車両の衝突により損傷を受けた跨道橋鋼桁の安全性評価基準と対処法

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K06184
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 山口 栄輝 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (90200609)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 鋼橋 / 車両衝突 / 変形 / 鋼桁 / 鋼板パネル / 耐荷力

Outline of Annual Research Achievements

車両衝突による実際の損傷を参考にして，鋼橋モデルを作成した．平成27年度の検討対象とは異なった橋で，衝突箇所の水平変位は186mmとなっており，より大きく変形している．この変形はウェブの面外変形に伴うものであり，これ以外にも，垂直補剛材の座屈や溶接接合部亀裂，横支材と垂直補剛材接合部の破壊などの損傷が生じている．
垂直補剛材との接合部が破壊した横支材の中に，主桁下フランジに挟まれたものがあった．その状態を参考にして，３次元複合非線形有限要素解析を行うことで，衝突荷重を推定した．これにより，衝突後の変形状態を有限要素解析で再現することが可能になった．
この結果をもとに，無損傷鋼桁，衝突により損傷した鋼桁，損傷を1.5倍にした鋼桁の耐荷力を３次元複合非線形有限要素解析で算定した．解析に際しては，損傷域外側の２点に同じ大きさの集中荷重を作用させた．解析の結果，衝突により耐荷力は8.1％低下しており，損傷が1.5倍になると10.1％低下することが判明した．設計時には1.7の安全率が取られていることを考えれば，衝突による損傷はかなりのものであるが，直ちに交通規制を行う必要はないと判断される．ちなみに，衝突による水平変位はスパンの1/144，1.5倍の損傷では1/95となっている．
衝突による変形が鋼板パネル（垂直補剛材間のウェブ）の耐荷力に及ぼす影響についても，検討した．鋼板パネル両端の垂直補剛材に集中荷重を作用させ，曲げ応力の影響が支配的な場合とせん断応力の影響が支配的な場合を対象とした．検討の結果，衝突による変形によって，耐荷力がむしろ増加することもあった．これは，衝突による変形と荷重による変形のモードが異なることに起因すると考えているが，同様の現象をひずみ硬化で説明している研究もあり，さらに検討していく予定である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実際の衝突による損傷のみならず，より大きな損傷を受けた場合の影響についても，検討することができた．

Strategy for Future Research Activity

損傷度合いと，それが鋼橋に及ぼす影響の関係を明らかにする予定である．この検討は，材料非線形性，幾何的非線形性の両方を考慮した３次元複合非線形有限要素解析により行う．

Causes of Carryover

予定していた学会に出席できなかったことなどにより，次年度使用額が生じた．

Expenditure Plan for Carryover Budget

データ処理関連の経費などに充当するとともに，研究成果を逐次公表して議論に付すための経費にも使用する予定である.