特許 7579929 コンクリート床版の補強構造

(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】2024-10-30

(45)【発行日】2024-11-08

(54)【発明の名称】コンクリート床版の補強構造

(51)【国際特許分類】

   E01D 22/00 20060101AFI20241031BHJP

   E01D 2/02 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

E01D22/00 B

E01D2/02

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023125262

(22)【出願日】2023-08-01

(65)【公開番号】P2024025693

(43)【公開日】2024-02-26

【審査請求日】2024-05-15

(31)【優先権主張番号】P 2022127830

(32)【優先日】2022-08-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(73)【特許権者】

【識別番号】395013212

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩインフラ建設

(73)【特許権者】

【識別番号】592090555

【氏名又は名称】パシフィックコンサルタンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】弁理士法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】蓬莱 賢一

(72)【発明者】

【氏名】花村 光一

(72)【発明者】

【氏名】笠嶋 憲男

(72)【発明者】

【氏名】中村 定明

(72)【発明者】

【氏名】山崎 敏宏

(72)【発明者】

【氏名】渡口 雅人

(72)【発明者】

【氏名】中澤 治郎

(72)【発明者】

【氏名】新倉 利之

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１７９８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９３６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９４４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９６６５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０１Ｄ ２２／００

Ｅ０１Ｄ ２／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の主桁によって支持されているコンクリート床版を補強するための補強構造において、
前記主桁の間に架け渡され、上面を形成する横桁上フランジを含む横桁と、
前記コンクリート床版の下面と前記横桁上フランジの上面との間に設けられ、前記コンクリート床版を下方から支持する縦桁とを備え、
前記横桁および前記縦桁の少なくともいずれか一方は、繊維強化プラスチックで形成されており、
前記横桁を形成する繊維強化プラスチックが、前記横桁の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含むか、または、
前記縦桁を形成する繊維強化プラスチックが、前記縦桁の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む、コンクリート床版の補強構造。

【請求項2】

前記繊維強化プラスチック中の繊維は、炭素繊維およびガラス繊維を含む、請求項１に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項3】

前記繊維強化プラスチックは、繊維を含む複数の層で形成されている、請求項１に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項4】

前記複数の層は、
軸方向に対して平行に配向する繊維を含む軸方向繊維層と、
前記軸方向繊維層とは配向方向が異なる繊維を含む非軸方向繊維層とを含む、請求項３に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項5】

前記非軸方向繊維層は、軸方向に対して±３０°～±６０°傾斜して交差するように配向された繊維を含む交差繊維層を含み、
前記非軸方向繊維層に含まれる繊維の割合は、総繊維体積量に対して３０～７０ｖｏｌ％であり、
前記交差繊維層に含まれる繊維の割合は、総繊維体積量に対して１０ｖｏｌ％以上である、請求項４に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項6】

前記縦桁は、前記コンクリート床版の下面を支持する縦桁上フランジと、前記横桁の上面に当接する縦桁下フランジと、前記縦桁上フランジと前記縦桁下フランジとを上下に連結する縦桁腹板とを含み、
前記縦桁上フランジ、前記縦桁下フランジ、および前記縦桁腹板の少なくともいずれかは、前記縦桁の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む、請求項１に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項7】

前記縦桁腹板は、複数設けられる、請求項６に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項8】

前記縦桁は、複数設けられ、
前記複数の縦桁は、橋軸直交方向に間隔をあけて設けられる、請求項６に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項9】

前記横桁は、前記縦桁に当接する前記横桁上フランジと、前記横桁上フランジの下方に位置する横桁下フランジと、前記横桁上フランジと前記横桁下フランジとを上下に連結する横桁腹板とを含み、
前記横桁上フランジ、前記横桁下フランジ、および前記横桁腹板の少なくともいずれかは、前記横桁の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む、請求項１に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項10】

前記横桁は、前記縦桁に対応する位置に設けられ、前記横桁上フランジと前記横桁下フランジとの間に位置する補剛材をさらに含む、請求項９に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項11】

前記繊維強化プラスチックは、繊維を含む複数の層で形成されており、
前記横桁上フランジおよび前記横桁下フランジの少なくともいずれか一方は、最外層がガラス繊維である、請求項９に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項12】

前記横桁上フランジおよび前記横桁下フランジの少なくともいずれか一方は、ガラス繊維層－炭素繊維層－ガラス繊維層のサンドイッチ構造である、請求項１１に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項13】

前記補剛材の下端と前記横桁下フランジとの間には、隙間が設けられる、請求項１０に記載のコンクリート床版の補強構造。

【請求項14】

前記補剛材は、補剛材本体と、前記補剛材本体の上端と前記横桁上フランジの下端との間に位置する分散板とを含む、請求項１３に記載のコンクリート床版の補強構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート床版の補強構造に関し、特に、複数の鋼製またはコンクリート製の主桁によって支持されているコンクリート床版を補強するための補強構造に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、橋梁などを形成するコンクリート床版は、長年の使用により劣化して、たとえばひび割れや剥離、剥落などの損傷が発生するため、補強する必要がある。

【0003】

このような橋梁のコンクリート床版の補強構造として、たとえば特開２００２－２２７１３４号公報（特許文献１）および特開昭６３－１７１９０６号公報（特許文献２）などの技術が知られている。

