プレスブレーキ

IDOT は、米国で老朽化した橋梁インフラの交換を加速するための、実行可能で経済的なソリューションの開発に課題を提起しました。業界タスク グループは、工場で形成され、事前に組み立てられた短径間橋用のプレス ブレーキ成形浴槽桁を開発しました。コンクリートプラットフォームを使用し、数時間から数日で現場に設置されます。

編集者注: この記事の一部は、2019 年 4 月 3 日にセントルイスで開催された 2019 AISC 世界鋼橋シンポジウムでのプレゼンテーションに基づいています。

アメリカのインフラが更新時期を迎えていることは周知の事実だ。 2007 年にミネアポリスの州間高速道路 35 号線ミシシッピ川橋が崩壊し、13 人が死亡したとき、国全体が注目しました。

2年後のアメリカ復興再投資法には、各州の地域社会で必要な修理と長期的な変革的投資を支援するため、交通インフラに500億ドル近くの資金が盛り込まれた。 インフラの修復と交換は、両政党が合意している目標の 1 つである。

運輸統計局によると、2019 年に米国には 617,000 以上の橋があり、良好な状態にあるのは 44% の 279,582 橋のみです。 2016 年には、国内の橋の 9.1% に当たる 56,000 以上が構造的欠陥に分類されました。*

時間は極めて重要です。 米国土木学会 (ASCE) の 2017 年の声明によると、10 人にほぼ 4 人が 50 歳以上です。

米国道路交通建設業者協会（ARTBA）の首席エコノミスト、アリソン・プレモ・ブラック博士は、「現在のペースでは、米国の構造的に欠陥のある橋を修復するには50年以上かかるだろう」と述べた。

ウェストバージニア大学土木環境工学科のカール・バース博士は、「最もニーズが高いのは140フィート以下の短径間カテゴリーにある」と述べ、構造的に欠陥のある橋のほぼ半数が短径間カテゴリーに当てはまると付け加えた。スパンカテゴリ。 短径間橋は、2 つの中間支柱間の距離が 140 フィートより短い橋として定義されます。

米国のインフラ危機に対処するために、新しく、より良く、より速く、より安価に橋を取り替える方法を模索する IDOT は、最大 80 フィートの短径間構造物の老朽化した橋インフラを取り替える実行可能で経済的なソリューションの開発に挑戦しました。

Barth 氏は、この技術の開発を担当する業界タスク グループの責任者を務めました。

ウェストバージニア大学の研究者は、典型的な溶接台形ボックスの形状から開始しましたが、コストと時間を節約するためにプレス ブレーキ曲げによって製造しました。 製造は Greiner Industries によって行われました。 写真提供：ショート・スパン・ブリッジ・アライアンス。

私たちは連邦道路局から、短径間橋の建設を経済的に促進するためのシステムを開発するという任務を受けました。」とバース氏は言いました。「目標は、一般的に入手可能な標準的な板幅 84 インチ、96 インチ、また、カスタマイズのコストを回避するために、プロセスは大量生産に対応する必要がありました。

システムとは何ですか? これは単純な鋼製浴槽桁にプレキャスト コンクリート デッキを組み合わせたものですが、ひねりが加えられています。

「最終的には標準的なスチール製の台形ボックスが完成しましたが、従来の溶接ではなく、プレスブレーキ曲げによって製造しました」とバース氏は述べています。 「プレスブレーキ成形であれば、ショートスパンの形状も30～40分程度で製作可能です。」

桁のタイプは、端部の傾斜比 1 ～ 4 の一般的な米国の台形桁で、曲げ半径は 5T であると Barth 氏は説明しました。 「フランジをあまり圧縮する必要はないと考えました。フランジの幅を 6 インチに保ちました。デッキを取り付けるまでスタッドを保持するのに十分なだけ必要でした。」

プレスブレーキ成形プレートタブガーダー (PBFTG) は寿命を延ばすために亜鉛メッキされ、その上にコンクリートデッキが設置されます。 「当社の標準は、60 年以上の保護を提供するために内側と外側に溶融亜鉛メッキを施すことです。

「これはそれほど革新的なものではありません。しかし、短スパン市場では経済的な手段で作られています。閉断面タブを備えたより大きく複雑な橋の形状は、溶接用途にとって非常に理想的な形状です。問題は、それができないことです。」その技術を経済的に40フィート、60フィート、80フィートの短径間橋の市場にスケールダウンできるだろう」とバース氏は結論づけた。

