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塑性ヒンジ領域に新材料を用いることにより地震後の復旧を要しない橋脚の開発

研究課題

研究課題/領域番号 13450184
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 構造工学・地震工学
研究機関東京工業大学

研究代表者

川島 一彦  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20272677)

研究分担者 市川 篤司  鉄道総合技術研究所, 研究開発推進室, 主査(研究職)
渡邊 学歩  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (50334545)
睦好 宏史  埼玉大学, 工学部, 教授 (60134334)
堺 淳一  東京工業大学, 大学院・理工学研究科(日本学術振興会), 特別研究員
庄司 学  筑波大学, 機能工学系, 講師 (60282836)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
13,600千円 (直接経費: 13,600千円)
2003年度: 4,100千円 (直接経費: 4,100千円)
2002年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
2001年度: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円)
キーワード地震 / 断層 / 交通施設 / 震災対策 / 耐震設計 / 地震動 / 台湾・集々地震 / トルコ・ボル地震 / 橋梁 / 地震対策 / 鉄筋コンクリート / 免震設計 / 新技術
研究概要

首都圏に代表されるように、近年の都市機能の円熟化と複雑化にともない、大地震時といえども都市機能の停止が許されない時代を迎えており、インフラストラクチャーの地震被害に対して、いつまでも大地震時には損傷はやむを得ないといった発想ではなく、積極的に地震被害を受けず、地震後の復旧も必要としない構造物を開発することが求められるようになってきている。本研究は、このような背景の下に、大地震時に要求される曲げ変形特性を有しつつ、地震によって損傷せず、従って地震時にも機能を確保できると同時に、地震後に復旧が不要な橋脚を開発しようとするものである。
このため、橋脚の曲げ塑性変形によって損傷を生じるのは塑性ヒンジ領域と呼ばれるわずかな領域でしかないことに着目し、この領域に高性能ゴム等の復元力特性に富み、高面圧に耐えられる新材料を用いると同時に、高強度の鋼棒等によって軸方向にプレストレスを導入する等によって、目標とする4%ドリフトまでの橋脚変形に対して、塑性ヒンジ部の損傷を大幅に軽減できる橋脚の開発を目指した。
本研究では、塑性ヒンジ部に設置可能な材料の選定からスタートし、高面圧下での繰り返し載荷実験等から、免震支承に使用される高減衰ゴムがこれにふさわしいことを明らかにした。次に、塑性ヒンジ領域に高減衰ゴムをどのように設置するかについて、基本設計法を開発し、これに基づいて5体の1/8模型(断面400mm×400mmの正方形、有効高さ1.35m)を用いた繰り返し載荷実験を行った。この結果、ゴム層と橋脚躯体およびフーチングは固定する必要のあること、橋脚躯体とフーチング間の過度なせん断変形を防止するためにせん断キーが有効であること、これらを与えることにより開発目標とする4%ドリフトの変形に耐える構造とできること等を明らかにした。さらに、ファイバー要素解析に基づいて、軸方向鉄筋やコンクリートの損傷特性を分析した。こうした結果に基づいて、改良版の橋脚模型の設計方法を明らかにし、新たに6体の1/8模型に対する繰り返し載荷実験を行い、塑性ヒンジ区間にアンボンドのPC鋼棒による引張抵抗メカニズムやゴム層厚等の効果を検討した。この結果、開発目標とする4%ドリフトまで損傷を軽減した橋脚を建設可能であることを明らかにした。ただし、今後の課題として、塑性ヒンジ区間では、一般の鉄筋ではなく、より変形性能の高い鋼材を使用することが求められることも明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (69件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (69件)

