特許 7509672 鋼床版及び、鋼床版のユニット製造方法

(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】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】鋼床版及び、鋼床版のユニット製造方法

(51)【国際特許分類】

   E01D 19/12 20060101AFI20240625BHJP

【ＦＩ】

E01D19/12

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020204352

(22)【出願日】2020-12-09

(65)【公開番号】P2022091489

(43)【公開日】2022-06-21

【審査請求日】2023-10-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】王 慶雲

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１７６４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０３１６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－３０７５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１０５７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０７０３１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００７－１９７９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０３３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００７７７５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０１Ｄ １９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

橋梁の床面を構成する鋼床版において、
複数用意され互いに略平行に配置された、中空構造で断面が略矩形の金属製筒体と、
該金属製筒体同士を繋ぐように配置される板材よりなる接続プレートと、を備え、
前記接続プレートの端部が、前記金属製筒体の側面に対して完全溶け込み溶接によって接合され、前記金属製筒体の一辺と、前記接続プレートの一面とで、舗装材を受ける上面を形成すること、
を特徴とする鋼床版。

【請求項2】

鋼床版のユニット製造方法において、
中空構造で断面が略矩形の金属製筒体を互いに略平行に複数配置し、
前記金属製筒体の間をつなぐ接続プレートを配置し、
前記金属製筒体と前記接続プレートの端面とを突き合わせた状態で、完全溶け込み溶接によって接合してデッキプレートユニットを構成すること、
を特徴とする鋼床版のユニット製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼床版及びその製造方法に関し、具体的には鋼床版を構成する鋼材について裏はつりを行うことのできる完全溶け込み溶接にて接合する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

橋梁に用いられている鋼床版には、構造的強度を増すために補強材としてＵリブを備えているケースが多い。一般的にはデッキプレートの下側（裏側）にＵリブを溶接することで、強度を増す構造となっている。しかしこうしたＵリブを用いた構造の場合、Ｕリブの内側から溶接をすることが難しく、外側の隅肉溶接または部分溶け込み溶接により接合されていることが多い。ところが、隅肉溶接または部分溶け込み溶接を用いると溶接部分に沿ったひび割れが発生するケースが確認されている。

【0003】

こうした鋼床版のひび割れは、大型車交通量の多い場所で多く発見されており、また、溶接ビード部分が亀裂の起点となっていることが確認されているため、金属疲労が原因で発生すると考えられている。この金属疲労に起因する亀裂発生に対しては、完全溶け込み溶接による応力集中の緩和が有効であることが分かっている。

【0004】

したがって、鋼床版の製造時より完全溶け込み溶接によりＵリブのような補強材料をデッキプレートに溶接することが好ましい。例えば、特許文献１には、デッキプレートの溶接方法、及び補強構造に関する技術が開示されている。閉断面構造のリブをデッキプレートに溶接することによるデッキプレートの補強方法において、リブの止端部とデッキプレートとは裏波完全溶け込み溶接方法によって溶接する。リブの止端部は大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶け込み溶接方法で溶接する。

【0005】

特許文献２には、デッキプレートと閉断面リブとの接合部の補修方法に関する技術が開示されている。補修予定部とそれに隣接するＵリブの側壁とを除去することによって、補修予定部に隣接している部分のデッキプレートと、補修予定部Ｒに隣接している部分の側壁との間に、開先部を形成してから、溶接用の裏当て材を、開先部に側壁の内側から固定した後、開先部を側壁の外側から溶接する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００７－１１８０３２号公報

【文献】特開２００７－１９７９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１に記載の技術では、ガウジングレス完全溶け込み溶接を行う為に、大電流パルスＭＡＧ溶接を行う必要がある。このため、製作コストが大きくなると考えられ、リブとデッキプレートの内側は完全溶け込み溶接がされる保証も記載されていない。一方で、特許文献２に記載の方法では裏はつり作業が出来ないため、裏当て材、リブ、デッキ間欠陥ができる可能性を否定できない。

【0008】

そもそも、道路橋示方書には、完全溶け込み溶接においては、初層に割れなどの溶接欠陥が発生しやすく、裏はつりを行わない場合、必要な溶接品質を確保できないおそれがあり、原則として裏はつりを行う必要があるとされている。ところが、特許文献１及び特許文献２に開示されるいずれの技術においても裏はつりを行えないなどの事情があるため、道路橋示方書にある「完全溶け込み溶接」に関する技術とは言えない。

【0009】

そこで、本発明はこの様な課題を解決し、裏はつりを行うことの出来る完全溶け込み溶接を用いた構造の鋼床版及び鋼床版製造方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記目的を達成するために、本発明の一態様による鋼床版は、以下のような特徴を有する。

【0011】

（１）橋梁の床面を構成する鋼床版において、
複数用意され互いに略平行に配置された、中空構造で断面が略矩形の金属製筒体と、
該金属製筒体同士を繋ぐように配置される板材よりなる接続プレートと、を備え、
前記接続プレートの端部が、前記金属製筒体の側面に対して完全溶け込み溶接によって接合され、前記金属製筒体の一辺と、前記接続プレートの一面とで、舗装材を受ける上面を形成すること、
を特徴とする。