【0004】

特許文献１には、鉄筋コンクリート床版を鋼主桁によって支持しているコンクリート床版鋼桁橋において、鋼主桁間に架け渡される下側部連結補強板を鉄筋コンクリート床版の下面に沿うように設けて、鉄筋コンクリート床版の下面を補強する技術が開示されている。特許文献２には、鉄筋コンクリート床版の下面のほぼ全面を覆う補強板を設けることで、鉄筋コンクリート床版を補強する方法が開示されている。特許文献１，２の補強板は、いずれも鋼製であることが開示されている。

【0005】

一方で、繊維強化プラスチックを用いた技術として、たとえばＷＯ２０１７／１７０８０２号公報（特許文献３）が知られている。特許文献３には、繊維強化樹脂中空体を自動車のインストルメントパネルに使用することが開示されている。繊維強化樹脂中空体の肉厚は１～２０ｍｍであり、その外周長が１２５～３００ｍｍであることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００２－２２７１３４号公報

【文献】特開昭６３－１７１９０６号公報

【文献】ＷＯ２０１７／１７０８０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１および特許文献２に開示されている補強構造は、いずれも鋼製であるため、橋梁に補強構造を取り付けると、自重が増大してしまう。また、特許文献３には、自動車のインストルメントパネルに使用する繊維強化樹脂中空体について開示されているだけで、橋梁のような大きな構造物であり、コンクリート床版に対する曲げモーメントおよびせん断力に対する強度が要求される技術に適用することまでは考慮されていない。

【0008】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コンクリート床版への曲げ補強およびせん断補強に対応しつつ、軽量化が可能なコンクリート床版の補強構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係るコンクリート床版の補強構造は、複数の主桁によって支持されているコンクリート床版を補強するための補強構造において、主桁の間に架け渡される横桁と、コンクリート床版の下面と横桁の上面との間に設けられ、コンクリート床版を下方から支持する縦桁とを備え、横桁および縦桁の少なくともいずれか一方は、繊維強化プラスチックで形成されており、横桁を形成する繊維強化プラスチックが、前記横桁の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含むか、または、前記縦桁を形成する繊維強化プラスチックが、前記縦桁の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む。ここで、横桁の軸方向とは横桁の長手方向であり、橋軸直交方向である。縦桁の軸方向とは、縦桁の長手方向であり、橋軸方向である。

【0010】

好ましくは、繊維強化プラスチック中の繊維は、炭素繊維およびガラス繊維を含む。

【0011】

好ましくは、繊維強化プラスチックは、繊維を含む複数の層で形成されている。

【0012】

好ましくは、複数の層は、軸方向に対して平行に配向する繊維を含む軸方向繊維層と、軸方向繊維層とは配向方向が異なる繊維を含む非軸方向繊維層とを含む。

【0013】

好ましくは、非軸方向繊維層は、軸方向に対して±３０°～±６０°傾斜して交差するように配向された繊維を含む交差繊維層を含み、非軸方向繊維層に含まれる繊維の割合は、総繊維体積量に対して３０～７０ｖｏｌ％であり、交差繊維層に含まれる繊維の割合は、総繊維体積量に対して１０ｖｏｌ％以上である。

【0014】

好ましくは、縦桁は、コンクリート床版の下面を支持する縦桁上フランジと、横桁の上面に当接する縦桁下フランジと、縦桁上フランジと縦桁下フランジとを上下に連結する腹板とを含み、縦桁上フランジ、縦桁下フランジ、および縦桁腹板の少なくともいずれかは、縦桁の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む。

【0015】

好ましくは、縦桁腹板は、複数設けられる。

【0016】

好ましくは、縦桁は、複数設けられ、複数の縦桁は、橋軸直交方向に間隔をあけて設けられる。

【0017】

好ましくは、横桁は、縦桁に当接する横桁上フランジと、横桁上フランジの下方に位置する横桁下フランジと、横桁上フランジと横桁下フランジとを上下に連結する横桁腹板とを含み、横桁上フランジ、横桁下フランジ、および横桁腹板の少なくともいずれかは、横桁の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む。

【0018】

好ましくは、横桁は、縦桁に対応する位置に設けられ、横桁上フランジと横桁下フランジとの間に位置する補剛材をさらに含む。

【0019】

好ましくは、繊維強化プラスチックは、繊維を含む複数の層で形成されており、横桁上フランジおよび横桁下フランジの少なくともいずれか一方は、最外層がガラス繊維である。

【0020】

さらに好ましくは、横桁上フランジおよび横桁下フランジの少なくともいずれか一方は、ガラス繊維層－炭素繊維層－ガラス繊維層のサンドイッチ構造である。

【0021】

好ましくは、補剛材の下端と横桁下フランジとの間には、隙間が設けられる。

【0022】

好ましくは、補剛材は、補剛材本体と、補剛材本体の上端と横桁上フランジの下端との間に位置する分散板とを含む。

【発明の効果】

【0023】

本発明のコンクリート床版の補強構造によれば、コンクリート床版への曲げ補強およびせん断補強に対応しつつ、軽量化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施の形態１に係るコンクリート床版の補強構造を模式的に示す斜視図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係るコンクリート床版の補強構造を示す正面図である。

【図3】図２の一部分を拡大して示す図である。

【図4】横桁の斜視図である。

【図5】補剛材の斜視図である。

【図6】縦桁の斜視図である。

【図7】横桁、縦桁、および補剛材の積層状態を示す模式図である。

【図8】繊維強化プラスチック中の繊維の配向方向を示す模式図であり、（Ａ）は軸方向に対して０°で配向されている層を示し、（Ｂ）は軸方向に対して±４５°で配向されている層を示し、（Ｃ）は軸方向に対して９０°で配向されている層を示し、（Ｄ）は軸方向に対してランダムに配向されている層を示している。

