重度の腐食損傷を受けた鋼橋の耐荷力性能評価と機能回復に関する研究

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22360180
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: 有住 康則 琉球大学, 工学部, 教授 (90109306)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 下里 哲弘 琉球大学, 工学部, 准教授 (90452961) ; 山田 義智 琉球大学, 工学部, 教授 (80220416) ; 富山 潤 琉球大学, 工学部, 准教授 (20325830)
• Keywords: 鋼橋 / 腐食損傷 / 腐食環境 / 耐荷力性能評価 / 残存耐荷力 / 機能回復

Research Abstract

本研究の目的は、架設後30年を経過し,著しい腐食損傷による桁機能喪失により落橋した活荷重単純合成鈑桁橋を実暴露構造物と捉え、まず初めに,橋梁管理者より提供された鋼桁を用いて腐食劣化した桁のせん断実験供試体を製作し、詳細な板厚減耗量等測定後に耐荷力実験を行う。次に,耐荷力解析を行い、それらの結果より腐食した鋼桁の残存耐荷力評価手法の開発を目指す。本年度は以下の項目について研究を実施した。
1.橋梁管理者より提供された腐食した実鋼主桁を用いて、腐食した桁のせん断実験供試体2体を製作した。供試体製作後に,コンピュータ制御の電動モータによって水平及び垂直方向のレール上を移動可能なレーザー変位計を設置した計測装置を製作し,その装置を用いて腐食実験供試体の残存板厚及び初期たわみの測定を詳細に行った。
2.実験供試体2体について5000kN高性能アクチュエーターを用いてせん断耐荷力実験を実施した。実験結果を詳細に検討した結果,腐食損傷の程度及び腐食形態が鋼桁のせん断耐荷力に影響を及ぼすことが明らかとなった。
3.実験桁と同一寸法を有する腐食解析モデルを用いて耐荷力解析を行った。解析では,実験供試体をアイソパラメトリックシェルでモデル化し,弾塑性有限変位理論に基づいた汎用構造解析プログラムMSC MARCを用いて行い,要素は8節点厚肉曲面シェル要素(要素番号22)を用いた。腐食による腹板の板厚減少量は要素の板厚を変化させ考慮した。解析結果と実験結果を比較した結果,本解析結果は腐食部材のせん断耐荷力,変形モード等について,実験結果を精度よく評価できることが確認された。
4.上記解析手法を用いて,実橋で得られた腐食パタン,腐食減厚量を種々変化させパラメトリック解析を行い,腹板の腐食状況(腐食パタン)及び腐食の進行度(腐食減厚量)が鋼桁のせん断耐荷力に影響を及ぼすことが明らかとなった。