付近における応力集中が、緩和、抑制される。主桁、横桁、および横リブは、後述の実施の形態の鋼橋における構成だけでなく、その他の構成も含み、たとえば、ウエブの上下にフランジをそれぞれ有する構成であってもよい。
本発明はまた、鉄道の線路を一対の軌条とともに構成する枕木を、主桁、横桁、横リブ、または縦桁の上フランジによって支持する無道床の鉄道橋などにも実施できる。本発明は、下路Ｉ桁や下路トラスの縦桁の上フランジに枕木が載る構成も含む。
後述の実施の形態では、鋼橋１は、鋼床版１１のデッキプレート１２が、主桁２１（図２）、横桁８（図５）、および横リブ９（図６）の上フランジを兼ねて構成される。
本発明は、
前記第２溶接領域６３の長さＬ６３は、前記垂直補剛材２４の厚さｔ２４の２．０～２．５倍であり、前記遷移領域６６の長さＬ６６は、前記垂直補剛材２４の厚さｔ２４の３～６倍であることを特徴とする（段落［００３９］）。
凹部の端面は弯曲して滑らかであり、その凹部の主桁ウエブ寄りに最も近い下端から、延在面が垂直補剛材の下端部まで主桁ウエブに平行に延びるので、垂直補剛材に応力集中が発生することが防がれる。そのため、垂直補剛材の疲労損傷を防ぐことができる。
本発明によれば、垂直補剛材の矩形平板部は、本来必要な寸法および剛性、たとえば、上下方向の剛性を有するように予め定める設計基準に従って、従来どおりの実務で容易に設計して構成することができる。矩形平板部の上部と、それに連なって主桁ウエブから橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びる突出部とは、垂直補剛材の上端部４１を構成する。矩形平板部と突出部とを有する垂直補剛材は、たとえば、単一枚の厚さが一様な鋼板から容易に製造できる。
突出部の先端の高さＤ５１は、溶接サイズＤ４２を超え、そのサイズＤ４２に近似した値を有する。したがって、突出部の先端は、接合部の溶接止端よりも下方まで延び、凹部が、垂直補剛材の上端部のデッキプレートまたは前記上フランジの下面との溶接強度を低下することはない。しかも、その凹部の上端をデッキプレートまたは前記上フランジの下面に近付けて突出部の先端の上下方向の剛性を弱めることができるので、デッキプレートまたは前記上フランジに作用する応力を可及的に緩和できる。
L039_16L039_16 凹部は、垂直補剛材の厚さｔ２４の２～７倍、好ましくは、３～５倍の半径を有する円弧を含んで形成される。これによって、本件発明者は、前述の応力緩和を上首尾に達成でき、応力集中の発生を防止でき、疲労損傷を防ぐことができることを確認した。
本発明によれば、主桁ウエブと平行な延在面は、凹部の下端から接線方向に延びるので、垂直補剛材における応力集中の発生を防止できる。
凹部は、たとえば、円の１／４の円周を成す円弧であってもよい。凹部５２である円の半径Ｒ５２（図８）を大きくすると、接合部４２の応力は減るが、母材部である垂直補剛材２４の応力は増え、また、半径Ｒ５２を小さくすると、その逆になるので、接合部４２と垂直補剛材２４の各応力の両者がバランスよく応力緩和できる最適な半径Ｒ５２が選択される。
本発明によれば、垂直補剛材の上端部におけるデッキプレートまたは前記上フランジとの溶接による接合部において、突出部では、デッキプレートまたは前記上フランジに完全溶込み溶接され、さらに突出部から主桁ウエブ寄りの予め定める遷移領域でも、同じく完全溶込み溶接されてもよい。これによって、少なくとも突出部は、デッキプレートまたは前記上フランジに大きな溶接強度で固定されて一体になるので、デッキプレートまたは前記上フランジからの下向きの力が突出部に円滑に作用して応力緩和され、特に、突出部の先端付近に応力集中が発生することはない。完全溶込み溶接は、たとえば、レ形または
Ｋ形などの開先溶接によって実現してもよい。突出部、さらに遷移領域よりも主桁ウエブ寄りの領域では、両面隅肉溶接され、実施の他の形態では、片面隅肉溶接または部分溶込み溶接されてもよい。本発明の他の考え方によれば、垂直補剛材の上端部とデッキプレートまたは前記上フランジとの接合部は、完全溶込み溶接されてもよい。
本発明によれば、デッキプレート側だけではなく、上部がコンクリート床版の場合と同様に、垂直補剛材側の溶接止端部や、溶接ルート部からの疲労き裂の発生も防止できる。
本発明は、
主桁２１（図２）、横桁８（図５）、および横リブ９（図６）のうちから選ばれる１つが有するウエブ２３に取付けられる垂直補剛材２４、１０１、１０２の上端部４１と、
前記鋼床版１１のデッキプレート１２とが溶接される接合部４２付近において、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の前記上端部４１に、前記ウエブ２３から橋軸直角方向に遠ざかる方向に延びる突出部４７が形成され、
