2018 Fiscal Year Research-status Report
中空鋼製橋脚柱のコンクリート充填による耐震補強工法での耐力上昇の抑制法
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18K04322
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 耐震設計 / 鋼製橋脚 / 補強 / CFT / 変形能 / 耐力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
既設鋼製橋脚の中空鋼製柱の耐震補強の1つであるCFT化では，柱の変形能向上とともに，必ずしも望ましくない耐力上昇をもたらす．既設構造では基礎の補強が困難であるので，基礎の耐力がCFT化で上昇した柱の耐力を下回り，地震時に基礎の損傷が先行する可能性がある．その解決策として，充填コンクリートに中間弱層を導入して2相構造とすることを検討する．平成30年度は，この中間弱層の導入効果を数値解析により検討，確認を行った．
その結果，載荷初期ではほぼ無充填橋脚と同様の履歴曲線を描く一方，中間弱層が潰れ充填コンクリートに大きな圧縮力が生じるとCFT柱同様に局部座屈の進行が抑制され，耐力が再上昇にCFT柱と同様の耐力へ近づくことが明らかとなった．これを踏まえ，中間弱層の層厚をパラメータとしてパラメトリック解析を実施した結果，層厚が厚いほど充填コンクリートへ圧縮力が伝達され，耐力の再上昇が生じるタイミングが遅くなることがわかった．したがって，無充填橋脚のような大幅な耐力低下が生じない範囲で，CFT柱同様の耐力上昇をできるだけ遅らせるような層厚を適切に設定することが重要であることが判明した．
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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
平成30年度では，中間弱層導入による耐力上昇抑制効果を数値解析により検討，確認した．対象とする橋脚形状としては，円形断面および補剛矩形断面鋼製橋脚の2種類を対象とした．研究代表者の既往の研究でのCFT柱の精緻解析モデルと同様に，鋼柱は多軸繰り返し荷重下での履歴挙動が表現できる三曲面モデルを与えたシェル要素とし，充填コンクリートは損傷塑性モデルによるソリッド要素にひび割れが生じる断面に離散ひび割れを導入し，各界面には接触対により接触・離間挙動を表せるようにした．このモデルに中間弱層を表現する非線形ばね要素を導入することで，その中間弱層導入効果を評価した．その結果，「研究実績の概要」で述べたように，中間弱層の層厚が鋼製橋脚の履歴挙動を決定する主要な支配要因となり得ることが明らかとなった．
この数値解析による検討を踏まえ，平成31年度(令和元年度)に予定してしている繰り返し載荷実験に用いる橋脚縮小模型の設計を行った．CFT柱では変形能が大幅に向上することから，保有する試験装置の載荷能力の制限，特に載荷可能変位を考慮して柱高さを比較的低く設定するものとした．
また，中間弱層の材料の選定および特性の把握のための圧縮試験を実施した．ここでは，材料が潰れるまでは伝達圧縮力が非常に小さいものを選定し，実験時の施工性も考慮して，段ボールとスチレンボードの2種類について検討した．いずれの材料も初期厚さの20%程度になると大きな伝達力が生じることが把握できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度では，これまでの数値解析結果を踏まえ，まず，橋脚縮小模型による載荷実験により中間弱層の導入効果を検討する．実験としては，円形断面橋脚，補剛矩形断面橋脚それぞれについて，無充填，通常のCFT(コンクリート充填)，中間弱層導入の各1体について実験を実施し，特に耐力再上昇前の耐力低下量，耐力再上昇後の耐力上昇量の2点に着目して，検討を行う．なお，中間弱層の層厚や位置は平成30年度実施の数値解析で最適と判断される値とする．
実験結果を踏まえ，下記のフィードバックを行う．
１．数値解析モデルのキャリブレーション：実験で得られた履歴曲線や変形状態からそれを再現するよう，鋼材，コンクリート，中間弱層の材料モデルをキャリブレーションし，より実験結果を再現するようモデルのブラッシュアップを行う．
２．中間弱層の特性の最適化：実験結果を踏まえ，より適切な中間弱層の諸元について検討を行う．ここでは，層厚や位置だけでなく，橋脚の履歴挙動から今回検討した以外の材料がふさわしいと判断される場合には新たに検討対象の材料を追加することも考える．
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| Causes of Carryover |
当該年度(平成30年度)の当初所要額の97%程度を使用しており，ほぼ予定していた執行金額となっている．残額＝次年度使用額は供試体製作費の一部に充てるよていである．
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Research Products
(1 results)