【図9】補剛材の変形例を示す斜視図である。

【図10】本発明の実施の形態２に係るコンクリート床版の補強構造を示す正面図である。

【図11】図１０の一部分を拡大して示す図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は斜視図である。

【図12】横桁を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

【0026】

＜橋梁の基本構成＞
図１および図２を参照して、本実施の形態に係る橋梁１の基本構成について説明する。図１に示す矢印Ａは橋軸方向を表わし、図１および図２に示す矢印Ｂは橋軸方向と直交する水平方向である橋軸直交方向を表わし、矢印Ｃは上下方向であり、鉛直方向を表している。

【0027】

橋梁１は、複数の主桁３，３と、主桁３，３によって支持されているコンクリート床版２とにより構成されている。なお、図１において、主桁３，３とコンクリート床版２を破線で示している。

【0028】

主桁３は、鋼板または形鋼を組み合わせて板状にし、これを断面がＩ字形または箱型などになるように組み立てられた桁である。主桁３は、橋軸方向（図１においてＡ方向）に延在して設けられている。図１では、主桁３は、橋軸直交方向（図１及び図２においてＢ方向）において対向して一対設けられているが、橋梁１の橋軸直交方向の距離が大きい場合には、橋軸直交方向に所定間隔で複数配置される。本実施の形態では、橋軸直交方向に隣り合う主桁３の間隔は、たとえば１～２ｍであったり、１．５ｍ～３ｍ程度であったりする。なお、主桁３は、図示しない橋台や橋脚の間に架設されている。なお、主桁３は、コンクリート製であってもよい。

【0029】

主桁３は、主桁上フランジ３１と、主桁下フランジ３２と、主桁上フランジ３１と主桁下フランジ３２とを上下に連結する主桁腹板３３とを含む。主桁上フランジ３１は、コンクリート床版２を下方から支持する。主桁下フランジ３２は、図示しない橋台や橋脚によって下方から支持されている。主桁腹板３３は、その上下方向の途中位置に、対向する主桁３に向かって突出する水平部材３４（図２）が設けられていてもよい。

【0030】

コンクリート床版２は、床版本体２１と、床版本体２１の上方に設けられる舗装２２とを含む。床版本体２１は、内部に鉄筋が設けられた鉄筋コンクリートにより形成されることが好ましい。舗装２２は、たとえばアスファルトなどであり、上面は外方に露出している。舗装２２の上には、橋軸直交方向の両端部において図示しない地覆が施工されていてもよい。

【0031】

コンクリート床版２は、長年の使用により劣化し、たとえばその内部に亀裂が生じ、その下面にひび割れなどの損傷や上面の陥没を起因とする損傷などが発生するため、補強する必要がある。以下、コンクリート床版２を補強するための補強構造４について詳細に説明する。

【0032】

＜実施の形態１＞
実施の形態１の補強構造４は、コンクリート床版２を補強するためのものである。図３～図５をさらに参照して、補強構造４は、概略として、横桁５と、複数の縦桁９とを備える。

【0033】

横桁５は、たとえばＨ形またはＩ形断面であり、橋軸直交方向に延在し、主桁３，３の間に架け渡される。横桁５は、たとえば高さ寸法が２００～５００ｍｍ、横幅寸法（橋軸直交方向の寸法）が１５００～３０００ｍｍ、奥行き寸法（橋軸方向の寸法）が２００～３００ｍｍであることが好ましい。横桁５は、長尺状に延びる部材であり、横桁５の長手方向である橋軸直交方向を「軸方向」という。なお、横桁５は、橋軸方向に所定間隔で複数配置されているが、図１では橋梁１の一部を図示しているため、橋軸直交方向に延在する２本以上の横桁５が設けられている。また、横桁５は、繊維強化プラスチックで形成される。横桁５は、繊維強化プラスチック中の繊維が、横桁５の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む。

【0034】

横桁５は、図４に示されている。図２～図４に示すように、横桁５は、縦桁９に当接する横桁上フランジ５１と、横桁上フランジ５１の下方に位置する横桁下フランジ５２と、横桁上フランジ５１と横桁下フランジ５２とを上下に連結する横桁腹板５３とを含み、たとえば引抜成形法による一体成形により形成されている。横桁５は、仕口部材６および添接部材７を介して主桁３に連結される。

【0035】

図１～図３に示すように、仕口部材６は、たとえば鋼製であり、一対の主桁３，３にそれぞれ取り付けられる。仕口部材６は、主桁３と横桁５とを連結する部材である。

【0036】

仕口部材６は、たとえば断面視Ｔ字形状であり、主桁３の主桁腹板３３に当接する側面板６１と、側面板６１の橋軸方向略中央部から横桁５に向かって突出する正面板６２とを含む。側面板６１の上下方向略中央部には、橋軸直交方向に切り欠かれた切欠き部６３が形成される。切欠き部６３には、上述した主桁３の水平部材３４が位置する。なお、主桁腹板３３に水平部材３４が存在しない場合は、切欠き部６３を省略することができる。また、仕口部材６の側面板６１および正面板６２には、それぞれ穴部が設けられている。これにより、仕口部材６と、主桁３および添接部材７とは、締結具としてのボルトなどを介して固定される。なお、仕口部材６と主桁３は、いずれも鋼製であるため、溶接により固定されていてもよい。