前記突出部４７の先端５１から下方に連なる端面５０が、
下方になるにつれて前記ウエブ２３に近付く方向に弯曲してくぼんでおり、１／４の円周である凹部５２と、
前記凹部５２の前記ウエブ２３寄りに最も近い下端５４から接線方向に、前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の下端部４３まで前記ウエブ２３に平行に延びる延在面５３とを含み、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２は、
前記突出部４７を有さない予め定める設計基準に従う寸法および剛性を有し、前記延在面５３を形成する矩形平板部４６を有し、
前記突出部４７は、前記矩形平板部４６の上部に連なり、突出部長さＬ４７だけ突出して延びて凹部５２を形成し、
前記突出部４７の先端５１の前記デッキプレート１２の下面から下方の高さＤ５１は、溶接サイズＤ４２を超え、そのサイズＤ４２に近似した値を有し、
前記凹部５２は、前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の厚さｔ２４の２～７倍の半径Ｒ５２を有する円弧に形成され（段落［００３９］）、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の前記上端部４１は、デッキプレート１２に、
前記突出部４７の前記突出部長さＬ４７を有する第１溶接領域と、その第１溶接領域に続く前記ウエブ２３寄りの予め定める長さＬ６３を有する第２溶接領域６３とでは、完全溶込み溶接（図９、図１１）され、
前記第２溶接領域６３よりも前記ウエブ２３寄りに、前記第２溶接領域６３に続く遷移領域６６と残余の第３溶接領域６７とが形成され、前記第３溶接領域６７では、両側の溶接金属６４、６５間の溶接されないルート幅Ｗ１（図１０）が存在する両面隅肉溶接され、前記遷移領域６６では、前記ウエブ２３に近付くにつれて完全溶込み溶接から両側の溶接金属間の溶接されないルート幅が、前記第２溶接領域６３における零から前記ウエブ２３に近付くにつれて大きな値に変化するように設定され、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の前記上端部４１の前記ウエブ２３寄りにスカラップ６８が形成され、
前記先端５１および前記スカラップ６８でまわし溶接され、
前記垂直補剛材２４、８７の前記下端部４３は、主桁２１（図２）、横桁８（図５）、および横リブ９（図６）のうちの前記１つの下フランジ２２の上面にメタルタッチによって当接し（段落［００４３］）、
前記垂直補剛材２４、１０１、１０２の幅方向（図８の左右方向）の基端部４８は、ウエブ２３に溶接４９されることを特徴とする垂直補剛材を備える鋼橋の疲労き裂防止構造である。
本発明によれば、前述と同じように、鋼床版のデッキプレートと垂直補剛材の上端部との接合部付近における応力集中が、緩和、抑制される。主桁、横桁、および横リブは、後述の実施の形態の鋼橋における構成だけでなく、その他の構成も含み、たとえば、ウエブの上下にフランジをそれぞれ有する構成であってもよい。
本発明はまた、鉄道の線路を一対の軌条とともに構成する枕木を、主桁、横桁、横リブ、または縦桁の上フランジによって支持する無道床の鉄道橋などにも実施できる。本発明は、下路Ｉ桁や下路トラスの縦桁の上フランジに枕木が載る構成も含む。
後述の実施の形態では、鋼橋１は、鋼床版１１のデッキプレート１２が、主桁２１（図２）、横桁８（図５）、および横リブ９（図６）の上フランジを兼ねて構成される。
本発明は、
前記第２溶接領域６３の長さＬ６３は、前記垂直補剛材２４の厚さｔ２４の２．０～２．５倍であり、前記遷移領域６６の長さＬ６６は、前記垂直補剛材２４の厚さｔ２４の３～６倍であることを特徴とする（段落［００３９］）。
【0021】
本発明は、
（ａ）デッキプレート１２の下面に橋軸方向に延び、デッキプレート１２を補剛する閉断面縦リブ１３が設けられ、
（ａ１）橋軸方向に沿ってデッキプレート１２に垂直な対称面１４に関して左右対称に構成され、
（ａ２）デッキプレートの下面とともに橋軸方向に延びる閉空間を形成する縦リブ本体１５であって、
（ａ２－１）平板状下フランジ１７、および
（ａ２－２）下フランジ１７の両側部にそれぞれ連なって立上がる平板状ウエブ１８を有する縦リブ本体１５、および
（ａ３）デッキプレート１２の下面に配置され、縦リブ本体１５の各ウエブ１８の上端部にそれぞれ連なり、橋軸直角方向に外向きに形成される平板状取付けフランジ１６を有する閉断面縦リブ１３、ならびに
（ｂ）橋軸方向に間隔をあけて配置されるタッピングボルト３１であって、