モジュールは事前に組み立てることも、現場で組み立てることもできます。 モジュールは、超高性能コンクリート (UHPC) 縦方向閉鎖打設を使用して結合されます。

研究段階では、プレス ブレーキの曲げ加工は、ペンシルベニア州マウント ジョイの Greiner Industries によって行われました。製造業者は、すでに所有していた 2,750 トン、長さ 40 フィートの Baykal ブレーキ プレスで浴槽の曲げを形成しましたが、その後購入しました。ジョブ用の拡張ツール。

Greiner Industries、マウントジョイ、ペンシルベニア州。製造業者は、2,750 トン、長さ 40 フィートの Baykal ブレーキ プレスで浴槽の曲がりを形成しました。 製造業者はまた、部品がパンチと完全に位置合わせされていることを確認するために、内側の曲げターゲットを指すレーザー光位置合わせツールも設置しました。

メーカーには26フィートもあります。 そして34フィート。 このブレーキを併用すると、厚さ 3/4 インチのプレートを 60 フィート曲げることができますが、40 フィートのブレーキを使用したのは、40 フィートのブレーキに多くの利点があるためです。 橋のスパン。

ベッドの開口部は 3 ～ 17 インチの範囲で調整できます。「厚さ 1-1/4 インチまでの板を 40 フィート全体にわたって曲げることができます」と、圧延成形部門マネージャーの Bruce Sine 氏は言いました。 「一台の機械なので、印刷機全体が利用可能です。」

プレス ブレーキは、浴槽の形成に必要な複数の曲げにも対応しました。 「複数の曲がりに入ると面白くなります。フランジがある場合、それを曲げるにはひっくり返さなければなりません。また、他のものにぶつからずに 2 番目の曲がりに到達できる十分なスペースが必要です。」 Sine 氏言った。 「タンデムプレスを使用すると、スロートによってはバックフレームに当たる可能性があり、長い脚を曲げることができません。40フィートの場合、クリアランスは2フィートですので、フランジを曲げるのに十分なクリアランスがあります。

「我々のトン数でシングルプレスブレーキを備えていることは利点でした」とシネ氏は語った。

グライナー氏は、内側の曲げターゲットを指すレーザー光調整ツールも設置しました。 「私たちは、ピースがパンチと完全に位置合わせされていることを確認したかったのです。そうすることで、曲げたい場所を正確に測定することができます。巻尺よりもはるかに正確です。」

プレスブレーキには、機械のベッドに機械式クラウニング調整機能が装備されています。 「クラウニングは問題ではありません。そのためにベッドを調整するだけで、かなり良い結果が得られます。そして、実際には、一方が他方よりも強く当たっている場合は、Y1 軸と Y2 軸を調整できます。」

シネ氏は、全体的には仕事はそれほど難しくなかったと語った。 「ダイヤルインしたら、かなり簡単に完了しました。」

研究チームは、さまざまな板厚での降伏耐力を計算するために、大規模な桁の疲労試験を実施しました。 チームは幅 84 インチ×7/16 インチのものを使用しました。 大学での研究のためのさまざまなテストに使用されるプレート (50-KSI および 79-KSI) 鋼。 「これは、耐荷重能力を評価するために当社の 330 kp アクチュエータを使用して構築し、破損するまでテストできた最大の桁です」と Barth 氏は述べています。

テストでは、各プレートの厚さ (7/16 インチ、1/2 インチ、5/8 インチ) と幅 (60 インチから 120 インチの長さ) での「スイート スポット」が示されました。 最終的に決定した深さは、橋梁の耐力を検証した上での橋梁上部工の深さである。 最大 60 フィート、1/2 インチのスパン用プレートが機能します。 最大 80 フィートの長いスパンの場合は、厚さ 5/8 インチのプレートが必要です。

テストにより、桁深さの各板厚と幅でのスイートスポットが示されました。

「そのセクションで最大の容量を得ることができる深さは 1 つあります。そのフランジ幅と傾斜率を設定し、一般的なミル鋼板で深さを選択すると、そこからすべての形状が決まります」と彼は言いました。

チームは、選択した曲げ半径で問題が発生するかどうかを確認するために、亜鉛メッキ鋼板とコーティングされていない鋼板の両方の疲労性能をテストしました。 次に、デッキを評価するためにクロージャ注入を備えたモジュール式システムをテストしました。 彼らは、キャストアンドプレイスデッキシステムとブレース要件およびたわみを使用してモジュールの容量を評価しました。 「私たちはこれを7年間テストしてきました。したがって、このシステムは徹底的に精査されています」とバース氏は語った。

PBFTG は、米国州道路交通職員協会 (AASHTO) の要件を満たしています。

米国運輸省連邦道路管理局 (FHWA) の革新的橋梁研究展開 (IBRD) プログラムからの助成金により、米国初のモジュラー PBFTG システムの設置を完了するための基礎が築かれました。

