2017 Fiscal Year Annual Research Report
大振幅振動する新幹線高架橋PRC桁の多点長期モニタリングとTMDによる振動制御
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16H06097
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
水谷 司 東京大学, 生産技術研究所, 特任講師 (10636632)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 鉄道高架橋 / PRC（プレストレストRC）桁 / 大振幅振動 / 振動計測 / 有限要素法 / PRC-車両連成解析モデル / 動的解析 / TMD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
東日本だけで同一・類似設計桁がある複数の新幹線高架橋PRC（プレストレストRC）桁において車両通過時に正常な桁より大きな変位が生じ，「整備基準値」を上回る鉛直振動が観測された．新幹線システムの安全性をより確実なものにするためにこの大振幅振動メカニズムの解明および多数の同一・類似設計桁の長期モニタリングによる構造特性の把握と将来予測およびその振動制御のための具体的な提案が必要である．既存の対策案では大規模で高コストの補強工事が必要であるため，本研究では安価かつコンパクトなTMDを使った振動制御技術の提案と数値解析的分析などを実施しその効果を検証する．
このような研究背景のもの本年度は初年度構築したPRC桁-車両連成解析モデルにTMDモデルを加えて，振動制御効果の高いパラメーターを有するTMDの概略設計を実施した．対象とするPRC桁の質量は附属物を含めて約706ｔであり，土木構造物で一般的に使用される主構造物の1 %程度の質量をもつTMDを用いるとするとTMDは7ｔ程度になる．マスを鋼製とすると１ m3程度の大きな体積を要することになるため，現段階では新幹線高架橋の上り下りの中央両サイドのスペースにTMDの質量を分散して配置することを想定している．TMDの剛性および減衰のパラメーターの最適値は，PRC桁が非線形性を有することから，前年度構築した各季節のPRC桁-車両連成解析モデルに現実に可能な配置で分散させたTMDモデルを加えて数値解析的に推定を行った．
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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
当初予定していた通り，初年度構築したPRC桁-車両連成解析モデルにTMDモデルを加えて，振動制御効果の高いパラメーターを決定することができた．また，具体的な複数のTMDの配置についても，当初の計画で想定していた通り新幹線高架橋の上り下りの中央両サイドのスペースにTMDの質量を分散して配置することで，効果があることが数値解析的に示すことができた．これらの計算にはTMDの剛性および減衰のパラメーターの最適値は，PRC桁が非線形性を有することから，前年度構築した各季節のPRC桁-車両連成解析モデルに現実に可能な配置で分散させたTMDモデルを加えて数値解析的に推定を行ったが，これについても当初予定していた通りに実行できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
大振幅振動を有する新幹線PRC桁の振動制御技術を開発するまでに，これまでに現地における調査および振動計測や有限要素モデルを使ったMTDによる振動制御効果の検証を行ってきた．その結果，実際のPRC桁の振動を制御するためのTMDの配置や構造パラメーターについておおよその決定ができた．今年度これまでの検討を踏まえて，実際の桁の振動を制御するための，TMDの試設計を実施し，その上で可能な限り現地での有効性検証実験を実施する予定である．本研究の遂行のため当該橋梁を管理しているJR東日本からの情報提供と現地調査協力を得て実施する．
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