取付けフランジ１６およびデッキプレート１２に厚さ方向に貫通して予めそれぞれ形成される複数の直円筒形の各支圧接合用下穴３５、３６に、取付けフランジ１６からデッキプレート１２へ締め込まれてめねじを自ら形成しながら進み、
デッキプレート１２および取付けフランジ１６を気密に支圧接合し、
タッピングボルト３１の端部は、デッキプレート１２の上面に突出しないタッピングボルト３１を含むことを特徴とする。
（ａ）デッキプレート１２の下面に橋軸方向に延び、デッキプレート１２を補剛する閉断面縦リブ１３が設けられ、
（ａ１）橋軸方向に沿ってデッキプレート１２に垂直な対称面１４に関して左右対称に構成され、
（ａ２）デッキプレートの下面とともに橋軸方向に延びる閉空間を形成する縦リブ本体１５であって、
（ａ２－１）平板状下フランジ１７、および
（ａ２－２）下フランジ１７の両側部にそれぞれ連なって立上がる平板状ウエブ１８を有する縦リブ本体１５、および
（ａ３）デッキプレート１２の下面に配置され、縦リブ本体１５の各ウエブ１８の上端部にそれぞれ連なり、橋軸直角方向に外向きに形成される平板状取付けフランジ１６を有する閉断面縦リブ１３、ならびに
（ｂ）橋軸方向に間隔をあけて配置されるタッピングボルト３１であって、
取付けフランジ１６およびデッキプレート１２に厚さ方向に貫通して予めそれぞれ形成される複数の直円筒形の各支圧接合用下穴３５、３６に、取付けフランジ１６からデッキプレート１２へ締め込まれてめねじを自ら形成しながら進み、
デッキプレート１２および取付けフランジ１６を気密に支圧接合し、
タッピングボルト３１の端部は、デッキプレート１２の上面に突出しないタッピングボルト３１を含むことを特徴とする。
【0022】
本発明によれば、デッキプレートの下面に閉断面縦リブの取付けフランジが支圧接合ボルトであるタッピングボルトによって支圧接合され、デッキプレートが補剛されて鋼橋などの橋梁の鋼床版が構成される。タッピングボルトによる支圧接合は、高力ボルトとナットとによる摩擦接合とは異なり、水密性、気密性を確保し、デッキプレートからの漏水を防ぐ。また、デッキプレートと縦リブとを接合する溶接継手が存在しないので、そのビード貫通亀裂およびデッキ貫通亀裂が発生せず、疲労亀裂に起因する問題が根源から一掃される。
【0023】
鋼床版は、デッキプレートが縦リブと横リブとで補剛され、舗装が施されて構成される。鋼床版は、縦桁、横桁などの床組または主桁、主構などで支持される。横リブは、床組の横桁として兼用させることもできる。桁橋の構造要素の主構造は、典型的には、箱桁形式の主桁に横桁からの荷重を受けさせるものと、Ｉ桁形式の縦桁を主桁とし、横リブからの荷重を縦桁に受けさせるものとがあり、これらの主桁は、荷重を、支承を介して下部構造に伝達する。鋼床版のデッキプレートは、これらの主桁の上フランジを構成してもよい。
【0024】
デッキプレートの下面に閉断面縦リブの取付けフランジが支圧接合ボルトであるタッピングボルトによって支圧接合され、ここには、溶接継手が存在しない。したがって、溶接継手の疲労損傷に大きな悪影響を与える応力集中や溶接欠陥、残留応力がなく、デッキプレートへの疲労亀裂の進展などがなくなり、疲労耐久性の向上などの高品質の確保が容易である。そのため、輪荷重位置のデッキプレートの最小板厚を薄くできる。
【0025】
支圧接合用下穴は、軸線方向に一様な円形断面を有する直円筒形である。鋼床版の製造にあたっては、取付けフランジに橋軸方向に等間隔をあけて列を成して、ボール盤などのドリル工具の刃物によって、複数の各支圧接合用下穴を予め形成しておく。取付けフランジの各支圧接合用下穴によって、ドリル工具の刃物を案内して、デッキプレートに、取付けフランジと対を成して対応する支圧接合用下穴を削孔する。これによって、取付けフランジとデッキプレートとにおける複数の対を成す各下穴は、同一内径で、共通な一直線上に軸線を有する。したがって、タッピングボルトを、取付けフランジからデッキプレートへ締め込んで進めてゆき、タッピングボルトは、自らねじ切りをしつつ進めて、めねじを塑性変形によって形成する。こうして正確な位置に施工して、鋼床版を高精度で製造でき、その製造の作業性がよい。
【0026】
タッピングボルトの端部は、デッキプレートまたは前記上フランジの上面に突出しないので、そのボルトの端部がデッキプレート上の舗装を損傷せず、前記上フランジ上のコンクリート床版を損傷しない。
【0027】
本発明は、
閉断面縦リブ１３は、縦リブ本体１５の各ウエブ１８の上端部と取付けフランジ１６の下面とが直角または直角に近似した角度で連ねて溶接されて構成されることを特徴とする。
閉断面縦リブ１３は、縦リブ本体１５の各ウエブ１８の上端部と取付けフランジ１６の下面とが直角または直角に近似した角度で連ねて溶接されて構成されることを特徴とする。
