長大スパン斜張橋の静的、動的安定性を確保できる限界最小断面構成の特定

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650472
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 長井 正嗣 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (20207971)
• 研究分担者: 藤野 陽三 東京大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20111560)
• キーワード: 吊形式橋梁 / 斜張橋 / 安全率 / 終局強度 / フラッター / 横ねじれ座屈 / 弾塑性 / コスト低減

研究概要

本研究は、長大スパン斜張橋を対象に静的、動的安定性が確保できる限界最小断面の追求を行ったものである。斜張橋のコスト低減を達成するには、主桁断面をいかに、安全かつ小さくするかにかかっている。安全な小型断面の設定はケーブルサイズ、塔サイズの低減、また基礎工事費の低減に結びつくものである。本研究では主桁断面の小型化の追及とあわせて、相対的に高価なケーブルの安全率低減の可能性も検討している。まず、ケーブルの安全率低減の可能性に関する研究から得られた結果を要約する。
1)斜張橋においては、ケーブルの塑性伸びに起因じて、大きな圧縮軸力を受ける主桁が座屈し、終局状態となる。2)終局時の荷重倍率(終局時の作用荷重と死、活荷重の比)は極めて簡単に計算できる。すなわち、ケーブルの耐力と発生最大応力の比でもって安全側に推定できる。3)ケーブルの安全率を現行の2.5(破断に対して)から2.2に低下させても、橋梁全体の安全率1.7は確保できる。4)フラッター風速、横ねじれ座屈が生じる風速は、ともにケーブル安全率の影響を受けない。一般に前者に比べて後者の風速が低いが、設計風速はクリヤできる。
ケーブルの安全率を2.2に低減した上で、静的、動的安定性を確保できる最小断面の特定に関する研究から得られた結果を要約する。
1)桁幅としてスパンの50-55程度を選び、塔位置の桁端部(横断面内)の板厚を適切に補強すれば安定性(フラッター、横ねじれ座屈)の確保が可能となり、これまで言われてきた比40は限界とならない。2)面内耐力の観点からは桁高はかなり小さくできるが、製作性、架設時安定性、維持管理を念頭に入れて2.0-2.5mを最小とする。桁幅が広い場合、橋軸直角方向にに発生する応力も念頭に入れて最小桁高を検討する必要がある。3)終局時の荷重倍率は、ケーブルでは、耐力と発生最大応力の比、主桁、塔では、局部座屈強度と発生最大応力の比を計算し、いずれか最も小さい値を選べばよい。

研究成果

• [文献書誌] 長井正嗣, 謝旭, 山口宏樹, 野上邦栄, 新井田勇二: "斜張橋主桁の終局挙動、強度特性の解明と安定照査に関する一考察"土木学会論文集. No.647, 1-51. 253-265 (2000)
• [文献書誌] Nagai.M., Yamaguchi.H., Nogami.K.: "Effect of inelastic cables in ultimate behavior and strength of steel cablestayed bridges"Proc. of International Conference on Steel Structures of the 2000's (Istanbul, Turkey). 215-220 (2000)
• [文献書誌] 長井正嗣, 謝旭, 山口宏樹, 野上邦栄, 新井田勇二: "斜張橋ケーブルの非弾性挙動が終局挙動、強度に与える影響および安全率低減に関する一考察"土木学会論文集. No.661, 1-53. 85-94 (2000)
• [文献書誌] Nagai.M., Yamqaguchi.H., Nogami.K., Fujino.Y.: "Effect of cable size on static and dynamic instabilitiese of Long-span cable-stayed bridges"Proc. of IABSE Conference-Cable Supported Bridges- (Seoul, Korea). CD-ROM. (2001)
• [文献書誌] 野上邦栄, 岩崎秀隆, 柴田晃一, 長井正嗣: "長大斜張橋主桁の耐荷力評価法としてのEf法の制度と終局強度照査法"土木学会論文集. No.668, 1-54. 217-230 (2001)
• [文献書誌] 岩崎秀隆, 野上邦栄, 長井正嗣: "超長大一部他定式斜張橋の終局強度に与えるパラメータの影響"土木学会構造工学論文集. Vol. 48A. 77-86 (2002)