2018 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)
海老澤 健正 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90332709)
吉田 純司 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (90345695)
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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．平成28，29年度にすでに実施したCFT橋脚で支持された高架橋模型の加振による崩壊実験ならびにトラス橋の死荷重下の下弦材破断による崩壊実験に基づき，鋼材の材料構成則や解析モデルのキャリブレーションをすることで，崩壊挙動を再現できる高精度FEモデルを整備した．鋼材ではとくに延性き裂発生に至るまでの大きなひずみ領域での構成則を同定した．さらに，高架橋やトラス橋の崩壊までの時刻歴応答解析を実施することで，崩壊挙動特性の詳細を把握するとともに構造系のパラメータを変化させたパラメトリックスタディにより，各パラメータが崩壊挙動特性に与える影響を調べた．そして，これらの結果をもとに，崩壊制御設計での利用を視野に入れて，構造系が崩壊状態にあるか否かを判定する方法，崩壊モードの同定法を検討した．
２．構造物の崩壊に対する抵抗性向上策について，高架橋とトラス橋を対象に１．で検討した高精度のFEモデルを用いた解析により検討を行った．これは，耐震設計に抵触しないように構造系の耐震設計での終局限界以降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）を向上させるものである．具体的には，a)各構成部材の終局限界以降のエネルギ吸収能を向上させる方法，b)部材破壊後に複数の荷重再配分経路を構造系内に確保して構造系としてのエネルギ吸収能を向上させる方法の2段階の対応法について検討した．
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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
１．高架橋とトラス橋の崩壊挙動解析モデルの高精度化：平成28，29年に実施したCFT橋脚で支持された高架橋模型の加振による崩壊実験ならびに，死荷重下のトラス橋模型の下弦材破断による崩壊実験に基づき鋼材の構成則や構造解析モデルのキャリブレーションを行うことで，崩壊挙動が再現できる高精度FEモデルを整備した．
２．崩壊挙動特性の把握と崩壊判定法の検討：まず，高架橋やトラス橋を対象に高精度FEモデルによる動的解析を実施し，崩壊挙動の特性をパラメトリックに把握した．つぎに，構造系が崩壊状態に到達したことを判定する厳密な方法と実用的な方法を検討した．厳密な方法としては，構造系の応答を精緻なFEモデルで追跡し，崩壊挙動を示しているか否かを直接判定する方法を検討した．実用的な方法としてはエネルギに基づく判定法を検討した．すなわち，部材破壊時における構造系の運動エネルギK1を実用的な耐震解析で算定する一方，部材の破壊から構造系全体の崩壊に至るまでの，部材破断で生じる運動エネルギK2と構造系が吸収するエネルギEは静的なModal Pushover解析で評価する．そして，全運動エネルギ(K1+K2)が吸収エネルギEを上回るときに崩壊と判定する．本判定法の妥当性をトラス橋について検証した．
３．まず，構成部材の終局限界以降のエネルギ吸収能向上による耐崩壊性能向上策を検討した．具体的な耐崩壊性能向上策として，鋼部材のCFT化と耐力抑制を施す耐崩壊性能向上策について数値解析で検討し，所定の効果を検証した．つぎに，部材破壊後に構造系の荷重再配分によるエネルギ吸収能向上の特性を調べるために，鋼製橋脚単体と橋脚間の荷重再分配作用のある連続高架橋での崩壊挙動を高精度FEモデルで詳細に解析した．その結果，荷重再分配により，橋脚のピーク以降のエネルギ吸収能が向上し耐崩壊性能が向上するメカニズムを確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度までの成果を踏まえ，耐崩壊性能向上策として崩壊防止構造の検討を行う．さらに，本年は最終年度であることから，これまでの研究成果を取りまとめ，崩壊制御設計法を構築する．
１．重要構造物の崩壊防止に用いる崩壊防止構造の検討：重要な構造物の崩壊を確実に防止するために，応答が崩壊限界を越えた場合に機能して崩壊を防止する下記の2種類の構造を提案し，その効果を検証するとともに設計法を検討する．
a)崩壊防止ケーブル：ケーブルは初期状態においては弛ませておき，構造物の応答が耐震設計の崩壊限界を越えた時に機能させ崩壊を防止する． b)崩壊防止橋脚：高架橋を対象に既存橋脚の中間に設置する橋脚である．この橋脚はレベル2地震時までは機能せず，既存橋脚の崩壊時に上部構造の自重を支持することを目的とする．
２．構造物の応答が終局限界を超える場合に対処する崩壊制御設計の構築：崩壊制御設計の方策として，以下を実施する．
a)崩壊挙動予測のためのFE解析の整備：連続高架橋やトラス橋の崩壊実験でキャリブレーションを行った高精度FEモデルを汎用化し，実用化するための検討を行う． b)崩壊照査法の提示：高精度のFEモデルを用いた時刻歴応答解析をもとに崩壊状態にあることを逐次照査する精緻な手法の他に，実用的な方法として，通常の耐震解析と静的なModal Pushover解析に基づくエネルギ法による崩壊照査法の適用性と精度をより広い範囲で検討し，実務での崩壊照査法を整備する． c)耐崩壊性向上策および崩壊防止構造の導入法の提示：崩壊に対する抵抗性の向上法として，部材の変形能とエネルギ吸収能向上法や荷重伝達機構の冗長化による方法の具体的な導入概念を整理する．また，崩壊防止構造の設計概念も提示する．
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