【0012】

上記（１）に記載の態様によって、中空構造の金属製筒体と板材よりなる接続プレートを完全溶け込み溶接によって接合し、デッキプレートとして機能させる。デッキプレートを構成する金属製筒体の側面と板材の端面を突き合わせて完全溶け込み溶接にすることで、振動などの要因で溶接部分に割れが発生することを抑制することが可能となる。そして、このように突き合わせ溶接をするにあたって、接続プレートの上側と下側の両方からトーチでアクセスが可能な構造としたことで、溶接及び裏はつりの作業が容易となるので、完全溶け込み溶接の実現が可能となり、加工性を改善させることができる。

【0013】

また、前記目的を達成するために、本発明の別の態様による鋼床版のユニット製造方法は、以下のような特徴を有する。

【0014】

（２）鋼床版のユニット製造方法において、
中空構造で断面が略矩形の金属製筒体を互いに略平行に複数配置し、
前記金属製筒体の間をつなぐ接続プレートを配置し、
前記金属製筒体と前記接続プレートの端面とを突き合わせた状態で、完全溶け込み溶接によって接合してデッキプレートユニットを構成すること、
を特徴とする。

【0015】

上記（２）に記載の態様によって、デッキプレートユニットを構成することで、（１）に示した様な鋼床版の加工性の向上を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態の、鋼床版の模式図である。

【図2】本実施形態の、鋼床版の部分断面図である。

【図3】本実施形態の、溶接部分の部分拡大断面図である。

【図4】変形例の、鋼床版の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

まず、本発明の実施形態について、図面を用いて説明を行う。図１に、本実施形態の、鋼床版の模式図を示す。車両等が通行する目的で作られる橋梁１００には、鋼床版１０を用いる場合があり軽量で施工期間の短縮が可能などのメリットがある。この鋼床版１０は、主桁５０と横リブ５１及び横桁５２により支持される。

【0018】

また鋼床版１０の両端部分には壁高欄２０が設けられている。鋼床版１０のデッキプレート３０の上には、舗装１５が形成されている。主桁５０は、図示しない支承を介して橋脚６０上に配置されて支えられている。

【0019】

図２に、鋼床版の部分断面図を示す。図３に、溶接部分の拡大断面図を示す。デッキプレート３０は、角形鋼管３１と接続プレート３２よりなり、接続プレート３２の端面が角形鋼管３１の側面に当接した状態で溶接されている。角形鋼管３１は図１に示すように、橋梁１００に設けられた主桁５０と略平行に配置され、その断面が概ね３００ｍｍ×３００ｍｍの大きさで、板厚１２ｍｍのものを用いている。

【0020】

ただし、断面が略矩形の金属製筒体に相当する角形鋼管３１は、必要に応じて正方形タイプでは無く長方形タイプのものを選び、或いは板材を加工して形成した台形断面のものを選んでも良い。また、板厚に関しても必要に応じて適宜変更が可能である。

【0021】

角形鋼管３１は等間隔で複数並べられ、その間に配置された接続プレート３２によって接続される。すなわちデッキプレート３０は、交互に配置された角形鋼管３１と接続プレート３２よりなる構成となっている。接続プレート３２は板厚１２ｍｍの鋼板を用いている。こちらも板厚は必要に応じて適宜変更が可能である。

【0022】

また、デッキプレート３０は複数のデッキプレートユニット３０ａよりなり、デッキプレートユニット３０ａの大きさは道路交通法で定められる輪送可能なサイズにあわせて構成され、現場での施工時に接続されてデッキプレート３０として機能する。デッキプレートユニット３０ａ同士の接続は、図示しないフランジを用いて現場溶接で一体化される。尤も、このデッキプレートユニット３０ａ同士の接合方法に関しては特に限定されるものではなく、溶接以外の接合方法、例えばボルト接合などを行うことを妨げない。

【0023】

デッキプレートユニット３０ａは工場などで製造され、角形鋼管３１の側面に対して接続プレート３２の端面が突き当てられ、図３に示すように接続プレート３２のその当接部分が完全溶け込み溶接によって溶接される。溶接にあたっては、片側を溶接した後に反対側より裏はつりを行うことで、完全溶け込み溶接の品質が保証される。すると、ビードｂが図３に示すように形成され、角形鋼管３１の側面に対して接続プレート３２の端面が接合される。角形鋼管３１の一辺３１ａと接続プレート３２の一面３２ａとの高さの差ａは２０ｍｍ以内に設定されていることが望ましい。

【0024】

このように形成されたデッキプレート３０の上面に、アスファルト舗装１５がなされて鋼床版１０が形成される。なお、アスファルト舗装１５とデッキプレート３０との間には、必要に応じて補強コンクリート層を設けたり、接着剤層を設けたりすることを妨げない。

