2020 Fiscal Year Research-status Report

強震で損傷した鋼橋の的確な早期復旧を可能とするハイブリッド補強設計法の研究

Research Project

Project/Area Number	19K04584
Research Institution	Meijo University
Principal Investigator	渡辺孝一名城大学, 理工学部, 教授 (90387762)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	鋼橋の桁端部損傷 / 支承取り換え / ジャッキアップ / 模型実験とＦＥＭ解析
Outline of Annual Research Achievements	令和２年度に実施した事前検証用I桁模型実験によって本研究目的を達成するために必要な基礎的実験データ分析を進めた．令和２年度は実験に用いる油圧ジャッキの作用荷重を安定させるシステム改善を行った．その結果，損傷を想定した桁のジャッキアップ時の一連の油圧ジャッキ駆動中の桁の昇降変位とひずみゲージ等の実験データを10秒程度の短時間でも安定して記録することが可能となった．この改善の結果，研究目的の一つである桁のウェブ表面にひずみゲージを添付して，ひずみデータの計測網を形成する「計測グリッド」に関する具体的な適用方法を確立した．計測グリッドは小型模型実験において96%以上の高い精度で支点反力を推定できることを実証した．また，この推定法の適用条件について具体的検討を行った．まず，ひずみゲージ設置断面について，対象とする桁のジャッキアップ位置を基準位置として捉え，その位置で桁のせん断応力が急変するよく知られた構造力学の特性を利用した検討を行った．ジャッキアップ前後で生じる桁の内部応力の増減差分と対象桁のウェブ断面積値を用いることで，ジャッキアップ中のジャッキ反力が未知であっても，桁を構成する鋼の材料定数を乗じることで，簡便に支点反力を推定可能であることを実証し，その成果を学会発表した．現段階ではこの計測グリッドによる推定方法は，ジャッキアップにより桁の支点荷重が受け変わることが必要条件である．また，この予備実験によりジャッキアップ対象桁のジャッキ作用点に発生する局所的な応力分布の変化がゲージ計測精度に影響することをFEM解析で捉えた．計測グリッド適用のためにFEM解析を併用しつつ，明確にすることが今後の課題である．さらに，ジャッキアップ操作で，予期せぬ桁の損傷を回避するためのハイブリッド補強法を構築するために，鋼桁の1/3縮尺模型とFEM解析を併用して研究実験を継続する予定である．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 令和２年度までに実施した予備実験を経て，本研究目的の一つである，計測グリッド構築は概ね完了しているが，ジャッキアップ操作で予期せぬ桁の損傷を回避するためのハイブリッド補強法を構築するための，鋼桁の1/3縮尺模型とFEM解析モデルを併用して研究実験は概ね6カ月遅延している．最終的な実証実験に使用するビルドアップによる実験模型I桁（３台）は令和２年度末に完成し，実験施設に搬入を終えている．今後は，縮尺模型実験実施のために実験載荷フレームの再構成作業を行う必要があるが，新型コロナウィルス感染症感染防止対策を講じながら，実験作業を進めることは非常に効率が悪く，実験スケジュール全体の遅延要因となっている．しかし，研究遂行のための実験装置等の設置，調整作業が遅延となる点は，机上のFEM解析検討にて，計測グリッド設置位置やジャッキアップ時に生じる桁の局所荷重の影響を解析するなど実験，解析の両面から研究を進めている．
Strategy for Future Research Activity	本研究目的の一つである，計測グリッドによる推定の構築は完了している．ただし，具体的な適用条件については，令和３年度内に実施する桁の1/3縮小模型実験で実証する予定である．また，縮尺模型実験装置の構築と平行して，FEMソフト側の部分解析モデル構築の検討を進めている．縮小模型実験では，ジャッキアップ時に不可避の損傷が生じる場合の，補強方法の提案も本研究課題としており，実験装置の構築と測定結果のチェックが完了次第，適宜，実験を進める予定である．また，ジャッキアップ対象桁のジャッキ作用点に発生する局所的な応力による，桁の損傷を回避するためのハイブリッド補強法を構築するために，計測グリッドからの推定データを外部FEM解析ソフトと連携して演算するハイブリッド実験システムの構築を進めている．こららの成果を取りまとめて，提案するハイブリッド補強法の確立の有効性を検証する予定である．
Causes of Carryover	研究の進捗状況は全体としてやや遅延しているが，計画した予算に対して研究遂行のために必要な実験供試体の製作，計測装置のアップグレードにより実験装置の改良など，計測精度を向上するための執行を終えている．なお，当初予定していた学会発表がオンライン開催のために旅費不要となったことから，旅費の支出予定が中止となったことで，若干の差異が生じた．これらは，コロナ禍の状況の改善度合いに応じて，今後予定されている学会旅費もしくは消耗品購入等に充当する予定である．