建設コスト縮減を目指した鋼アーチ橋梁の開発に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650480
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 山尾 敏孝 熊本大学, 工学部, 教授 (40109674)
• 研究分担者: 岩坪 要 八代工業高等専門学校, 土木建築工学科, 助手 (60290839) ; 崎元 達郎 熊本大学, 工学部, 教授 (50029302)
• キーワード: 鋼アーチ橋 / 復元力モデル / 非線形動的解析 / 組み合わせ荷重 / 相関強度曲線 / 箱形補剛断面 / 高軸力

研究概要

昨年に続いて、実際に供用され、最近数年館に建設された100〜200m程度の上路及び中路鋼アーチ橋梁20橋以上について、アーチ主部材の形状寸法、使用司法書、断面形状、鋼種及び建設コストなどの設計データの資料収集を行った。これよりアーチリブの断面形状、補剛断面のフランジとウエブの幅厚比パラメータと補剛材の剛比と関係を詳細に検討し、明らかにした。
次に、アーチ橋が地震を受けた場合の耐震設計に必要な非線形動的解析法を確立を目指して、軸力の影響を考慮した曲げモーメント及びねじりが作用する場合の復元力モデルの開発と相関強度曲線の誘導を実施した。実アーチ橋梁の代表的な断面を取り出し、軸力NとねじりTを受ける場合及びねじりがM-φ曲線に及ぼす影響について検討した。解析は、現有の弾塑性有限変位FEMプログラムを用い、幅厚比パラメータを変化させた断面を有する短柱部材を取り出して行った。短柱部材であれば、真直ぐな部材でも曲がり部材でもどちらも利用可能となる。この耐荷力解析より軸力がねじりに及ぼす影響やN-Tの相関強度曲線を導いた。また、同時に単一材の鋼アーチ模型を製作して自重を載荷した状態に面外の繰り返し荷重を作用させる実験を実施して、軸力、曲げ及びねじりが作用する場合の挙動特性と実現象を考察した。現在、これらの実験結果と解析プログラムの比較検討を実施している。
実橋梁の設計データをもとに解析モデルを作成し、開発したN-T相関強度曲線を3次元非線形動的解析法に導入しようとしたが、妥当な解が得られず更に改良が必要となった。しかし、軸力変動がアーチの曲げ挙動に及ぼす影響が明らかになり、アーチ橋の耐震設計に3次元非線形動的解析の重要性が確認された。

研究成果

• [文献書誌] 佐藤昌司, 山尾敏孝, 村本祐樹, 原田秀則: "軸力と曲げを受ける補剛箱形部材の復元力モデルの一提案"土木学会平成13年度全国大会講演概要集. 582-583 (2001)
• [文献書誌] 山尾敏孝, 村本祐樹, 原田秀則, 原岡雅史: "アーチ橋の復元力モデルと3次元応答解析について"第26回地震工学研究発表会講演論文集. 1025-1028 (2001)
• [文献書誌] T.Yamao, Y.Muramaoto, H.Harada: "Ultimate strength and Cyclic bending behavior on stfiffened steel box-section members under high axial compression"Sixth Pacific Structural Steel Conference, Beijing China. Vol.1. 345-350 (2001)
• [文献書誌] 原田秀則, 山尾敏孝, 村本祐樹: "高軸力下の補剛箱形断面部材の曲げ繰返し挙動特性に関する研究"構造工学論文集. Vol.48A. (2002)
• [文献書誌] 東原 聡, 山尾敏孝, 原岡雅史, 金山 亨: "圧縮とねじりを受けるアーチ断面部材の終局挙動と相関強度関係"土木学会西部支部研究発表会講演概要集. (2002)