【0028】
本発明によれば、縦リブ本体の各ウエブの上端部と取付けフランジの下面とを溶接して、直角または直角に近似した角度で連ねる。したがって、縦リブ本体の各ウエブの上端部を、複雑な面外変形を受けるデッキプレートに溶接せずに、デッキプレートとの間に設けた幅の狭い、したがって、面外変形の影響をほとんど受けない取付けフランジに溶接する接合構造とし、また、前述のとおり、デッキプレートおよび取付けフランジをタッピングボルトで支圧接合することによって、その接合構造の溶接金属の疲労損傷を抑えることができる。本発明の実施の他の形態では、閉断面縦リブは、縦リブ本体と平板状取付けフランジとが単一枚の鋼板の曲げ加工によって製造されてもよい。
【0029】
デッキプレート、前記上フランジ、縦リブ、垂直補剛材などは、構造用鋼から成る。タッピングボルトは、高力ボルトなどの高張力鋼製であってもよいが、他の材料から成ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の実施の一形態の一部の断面図である。
【図2】箱桁２１の一部を切欠いて斜めから見た断面図である。
【図7】箱桁２１の一部の平面図である。
【図8】垂直補剛材２４の上端部４１と鋼床版１１のデッキプレート１２とが溶接される接合部４２の付近を示す拡大断面図である。
【図12】垂直補剛材２４の製造工程を示す平面図である。
【図13】タッピングボルト３１によってデッキプレート１２とＵリブ１３の取付けフランジ１６とが支圧接合される構成を示す拡大断面図である。
【図14】タッピングボルト３１が締め込まれる取付けフランジ１６の支圧接合用下穴３５とデッキプレート１２の支圧接合用下穴３６とを示す断面図である。
【図15】本発明の実施の他の形態のコンクリート床版橋８１における一部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
図１は、本発明の実施の一形態の一部の断面図である。箱桁橋１は、鋼床版１１を持つ、主桁である箱桁２１を有し、後述の図３に示されるとおり、３径間連続鋼床版橋である。鋼床版１１は、鋼板から成るデッキプレート１２の下面に、閉断面縦トラフリブ１３（以下、Ｕリブ１３という）が取付けられて補剛されて構成される。Ｕリブ１３は、デッキプレート１２に垂直な対称面１４に関して左右対称に構成され、橋軸方向（図１の紙面に垂直方向）に沿って延びる縦リブ本体１５と、デッキプレート１２の下面に配置される平板状取付けフランジ１６とを有する。縦リブ本体１５は、デッキプレート１２の下面とともに橋軸方向に延びる閉空間を形成し、平板状下フランジ１７と、その両側部にそれぞれ連なって立上がる平板状ウエブ１８とを有する。縦リブ本体１５の各ウエブ１８の上端部と、取付けフランジ１６の下面とは、後述の図１３に接合部２０が示されるとおり、溶接されてそれぞれ連なり、橋軸直角方向（図１の左右方向）に外向きに延びる。Ｕリブ１３において、下フランジ１７とウエブ１８との成す角度、および縦リブ本体１５の各ウエブ１８の上端部と取付けフランジ１６の下面との成す角度は、直角または直角に近似した角度で連ねて溶接されて構成され、縦リブ本体１５の断面形状は、たとえば、矩形、またはほぼ矩形である逆台形である。
【0032】
図２は、箱桁２１の一部を切欠いて斜めから見た断面図である。箱桁２１は、上フランジとして働くデッキプレート１２と、下フランジ２２と、橋軸直角方向に間隔をあけて両側に配置される対を成す主桁ウエブ２３と、主桁ウエブ２３の内面に橋軸方向に間隔をあけて固定される本発明に従う垂直補剛材２４と、マンホール２５を介して橋軸方向に等間隔をあけて上下にそれぞれ配置される上横リブ２６、下横リブ２７と、下フランジ２２に固定される開断面縦リブ２８と、さらに補剛材２９、３０、３９などを有し、デッキプレート１２の下面に複数のＵリブ１３が橋軸直角方向に間隔をあけて固定されて構成される。図２では、対を成す主桁ウエブ２３のうち、一方の主桁ウエブ２３とそれに取付けられる垂直補剛材２４とが図示され、対称に配置される他方の構成は省略される。Ｕリブ１３および縦リブ２８は、上横リブ２６および下横リブ２７をそれぞれ貫通して延びる。
図２を参照して、Ｕリブ1３と上横リブ２６との交差位置において、連結部材９１は、第１取付け片９２と第２取付け片９３とが屈曲して連なってＬ字状断面を有する。交差位置用タッピングボルト９４は、第１取付け片９２からＵリブ1３のウエブ１８へ締め込まれて進み、Ｕリブ1３のウエブ１８と第１取付け片９２とを支圧接合する。ボルト９５は、上横リブ２６と第２取付け片９３とを接合する。デッキプレート１２の下面には、橋軸直角方向（図２の左右方向）に隣接するＵリブ１３の間で、上横リブ２６の上横リブ上端部が溶接接合される。