【0037】

図１～図３に示すように、添接部材７は、板状部材であり、たとえば鋼製である。添接部材７は、仕口部材６と横桁５を接合するために、仕口部材６の正面板６２と横桁５の横桁腹板５３に添えられる。具体的には、添接部材７は、橋軸直交方向両端部において、上下方向に整列して穴部が設けられている。これにより、添接部材７と、仕口部材６および横桁５とは、締結具としての接着剤とボルトなどを介して固定される。また、仕口部材６に上下フランジを設け、横桁５の横桁上下フランジ５１，５２と締結してもよい。

【0038】

横桁５の横桁上フランジ５１と横桁下フランジ５２の間には、複数の補剛材８が間隔をあけて設けられる。補剛材８は、たとえばみぞ形などであり、たとえば繊維強化プラスチックで形成される。補剛材８の上下方向寸法は、横桁５の横桁上フランジ５１と横桁下フランジ５２の間の寸法と略同一である。具体的には、補剛材８の上端は、横桁上フランジ５１の下端に当接し、補剛材８の下端は、横桁下フランジ５２の上端に当接している。補剛材８は、図５に示されている。図２および図５に示すように、補剛材８は、横桁腹板５３に当接する背板部８１と、背板部８１の両端から突出する一対の側板部８２とを含み、たとえば引抜成形法による一体成形により形成されている。補剛材８は、横桁５の背板部８１を挟んだ一方側（例えば、図４でいう右側）に設けられていればよく、背板部８１を挟んだ他方側（例えば、図４でいう左側）に設けられなくてもよい。

【0039】

背板部８１には、図示しない複数の穴部が設けられている。これにより、補剛材８は、横桁腹板５３に対して接着剤とボルトなどを介して固定される。また、ボルトなどは、鋼製の他、繊維強化プラスチック製を用いることができる。側板部８２の突出寸法は、横桁上フランジ５１および横桁下フランジ５２の横桁腹板５３からの突出寸法よりも小さいか、略同一であることが好ましい。

【0040】

補剛材８は、縦桁９に対応する下方位置に設けられる。つまり、補剛材８は、縦桁９と上下方向において重なる位置に設けられる。具体的には、補剛材８は、縦桁９の橋軸直交方向幅内に収まるように配置される。補剛材８は、上下方向に延びる部材であり、この上下方向を「軸方向」という。好ましくは、補剛材８の橋軸直交方向の中央部と縦桁９の中央部とは一致するように配置される。これにより、各縦桁９で受けたコンクリート床版２からの荷重を各補剛材８で受けることができるため、力を分散することができる。

【0041】

縦桁９は、たとえばＨ形またはＩ形断面であり、コンクリート床版２の下面と横桁上フランジ５１の上面との間に設けられ、コンクリート床版２を下方から支持する。特に図１に示すように、縦桁９は、橋軸方向に延在し、横桁５，５の間に架け渡される。縦桁９は、たとえば高さ寸法が７５～３００ｍｍ、横幅寸法（橋軸直交方向の寸法）が１５０～３００ｍｍ、奥行き寸法（橋軸方向の寸法）が５００～３０００ｍｍであることが好ましい。縦桁９は、長尺状に延びる部材であり、縦桁９の長手方向である橋軸方向を「軸方向」という。なお、縦桁９は、必ずしも２本の横桁５，５に架け渡されるものではなく、複数の横桁５，５・・間に掛け渡されていてもよいし、１本の横桁５の上面に配置されるものであってもよい。また、縦桁９は、繊維強化プラスチックで形成される。縦桁９は、繊維強化プラスチック中の繊維が、縦桁９の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む。

【0042】

縦桁９は、複数設けられ、橋軸直交方向に間隔をあけて設けられる。縦桁９が設けられる個数は、１つ以上であれば特に限定されないが、図１および図２では、５つ設けられ、等間隔に配置されている。

【0043】

縦桁９は、図６に示されている。図２および図６に示すように、縦桁９は、コンクリート床版２の下面に当接する縦桁上フランジ９１と、横桁５の上面に当接する縦桁下フランジ９２と、縦桁上フランジ９１と縦桁下フランジ９２とを上下に連結する縦桁腹板９３とを含み、たとえば引抜成形法による一体成形により形成されている。縦桁腹板９３は、橋軸直交方向に対向して２枚設けられる。これにより、縦桁９の強度を向上させることができる。なお、縦桁腹板９３は、複数設けられることが好ましいが、１枚であってもよい。

【0044】

図２に示すように、コンクリート床版２は必ずしも水平に配置されておらず、多少の勾配が設けられている。それに対し、横桁５は、主桁３の間に配置されているため、水平に配置されている。そのため、縦桁下フランジ９２と横桁上フランジ５１との間には、多少の隙間が生じてしまう。その隙間を埋めるために、縦桁下フランジ９２と横桁上フランジ５１との間にはそれぞれ勾配調整部材（レベルライナ）９５ａ，９５ｂ，９５ｃ，９５ｄ，９５ｅが設けられる。

