超高強度繊維補強コンクリート（ＵＦＣ）を用いたＧＳＥ橋梁

東京空港整備事務所先任建設管理官 竹田 康雄

羽田空港の再拡張事業における国際線地区のエプロンＰＦＩ事業

Ⅰ．ＧＳＥ橋梁の構造概要

ＧＳＥ橋梁の技術提案

GSE（Ground Support Equipment）航空機の整備用機材・空港特殊車両等

トーイングトラクター長さ ： 約７ｍ幅 ： ２．８ｍ自重 ： ４０～５０トン

○主桁に「超高強度繊維補強コンクリートを用いたＧＳＥ橋梁」の技術提案

■GSE橋梁における技術提案

●「桁と桁の接合部」、「桁と床版の接続部」等の応力伝達特性、変形性能等について実験等による確認が必要

配合粉体2254㎏/m3

セメント珪砂

微粉末

■GSE橋梁の荷重条件

○Ｂ活荷重・連行荷重・自動車荷重(消防自動車・ﾄｰｲﾝｸﾞﾄﾗｸﾀｰ・自動車)

●最も重いﾄｰｲﾝｸﾞﾄﾗｸﾀｰ（総重量50ﾄﾝ）

UFC：Ultra High Strength Fiber Reinforced Concrete

■超高強度繊維補強コンクリート（ＵＦＣ）

鋼繊維

157㎏/ｍ3

水180㎏/ｍ3

高性能減水剤

30㎏/ｍ3

●鉄筋、骨材を使用しないため、部材厚を薄くできる（低い桁高で長いスパンの実現）●軽量化が可能（上部工の軽量化に伴い下部工もコンパクトにできる）

高張力鋼

φ=0.2㎜､Ｌ=15㎜

圧縮強度180N/ｍｍ2

専用の減水剤水セメント比Ｗ/Ｃ=約22%

ＧＳＥ橋梁の構造図

主 桁

床 版

ｳｴｯﾄｼﾞｮｲﾝﾄ（現場打ち） 孔あき鋼板ジベル

北側エプロン 南側エプロン

三愛石油シールドトンネル

最小ｳｴﾌﾞ厚150㎜

橋長48ｍ(支間長46m)

有効幅員15ｍ

桁高2ｍ

普通コンクリート

超高強度繊維補強コンクリート

空港連絡道路

標準部300×280㎜

建築限界=4.5ｍ

軽量盛土工法(EPS) 軽量盛土工法(EPS)

桁と桁の接合部 桁と床版の接続部

鋼管杭φ800､Ｌ=51鉄筋コンクリート橋台

PCケーブル

ｱｽﾌｧﾙﾄ舗装ｺﾝｸﾘｰﾄ床版

ﾎﾟｽﾄﾃﾝｼｮﾝUFC単純合成３室箱桁橋

超高強度コンクリート（ＵＦＣ）の特性

高強度高強度

高耐久高耐久

●鋼繊維の引張強度2700Ｎ/mm2

粒子間の空隙を無粒子間の空隙を無くした最密充填のくした最密充填のために、高緻密でために、高緻密で耐久性が高い耐久性が高い

標準熱養生標準熱養生

9090℃℃の蒸気養生の蒸気養生（（4848時間）時間）

高流動高流動モルタルモルタルフロー値フロー値250250㎜㎜

●設計耐用年数：100年●乾燥収縮：50μｍ/ｍ（普通コンの1/10以下）●ライフサイクルコストの低減

●高い自己充填性●締固め不要●フロー値の保持時間：2時間

高靱性高靱性

最密充填のイメージ

●圧縮強度=180Ｎ/ｍｍ2●ひび割れ発生強度=8Ｎ/ｍｍ2●引張強度=8.8Ｎ/ｍｍ2

容積で容積で2%2%の鋼繊維をの鋼繊維を

混入混入

水和反応限界水和反応限界付近の水分付近の水分

水ｾﾒﾝﾄ比水ｾﾒﾝﾄ比::約約22%22%水粉体比水粉体比::約約8%8%

Ⅱ．ＧＳＥ橋梁の要素実験

せん断キーなし せん断キーありジャッキ

ウェットジョイント

ジャッキ

ウェットジョイントWJWJ

ジャッキ ジャッキ

荷重－変位関係(P-δ)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

変位(mm)

荷重

(kN)

No.1相対変位(WJ-端部) No.1相対変位(中央部-WJ)

No.2相対変位(WJ-端部) No.2相対変位(中央部-WJ)

No.3相対変位(WJ-端部) No.3相対変位(中央部-WJ)

Pmax=3052kN(No.3)

Pmax=2741kN(No.2)Pmax=2645kN(No.1)

係数β値 β(No.1)=0.73>0.4 β(No.2)=0.79>0.4 β(No.3)=0.91>0.4

WH2 EH2 EH3 EH4WH1 WH3 EH4 EH5 EH6

WM1

EM1

MM0

端部 WJ　

中央部 端部

相対変位(WJ-端部）寒色系

相対変位(中央部-WJ）暖色系

WJ　

荷重－変位関係(P-δ)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00

変位(mm)

荷重

(kN)

No.1相対変位(WJ-端部) No.1相対変位(中央部-WJ)

No.2相対変位(WJ-端部) No.2相対変位(中央部-WJ)

No.3相対変位(WJ-端部) No.3相対変位(中央部-WJ)

Pmax=4444kN(No.3)

Pmax=4097kN(No.2)

Pmax=3950kN(No.1)

