2021 Fiscal Year Research-status Report

極大地震動作用下の挙動を踏まえた免制震橋の限界状態の再評価と損傷制御設計法の構築

Research Project

Project/Area Number	19K04568
Research Institution	防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
Principal Investigator	松崎裕防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (10506504)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	免震橋 / 免震支承 / RC橋脚 / 耐力比 / 地震応答特性 / 損傷制御 / 経年劣化 / ハードニング
Outline of Annual Research Achievements	令和3年度は、免震支承の一つである鉛プラグ入り積層ゴム支承における経年劣化の特性および免震橋としての動的挙動の特性を踏まえて、限界状態設定や損傷制御の在り方に関する検討を行った。免震橋は、設計地震動に対して、免震支承において主たる地震エネルギーを吸収し、RC橋脚は弾性応答もしくは小さな塑性変形に抑えるように設計されている。しかしながら、設計地震動の強度を超過する地震動作用下では、免震支承とRC橋脚のいずれにも終局限界状態への到達の可能性がある。令和2年度の検討結果や破断ひずみの不確定性を踏まえると、超過作用下において、免震支承のハードニングが顕在化するせん断ひずみ領域での免震支承の地震応答を抑制することが、免震支承の破断可能性を低減する上で重要である。そこで、RC橋脚の終局耐力に対する鉛プラグ入り積層ゴム支承のハードニング開始点における水平荷重の比率を耐力比として用いることで、免震橋の損傷制御を行うことについて検討した。そして、材料強度等の公称値や各種パラメータの平均値に基づいて評価された耐力比が1.2程度以上となるようにすれば、50年間にわたる経年劣化を考慮しても免震支承の破断可能性を十分に低減できることを明らかにした。また、支承条件を固定条件とした場合におけるRC橋脚としての固有周期が短い場合には、RC橋脚の降伏後における非線形応答の増加程度やそのばらつきが大きく、RC橋脚の終局変位への到達により、免震橋としての終局限界状態への到達が決定されやすくなることを明らかにした。このような動的挙動の特性のため、RC橋脚の固有周期が短い場合には、固有周期が長い場合に比べて免震支承の破断が生じにくくなることから、免震支承の破断を回避するために必要となる耐力比を低減させられることも明らかにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 免震橋の挙動における変化点としての限界状態と損傷制御に関する検討も進んでいるが、検討で明らかとなった免震橋の挙動特性も踏まえた上で、設計地震動よりも強い強度を有する超過作用下での損傷制御についてさらに検討を行う必要性が生じてきたことから、当初の研究計画を一部変更し、令和4年度に追加検討を行うこととした。そのため、本研究課題の主要検討項目である限界状態の再評価と損傷制御に関する研究全体としてはやや遅れていると判断した。
Strategy for Future Research Activity	RC橋脚の終局耐力に対する鉛プラグ入り積層ゴム支承のハードニング開始点における水平荷重の比率を耐力比として用いて免震橋の損傷制御を行うことで、受注生産品のため、長期の復旧期間を要する免震支承の破断を回避できることが明らかとなってきている。すなわち、免震支承の経年劣化や設計地震動よりも強い強度を有する超過作用の影響を免震支承が受けにくくなり、構造システムとしての免震橋の安全性が向上する。一方で、超過作用下では、最終的にRC橋脚において過大な変形が生じ得ることから、これまで明らかにしてきた挙動特性を踏まえて、免震橋としての復旧性により配慮した損傷制御設計法について検討していく予定である。
Causes of Carryover	受注生産品であり、長期の復旧期間を要する免震支承の破断は回避できても、超過作用下では、最終的にRC橋脚に過大な変形が生じ得ることから、このような挙動特性を踏まえて、免震橋としての復旧性により配慮した損傷制御設計法について検討していく必要性が生じた。そこで、当初の研究計画を一部変更し、深化させて検討を行うべく、その検討に必要となる電子計算機の購入費用、構造物の振動特性の評価、成果発表のための費用等として次年度に使用する必要性が生じた。