2023 Fiscal Year Annual Research Report

鋼橋主桁横桁接合部の疲労き裂に対する実用的診断手法の構築

Research Project

Project/Area Number	21K04237
Research Institution	Tokyo Metropolitan University
Principal Investigator	村越潤東京都立大学, 都市環境科学研究科, 教授 (60355881)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	鋼桁橋 / 主桁-横桁接合部 / 疲労損傷 / 診断手法 / 疲労対策
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では、鋼桁橋の主桁-横桁接合部に発生する２次応力に起因する疲労き裂を対象として、橋梁点検データによるき裂の発生傾向の分析、実橋での応力計測及び橋全体系の応力・変形挙動の解析を行い、き裂が発生しやすい構造・載荷条件を明らかにするとともに、効果的な疲労対策方法を提示することにより、実用的な診断手法の構築を目的としている。 2023年度は、Ｈ形鋼桁橋の主桁-横桁接合部における疲労損傷事例をケーススタディとして、３次元立体モデルを用いて弾性有限要素解析を行い、局部応力と構造条件、さらに橋全体系の変形挙動との関係性について分析を行った。以下に、研究成果をまとめる。 1)横桁が接合される垂直補剛材上端部の局部応力発生の構造要因として、横桁接合部の構造詳細（横桁上フランジの連結板の有無）の影響が大きいことを確認した。また、外桁においては剛性防護柵の有無が同桁の変形を拘束し、局部応力を増加させる要因となることを確認した。 2)外桁を対象として、主桁上フランジとウェブの回転角差、及び垂直補剛材上端の面外変位を変形指標として設定し、それぞれの指標が垂直補剛材上端部の疲労損傷の直接的な原因である膜応力及び曲げ応力と相関性が高く、同指標による線形回帰式により局部応力を評価できることを示した。 3)橋全体系の変形挙動が局部応力に及ぼす影響の観点から、き裂進展抑制のための対策として、a)橋全体系の剛性向上による変形抑制、b)局部的な変形拘束緩和、の２方法による局部応力軽減効果の分析を行った。その結果、橋全体系の剛性向上策のうち、床版の耐荷性能を向上させるための床版増厚が、床版の変形抑制の観点から局部応力軽減に効果的であることを確認した。また、変形指標による局部応力の線形回帰式については、疲労対策による構造条件が異なる場合でも適用可能であることを示した。