係数β値 β(No.1)=0.77>0.4 β(No.2)=0.76>0.4 β(No.3)=0.81>0.4

WH2WH1 WH3 EH4 EH5 EH6

WM1

EM1

MM0

相対変位(WJ-端部）寒色系

相対変位(中央部-WJ）暖色系

端部 中央部 端部WJ　

WJ　

WJによる耐力増

桁と桁の接合部（ｳｪｯﾄｼﾞｮｲﾝﾄ部の要素実験） → せん断伝達耐力式の検証

※※耐力式の面形状を表す係数耐力式の面形状を表す係数ββがが0.40.4以上であることを確認し、以上であることを確認し、せん断キーにより大幅な耐力増分を確認出来た。せん断キーにより大幅な耐力増分を確認出来た。

係数β値β(№1)=0.77＞0.4β(№2)=0.76＞0.4β(№3)=0.81＞0.4

Pmax=4444kＮ(№3)

Pmax=4097KN(№2)Pmax=3950kＮ(№1)

係数β値β(№1)=0.73＞0.4β(№2)=0.79＞0.4β(№3)=0.91＞0.4

相対変位：端 部(寒色系)相対変位：中央部(暖色系)

Pmax=3052kＮ(№3)Pmax=2741KN(№2)Pmax=2645kＮ(№1)

150(実績30)

300

側面図 断面図

床版

ウェットジョイント

UFC

橋軸直角方向

PBL

UFC桁

床版

縮小梁モデル載荷実験　荷重-変位関係(載荷点直下鉛直変位)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.00.0

変位(mm)

荷重(kN)

設計荷重(使用限界状態)_888ｋN⇒要求性能クリア：ひび割れ無し

設計荷重(終局限界状態)_1088ｋN⇒要求性能クリア：破壊しない

設計上耐力(WJせん断耐力)_2150ｋN

最大荷重_3404kN

ウェブひび割れ発生 (2800kN)

桁と桁の接合部（ＷＪ部梁縮小モデル実験） → ＷＪ部のせん断抵抗能力の検証

※使用限界で弾性挙動、終局限界でせん断抵抗力を失わず、桁と桁の接合部における構造安全性が確認出来た。

設計荷重(使用限界)888kＮひび割れ無し

設計荷重(終局限界)1088kＮ破壊しない

設計上耐力(WJせん断）2150kＮ

ウエブひび割れ発生2800kＮ

最大荷重3404kＮ

ウェットジョイント(WJ)

ＵＦＣ桁

床 版

ジャッキ

UFCウェブ

ｺﾝｸﾘｰﾄ床版

UFCウェブ孔あき鋼板ジベル（PBL)

ジャッキ

ｺﾝｸﾘｰﾄ床版

孔あき鋼板ジベル

(PBL）UFCウェブ

※※ 使用限界で弾性挙動、終局限界で破壊しないことを確認し、使用限界で弾性挙動、終局限界で破壊しないことを確認し、桁と床版の接合部（桁と床版の接合部（PBLPBL）の構造安全性が確認出来た。）の構造安全性が確認出来た。

桁と床板の接続部（首振りモーメント要素実験） → ＰＢＬの耐荷性能の確認

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-6-5-4-3-2-10

変位(mm)

荷重

(kN)

No.1試験体

No.2試験体

No.3試験体設計荷重（使用限界状態）84kN

⇒要求性能クリア：ひび割れ無し

設計荷重（終局限界状態）103kN

⇒要求性能クリア：破壊しない

計算上耐力 274kN

首振りモーメント要素実験

荷重－変位関係（床版北側鉛直変位）

No.2試験体

P2=321kN,δ2=3.7mm

No.1試験体

P1=347kN,δ1=5.3mmNo.3試験体

P3=319kN,δ3=3.5mm

設計荷重(使用限界)86kＮひび割れ無し

№3試験体319kN､δ=3.5㎜

№2試験体321kN､δ=3.7㎜

№1試験体347kN､δ=5.3㎜

設計荷重(終局限界)103kＮ破壊しない

50tﾛｰﾄﾞｾﾙ

UFC

孔あき鋼板ジベル（ＰＢＬ）

UFCウｪブ

床版

50tｼﾞｬｯｷ

計算上耐力 274kN

Ⅲ．ＵＦＣ桁の製作

ＵＦＣ桁製作フロー図ＵＦＣ桁製作フロー図

ＵＦＣﾊﾞｯﾁｬｰﾌﾟﾗﾝﾄ

超高強度コンクリート練混ぜ

型枠セット超高強度

ｺﾝｸﾘｰﾄ打設１次養生 脱 型 ２次養生

打設管理 ２次養生（標準熱養生）

●部材の設計強度まで強度発現●部材の設計強度まで強度発現●鋼繊維配向性の分散●鋼繊維配向性の分散●表面の乾き防止●表面の乾き防止

合流部

1層目

突き棒

2層目

打重ね部

突き棒

10㎝程度

9090℃×℃×48hr48hr程度程度

□昇降温度：□昇降温度：1515℃℃/hr/hr以下以下□最高温度保持時間：□最高温度保持時間：4848時間以上時間以上□降温速度：熱伝対による温度管理□降温速度：熱伝対による温度管理

＋＋1515℃℃/hr/hr 徐冷徐冷

養生時間養生時間(hr)(hr)

温度

温度

(( ℃℃))

０

90

●脱型・桁吊上げ移動が可能な●脱型・桁吊上げ移動が可能な強度発現強度発現

□雰囲気温度の最高温度を□雰囲気温度の最高温度を4040℃℃程度程度(40(40℃±℃±55℃℃))となる熱養生となる熱養生

１次養生（初期養生）

鋼製内枠 ＰＢＬ設置状況

ＵＦＣ桁製作状況

養生状況ＵＦＣ打設状況

ＵＦＣ桁ブロック完成（Ａタイプ）

ＵＦＣ桁ブロック置場状況

ＵＦＣ桁ブロック完成（Ｄタイプ）