上横リブ２６と連結部材９１の第２取付け片９３とを接合するボルト９５は、タッピングボルトによって支圧接合されてもよく、または高力ボルトとナットとの組合せによって摩擦接合されてもよい。そのため、Ｕリブ１５と上横リブ２６とは、高い強度で接合され、Ｕリブ１５と上横リブ２６との交差位置における溶接接合は存在しないので、上横リブ２６に形成される、Ｕリブ１５の直下方のスリット９８付近において、従来技術の溶接止端部を起点としてＵリブ１５または上横リブ２６に発生する疲労亀裂の問題が解消される。こうして、疲労耐久性に優れた鋼床版１１が実現される。
上横リブ２６には、橋軸直角方向の横リブ上端部に関して両側で、縦リブ間隔スカラップ９７が形成される。縦リブ間隔スカラップ９７は、デッキプレート１２の下面における取付けフランジ１６の橋軸直角方向外方位置（図２の取付けフランジ１６に関して左右外方）から、橋軸直角方向に、ウエブ１８の縦リブ本体上端部付近にまで連なり、かつ、タッピングボルト３１のボルト頭３２（図１３を参照）よりも下方に、延びる。この連結部材９１を含む交差部の構成は、図４～図７では、図面の煩雑を避けるために、省略してある。
図２を参照して、Ｕリブ1３と上横リブ２６との交差位置において、連結部材９１は、第１取付け片９２と第２取付け片９３とが屈曲して連なってＬ字状断面を有する。交差位置用タッピングボルト９４は、第１取付け片９２からＵリブ1３のウエブ１８へ締め込まれて進み、Ｕリブ1３のウエブ１８と第１取付け片９２とを支圧接合する。ボルト９５は、上横リブ２６と第２取付け片９３とを接合する。デッキプレート１２の下面には、橋軸直角方向（図２の左右方向）に隣接するＵリブ１３の間で、上横リブ２６の上横リブ上端部が溶接接合される。
上横リブ２６と連結部材９１の第２取付け片９３とを接合するボルト９５は、タッピングボルトによって支圧接合されてもよく、または高力ボルトとナットとの組合せによって摩擦接合されてもよい。そのため、Ｕリブ１５と上横リブ２６とは、高い強度で接合され、Ｕリブ１５と上横リブ２６との交差位置における溶接接合は存在しないので、上横リブ２６に形成される、Ｕリブ１５の直下方のスリット９８付近において、従来技術の溶接止端部を起点としてＵリブ１５または上横リブ２６に発生する疲労亀裂の問題が解消される。こうして、疲労耐久性に優れた鋼床版１１が実現される。
上横リブ２６には、橋軸直角方向の横リブ上端部に関して両側で、縦リブ間隔スカラップ９７が形成される。縦リブ間隔スカラップ９７は、デッキプレート１２の下面における取付けフランジ１６の橋軸直角方向外方位置（図２の取付けフランジ１６に関して左右外方）から、橋軸直角方向に、ウエブ１８の縦リブ本体上端部付近にまで連なり、かつ、タッピングボルト３１のボルト頭３２（図１３を参照）よりも下方に、延びる。この連結部材９１を含む交差部の構成は、図４～図７では、図面の煩雑を避けるために、省略してある。
【0033】
図３は箱桁橋１の側面図であり、図４は図３の箱桁橋１の簡略化した左側面図であり、図５は図３の切断面線Ｖ－Ｖから見た簡略化した断面図であり、図６は図３の切断面線ＶＩ－ＶＩから見た簡略化した断面図である。これらの図面を参照して、下部構造である橋脚２は、柱３、４と、上下の梁５、６によって構成され、各梁５、６によって、支承７を介して、上部構造である鋼床版１１を持つ上下の各箱桁２１が支持される。上下の各箱桁２１の構成は類似し、図４では、対応する部分には参照符の同じ数字に添え字ａ、ｂを付して個別的に示し、総括的に添え字ａ、ｂを省略して説明する。上下の箱桁２１は、いわゆる並列２箱桁橋を構成する。各並列２箱桁橋における対を成す箱桁２１は、図５に示される横桁８に繋がれ、各箱桁２１の主桁ウエブ２３は、図６に示される横リブ９に固定される。図４のマンホール９５は橋脚２上でここから人が出入りする箱桁２１の出入り口であり、図５のマンホール９６は橋脚２の間の箱桁２１の中で、人が通るためのものである。
【0034】
図７は、箱桁２１の一部の平面図である。タッピングボルト４１は、橋軸方向（図７の左右方向）に間隔をあけて配置される。各タッピングボルト３１は、取付けフランジ１６からデッキプレート１２に厚さ方向に貫通して締め込まれて、めねじを自ら形成しながら進み、タッピングボルト４１の外周面がデッキプレート１２および取付けフランジ１６を気密に支圧接合する。
【0035】
