| Project/Area Number |
24K00971
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
松村 政秀 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 教授 (60315976)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅井 光輝 九州大学, 工学研究院, 教授 (90411230)
張 浩 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (90452325)
梶田 幸秀 九州大学, 工学研究院, 准教授 (10403940)
岩坪 要 熊本高等専門学校, 生産システム工学系ACグループ, 教授 (60290839)
森山 仁志 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 講師 (50825495)
渡部 慎也 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 助教 (60980472)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2026: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
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| Keywords | 河川橋梁 / 横荷重 / 性能評価 / 耐水対策 / 耐震対策 / 地震 / 増水 |
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| Outline of Research at the Start |
地震や豪雨などの自然災害により河川橋梁の流失や損壊が頻発している．我が国の約68%の橋梁を管理する市区町村の河川橋梁には，計画高水位に対する桁下余裕高は小さく，耐震化も進んでいない既存不適格な橋梁が多く，地震および河川増水に対し致命的な損壊とならないような対策の実施が急務である．
本研究では，構造工学・地震工学・計算力学・水工学を専門とする研究者が協働し，橋梁の被災実態を解明し，荷重の作用と構造側の抵抗の観点から，設計想定を上回る強地震や河川増水による横荷重の作用に対して既存不適格や越水リスクが高い河川橋梁の冗長性を向上・確保し，落橋や流失を防止できる構造や照査法を提案する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，構造工学，地震工学，計算力学，水工学の専門家が連携し，近年多発する地震や豪雨による河川橋梁の被災実態を解明するとともに，荷重の作用と構造の抵抗性能の観点から，既存不適格や越水リスクの高い橋梁の冗長性向上を目指した構造対策および設計・照査法を提案することを目指している．令和6年度には，上部構造と下部構造の接合部の性能や橋脚の流失メカニズムを重点的に調査した．横荷重の作用に対して落橋を防止する対策として，支承構造や鋼製ストランドロープの力学特性を把握するためソリッドの有限要素モデルを構築し，基礎的な耐荷力評価を行った．また，地下水位が高く軟弱地盤が分布する河川橋梁では，地震時に橋台背面土が側方流動に類似した変状を示すことを踏まえ，地盤と構造の連成を考慮した3次元有効応力地震応答解析を実施した．さらに，水理実験により，群杭やベーン工を用いた洗掘軽減策が橋脚周辺の地形変動に与える影響を検討し，各対策工の有効性を定量的に把握した．加えて，任意形状の壁面に対応可能な速度－圧力一体型SPH法による流体解析も行い，橋脚はじめ河川内の構造物への洪水流作用の定量評価のための解析事例を構築した．これらの成果の一部は，令和2年7月豪雨による球磨川の橋梁被災事例に基づき，構造工学の視点から被災シナリオとして整理し，構造力学や水工学の専門家らが聴講した応用力学分野のオンラインフォーラムにおける招待講演にて広く発信・共有した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，河川橋梁の冗長性向上および被災防止に向け，流体力の作用や構造側の抵抗に関連する課題解決を目指し，分野横断的な取り組みを進めている．令和6年度の実施内容のうち，鋼製ストランドロープに関しては，作成したソリッド有限要素モデルを用いて，側線が部分的あるいは完全に欠損した状態での残存耐力評価を実施しており，応力再分布の傾向と破断時の力学的挙動について知見を蓄積している．小規模河川に見られる組積造橋脚等の耐震性，耐水性の向上に適用可能な接着アンカー工法にも着目し，材料特性や施工性に基づく基本的な力学性能の評価を進めている．また，地盤と構造の連成を考慮した3次元有効応力解析については，地震時における地盤流動現象の再現に向けたモデルを構築できた一方，地盤移動量の再現精度には課題が残っており，モデル改良の余地が確認された．水理実験では，局所洗掘特性の把握が計画通り順調に進んでおり，群杭やベーン工の洗掘抑制効果を定量的に評価できている．これらの成果は，橋梁の耐震・耐水性向上に資する実践的な知見として，今後の研究実施機関内に，照査法や対策工の提案につなげる計画である．また，橋梁計画，構造計画の観点から，想定を上回る横力の作用に対して安全な橋梁を設計する設計プロセスを，研究会の立ち上げ検討することを考え，その準備を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では，これまでに得られた成果を基礎として，横荷重の作用に対するより総合的な構造物の安全性評価および対策技術の確立を目指す．FEM解析に基づき鋼桁，支承部，落橋防止ケーブルの力学的性能評価を継続し，いずれも実構造に近い条件下での耐荷性能および冗長性を定量的に明らかにする．地震応答解析については，熊本地震の被害再現を目指し，現時点では弾性構造として仮定している橋梁構造物に対して，非線形挙動の影響を考慮したモデルの高度化を進める予定である．また，河川構造物に用いられる連結部や連結構造にも着目し，材料試験とFEM解析を組み合わせ，損傷に至る挙動の解明を進める．水理実験では，局所洗掘の軽減効果が期待できる対策として，橋脚周辺の流れ制御手法を検討し，複数の対策工の比較検討を通じて配置最適化を考える．また，超過洪水時に橋梁が水没した状況を模擬し，その周辺流れの評価と可視化にも繋げたい．さらに，設計想定を上回る外力に対しても安全性を確保できる橋梁設計プロセスの構築を目指し，橋梁計画や構造計画の観点から，研究者・実務者を交えた研究会の立ち上げを検討し，その準備を進める．
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