【0045】

コンクリート床版２は、紙面上左側の勾配が高く、紙面上右側の勾配が低くなっている。そのため、左側に配置されている勾配調整部材９５ｅの高さ寸法が最も大きく、右側に向かうにつれ小さくなるように設定されている。勾配調整部材９５ａ～９５ｅは、たとえば繊維強化プラスチックであることが好ましい。勾配調整部材９５ａ～９５ｅが設けられることで、コンクリート床版２が傾斜していても、コンクリート床版２の下方を縦桁９で確実に支持することができ、縦桁９の下方を横桁５で支持することができる。また、勾配調整部材９５ａ～９５ｅが設けられる場合は、勾配調整部材９５ａ～９５ｅの上面が横桁５の上面であるとみなすことができる。なお、勾配調整部材９５ａ～９５ｅは、コンクリート床版２の下面と縦桁上フランジ９１との間に設けられてもよい。

【0046】

上述のように、横桁５、補剛材８、縦桁９、および勾配調整部材９５ａ～９５ｅは、繊維強化プラスチックで形成されている。繊維強化プラスチックについて、詳細に説明する。

【0047】

＜繊維強化プラスチック＞
図７および図８を参照して、横桁５、補剛材８、縦桁９、および勾配調整部材９５ａ～９５ｅを形成する繊維強化プラスチックについて説明する。図７は、横桁５、補剛材８、縦桁９、および勾配調整部材９５ａ～９５ｅを形成する繊維強化プラスチックの積層状態を示す模式図である。図８は、各層における繊維強化プラスチック中の繊維の配向方向を示す模式図である。

【0048】

横桁５、補剛材８、縦桁９、および勾配調整部材９５ａ～９５ｅは、繊維強化プラスチック１０の繊維を含む複数の層１１，１２，１３・・・で形成されている。複数の層１１，１２，１３は、たとえば軸方向繊維層と、非軸方向繊維層とを含む。なお、図７では、繊維強化プラスチック１０は、３層設けられているが、少なくとも１層以上設けられていればよい。繊維強化プラスチック１０が複数の層で形成されることにより、曲げモーメントおよびせん断力に対する強度を強くすることができる。積層される層の種類、並び順などは特に限定されないが、後述する非軸方向繊維層の交差繊維層が少なくとも設けられることが好ましい。なお、横桁５，補剛材８、縦桁９、および勾配調整部材９５ａ～９５ｅの成形は、繊維強化プラスチックの分野において一般的に行われる引抜成形法により製造することができる。

【0049】

横桁５は、横桁上下フランジ５１，５２が上下方向（鉛直方向）に積層されており、横桁腹板５３が橋軸方向に積層されている。縦桁９は、縦桁上下フランジ９１，９２が上下方向（鉛直方向）に積層されており、縦桁腹板９３が橋軸直交方向に積層されている。補剛材８は、背板部８１が橋軸方向に積層されており、側板部８２が橋軸直交方向に積層されている。勾配調整部材９５ａ～９５ｅは、上下方向（鉛直方向）に積層されている。つまり、横桁５、縦桁９、補剛材８、および勾配調整部材９５ａ～９５ｅは、それぞれの部材を構成する板状の部材の厚み方向に積層されている。

【0050】

軸方向繊維層とは、軸方向に対して平行に配向する繊維を含む層のことである。軸方向繊維層は、軸方向に対して平行に配向する繊維のみからならなければならないというわけではなく、層内に含まれる繊維の９５ｖｏｌ％以上、好ましくは９８ｖｏｌ％以上が軸方向に対して平行に配向されていればよい。ここで、平行とは、軸方向に対して±１０°の範囲内、好ましくは±５°の範囲内の方向を許容するという意味である。

【0051】

軸方向繊維層は、樹脂と、樹脂に含浸する繊維とを含む。樹脂としては、たとえば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などのように、繊維強化プラスチックの製造に一般的に用いられる樹脂が採用される。また、繊維としては、繊維強化プラスチックの製造に一般的に用いられるあらゆる繊維が使用可能であるが、たとえば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、およびセラミック繊維などが挙げられるが、特にガラス繊維または炭素繊維を含むことが好ましい。

【0052】

図８（Ａ）に示すように、軸方向繊維層中の繊維は、具体的にはロービング（ガラス繊維の束）であってもよく、軸方向繊維層を構成するガラス繊維の数は、軸方向において均一であることが好ましい。図８（Ａ）において、ロービングを模式的に太線で示している。

【0053】

非軸方向繊維層は、軸方向繊維層とは配向方向が異なる繊維を含む層のことである。軸方向繊維層とは配向方向が異なるとは、非軸方向繊維層に含まれる繊維が、軸方向繊維層の繊維の配向方向に対して平行ではない特定の方向（例えば、軸方向に対して直交する方向）に配向されているか、またはいかなる特定の方向にも限定されていない（たとえば、ランダムな配向）か、交差しているという意味である。

【0054】

非軸方向繊維層は、上述した軸方向繊維層と同様に、樹脂と、樹脂に含浸する繊維とを含む。樹脂としては、たとえば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などのように、繊維強化プラスチックの製造に一般的に用いられる樹脂が採用される。また、繊維としては、繊維強化プラスチックの製造に一般的に用いられるあらゆる繊維が使用可能であるが、たとえば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、およびセラミック繊維などが挙げられ、特に炭素繊維およびガラス繊維を含むことが好ましい。非軸方向繊維層に含まれる繊維の割合は、それぞれの部材全体に含まれる繊維の総体積量に対して３０～７０ｖｏｌ％であることが好ましい。