図８は、垂直補剛材２４の上端部４１と鋼床版１１のデッキプレート１２とが溶接される接合部４２の付近を示す拡大断面図である。接合部４２は、図８において斜線を施して示される。垂直補剛材２４は、上下に延び、主桁ウエブ２３に垂直であり、矩形平板部４６と、突出部４７とを含む。垂直補剛材２４の幅方向（図８の左右方向）の基端部４８は、主桁ウエブ２３の図８における左方に臨む内面に溶接され、その接合部は参照符４９で示される。矩形平板部４６は、突出部４７を有さない予め定める設計基準に従う寸法および上下方向の剛性を有し、主桁ウエブ２３から橋軸直角方向（図８の左右方向）に遠ざかる方向（図８の左方）に長さＬ４６だけ延びて形成される。予め定める設計基準は、たとえば、道路橋示方書（公益社団法人日本道路協会編集）または設計施工会社などにおいて規定する基準などであってもよい。これによって、後述のスカラップ６８（図８を参照）による強度の低下および疲労損傷を防ぐために溶接金属によって埋める作業は不要であり、施工が容易である。
【0036】
突出部４７は、矩形平板部４６の上部に連なり、主桁ウエブ２３から橋軸直角方向に遠ざかる方向（図８の左方）に長さＬ４７だけ突出して延びて形成される。垂直補剛材２４の主桁ウエブ２３から橋軸直角方向に遠ざかる方向（図８の左方）に臨む端面５０は、突出部４７において、その先端５１と、その先端５１から下方に連なる凹部５２とを有する。端面５０は、突出部４７の下方に連なる矩形平板部４６の延在面５３を有する。延在面５３は、凹部５２の主桁ウエブ２３寄りに最も近い下端５４から、垂直補剛材２４の下端部４３（図１を参照）まで主桁ウエブ２３にほぼ平行に延びる。凹部５２の上端５５は、先端５１に連なる。凹部５２は、下方になるにつれて主桁ウエブ２３に近付く方向（図８の右方）に弯曲してくぼんで形成される。突出部４７の先端５１は、デッキプレート１２の下面から下方に凹部５２の上端５５までの高さＤ５１を有する。凹部５２は、その上端５５から下端５４までの高さＤ５２を有する。中心５６は、突出部４７の先端５１を含みデッキプレート１２の下面に垂直であって、かつ、主桁ウエブ２３に平行である縦の仮想平面５７内にある。凹部５２の円弧部分は、中心５６を有する円の１／４の円周であってもよく、この構成では、延在面５３は、凹部５２の下端５４から接線方向に主桁ウエブ２３と平行に延び、凹部５２の下端５４と円の中心５６とは、デッキプレート１２の下面に平行な横の仮想平面５８内にある。
【0037】
垂直補剛材２４の上端部４１における溶接の接合部４２では、突出部４７の長さＬ４７の溶接領域と、それに続く主桁ウエブ２３寄りの長さＬ６３の溶接領域６３とにおいて完全溶け込み溶接される。溶接領域６３よりも主桁ウエブ２３寄りの遷移領域６６では、長さＬ６６にわたって主桁ウエブ２３に近付くにつれて完全溶け込み溶接から隅肉溶接に徐々に遷移するように溶接が形成される。さらに主桁ウエブ２３寄りの残余の溶接領域６７では、隅肉溶接される。溶接接合部４２は、先端５１でまわし溶接される。
【0038】
寸法の一例を述べる。デッキプレート１２の厚さ１２ｍｍ、主桁ウエブ２３の厚さ９ｍｍであり、垂直補剛材２４の厚さｔ２４は９ｍｍである。矩形平板部４６の長さＬ４６は１２０ｍｍ、突出部４７の長さＬ４７は３０ｍｍ、完全溶込みの溶接領域６３の長さＬ６３は２０ｍｍ、遷移領域６６の長さＬ６６は４０ｍｍである。垂直補剛材２４は、その上端部４１、下端部４３間の高さ８７９～２０００ｍｍを有する。接合部４２の溶接サイズＤ４２は６～８ｍｍ、突出部４７の先端５１の高さＤ５１は１０ｍｍ、突出部４７の凹部５２の高さＤ５２および円弧の半径Ｒ５２は３０ｍｍ、後述のスカラップ６８の円弧の半径Ｒ６８は３５ｍｍである。
【0039】
これらの寸法は、本発明の精神の範囲内で多くの改変が可能である。凹部５２を円弧で実現する実施の形態では、その高さＤ５２は、円弧の半径Ｒ５２であり、垂直補剛材２４の厚さｔ２４の２～７倍（たとえば、約２０～６０ｍｍ）、好ましくは、３～５倍（たとえば、約３０～４５ｍｍ）であってもよく、この値の範囲内で凹部５２の半径Ｒ５２はまた、スカラップ６８の半径Ｒ６８とほぼ等しい値に選ばれてもよいが、その半径Ｒ６８の２倍未満であってもよい。突出部４７の長さＬ４７は、凹部５２の高さＤ５２および半径Ｒ５２とほぼ等しい値に選ばれてもよい。溶接領域６３の長さＬ６３は、垂直補剛材２４の厚さｔ２４の２倍以上であり、２．０～２．５倍であってもよく、好ましくは、２．０～２．２倍であり、たとえば、１８～２３ｍｍである。遷移領域６６の長さＬ６６は、垂直補剛材２４の厚さｔ２４の３～６倍であり、好ましくは、４～５倍である。
【0040】
図９は、図８の切断面線ＩＸ－ＩＸから見た断面図である。前述の図８における接合部４２は、デッキプレート１２の下面と垂直補剛材２４の突出部４７とにおいて、図９の溶接金属６１、６２で示されるとおり、レ形の開先溶接による完全溶込み溶接、または実質的に完全溶込み溶接によって実現され、溶接金属６１、６２がわずかに離間してもよく、本件明細書では、このような実質的に完全溶込み溶接される構成も完全溶込み溶接と呼ぶ。
【0041】
