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ロッキング機能を有する新しい免震支承システムの提案及び橋梁へ適用の基礎検討

研究課題

研究課題/領域番号 22K14313
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分22020:構造工学および地震工学関連
研究機関東北大学

研究代表者

He Xinhao  東北大学, 工学研究科, 助教 (20899091)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード免震構造 / 橋梁 / 地震工学 / ロッキング挙動 / 補修と補強 / 耐震性能評価 / 構造工学・地震工学 / ロッキング免震支承 / 防災
研究開始時の研究の概要

橋梁に対して、抜本的な耐震性能の向上を図るための1つの有効な手法としては免震支承を用いる方法がある。過去の地震では、中規模以上の橋梁でよく使われてきたピン支承のアンカーボルトの抜け出しの被害事例が代表例である。このような損傷メカニズムについては、支承下沓にロッキング振動が励起されることが要因となる一方、支承が結合されている上部構造や下部構造の大きな損傷には至っていない。本研究は、支承のロッキング振動を利用することによりこれまでに例のない全く新しい免震支承システムを提案する。地震時の動的特性と共に免震効果の最大化を図るための設計条件を解明するための基礎的な検討を行う。

研究実績の概要

ロッキング免震支承RIBSを採用した橋梁を対象に、縮小模型を製作し振動台実験を実施しました。複数の入力パターンと共に、上部構造の質量および地震動の鉛直成分の影響を調査しました。実験を通じてRIBSの動的特性を検証し、先行研究により提案された橋梁地震応答解析モデルの妥当性について検討しました。さらに、RC橋脚を含む一般高速道路橋を対象に、橋脚の非線形特性をモデル化し、RIBSおよび鉛入りゴム免震支承LRBを使用した地震応答解析モデルを開発しました。設計地震動レベル2の振幅を段階的に増加させながら、設計地震動の2倍に相当する地震動シナリオも考慮しました。支承の最大変位、RC橋脚の塑性率、橋梁システムにおける地震エネルギー吸収量、および上部構造と下部構造の振動位相差特性に基づき、パラメトリックスタディを行い、異なる免震支承を使用した橋梁の地震応答特性の違いを総合的に評価しました。得られた主な知見は以下の通り:
1. 縮小模型振動台実験の結果、理論値に近いロッキング振動が観察され、上部構造の変位と慣性力の関係が負剛性になることが確認されました。また、ロッキング振動が元の位置に戻る瞬間に、鉛直方向と水平方向で急増する支承反力が観察され、これはロッキング回転の符号が反転する際に生じる衝突現象によるものと考えられます。これは先行研究で提案された反発係数の特徴と一致しています。
2. 耐震性能の観点から、支承の最大応答変位は上部構造と支承本体の安全性を、橋脚の塑性率は下部構造の安全性を反映しています。設計上、両者ともに小さい方が望ましいです。レベル2の解析結果に基づき、適切なRIBSのパラメータ設定により、LRBと同様の制御効果が期待できることが明らかになりました。また、全体の検討ケースにおいて、LRBを用いた場合は支承応答変位が大きく、RIBSを用いた場合は橋脚塑性率が高い傾向があります。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画になかった縮小橋梁の実験を通じて、RIBSの動的挙動を想定通りに確認することができ、これはRIBSの実用化に向けた重要な進展を意味しています。この成果は、本年度の研究が当初の計画を上回る進捗を遂げていることを示しています。

今後の研究の推進方策

1. RIBSが設置される台座の材質や形状を変更すること、またはエネルギー吸収と最大変位制限の機能を持つ他の機構との併用を検討します。これにより、より効果的な挙動制御が可能になると期待されます。

2. すべりを考慮した新たな解析モデルの開発を進めます。現行のモデルではRIBSと台座部の摩擦を無限大と仮定しており、すべり現象が未考慮です。実験結果から、ロッキングとすべりが独立または同時に発生することが明らかになったため、これらの条件を整理し応答予測の精度向上につなげることが重要です。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Nanjing Tech University(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Advances in Rapid Damage Identification Methods for Post-Disaster Regional Buildings Based on Remote Sensing Images: A Survey2024

    • 著者名/発表者名
      Gu Jiancheng、Xie Zhengtao、Zhang Jiandong、He Xinhao
    • 雑誌名

      Buildings

      巻: 14 号: 4 ページ: 898-898

    • DOI

      10.3390/buildings14040898

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a bidirectional rocking isolation bearing system (Bi‐RIBS) to control excessive seismic response of bridge structures2023

    • 著者名/発表者名
      He Xinhao、Unjoh Shigeki、Yamazaki Shinsuke、Noro Tadayuki
    • 雑誌名

      Earthquake Engineering and Structural Dynamics

      巻: 52 号: 10 ページ: 3074-3096

    • DOI

      10.1002/eqe.3913

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 振動台実験によるRIBSの簡易モデルの妥当性検証2024

    • 著者名/発表者名
      武田 昌樹, 何 昕昊, 運上 茂樹
    • 学会等名
      令和5年度土木学会東北支部技術研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ロッキング免震支承( RIBS)を用いた橋梁の地震応答特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      田尻 佳大, 何 昕昊, 運上 茂樹
    • 学会等名
      令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会 I(61) 2023年9月
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Control of excessive bridge responses under unanticipated earthquakes through an innovative rocking isolation bearing system (RIBS)2022

    • 著者名/発表者名
      Xinhao He
    • 学会等名
      The 8th World Conference on Structural Control and Monitoring (8WCSCM)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Seismic Response Characteristics of Bridges with Rocking Isolation Bearing System (RIBS)2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro TAJIRI
    • 学会等名
      The 8th World Conference on Structural Control and Monitoring (8WCSCM)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Control effectiveness of an innovative rocking isolation bearing system (RIBS) on excessive bridge responses under unanticipated earthquakes2022

    • 著者名/発表者名
      Xinhao He
    • 学会等名
      日本地震工学会第 13 回年次大会梗概集
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ロッキング免震支承(RIBS)を用いた橋梁の地震応答特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      田尻 佳大
    • 学会等名
      令和3年度土木学会東北支部技術研究発表会 I-21
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] Damage Identification of Post-Disaster Structures

    • URL

      https://doi.org/10.3390/buildings14040898

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] https://8wcscm.org/abstracts/263.pdf

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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