【0055】

炭素繊維は、強度が強く、軽い素材であるが、高価な材料である。そのため、強度を高める観点では、炭素繊維をより多く用いることが好ましいが、高価な補強構造になってしまう。一方で、ガラス繊維は、強度が弱く、重い素材であるが、安価な材料である。そのため、コストの観点ではガラス繊維をより多く用いることが好ましいが、あまり多く用いると重量がかさむ補強構造となる。そこで、炭素繊維とガラス繊維の両方を複合させた積層構造であることが好ましい。炭素繊維およびガラス繊維を単一の繊維強化プラスチック部材の中に含んでいる場合、単一の繊維強化プラスチック部材の中に含まれる炭素繊維の割合は、部材に含まれる繊維の総体積量に対して５～７５ｖｏｌ％であることが好ましい。これにより、本実施の形態の繊維強化プラスチックの補強構造は、安価で軽量となる。また、横桁５だけが炭素繊維およびガラス繊維の混合であってもよいし、縦桁９だけが炭素繊維およびガラス繊維の混合であってもよい。

【0056】

非軸方向繊維層は、交差繊維層と、軸方向直交繊維層と、無配向繊維層とを含む。横桁５および縦桁９は、少なくとも交差繊維層を含んでいることが好ましく、強度の観点からは、さらに軸方向繊維層、無配向繊維層、および軸方向直交繊維層の少なくともいずれかが積層されていることが好ましい。

【0057】

図８（Ｂ）には、交差繊維層の繊維の配向が模式的に示されている。交差繊維層は、軸方向に対して±３０°～±６０°、好ましくは±４０°～±５０°傾斜して交差するように配向された繊維を含む層のことである。図８（Ｂ）においては、繊維が±４５°傾斜して交差している状態が示されている。交差繊維層に含まれる繊維の割合は、それぞれの部材全体に含まれる繊維の総体積量に対して１０ｖｏｌ％以上であることが好ましい。軸方向繊維層だけでは、せん断力に対する強度が劣るものの、軸方向繊維層に加えて交差繊維層を積層することで、曲げモーメントに対する強度だけでなく、せん断力に対する強度を向上させることができる。

【0058】

図８（Ｃ）には、軸方向直交繊維層の繊維の配向が模式的に示されている。図８（Ｃ）に示すように、軸方向直交繊維層は、軸方向に対して直交する方向に配向された繊維を含む層のことである。軸方向直交繊維層としては、たとえば、いわゆるスダレ状の繊維強化シートが使用される。スダレ状の繊維強化シートとは、複数の繊維の束を一方向に対して平行かつ略等間隔に並べ、連結糸により各束を結束し、一方向に対して垂直方向に連結させた繊維シートのことである。繊維の束は、軸方向に対して略９０°傾斜して延びている。図８（Ｃ）の破線は、連結糸であり、単なる糸であってもよいし、繊維であってもよい。軸方向に対して直交する方向とは、軸方向に対して８０°～１００°の範囲内、好ましくは８５°～９５°の範囲内の方向を許容するという意味である。

【0059】

図８（Ｄ）には、無配向繊維層の繊維の配向が模式的に示されている。図８（Ｄ）に示すように、無配向繊維層は、いかなる特定の方向にも限定されていない繊維を含む層のことである。無配向繊維層の繊維の配向は、不規則的にランダムな配向、規則的にランダムな配向を包含する。無配向繊維層としては、たとえば、繊維を含む不織布層が使用される。

【0060】

本実施の形態の補強構造４は、横桁５および縦桁９を形成する繊維強化プラスチック中の繊維が、横桁５および縦桁９の軸方向に対して交差するように配向されているため、コンクリート床版２への曲げモーメントおよびせん断力に対する強度を強くすることができる。さらに、繊維強化プラスチックは、複数の層が積層することで形成されており、特に複数の層の中に交差繊維層が含まれるため、よりコンクリート床版２への曲げモーメントおよびせん断力に対する強度を強化することができる。

【0061】

本実施の形態の補強構造４は、横桁５、補剛材８、縦桁９、および勾配調整部材９５ａ～９５ｅをすべて繊維強化プラスチックで形成することができるため、従来の補強構造と比較して重量を小さくすることができる。このように、本実施の形態の補強構造４は、コンクリート床版２への曲げ補強およびせん断補強に対応しつつ、軽量化が可能となる。軽量化された部材を設置するため、建設重機を小さくすることができ、架設を容易にすることができる。さらに、繊維強化プラスチックを用いることで、錆びに強くなるため、劣化を抑制することができる。

【0062】

また、本実施の形態の補強構造４は、コンクリート床版２を下方から支持する複数の縦桁９を橋軸直交方向に間隔をあけて複数設けているため、コンクリート床版２の下面の亀裂などを目視確認することができ、雨水などの水分がコンクリート床版２内に溜まることを防ぐことができるため、劣化を抑制しつつコンクリート床版２を補強することが可能となる。

【0063】

従来の補強構造は、コンクリート床版の下面全面を覆って下方から支持することで、強度を確保していた。本実施の形態の補強構造４は、間隔をあけて設けられる縦桁９でコンクリート床版２の下面を下方から支持しているが、補剛材８を縦桁９に対応する位置にそれぞれ配置させているため、強度を確保することができる。