突出部４７の先端５１のデッキプレート１２の下面から下方へ凹部５２の上端５５までの高さＤ５１は、溶接部４２の溶接サイズＤ４２を超え、その溶接サイズＤ４２に近似した値を有し、たとえば、溶接サイズＤ４２よりも１～５ｍｍだけ大きい値であり、さらに好ましくは、２～４ｍｍだけ大きい値である。凹部５２の上端５５がデッキプレート１２の下面に近付くほど、突出部４７による下方への応力緩和の効果が大きい。こうして、凹部５２は亀裂発生位置の溶接接合部４２を直接改良するので、応力集中の緩和に、前述の先行技術（非特許文献１）に比べて、より有効になる。先行技術（非特許文献１）では、垂直補剛材の上端部付近に設けられる半円切欠きは、溶接部から下方に比較的離れた位置で形状を変えて形成されるので、どうしても溶接部の疲労亀裂発生を抑制する効果が間接的になり、不充分である。
【0042】
接合部４２は、矩形平板部４６の突出部４７に連なる長さＬ６３にわたる溶接領域６３においても、図９と同じく完全溶込み溶接によって実現される。
図１０は、図８の切断面線Ｘ－Ｘから見た断面図である。前述の図８における接合部４２は、デッキプレート１２の下面と垂直補剛材２４の矩形平板部４６における主桁ウエブ２３寄りの残余の溶接領域６７では、図１０の溶接金属６４、６５で示されるとおり、両面隅肉溶接され、実施の他の形態では、片面隅肉溶接または部分溶込み溶接されてもよい。溶接金属６４、６５間には、溶接されない幅（以下、ルート幅という）Ｗ１が存在する。
図１０は、図８の切断面線Ｘ－Ｘから見た断面図である。前述の図８における接合部４２は、デッキプレート１２の下面と垂直補剛材２４の矩形平板部４６における主桁ウエブ２３寄りの残余の溶接領域６７では、図１０の溶接金属６４、６５で示されるとおり、両面隅肉溶接され、実施の他の形態では、片面隅肉溶接または部分溶込み溶接されてもよい。溶接金属６４、６５間には、溶接されない幅（以下、ルート幅という）Ｗ１が存在する。
【0043】
遷移領域６６では、図１０に示される両側の溶接金属６４、６５間の溶接されないルート幅Ｗ１が、完全溶込み溶接される溶接領域６３における零から、主桁ウエブ２３に（したがって、溶接領域６７に）近付くにつれて両側隅肉溶接によって両側の溶接金属が離間して大きな値に変化するように設定される。接合部４２、４９は、垂直補剛材２４の上端部４１と下端部４３とにウエブ２３寄りに（図１、図８）形成されるスカラップ６８、６９でまわし溶接される。スカラップ６８は、半径Ｒ６８を有する円弧である。主桁ウエブ２３は、デッキプレート１２の下面に隅肉溶接７１される。垂直補剛材２４の下端部４３は、下フランジ２２の上面にメタルタッチによって当接し、溶接されない。接合部４２の溶接前に、デッキプレート１２の下面と垂直補剛材２４の上端部４１との間にルート間隔が設けられてもよい。
【0044】
図１１は、本発明の実施の他の形態における図８の切断面線ＩＸ－ＩＸに対応する位置から見た断面図である。注目すべきは、デッキプレート１２の下面と垂直補剛材２４の突出部４７とにおいて、図１１の溶接金属７３、７４で示されるとおり、Ｋ形の開先溶接による完全溶込み溶接によって実現される。
【0045】
図１２は、垂直補剛材２４の製造工程を示す平面図である。単一枚の厚さが一様な鋼板７６を準備し、鋼板７６を切断して複数の垂直補剛材２４を製造する。対を成す各垂直補剛材２４を、長さ方向（図１２の上下方向）を交互に逆に、かつ、突出部４７同士を対向させ、対を成す各組の垂直補剛材２４の基端部４８同士を対向させた姿勢として、鋼板７６から切り出す。突出部４７同士が対向することによって、鋼板７６から除去される部分７７の無駄をできるだけ少なくできる。
【0046】
図１３は、タッピングボルト３１によってデッキプレート１２とＵリブ１３の取付けフランジ１６とが支圧接合される構成を示す拡大断面図である。縦リブ本体１５の各ウエブ１８の上端部と、外向きの取付けフランジ１６の下面とは、溶接によって接合部２０で固定される。タッピングボルト３１は、六角のボルト頭３２と、座金部３３と、軸部３４とが一体的に形成され、その外表面はデッキプレート１２および取付けフランジ１６の鋼材よりも高硬度に表面処理加工される。軸部３４には、その首下長さＬ３４の全長にわたって、おねじ山が刻設される。タッピングボルト３１の首下長さＬ３４は、デッキプレート１２の厚さｔ１２と取付けフランジ１６の厚さｔ１６との和以下に選ばれる（Ｌ３４≦（ｔ１２＋ｔ１６））。これによって、タッピングボルト３１の図１３における上方の遊端部は、デッキプレート１２上の舗装１９を損傷しない。
【0047】