【0025】

本実施形態の鋼床版は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。

【0026】

まず、本実施形態の効果として、溶接部分にひび割れが生じることを防ぐ効果が得られる点が挙げられる。これは、主桁５０に支持されてなる鋼床版１０が、複数用意され略平行に配置された中空構造で断面が略矩形の金属製筒体に相当する角形鋼管３１と、角形鋼管３１同士を繋ぐように配置される板材よりなる接続プレート３２と、を備え、接続プレート３２の端部が、角形鋼管３１の側面に対して完全溶け込み溶接によって接合され、角形鋼管３１の少なくとも一辺と、接続プレート３２の一面とで、舗装材となるアスファルト舗装１５を受ける上面を形成するからである。

【0027】

角形鋼管３１の側面に対して接続プレート３２の端面を当接させてデッキプレート３０を構成し鋼床版１０を成すので、角形鋼管３１と接続プレート３２との完全溶け込み溶接を行うことが容易となる。課題に示した様にＵリブを補強材として用いた場合には、Ｕリブの内部に溶接を行う際に使うトーチを挿入したり裏当て材を挿入したりする必要があるため作業性が悪く、場合によってはトーチが届かないところも出てきてしまうことが考えられる。一方で、角形鋼管３１の側面に対して接続プレート３２の端面を突き当てて溶接する構造を採用することで、デッキプレート３０の片側から溶接作業を、反対側から裏はつり作業を行う作業性が向上し、完全溶け込み溶接を行い易くなる。

【0028】

こうした溶接作業は工場内で行うことができ、角形鋼管３１と接続プレート３２の溶接を行ってデッキプレートユニット３０ａを作成することで、安定した品質の完全溶け込み溶接が実現できる。橋梁１００にデッキプレートユニット３０ａを組み込んでデッキプレート３０を構成すると、完全溶け込み溶接によって角形鋼管３１と接続プレート３２とが溶接されていることで、溶接ビードを貫通する亀裂の発生や、溶接ビードの端部を起点にデッキプレートを貫通する亀裂の発生を防ぐことができる。この結果、デッキプレート３０の構造強度を向上させると共に、橋梁１０の寿命を延ばすことが可能になる。

【0029】

また、上記の鋼床版１０において、金属製筒体に相当する角形鋼管３１の一辺と、接続プレート３２の一面までの高さの差が２０ｍｍ以内であることが好ましい。これにより、角形鋼管３１と接続プレート３２との溶接における施工性を損なわずに作業が可能である。

【0030】

中空構造で断面が略矩形の角形鋼管３１は板材を曲げ加工して作ることも考えられるが、サイズなどの条件に適合すれば規格として用意された角形鋼管３１を用いることが好ましい。そして、曲げ加工した板材を用いた場合でも規格角形鋼管を用いた場合でも、角部が曲面で構成されていることが多い。このため、こうした曲面を避けて、角形鋼管３１の上側にくる一辺と接続プレートの上側に来る一面の高さの差を２０ｍｍ程度以内に抑えて配置し、突き合わせ溶接を行うことで、裏はつりを行うことができ、完全溶け込み溶接をし易くすることができる。

【0031】

なお、２０ｍｍ以内とすることで、角形鋼管３１の上面から接続プレート３２の上面までの凹み部分にアスファルト舗装などが入り込むことで鋼床版１０の重量を抑えることができる。鋼床版１０を使用するメリットの１つに橋梁１００の軽量化ということがあるため、加工性と軽量化のバランスをとる目的である。

【0032】

図４に、別のパターンの溶接部分の断面図を示す。角形鋼管３１と接続プレート３２の溶接位置について、図２のパターンとは変えたものを示す。図３では、角形鋼管３１の上面の高さと接続プレート３２の上面の高さの差ａが２０ｍｍ以内になるようにすることが望ましいとしているが、これは完全溶け込み溶接のし易さを考慮したもので、可能であれば図４に示すような差ａが０となるような位置でデッキプレート３０を形成する事が好ましい。

【0033】

この場合、接続プレート３２の端部は角形鋼管３１の角部にあわせて加工される必要があり加工の手間が増えるが、角形鋼管３１の上面の高さと接続プレート３２の上面の高さの差が０となることで、図２の構造を比較してアスファルト舗装１５の重量を減らすことに貢献することが可能となる。

【0034】

角形鋼管３１と接続プレート３２よりなるデッキプレートの機能面から考えても、角形鋼管３１の一辺と接続プレート３２の一面の高さが異なっていても問題なく使うことが可能となる。そして、角形鋼管３１と接続プレート３２が完全溶け込み溶接によって接合されていることで、溶接部分からの割れの発生を防ぐことが可能となる。

【0035】

以上、本発明に係る鋼床版１０及び鋼床版１０のユニット製造方法に関する説明をしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、主桁５０の構成を変更したり、壁高欄２０の有無など鋼橋１０の構成を変更したりすることを妨げない。

【符号の説明】

【0036】

１０ 鋼床版
１５ アスファルト舗装
３０ デッキプレート
３１ 角形鋼管
３２ 接続プレート
５０ 主桁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】