【0064】

＜補剛材の変形例＞
図９には、横桁５に固定される補剛材８Ａの変形例について示されている。図９に示すように、補剛材８Ａは、たとえば断面視Ｔ字形の形鋼であり、横桁腹板５３に当接する背板部８１Ａと、背板部８１Ａの略中央部から突出する側板部８２Ａとを含む。背板部８１には、複数の穴部が設けられている。これにより、補剛材８は、横桁腹板５３に対してボルトなどを介して固定される。このように、横桁５に固定される補剛材は、その形状が限定されず、横桁５の横桁上フランジ５１と横桁下フランジ５２との間に設けられ、横桁腹板５３に固定されるものであればよい。

【0065】

＜実施の形態２＞
図１０および図１１を参照して、実施の形態２におけるコンクリート床版２の補強構造４Ｂについて説明する。実施の形態１で示した補強構造４との相違点のみ詳細に説明する。実施の形態１と本実施の形態とは、横桁５の横桁上フランジ５１と横桁下フランジ５２との間に設けられる補剛材８Ｂにおいて異なる。

【0066】

図１１に示すように、本実施の形態の補剛材８Ｂは、補剛材本体８３Ｂと、補剛材本体８３Ｂの上端と横桁上フランジ５１の下端との間に位置する分散板８５Ｂとを含む。補剛材本体８３Ｂと分散板８５Ｂはそれぞれが引抜成形法によって形成されてもよいし、たとえばプレス成形による一体成形により形成されてもよい。補剛材本体８３Ｂは、横桁腹板５３に当接する背板部８１Ｂと、背板部８１Ｂの両端から突出する一対の側板部８２Ｂとを含む。本実施の形態の補剛材本体８３Ｂは、横桁上フランジ５１および横桁下フランジ５２に直接は当接していない。

【0067】

補剛材本体８３Ｂの上下方向寸法は、横桁５の横桁上フランジ５１と横桁下フランジ５２の間の寸法よりも小さい。図１１（Ａ）に示すように、補剛材本体８３Ｂの下端と横桁下フランジ５２との間には、隙間Ｓが設けられている。この隙間Ｓは、補剛材８Ｂの下端と横桁下フランジ５２が当接していなければよく、横桁腹板５３への固定に支障のない範囲で大きくすることができる。

【0068】

分散板８５Ｂは、厚みを有し、矩形形状であることが好ましい。分散板８５Ｂの厚みは、横桁上フランジ５１の厚みと同じか数ミリ程度小さいことが好ましく、より好ましくは横桁上フランジ５１の厚みの４０～８０％である。分散板８５Ｂは、補剛材本体８３Ｂの横断面形状を覆う大きさであることが好ましく、具体的には、一対の側板部８２Ｂの背板部８１Ｂからの突出長さ（図１１（Ｂ）の矢印Ａ方向の長さ）より大きく、一対の側板部８２Ｂ間の長さ（図１１（Ｂ）の矢印Ｂ方向の長さ）より大きい。

【0069】

分散板８５Ｂは、接着材またはボルトなどにより、横桁上フランジ５１の下端に締結されていることが好ましい。分散板８５Ｂは、繊維強化プラスチックで形成されている。繊維強化プラスチック中の繊維は、炭素繊維およびガラス繊維を含むことが好ましい。また、繊維強化プラスチックは、繊維を含む複数の層で形成されていてもよいし、単層であってもよい。複数の層で形成される場合、軸方向繊維層と非軸方向繊維層とを含んでいてもよい。

【0070】

本実施の形態の補強構造４Ｂは、上方から荷重を受けると、縦桁９を介して横桁上フランジ５１に荷重がかかり、分散板８５Ｂの橋軸直交方向（図１１（Ｂ）の矢印Ｂ）両端側に向かって荷重が分散される。さらに、上方からの荷重は、補剛材８Ｂの下方に向かってかかっていくが、補剛材８Ｂの下端は横桁下フランジ５２の上端に当接していないため、補剛材８Ｂから横桁腹板５３に応力が分散されていく。

【0071】

このように、本実施の形態の補強構造４Ｂは、補剛材８Ｂの下端が横桁下フランジ５２の上端に突き当てられておらずに隙間Ｓが設けられており、さらに補剛材本体８３Ｂの上端と横桁上フランジ５１の下端との間に分散板８５Ｂが挟まれているため、横桁下フランジ５２への応力集中を防ぐことができる。

【0072】

＜横桁の変形例＞
図１２を参照して、横桁５Ｃの変形例について説明する。本変形例の横桁５は、繊維強化プラスチック１０の繊維を含む複数の層で形成されており、特に横桁上下フランジ５１，５２は、上下方向に３層積層されている。具体的には、横桁上フランジ５１は、最も上方に位置する最外層（第１層）１５Ｃがガラス繊維を含むガラス繊維層であり、最外層１５Ｃの下方に位置する中間層（第２層）１６Ｃが炭素繊維を含む炭素繊維層であり、中間層１６Ｃの下方に位置する最内層（第３層）１７Ｃがガラス繊維を含むガラス繊維層である。また、横桁下フランジ５２は、横桁上フランジ５１と同様に、最も下方に位置する最外層（第１層）１５Ｃがガラス繊維を含むガラス繊維層であり、最外層１５Ｃの上方に位置する中間層（第２層）１６Ｃが炭素繊維を含む炭素繊維層であり、中間層１６Ｃの上方に位置する最内層（第３層）１７Ｃがガラス繊維を含むガラス繊維層である。つまり、横桁上下フランジ５１，５２は、ガラス繊維層－炭素繊維層－ガラス繊維層のサンドイッチ構造である。