図１４は、タッピングボルト３１が締め込まれる取付けフランジ１６の支圧接合用下穴３５とデッキプレート１２の支圧接合用下穴３６とを示す断面図である。取付けフランジ１６には、たとえば、工場などで支圧接合用下穴３５が予め削孔される。デッキプレート１２には、たとえば、ボール盤のドリルを支圧接合用下穴３５によって案内して、支圧接合用下穴３６を削孔する。支圧接合用下穴３５、３６の内径Ｄ３５，Ｄ３６は、タッピングボルト３１の外径Ｄ３１未満である（Ｄ３５＝Ｄ３６＜Ｄ３１）。寸法の一例を述べると、取付けフランジ１６の厚さｔ１６は、縦リブ本体１５と同じく９ｍｍである。支圧接合用下穴３５、３６の内径Ｄ３５、Ｄ３６はφ１５．５ｍｍであり、タッピングボルト３１の外径Ｄ３１はφ１６ｍｍである。
【0048】
Ｕリブ１３の取付けフランジ１６をデッキプレート１２に取付けるにあたり、ボルト頭３２に取付けフランジ１６およびデッキプレート１２に向けて押し付け力を作用しながら、インパクトドライバーなどで回転駆動することによって、タッピングボルト３１は、めねじ加工が施されていない支圧接合用下穴3５，３６に、めねじを自ら形成しながら進んで、めねじを塑性変形によって形成して、支圧接合を達成する。取付けフランジ１６およびデッキプレート１２との隙間は、ほぼ零である。タッピングボルト３１によれば、めねじの塑性変形は切削屑を生じないので、そのような切削屑がデッキプレート１２の上方へ送り出されて舗装１９を損傷することはない。
【0049】
垂直補剛材２４の突出部４７は、Ｕリブ１３の外向き（図１３の右方）に延びる取付けフランジ１６との橋軸直角方向の間隔Ｌ１６（図１を参照）を可及的に小さする。これによって、デッキプレート１２および舗装１９の移動荷重などによる上下の変位を小さく抑えて、特に、舗装１９の損傷を防ぐことができる。外向きの両側の取付けフランジ１６はまた、橋軸直角方向に隣接する垂直補剛材２４の間隔を、同じく、可及的に小さくするのに役立つ。
【0050】
図１５は、本発明の実施の他の形態のコンクリート床版橋８１における一部の断面図である。コンクリート床版８２は、鉄筋コンクリート床版またはプレストレストコンクリート床版など、および鋼とコンクリートとの合成構造を採用した床版などのコンクリート系床版を含む。コンクリート床版８２のハンチ８３は、鋼桁である主桁８４の上フランジ８５によって支持される。主桁８４のウエブ８６のための垂直補剛材８７は、矩形平板部８８と突出部８９とを含む。図１５における前述の実施の形態に対応する溶接の接合部には、同じ参照符を付して示す。主桁８４に関連する他の構成は、前述の箱桁２１に関連する構成に類似する。
【0051】
本発明の実施のさらに他の形態では、鋼橋における横桁８（図５）または横リブ９（図６）が有するウエブに、垂直補剛材１０１、１０２が取付けられる構成において、本発明が前述と同様にして実施されてもよい。また、本発明の考え方に従う垂直補剛材は、図２の上下の横リブ２６または２７に設けられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0052】
本発明は、前述の種類の橋だけでなく、吊橋、箱桁橋、トラス橋、鋼桁橋およびそのほかの種類の鋼床版およびコンクリート床版を備える橋に関連して広範囲に実施することができる。本発明は、橋以外の鋼構造物などに関連しても実施することができる。
【符号の説明】
【0053】
１ 箱桁橋
１１ 鋼床版
１２ デッキプレート
１３ 閉断面縦リブ
１４ 対称面
１５ 縦リブ本体
１６ 取付けフランジ
１７ 下フランジ
１８ ウエブ
２１ 箱桁
２３、８６ 主桁ウエブ
２４、８７、１０１、１０２ 垂直補剛材
３１ タッピングボルト
３５、３６ 支圧接合用下穴
４１ 垂直補剛材２４の上端部
４２ 接合部
４３ 垂直補剛材２４の下端部
４６、８８ 矩形平板部
４７、８９ 突出部
５０ 端面
５１ 突出部４７の先端
５２ 凹部
５３ 延在面
５４ 凹部５２の下端
６３ 溶接領域
６６ 遷移領域
６７ 残余の領域
８１ コンクリート床版橋
８２ コンクリート床版
８４ 主桁
８５ 上フランジ
１１ 鋼床版
１２ デッキプレート
１３ 閉断面縦リブ
１４ 対称面
１５ 縦リブ本体
１６ 取付けフランジ
１７ 下フランジ
１８ ウエブ
２１ 箱桁
２３、８６ 主桁ウエブ
２４、８７、１０１、１０２ 垂直補剛材
３１ タッピングボルト
３５、３６ 支圧接合用下穴
４１ 垂直補剛材２４の上端部
４２ 接合部
４３ 垂直補剛材２４の下端部
４６、８８ 矩形平板部
４７、８９ 突出部
５０ 端面
５１ 突出部４７の先端
５２ 凹部
５３ 延在面
５４ 凹部５２の下端
６３ 溶接領域
６６ 遷移領域
６７ 残余の領域
８１ コンクリート床版橋
８２ コンクリート床版
８４ 主桁
８５ 上フランジ
【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】