  • [文献書誌] 睦好宏史, W.A.Zatar, H., 牧剛史: "プレストレスを導入した鉄筋コンクリート橋脚の耐震性状"土木学会論文集. 669/V-59. 27-38 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 川島一彦, 永井政伸: "塑性ヒンジ領域にゴム層を有する鉄筋コンクリート橋脚の開発"土木学会論文集. 703/I-59. 113-128 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 堺淳一, 川島一彦: "コンクリートの横拘束効果に及ぼす横拘束筋の配置間隔と中間帯鉄筋の影響"土木学会論文集. 717/I-61. 91-106 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松川亮平, 川島一彦, 堺淳一, 庄司学: "円形断面RC橋脚に対するスパイラル筋の横拘束効果"構造工学論文集. 48A. 715-724 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 堺淳一, 川島一彦: "引張力を含む変動軸力がRC橋脚の変形性能に及ぼす影響"構造工学論文集. 48A. 735-746 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Wael A.Zatar, Hiroshi Mutsuyoshi: "Logical on-line Hybrid Computer Actuator and Quasi-Static Testing Schemes of PC Columns"International Journal of IT in Architecture, Engineering and Construction. 1-3. 209-224 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 睦好宏史, 牧剛史, 山田伝一郎, 小西由人, 藤田亮一: "RCラーメン橋脚におけるはり部耐震補強に関する研究"土木学会論文集. 746/V-61. 215-228 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 牧剛史, 睦好宏史, 前川宏一: "RC杭体-地盤相互作用解析における線材モデルの適用性"土木学会論文集. 746/V-61. 57-70 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 佐々木栄一, 高橋和也, 市川篤司, 三木千壽, 名取暢: "鋼製ラーメン橋脚隅角部の補剛構造がその弾塑性挙動に及ぼす影響"土木学会論文集. 746/V-61. 57-70 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 安原真人, 藤橋秀雄, 市川篤司, 水谷太作: "既設鉄道橋の鋼製支承の水平耐力評価法に関する実験および解析的研究"構造工学論文集. 49A. 633-644 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 安原真人, 藤橋秀雄, 伊藤昭一郎, 市川篤司: "既設鉄道鋼製ヒンジラーメン橋脚隅角部の弾塑性挙動に関する実物交番載荷実験および解析"構造工学論文集. 49A. 415-426 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawashima, K: "Seismic Design of Concrete Bridges"Key Note Presentation, First fib Congress, Osaka, Japan. 1. 347-366 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 細入圭介, 川島一彦, 庄司学, 堺淳一: "アンボンド区間を有する鉄筋コンクリート橋脚の耐震性"第4回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集,土木学会. 4. 447-454 (2000)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 川島一彦, 永井政伸: "ダメージフリー橋脚の開発"第5回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集,土木学会. 5. 219-226 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 永井政伸, 川島一彦: "ダメージフリー橋脚の開発"第1回日本地震工学会研究発表討論会. 1. 229 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 永井政伸, 川島一彦, 庄司学: "塑性ヒンジ領域にゴム層を有する鉄筋コンクリート橋脚の開発"第56回年次学術講演会講演概要集,土木学会,熊本. (CD-ROM/部門1-3). I-A300 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Zatar, W.A., Mutsuyoshi, H.: "Control of Residual Displacement of RC Piers by Prestressing"Modeling of Inelastic Behavior of RC Structures Under Seismic Loads, ASCE. 590-604 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 堺淳一, 川島一彦: "修正Menegotto-pintoモデルの提案とその適用"第6回地震時保有耐力法に基づく橋梁等構造の耐震設計に関するシンポジウム. 6. 95-98 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takeshi Maki, Hiroshi Mutsuyoshi: "Seismic Behavior of Reinforced Concrete Piles under Ground,"Advanced Concrete Technology. 2-1. 49-64 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Wael A.Zatar, Hiroshi Mutsuyoshi: "R/C Frame Structures with Beams Wrapped by Aramid Fiber Reinforced Polymer Sheets"Advanced Concrete Technology. 12-1. 37-48 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Mutsuyoshi, H., Maki, T., Zatar, W.: "Seismic Behavior of Partially Prestressed Concrete Piers"Journal of Materials, Concrete Structures and Pavements. [669/V-50]. 27-38 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawashima, K., Nagai, M.: "Development of a Reinforced Concrete Pier with a Rubber Layer in the Plastic Hinge Region"Journal of Structure Mechanics and Earthquake Engineering. [703/I-59]. 113-128 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Sakai, J., Kawashima, K.: "Effect of Spacing of Tie Reinforcement and Cross Ties on Lateral Confinement of Concrete"Journal of Structure Mechanics and Earthquake Engineering. [717/1-61]. 91-106 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Matsukawa, R., Kawashima, K., Sakai, J., Shoji, G.: "Effect of Lateral Confinement by Spirals on Seismic Performance of Circular Reinforce Concrete Bridge Piers"Journal of Structural Engineering. [48A]. 715-724 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Sakai, J., Kawashima, K.: "Effect of Varying Axial Loads Including a Constant Tension on Seismic Performance of Reinforced Concrete Bridge Piers"Journal of Structural Engineering. [48A]. 