【0073】

最外層１５Ｃは、薄膜であり、その厚みは、横桁上フランジ５１または横桁下フランジ５２の厚みの２５％以下であり、好ましくは１０％以下である。最外層１５Ｃは、上述した交差繊維層、軸方向直行繊維層、無配向繊維層のいずれかにより形成されている。中間層１６Ｃは、最外層１５Ｃの厚みの３倍以上であり、たとえば８倍以上である。炭素繊維層で形成された中間層１６Ｃは、横桁５Ｃの強度を保つ部分であり、曲げ補強の観点から、横桁上フランジ５１の中間層１６Ｃはその上端に、横桁下フランジ５２の中間層１６Ｃはその下端にそれぞれ近い位置に設けられることが好ましい。最内層１７Ｃは、その厚みは限定されないが、最外層１５Ｃよりも厚いことが好ましい。なお、図１２において、横桁腹板５３は、最内層１７Ｃと一体的に成形され、同一の材質により形成されているように図示したが、異なる材質により形成されていてもよい。

【0074】

この積層構成により、炭素繊維層の曲げ特性を活かしながら、横桁５Ｃの面変形を抑制することができ、縦桁９から横桁５Ｃに伝達される荷重をより分散して受圧できる構造を形成することができる。 要は、以上に記載した最外層１５Ｃ、中間層１６Ｃ、最内層１７Ｃの好ましい厚みの比率は、ひずみを抑制するために積層構成を対称にしようとする方向性と、炭素繊維層即ち中間層１６Ｃを荷重支持面のより近くに配置しようとする方向性のバランスによって設定される。

【0075】

本変形例の横桁５Ｃは、ガラス繊維層の最外層１５Ｃが薄膜で形成されているため、経年劣化により最外層１５Ｃの樹脂分が失われていき、最外層１５Ｃのガラス繊維が表面に表れ、横桁上フランジ５１の表面に毛羽立ちが表れるようになる。本変形例の構成により、この毛羽立ちが表れるようになったことを補修時期の目安にすることができる。また、従来の横桁は、最外層を炭素繊維層、最内層をガラス繊維層とし、炭素繊維層－ガラス繊維層で形成されていた。本変形例の横桁５Ｃは、従来の横桁の最内層のガラス繊維層の一部を最外層にしたものであり、横桁５Ｃ全体の繊維投入量に変化はないため、横桁５Ｃの重量を軽量のままで維持することができる。

【0076】

なお、本変形例の横桁５Ｃでは、ガラス繊維層－炭素繊維層－ガラス繊維層の３層構造であるとしたが、最外層１５Ｃがガラス繊維層で形成されていればよくその下層の構成については限定されない。また、最内層１７Ｃはガラス繊維層であるとしたが、必須の構成ではなく、第１層１５Ｃと第２層１６Ｃの２層の積層構造であってもよいし、第３層１７Ｃの内方にさらに積層されていてもよい。

【0077】

＜他の変形例＞
なお、実施の形態のコンクリート床版の補強構造は、少なくとも横桁５と縦桁９とで構成されたが、それらは単体として個別に提供されるものであってもよい。具体的には、コンクリート床版２の補強構造４に用いられる横桁５は、繊維強化プラスチックで形成され、横桁５を形成する繊維強化プラスチックは、横桁５の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む。また、コンクリート床版２の補強構造４に用いられる横桁５は、繊維強化プラスチックで形成され、縦桁９を形成する繊維強化プラスチックは、縦桁９の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含む。また、繊維強化プラスチックで形成される補剛材８および勾配調整部材９５ａ～９５ｅについても、単体として個別に提供できるものであってもよい。

【0078】

また、実施の形態のコンクリート床版の補強構造は、横桁５、補剛材８、縦桁９、および勾配調整部材９５ａ～９５ｅがそれぞれ繊維強化プラスチックで形成されたが、少なくとも横桁５および縦桁９のいずれか一方が繊維強化プラスチックで形成されていればよい。さらに、繊維強化プラスチックは、複数の層を有するとして説明したが、それぞれの部材毎に要求される強度に合わせて積層数、層の並び順が異なっていてもよい。

【0079】

また、横桁５が繊維強化プラスチックで形成される場合、横桁上フランジ５１、横桁下フランジ５２、および横桁腹板５３のいずれかが、横桁５の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含んでいればよい。また、縦桁９が繊維強化プラスチックで形成される場合、縦桁上フランジ９１、縦桁下フランジ９２、および縦桁腹板９３のいずれかが、縦桁９の軸方向に対して交差するように配向されている繊維を含んでいればよい。

【0080】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0081】

２ コンクリート床版、３ 主桁、４，４Ｂ 補強構造、５，５Ｃ 横桁、６ 仕口部材、７ 添接部材、８，８Ａ，８Ｂ 補剛材、９ 縦桁、３３ 主桁腹板、３４ 水平部材、５１ 横桁上フランジ、５２ 横桁下フランジ、５３ 横桁腹板、８３Ｂ 補剛材本体、８５Ｂ 分散板、９１ 縦桁上フランジ、９２ 縦桁下フランジ、９３ 縦桁腹板、Ａ 橋軸方向、Ｂ 橋軸直交方向、Ｃ 鉛直方向、Ｓ 隙間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】