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 22650 １．はじめに 10750 は片側 2 車線の上下線一体構造であり，全幅員が 22.650m と 2805 2700 2700 500 る． 5505 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 2700 2700 2805 600 11100 270 要について報告する． 500 310 500 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 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 4500 250 600 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 700 310 PRC8 径間連続リブ付き波形鋼板ウエブ箱桁橋である．本橋 10750 1100 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 5505 270 図-1 断面図 桁高4.000m ２．工事概要 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 ■境界条件(固定方向) 鉛直方向 本橋の断面図を図-1 に，全体一般図を図-2 に示す． 橋軸方向 直角方向 ３．床版の設計 3.1 断面力の算出方法 図-3 FEM モデル概要図 本橋の床版は，図-1 に示すように張出床版長 5.805m，中間 床版長 10.500m であり，床版支間が道路橋示方書Ⅲの適用範 3.2 床版プレストレスの評価方法 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 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 ら，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 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 に評価する必要があった．そこで，床版の設計断面力は FEM 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 解析を用いて算出することとした．ただし，プレストレスに 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 よる断面力については，FEM 解析によりクリープ等のプレス 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 トレ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 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 め，フレーム解析により算出することとした．図-3 に FEM 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 解析モデルの概要図を示す． ーム解析による比較検討を行った． 新戸川橋（上下線）橋長735117 図-2 全体一般図 4000 68317 7000 4000 105500 7000 4000 105500 7000 4000 7000 105500 4000 105500 7000 4000 94000 6500 4000 94000 6500 800 54200 4000 500 800 500 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 上縁応力度分布 6.00 びリブ無し FEM モデルによる比較検討を行った．各 FEM 解 5.00 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 4.00 3.00 2.00 CASE1 リブ有ＦＥＭ<リブ位置> 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 0.00 下縁応力度分布 材配置は 1S28.6ctc500 を想定し，一本当たりの緊張応力を 5.00 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 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 プレストレス応力度(N/mm2) レーム解析断面を決定した．なお，両解析とも横締め PC 鋼 6.00 解析 CASE3 リブ無しＦＥＭ -1.00 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． CASE2 リブ有ＦＥＭ<リブ間> CASE1 リブ有ＦＥＭ<リブ位置> CASE2 リブ有ＦＥＭ<リブ間> CASE3 リブ無しＦＥＭ 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 1260(N/mm 2 ) プレストレス 1260(N/mm 2 ) 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 < CASE2 > 1000 方向応力度分布図を図-8 に示す． < CASE3 > 1000 400 [email protected] 120 < CASE1 > 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=4500mm 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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