735-746 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawashima, K.: "Seismic Design of Concrete Bridges ; Key Note Presentation"First fib Congress, Osaka, Japan. 347-366 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hosoiri, K., Kawashima, K., Shoji, G., Sakai, J.: "Seismic Performance of Reinforced Concrete Bridge Piers with Longitudinal Reinforcement Unbounded at the Plastic Hinge Zone"Proceedings of the Symposium on Ductility Design Method for Bridges. [4]. 447-454 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawashima, K., Nagai, M.: "Development of Damage-Free Bridge Columns"Proceedings of the Symposium on Ductility Design Method for Bridges. [5]. 219-226 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nagai, M., Kawashima, K.: "Development of Damage-Free Bridge Columns"First Symposium of Japan Association for Earthquake Engineering. [1]. 299 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nagai, M., Kawashima, K., Shoji, G.: "The Effeciveness of Unbounding of Main Reinforcements at Plastic Hinge Region for Enghancing Ductility of Reinforced Concrete Bridge Columns"Proceedings of Annual Conference of the Japan Society of Civil Engineers. (CD-ROM) [56-1-3]. I-A300 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] W.A.Zatar, H., Mutsuyoshi: "Control of Residual Displacement of RC Piers by Prestressing"Modeling of Inelastic Behavior of RC Structures Under Seismic Loads, ASCE. 590-604 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Sakai, J., Kawashima, K.: "Development of Modified Menegotto Pinto Model and Its Application"Proceedings of the Symposium on Ductility Design Method for Bridges. [6]. 95-98 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Sasaki, A., Takahashi, K., Ichikawa, A., Mizutani, D.: "Influences of Stiffening Methods on Elasto-Plastic Behavior of Beam-To-Column Connections of Steel Rigid Frame Piers"Journal of Structure Mechanics and Earthquake Engineering. [689/I57]. 201-214 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yasuhara, M., Fujihashi, H., Itoh, S., Ichikawa, A.: "Cyclic Loading Test by Using Real Specimens and Analysis on the Elasto-plastic Performance of Beam-to-column Connections Used in Existing Railway Steel Hinge-support rigid Frame Structures"Journal of Structural Engineering. [49A]. 415-426 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yasuhara, M., Fujihashi, H., Itoh, S., Ichikawa, A.: "Experimental and Analytical Studies to Evaluate the Strength of Casting Steel-Support Used in Existing Railway Steel Rigid Frame Piers"Journal of Structural Engineering. [49A]. 633-644 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 庄司学, 川島一彦: "鉄筋コンクリート橋脚の塑性回転が高減衰積層ゴム支承の設計に及ぼす影響"第26回地震工学研究発表会講演論文集,土木学会,札幌. 26. 1069-1072 (2001)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 細入圭介, 川島一彦, 庄司学, 堺淳一: "アンボンド区間を有する鉄筋コンクリート橋脚の耐震性"第4回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集,土木学会. 4. 447-454 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 川島一彦, 永井政伸: "ダメージフリー橋脚の開発"第5回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集,土木学会. 5. 219-226 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 永井政伸, 川島一彦: "ダメージフリー橋脚の開発"第1回日本地震工学会研究発表討論会. 1. 229 (2001)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 永井政伸, 川島一彦, 庄司学: "塑性ヒンジ領域にゴム層を有する鉄筋コンクリート橋脚の開発"第56回年次学術講演会講演概要集,土木学会,熊本. 部門1-3(CD-ROM). I-A300 (2001)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Zatar, W.A., Mutsuyoshi, H.: "Control of Residual Displacement of RC Piers by Prestressing"Modeling of Inelastic Behavior of RC Structures Under Seismic Loads, ASCE. 590-604 (2001)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 睦好宏史, WAEL ZATAR, 牧剛史: "プレストレスを導入した鉄筋コンクリート橋脚の耐震性状"土木学会論文集. 669/V-50. 27-38 (2001)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 川島一彦, 永井政伸: "塑性ヒンジ領域にゴム層を有する鉄筋コンクリート橋脚の開発"土木学会論文集. 703/I-59. 113-128 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 堺淳一, 川島一彦: "コンクリートの横拘束効果に及ぼす横拘束筋の配置間隔と中間帯鉄筋の影響"土木学会論文集. 717/I-61. 91-106 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 中澤宣貴, 川島一彦, 堺淳一: "ファイバー要素を用いたRC橋脚の地震応答解析法に関する研究"構造工学論文集. 48A. 799-810 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kawashima, K.: "Seismic Design of Concrete Bridges"Key Note Presentation, First fib Congress, Osaka, Japan. 