ロッキング基礎免震を適用した橋梁の耐震性能と有効性の検討

Research Project

Project/Area Number	23K04017
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
Research Institution	Anan National College of Technology
Principal Investigator	井上貴文阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 准教授 (50734315)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	角野拓真阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 講師 (80963264)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords	橋梁 / 耐震 / ロッキング基礎免震 / 基礎の浮き上がり / 振動台実験
Outline of Research at the Start	橋梁に作用する地震外力は不確定性が高く、予測は困難であることから、様々な地震動に対して優れた耐震性能を持つ橋梁の開発が求められている。本研究では、基礎の浮き上がりによる免震効果を積極的に活用するロッキング基礎免震を適用した橋梁について、その耐震性能と有効性を振動台実験および解析により検討する。橋梁模型の形状・質量などを変化させ、様々な実地震動を与えることで、優れた耐震性能を持ち実用的な機能を有する橋梁条件を見出す。また、この優れた橋梁条件を適用した実橋梁の解析モデルを作成し、既存の免震支承を適用したモデルとの比較検証を解析により行うことで、ロッキング基礎免震の効果と有効性を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	基礎の浮き上がりによる免震効果を積極的に活用するロッキング基礎免震を適用した橋梁について、橋梁全体系を模擬した縮小模型を用いて、その耐震性能を振動台実験により検討した。まず、実験に用いる縮小模型の製作を行った。上部工、2基の直接基礎形式の橋脚、地盤、支承からなる橋梁模型を、鋼材、アルミニウム材、ゴム材により作製した。支承部は固定支承を模擬するためヒンジ構造とした。作製した橋梁模型を用いて振動台実験を実施した。地震動毎に、橋脚の断面力・桁の水平変位を計測し、それらの平均値や変動係数を求めて整理し、ロッキング基礎免震の効果について検討を行った。橋脚の断面力は動ひずみを計測することにより求めた。桁の水平変位はレーザー変位計により計測した。検討の結果、複数の橋脚を有する橋梁模型について、ロッキング基礎免震の効果により、最大曲げモーメントが低減することがわかった。また、入力地震動が異なることによる最大曲げモーメントの変動係数は、基礎固定の場合に比べて小さくなり、ロバスト性にも優れた特性を示すことがわかった。代表的なケースについては、橋脚の断面力・桁の水平変位に加えて、基礎端における地盤反力のデータの収集を行った。地盤反力として、圧力計により、基礎底面に生じる鉛直方向の圧力を測定し、基礎の浮き上がり挙動を評価した。その結果、地盤反力から基礎の浮き上がり挙動を確認することができた。さらに、次年度に実施する実験の準備として、複数パターン（3パターンの橋脚の高さ、2パターンの上部工の質量）の橋梁模型を作製した。また、実験結果の再現解析を行うため、橋梁模型を離散型骨組構造モデルとしてモデル化し、解析モデルを作成した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 年度当初に予定していた項目をおおむね達成することができた。まず、実験に用いる縮小模型の製作し、入力地震動として用いる実観測記録の収集することができた。作製した橋梁模型を用いた振動台実験の実施し、橋脚の断面力・桁の水平変位・基礎端における地盤反力を計測し、それらの平均値や変動係数を求めて整理し、ロッキング基礎免震の効果について検討を行い、ロッキング基礎免震についての知見を得ることができた。さらに、次年度に行う検討の準備として、複数パターンの橋梁模型の作製し、また、再現解析のための解析モデルを作成することができた。
Strategy for Future Research Activity	作製した解析モデルを用いて、実験結果の再現解析を実施する。実験結果と解析結果が大きく異なる場合は、モデル化の方法や解析モデルのパラメータを見直す。桁の変位量は実橋梁において許容できるものかどうかなど、使用性の点から検討する予定であったが、縮小模型の性質上、実橋梁における使用性を検討することは困難であったため、桁の変位量を評価するに止めることとした。さらに、複数パターン（3パターンの橋脚の高さ、2パターンの上部工の質量）の橋梁模型を用いて実験を実施し、優れた耐震性能を持ち実用的な機能を有する橋梁条件を見出す。また、地盤模型を用いて土被りの影響について検討するための模型作製を行う。3パターンの土被り厚について実験を行い、実験結果を整理・考察し、土被り厚により免震効果がいかに変化するかを明らかにする。基礎底面で測定している圧力により、基礎の浮き上がりを評価する。さらに、ロッキング基礎免震を適用した実規模の橋梁を解析し、免震効果が認められるか検討し、さらに、ロッキング基礎免震の有効性を明らかにするため、免震支承（LRB）を施した解析も同様の条件下で検討を行い、性能の比較検討を行う。ロッキング基礎免震の有効性について、得られた結果を取りまとめ、成果の発表を行う。