2017 Fiscal Year Annual Research Report
想定を超える極大地震動作用時の橋の大規模崩壊現象の解明とその制御法の提案
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16H02359
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
後藤 芳顕 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90144188)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野中 哲也 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20772122)
小畑 誠 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30194624)
吉田 純司 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (90345695)
海老澤 健正 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90332709)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 耐震構造 / 崩壊制御 / 動的応答解析 / 振動台実験 / 耐震設計法 / 終局挙動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．連続高架橋大型模型の水平2方向同時加振による崩壊挙動実験：上部構造をゴム支承で支持した3種類の2径間連続高架橋供試体の加振による崩壊実験を中国同済大学の世界最大級の橋梁用マルチ振動台で実施した． 供試体は，(a)高架橋を支持する3橋脚すべてがT型のCFT橋脚の供試体1体，(b)3橋脚のうち中央の1橋脚を逆L型CFT橋脚として橋脚の偏心による影響を検討する供試体2体(b-I，b-II)からなる．事前に想定した実験での崩壊シナリオは(a)と(b-I)の供試体では橋脚の損傷による崩壊，(b-II)では支承破断先行型の崩壊とした．実験ではいずれも想定シナリオ通りの崩壊を再現でき，貴重な実測データが得られた．橋脚の損傷による崩壊を想定した(a)および(b-I)の実験から，高架橋内のT型CFT橋脚と逆L型CFT橋脚では崩壊モードが大きく異なり，前者では低サイクル疲労き裂がCFT橋脚鋼管の周方に伝搬することにより，後者では橋脚全体の塑性曲げ変形で崩壊した．偏心のある橋脚の方が延性的な崩壊が生じることが観察された．
２．連続高架橋の崩壊挙動解析のための高度FEモデルの補正：鋼製橋脚が損傷して高架橋が崩壊するケースを対象にその挙動を再現しうるように鋼材の繰り返し構成則の改良を行った．具体的には，従来考慮できなかった引張試験ピーク点以降の大ひずみ領域での硬化挙動を逆解析で同定するとともに高架橋の加振実験結果に基づきキャリブレーションすることで，実験結果をより正確に再現するモデルを構築した．また，数値計算の収束性や計算コストの問題で事実上実行が不可能であった複数のCFT橋脚で支持された高架橋の軟化領域までの挙動解析を実現するためのセグメントモデルを新たに開発した．ゴム系支承については，加振実験に先行して実施した支承単体の破断実験に基づきゴム層に適用する材料構成則の改良を行った．
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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
平成29年度に実施を計画していた１．連続高架橋の水平2方向加振実験による崩壊挙動の解明，２．連続高架橋の加振実験結果に基づく高度FEモデルの補正の各研究項目についてほぼ予定通りに遂行することができた．
１．については，平成29年8～9月に中国同済大学のマルチ振動台を用いて3体の供試体の加振による崩壊実験を実施した．実験では事前に想定したシナリオ通りの崩壊挙動を再現することができ，その基本的な崩壊特性を把握するとともに平成30年以降の解析的検討に用いるために必要な実測データを得ることができた．
２．については，重要な橋脚部の倒壊挙動を再現できるように，鋼材の構成則のモデルの適用範囲を拡張するとともに，高架橋の加振実験結果に基づくキャリブレーションを行うことで高架橋の崩壊挙動解析の高精度化を図ることができた．ゴム系支承部の再現解析については，破断に至るまでの繰り返し荷重下での超弾性および塑性挙動の再現性の向上を検討している段階であり，破断条件の提示と破断条件のモデル化に関して若干遅れが生じている．なお，平成30年度で検討を予定していた崩壊状態を判定する手法については，本年度先行して1質点および2質点系を対象に手法を提示・検証した．これを踏まえ高架橋のような多自由度系へ拡張することができると考えている．以上から，全体として研究進捗は概ね当初予定通りであるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．平成29年度までに行った高架橋の崩壊実験に基づきキャリブレーションを行った高度で精緻なFE モデルによる時刻歴応答解析を用いて構造系のパラメータを変化させて崩壊挙動特性への影響を詳細に検討する．この検討結果をもとに崩壊の有無を照査するとともに，その崩壊モードを同定する手法として次の2種類の方法の適用性を検討する．なお，崩壊制御設計で照査する崩壊限界としては極大地震動が作用した橋が余震で倒壊に至らない損傷の限界として定義する．
a.高度で精緻なFE モデルによる時刻歴応答解析を直接用いて構造物の地震時の挙動を追跡して崩壊の有無と照査するとともに崩壊モードを同定する方法．
b.通常の耐震照査に用いる時刻歴応答解析で構造系の運動エネルギを評価するとともに各種部材の局部破壊モードを想定して局部破壊から全体崩壊限界までに生じる運動エネルギと構造系が吸収できるエネルギを静的なModal Pushover 解析で評価し，全運動エネルギが静的崩壊点に至るまでの吸収エネルギを上回るときに崩壊と判定する方法．またこのModal Pushover 解析で崩壊モードを同定する実用的なエネルギ法．
２．１．の手法を用いて崩壊に対する抵抗性向上策の検討を行う．すなわち，耐震設計に抵触しないように終局限界以降の構造系のエネルギ吸収能を高めることで崩壊に対する抵抗性（耐崩壊性能）を向上させる．①構成部材の終局限界以降の変形能の向上，②部材破壊後に複数の荷重再配分経路を構造系内に確保，の2 段階での対応などを検討する．具体的な検討と最適化は高度FEモデルを用いた解析で行う．
なお，「進捗状況」に記述したように，ゴム系支承の破断条件の提示と破壊挙動のモデル化に若干遅れが生じているが，上記の構造系の崩壊に関する検討とは相互に独立した内容であり並行して研究を進めることができるため，研究の進捗には問題ないと考える．
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