Development of an existing bridge management method based on load rating
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21H01415
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
奥井 義昭 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40214051)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
党 紀 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60623535)
松本 泰尚 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (90322023)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
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| Keywords | 維持管理 / 耐荷力 / 実態交通荷重 / モニタリング / 損傷評価 / 橋梁維持管理 / 耐荷力評価 / 活荷重係数 / リダンダンシー / 定期点検 / 振動モニタリング / 橋梁の維持管理 / 荷重シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
本研究ではLoad rating手法を用いた既設橋の維持管理のための耐荷力評価手法を検討し， 維持管理の枠組みの構築とマニュアル化を目的とする．H26年の道路橋定期点検要領により5年に1回の近接目視点検と健全度評価が義務づけられた．しかし，健全度と耐荷性能や使用性などの性能とを関連づける手法・マニュアル・枠組みなどが，確立されていない．本研究ではLoad ratingのための点検結果と耐荷性能の関連づけを行い，実態交通荷重の発生確率やシステム・リダンダンシーの効果，構造モニタリングなどの最新の知見を用いて既設橋の性能評価のための枠組みを構築し，マニュアルの作成を行う.
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はロードレィティング手法を用いた既設橋の維持管理のための耐荷力評価手法を検討し，維持管理の枠組みの構築とマニュアルの作成を最終的な目的としている．具体的には橋梁の耐荷性能を設計活荷重に対する倍率（RF値）で数値化して表し，橋梁の運用方法（現状維持，補強・補修の実施，荷重制限）の策定に資するものである．一昨年度は実在の既設橋6橋（鋼単純合成鈑桁2橋，PCポステン合成桁，鋼3径間連続非合成箱桁橋，鋼3径間連続鋼床版箱桁橋，鋼3径間連続非合成鈑桁橋）についてケーススタディとして損傷無しの状態を仮定してロードレィティングを実施した．対象橋梁はいずれも旧設計基準で設計されており，それを現在の設計基準に基づきRF値を算出した．この結果を参照してロードレィティングの全体的な流れを検討し，基本ロードレィティングと詳細ロードレィティングの2段階からなる評価フローを作成した．今年度の検討項目と概要は以下のとおりである．
(1) 鋼トラス橋のLoad rating手法の開発：鋼トラス橋を対象としたロードレィティングを検討した．ロードレイティングは１次部材（上下弦材，斜材，鉛直材）と格点部に関して実施した．
(2) 鋼トラス橋のシステムリダンダンシーの検討：桁橋に対して提案したシステム係数の計算方法を鋼トラス橋に適用しシステムリダンダンシーを評価した．
(3) WIMデータを用いた実態活荷重係数の検討：昨年度は輪荷重系+ETCの組み合わせで取得したデータを用いて活荷重係数の検討を行ったが，今回はWeigh-In-Motionシステムより取得した別地点の荷重データから活荷重係数の検討を行った．
(4) 振動モニタリングによるRC床版の状態判定：RC床版の内部損傷（水平クラックなど）を床版裏面に設置した加速度計で供用時の振動を計測し，床版の損傷度を検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
(1)鋼トラス橋のLoad rating：鋼トラス橋の１次部材と格点部に関してロードレィティングを実施した．通常の設計で用いる梁柱モデルを用いた場合と，床版をシェル要素，床組をはり要素でモデル化したFEMモデルでRF値を算出した．これより3DFEMモデルを用いてもRF値の低減効果は期待できないことが分かった．さらに格点部に関して(a) 摩擦接合ボルトのすべり限界，(b)最外縁ボルト部におけるガセットプレートの降伏または破断，(c)ガセットプレートのブロックせん断破壊，(d)斜材等の降伏または破断，(e)圧縮斜材の先端部におけるガセットプレートの局部座屈，(f)ガセットプレートのせん断破壊に関してRF値を算出した．さらに，格点部に関しては腐食による減肉が生じた場合の，状態係数を検討した．
(2)鋼トラス橋のシステムリダンダンシーの検討：非線形FEM解析を用いてトラス橋に対してシステム係数を算定した．計算されたシステム係数は全てのケースでほぼ1.0で，2主構の鋼トラス橋に関してはシステムリダンダンシーは，ほぼ期待できないことが分かった．
(3) WIMデータを用いた実態活荷重係数の検討：昨年度の検討で用いた計測地点の大型車混入率は22%であったが，今回検討で用いた計測地点の大型車混入率は33%と比較的大型車混入率が大きい地点のデータを用いて荷重シミュレーションを行った．点検期間（5年）の2倍の10年で非超過確率が95%となる再現期間200年レベルを活荷重係数の95%信頼区間の上限値を既設橋の活荷重係数として提案した．
(4)振動モニタリングによるRC床版の状態判定：比較的健全な床版と損傷した床版について，振動モニタリング実施した．損傷した床版では40から100Hzに同定された振動モードが多数存在することがわかった．40から100Hzのモード同定数をパラメータに用いた床版の劣化度を判定する手法の可能性を示すことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) トラス橋の状態係数の検討：今年度は格点部について状態係数については提案を行った．しかし，上下弦材などの部材の状態係数の検討は未着手のため，今後はこれを実施する予定．部材の箱断面を構成する鋼板の腐食による減肉については，岸の提案する連成座屈式に関する最近の知見を用いて状態係数を検討する予定である．また，弦材箱断面の角溶接が集中的に腐食し角溶接がなくなる損傷がトラス橋において発生している．そのため，部分的に角溶接が無い箱断面の状態係数を検討する予定である．
(2) 振動モニタリングによるRC床版の状態判定：今年度の研究によって車両走行時のRC床版の振動モニタリングから40から100Hzのモード同定数をパラメータにして床版の劣化度を判定する手法の可能性が示された．しかし，3つの床版劣化パネルのみの計測結果であるため，今後は損傷度や床版パネルのアスペクト比などが異なるパネルの計測を実施し，結果の一般化を目指す．さらに，計測の簡略化を目的として計測点を減らして各パネル1点のみの計測で判定ができないか検討する．
(3) 既設橋評価マニュアルの作成：今での結果を総合して，ロードレィティング手法を用いた既設橋の評価マニュアルの作成する．
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