FHWA は、アイオワ州ブキャナン郡フェアバンク タウンシップにあるアーミッシュ製材所橋の架け替え工事として、エンジニアのブライアン キーアレバー (PE) に IBRD プログラムから 35 万ドルを授与しました。

「標準化は短期間の市場では重要だった」とキーアレバー氏は語った。 「私たちは、それぞれを芸術作品としてカスタムデザインするつもりはありません。40 フィートの桁が必要な場合は、このテーブルに行って、36 フィートにわたるこの桁を選択するだけです。そうする理由はありません。」それを再設計してください。」 標準設計は 20 ～ 80 フィートです。

橋の建設は 2015 年の夏の終わりに始まり、2015 年 12 月に完成しました。

オハイオ州マスキンガム郡の橋は架け替えが必要だった。

PBFTG は、フランジアウト フランジインの浅いボックスとして形成できます。

サンドイッチ プレート デッキは現場外で組み立てられ、モジュール式桁が 1 台のトラックで現場に到着しました。

「私たちは建設の加速について話しています。上部構造は20分で設置されました。20分で橋が完成するのをこれまで見たことがありませんでした」とバース氏は語った。

ミシガン州セントクレア郡には 226 の橋が維持されています。 このうち、20人が重篤または重篤な状態にあり、21人が状態が悪いほか、2人には重量制限がありトラックの通行が禁止されている。 2台は体調不良のため通行止めとなった。 「彼らは追いつけない。これは米国全土でよくあることだ」とバース氏は語った。

セントクレア郡の2つの橋には重量制限があり、トラックの通行が禁止されていた。 16,000 以上の交差点がある 2 車線の道路は、マリンシティに入る重要な道路です。 これらは 1953 年に建設され、65 年間使用されました。 鉄骨梁の再塗装やその他のメンテナンスは行われていませんでした。

TEG Engineering は、2018 年夏に 2 つの橋の上部構造の交換設計に採用されました。同社は、現場の建設作業によって生じる移動への影響を最小限に抑えるためにプレハブ橋を設計しています。

「橋桁は、シンプルで耐久性があり、AASHTO 設計と互換性があり、持続可能なものである必要がありました」と TEG Engineering の PE、Guy Nelson 氏は述べています。 「これらがすべて 1 回限りのものであれば、決して手頃な価格のシステムを手に入れることはできません。私たちは手頃な価格の浴槽桁を実装する必要がありました。そして、米国全土でそれを実行しています。」

コストを比較すると、亜鉛メッキ鋼床版を使用したホットミックスアスファルト（HMA）オーバーレイを備えた従来の鋼橋のコストは 75,000 ドルであることがわかりました。 プレキャストボックスカルバートシステムの費用は 63,000 ドルになります。 PBFTG システムの HMA アプローチは 57,000 ドルで、通行止め期間は最短でした。

「私たちはプレスブレーキで成形した鋼製浴槽桁、亜鉛メッキ、スタッドを調達し、地元の有資格のプレキャスターを雇って橋全体を組み立てました」とネルソン氏は語った。 PBFTG の製造 (亜鉛めっき、金属加工、コンクリート床版の流し込み) には約 2 か月かかるため、橋の解体の 2 か月前に開始されました。

橋の 1 つでは、郡は独自の掘削機設備を使用して橋に 35 フィートのスパンのユニットを設置することができ、45 フィートのスパンのユニットを設置するにはクレーンのみが必要でした。 2番目の橋のスパン。

フランジインボックスは、たわみが問題になる場合、または以前のシステムに合わせて浅いボックスが必要な場合に、システム全体の容量と剛性を高めるために幅広の底部フランジを備えています。

上部構造の交換は4日間で完了しました。 既存の橋を取り壊すのに 2 日、コンクリート橋台の修復にもう 1 日かかりました。 PBFTG 上部構造自体は 4 日目に 4 時間で設置されました。 「桁は午前8時に搬入され、正午までに現場で組み立てられた」とネルソン氏は語った。

ポリマーコンクリートがデッキジョイントに注入され、その後エポキシオーバーレイが続きました。 その後、アスファルトの層がデッキ全体を覆いました。 ガードレールは最後に設置されました。 合計完了時間は 10 営業日でした。

最終的な総コストは、材料、人件費、諸経費、設備を含めて 180,751 ドルでした。

*「構造的欠陥」という用語は 2018 年に再定義され、現在では米国の橋の 5.5% が構造的欠陥として分類されています。 さらに、同庁は、以前は「機能的に老朽化している」と呼ばれていた橋を追跡しなくなった。