Development of rocking isolation bearing and fundamental study for the application on bridge structures
| Project/Area Number |
22K14313
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
He Xinhao 東北大学, 工学研究科, 助教 (20899091)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 免震構造 / 橋梁 / 地震工学 / ロッキング挙動 / 補修と補強 / 耐震性能評価 / 構造工学・地震工学 / ロッキング免震支承 / 防災 |
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| Outline of Research at the Start |
橋梁に対して、抜本的な耐震性能の向上を図るための1つの有効な手法としては免震支承を用いる方法がある。過去の地震では、中規模以上の橋梁でよく使われてきたピン支承のアンカーボルトの抜け出しの被害事例が代表例である。このような損傷メカニズムについては、支承下沓にロッキング振動が励起されることが要因となる一方、支承が結合されている上部構造や下部構造の大きな損傷には至っていない。本研究は、支承のロッキング振動を利用することによりこれまでに例のない全く新しい免震支承システムを提案する。地震時の動的特性と共に免震効果の最大化を図るための設計条件を解明するための基礎的な検討を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ロッキング免震支承RIBSを採用した橋梁を対象に、縮小模型を製作し振動台実験を実施しました。複数の入力パターンと共に、上部構造の質量および地震動の鉛直成分の影響を調査しました。実験を通じてRIBSの動的特性を検証し、先行研究により提案された橋梁地震応答解析モデルの妥当性について検討しました。さらに、RC橋脚を含む一般高速道路橋を対象に、橋脚の非線形特性をモデル化し、RIBSおよび鉛入りゴム免震支承LRBを使用した地震応答解析モデルを開発しました。設計地震動レベル2の振幅を段階的に増加させながら、設計地震動の2倍に相当する地震動シナリオも考慮しました。支承の最大変位、RC橋脚の塑性率、橋梁システムにおける地震エネルギー吸収量、および上部構造と下部構造の振動位相差特性に基づき、パラメトリックスタディを行い、異なる免震支承を使用した橋梁の地震応答特性の違いを総合的に評価しました。得られた主な知見は以下の通り：
1. 縮小模型振動台実験の結果、理論値に近いロッキング振動が観察され、上部構造の変位と慣性力の関係が負剛性になることが確認されました。また、ロッキング振動が元の位置に戻る瞬間に、鉛直方向と水平方向で急増する支承反力が観察され、これはロッキング回転の符号が反転する際に生じる衝突現象によるものと考えられます。これは先行研究で提案された反発係数の特徴と一致しています。
2. 耐震性能の観点から、支承の最大応答変位は上部構造と支承本体の安全性を、橋脚の塑性率は下部構造の安全性を反映しています。設計上、両者ともに小さい方が望ましいです。レベル2の解析結果に基づき、適切なRIBSのパラメータ設定により、LRBと同様の制御効果が期待できることが明らかになりました。また、全体の検討ケースにおいて、LRBを用いた場合は支承応答変位が大きく、RIBSを用いた場合は橋脚塑性率が高い傾向があります。
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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
当初の計画になかった縮小橋梁の実験を通じて、RIBSの動的挙動を想定通りに確認することができ、これはRIBSの実用化に向けた重要な進展を意味しています。この成果は、本年度の研究が当初の計画を上回る進捗を遂げていることを示しています。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. RIBSが設置される台座の材質や形状を変更すること、またはエネルギー吸収と最大変位制限の機能を持つ他の機構との併用を検討します。これにより、より効果的な挙動制御が可能になると期待されます。
2. すべりを考慮した新たな解析モデルの開発を進めます。現行のモデルではRIBSと台座部の摩擦を無限大と仮定しており、すべり現象が未考慮です。実験結果から、ロッキングとすべりが独立または同時に発生することが明らかになったため、これらの条件を整理し応答予測の精度向上につなげることが重要です。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