1. (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kawashima, K.: "Seismic Performance of RC Bridge Columns subjected to Bilateral Excitation"Proc.Symposium on Environmental Issues related to Infrastructure Development. 339-348 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kawashima, K.: "New Technology for Enhancing the Seismic Performance of Reinforced Concrete Bridge Columns"Proc.The Asian Conference on Earthquake Engineering, Manila, Philippines. 17-29 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kawashima, K.: "Enhancement of Flexural Ductility of Reinforced Concrete Bridge Columns"Proc.First International Conference on Urban Earthquake Engineering, Center for Urban Earthquake Engineering, Tokyo Institute of Technology, Tokyo Japan. 1. 77-78 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 山岸睦功, 川島一彦: "免震ゴムビルトイン型RC橋脚の開発"土木学会論文集. 752/I-66. 43-62 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Maki, T., Mutsuyoshi, H.: "Seismic Behavior of Reinforced Concrete Piles under Ground"Advanced Concrete Technology. 2-1. 49-64 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Zatar, W.A., Mutsuyoshi, H.: "R/C Frame Structures with Beams Wrapped by Aramid Fiber Reinforced Polymer Sheets"Advanced Concrete Technology. 2-1. 37-48 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Zatar, W.A., Mutsuyoshi, H.: "Logical on-line hybrid computer actuator and quasi-static testing schemes of PC columns"International Journal of IT in Architecture, Engineering and Construction. 1-3. 209-224 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 睦好宏史, 牧 剛史, 山田伝一郎, 小西由人, 藤田亮一: "RCラーメン橋脚におけるはり部耐震補強に関する研究"土木学会論文集. 746/V-61. 215-228 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 牧 剛史, 睦好宏史, 前川宏一: "RC杭体-地盤相互作用解析における線材モデルの適用性"土木学会論文集. 746/V-61. 55-70 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 川島一彦, 永井政伸: "塑性ヒンジ領域にゴム層を有する鉄筋コンクリート橋脚の開発"土木学会論文集. 703/I-59. 113-128 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 堺淳一, 川島一彦: "コンクリートの横拘束効果に及ぼす横拘束筋の配置間隔と中間帯鉄筋の影響"土木学会論文集. 717/I-61. 91-106 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 川島一彦, 永井政伸: "ダメージフリーRC橋脚の開発"第5回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム,土木学会. 5. 219-226 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 松川亮平, 川島一彦, 堺淳一, 庄司学: "円形断面RC橋脚に対するスパイラル筋の横拘束効果"構造工学論文集. 48A. 715-724 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 堺淳一, 川島一彦: "引張力を含む変動軸力がRC橋脚の変形性能に及ぼす影響"構造工学論文集. 48A. 735-746 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 堺淳一, 川島一彦: "修正Menegotto-Pintoモデルの提案とその適用"第6回地震時保有耐力法に基づく橋梁等構造の耐震設計に関するシンポジウム,土木学会. 6. 95-98 (2003)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Wael A.Zatar, Hiroshi Mutsuyoshi: "Residual Displacements of Concrete Bridge Piers Subjected to Near Field Earthquakes"ACI Structural Journal. 99. 740-749 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Keerthi Ranasinghe, Hiroshi Mutsuyoshi, Hiroki Uchibori: "Cyclic Testing of Reinforced Concrete Columns with Unbonded Reinforcement"Proceedings of the Japan Concrete Institute. 24-2. 1141-1146 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 細入圭介, 川島一彦, 庄司学, 堺淳一: "アンボンド区間を有する鉄筋コンクリート橋脚の耐震性"第4回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集, 土木学会. 4. 447-454 (2000)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 川島一彦, 永井政伸: "ダメージフリー橋脚の開発"第5回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集, 土木学会. 5. 219-226 (2002)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 永井政伸, 川島一彦: "ダメージフリー橋脚の開発"第1回日本地震工学会研究発表討論会. 1. 299 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 永井政伸, 川島一彦, 庄司学: "塑性ヒンジ領域にゴム層を有する鉄筋コンクリート橋脚の開発"第56回年次学術講演会講演概要集, 土木学会. CD-ROM/部門1〜3. I-A300 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] W. A. Zatar, H. Mutuyoshi: "Control of Residual Displacement of RC Piers by Prestressing,"Modeling of Inelastic Behavior of RC Structures Under Seismic Loads, ASCE. 590-604 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 睦好宏史, WAER ZATAR, 牧剛史: "プレストレスを導入した鉄筋コンクリートの橋脚の耐震性状"土木学会論文集. 669/V-50. 27-38 (2001)

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      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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