2017 Fiscal Year Research-status Report
鋼製橋脚を制震化するためのブレース接合構造に関する非線形性を考慮した設計法の提案
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16K06477
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
渡辺 孝一 名城大学, 理工学部, 准教授 (90387762)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 制震構造 / 座屈拘束ブレース / 鋼製橋脚 / 接合部 / 鋼構造 / ダンパー / 継手 / 低サイクル疲労 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，制震ブレースを既設の鋼製ラーメン橋脚に添加（付与）して，橋脚の制震性能を飛躍的に向上させるためのブレース（座屈拘束ブレースと接合ブラケットを一体化したもの）と橋脚の接合部に関する補強方法を提案するものである．鋼製ラーメン橋脚（基部）に制震ブレースを接合すると，ラーメン橋脚全体系の水平剛性が高くなることから，ブレース設置前の非制震構造よりも過大な応力が橋脚基部に作用する．従って，ブレースを接合する橋脚断面は適切な補強にとって地震力をブレースに伝達させることが不可欠である．本研究では，（１）制震化したラーメン橋脚とブレース軸力の伝達メカニズムを明かにし，ブレースと橋脚基部の損傷状態を明かにする．（２）ブレースとブレース接合部の構造を模型実験供試体により再現し，ブレースを接合した橋脚基部の変形性能を明らかにする．（３）ハイブリッド応答実験により，制震化したラーメン橋脚の地震時応答を取得し，研究代表者らが報告した既往の研究結果との比較検証により，鋼製ラーメン橋脚の適切な制震化に必要な補強設計方法を提案する．
この３つの研究目的に対して平成29年度までに，研究目的（１）および（２）を実施し，制震化のためブレースを接合した橋脚基部が終局状態に至るまでの変形挙動を実験的に明かにした．制震化した橋脚基部は，制震化によって制限された変形限界以上の繰り返し漸増載荷を与えた場合，ブレースを接合するため橋脚基部に設けたガセットとその補強リブ溶接部に発生し，ガセットを設置していない橋脚基部フランジ面に局部座屈が発生して耐荷を失い破壊に至ることを実験で明かにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成29年度においては，研究実績の概要で示した研究目的（１），（２）に対して実験および解析的検討を概ね終えている．制震ブレースを接合した橋脚基部は，橋脚に繰り返し漸増変位を与えると，終局時においてガセットに設置した面外変形防止用補剛材の橋脚との溶接接合部位に亀裂が生じることが確認され，橋脚フランジ面（ガセット非設置面側）に局部座屈が発生して橋脚の曲げ耐力が失われ，終局状態に至る破壊プロセスを明かにした．その破壊を最小限に留めるための橋脚内部の補強方法として，内部ダイアフラムの追加設置を検討し，シェル要素による立体解析モデルを構築した解析検討を行った．
この成果を平成29年度の土木学会年次講演会（九州大学）で成果を報告した．その後，橋脚基部内部の改善構造を反映した橋脚基部供試体を製作して，制震ダンパーと橋脚基部模型を一体化したハイブリッド実験を実施するための実験準備を進めている．
平成29年度までの研究成果により制震化した橋脚基部には，局部座屈による破壊が進行することを明かにしたことから，従来のハイブリッド実験に使用する解析モデルに改善が必要と考え，着目部位にシェル要素による立体モデルを採用し，ハイブリッド実験時に橋脚基部に発生する局部座屈を模擬可能とするモデルを構築した．
しかし，この解析モデルによる地震応答解析は，従来研究代表者が実施してきたハイブリッド実験よりも大幅に解析時間を要するため，長時間の実験サイクルで生じる計測誤差を適切に補正処理するために，実験システム改良に時間を要しており，査読付論文などへの成果の発表や実験の完了時期が遅れている．そのため研究の進捗状況は「やや遅れている」と判断する．しかし，システム改良は概ね順調に進んでおり，計画研究年度内に研究目的を達成することは可能と判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究目的を遂行するために実験システムのプログラム改修を行っており，当初計画の変更は必要ないと考えている．実験システム改修内容は，研究目的を遂行するために作成した部分シェル要素とファイバー要素の混在解析モデルの地震応答解析に要する時間が長くなり，従来のハイブリッド実験システムで想定していなかった問題を解消するための制御システムの改良である．
特に地震応答解析を行う解析に従来よりも多大な時間を要し，これは，これまで研究代表が実施してきたハイブリッド実験の３倍程度の実験時間が必要となることに関連した問題を回避する方策である．例えば，油圧ジャッキ荷重の安定のための制御ルーティンの改良や橋脚基部模型と制震ダンパーを一体化した実験装置は，剛性が高いことや重量も大きくなったことによる，駆動系に生じる摩擦の影響を考慮した計測システムの対応を進めている．
制震化のための設計法を提案するために必要となる検証データは取得できていることから，研究最終年度内に，実験を完了してデータの分析を進め，報告をまとめる予定である．
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| Causes of Carryover |
研究のための設備や実験に必要な予算執行は，研究計画に沿って支出を行っているが，研究目的を遂行するための実験について，当初想定した実験よりも大幅に計算時間を要することがわかり，実験データを正確に取得するための制御システムの見直しで実験計画に遅れが生じた．
そのため一部，実験供試体の製作を保留した．この予算を研究最終年度に当初金額と併せて執行予定である．
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