本 章 で は ， 第 2章 で 示 し た 疲 労 基 本 荷 重 と そ の 荷 重 を 補 正 す る 係 数 ， そ し て 応 力 計 算 法 の 考 え 方 と ， 第 3 章 で 示 し た 疲 労 強 度 に 基 づ き ，3 本 の ミ ド ル ビ ー ム を 有 す る 溶 接 タ イ プ の モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 を 対 象 と し ， 中 央 あ る い は 端 部 に 配 置 す る ミ ド ル ビ ー ム と ミ ド ル ビ ー ム を 支 持 す る サ ポ ー ト ビ ー ム の 溶 接 接 合 部 に つ い て ， 疲 労 耐 久 性 の 照 査 例 を 示 し た ． こ こ で 示 し た 主 な 内 容 は 以 下 の と お り で あ る ．
(1) 疲 労 基 本 荷 重 に 用 い る 等 価 輪 重 を 国 道 23 号 上 り 線 の 55.4kN と 仮 定 し た 場 合 ， 衝 撃 係 数（i＝0.4），リ バ ウ ン ド 係 数（ αR＝0.1），荷 重 分 担 率（ αS＝0.6），水 平 方 向 力 を 考 慮 し た 補 正 係 数（ αh＝0.2），そ し て 走 行 位 置 荷 重 補 正 係 数（ αh l＝0.92）を そ れ ぞ れ 仮 定 し て 求 め ら れ る 疲 労 荷 重 は 56.5kN と な る ．
(2) 疲 労 荷 重 （56.5kN） と そ の 疲 労 荷 重 に 対 応 す る 車 両 の 通 過 軸 数 を 1 日 1 車 線 あ た り 15,728 と 仮 定 し て ， そ れ ぞ れ の 場 合 に つ い て 疲 労 耐 用 年 数 を 試 算 す る と ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 溶 接 部 の 疲 労 耐 用 年 数 は 短 く 計 算 さ れ た ．
(3) 疲 労 基 本 荷 重 と そ の 頻 度 に つ い て は ， 第 2 章 に 示 し た 考 え 方 に 基 づ い て ， 道 路 管 理 者 に よ り 設 定 さ れ る こ と が 望 ま し い と 考 え る ． そ れ ら の 設 定 で は ， 必 ず し も 画 一 的 で は な く ， 路 線 の 重 要 度 や 交 通 実 態 な ど を 踏 ま え ， い く つ か に 分 類 と す る と い っ た 選 択 も 考 え ら れ る ． そ の 判 断 材 料 と な る 車 両 重 量 や 軸 数 な ど に 関 す る デ ー タ を さ ら に 蓄 積 ・ 分 析 す る こ と が 重 要 と 考 え る ．
(4) 今 回 の 照 査 で 用 い た 疲 労 基 本 荷 重 （ 等 価 輪 重 ） を 補 正 す る た め の 衝 撃 係 数 や リ バ ウ ン ド 係 数 ， そ し て 水 平 方 向 力 を 考 慮 し た 補 正 係 数 は ， 過 去 に 実 施 し た 走 行 試 験 か ら 求 め た 安 全 側 の 値 で あ る ． こ れ ら の 係 数 が 常 に 作 用 す る と 仮 定 し て 求 め た 疲 労 荷 重 が ， 断 面 力 の 最 大 と な る 位 置 に 載 荷 さ れ る と 仮 定 し て い る た め ， 疲 労 寿 命 が 短 く 計 算 さ れ た と も 考 え ら れ る ． た だ し ， 荷 重 分 担 率 は 静 的 載 荷 試 験 結 果 に 基 づ い て お り ， 動 的 荷 重 下 で は 分 か っ て い な い ． 疲 労 照 査 の 精 度 を 高 く す る に は ， こ れ ら の 補 正 係 数 に つ い て ， 計 測 等 に よ り さ ら に 検 討 す る 必 要 が あ る と 考 え る ．
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【 参 考 文 献 】
[1] 国 土 交 通 省 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 ： 道 路 橋 の 設 計 自 動 車 荷 重 に 関 す る 試 験 調 査 報 告 書 ‐ 全 国 活 荷 重 実 態 調 査 ‐ ， 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 資 料 第 295 号 ， 平 成 18 年 1 月 ．
[2] 高 田 佳 彦 ， 木 代 穣 ， 中 島 隆 ， 薄 井 王 尚 ：BWIM を 応 用 し た 実 働 荷 重 と 走 行 位 置 が 鋼 床 版 の 疲 労 損 傷 に 与 え る 影 響 検 討 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.55A，pp.1456-1467，
2009年 3月 ．
[3] 日 本 鋼 構 造 協 会：鋼 構 造 物 の 疲 労 設 計 指 針・同 解 説 ‐ 付・設 計 例 ‐2012年 改 訂 版 ， 技 報 堂 出 版 ，2012 年 6月 ．
[4] 八 木 貴 之 ，山 田 健 太 郎 ，小 塩 達 也：道 路 橋 伸 縮 装 置 の 疲 労 耐 久 性 評 価 法 の 検 討 ，土 木 学 会 論 文 集 A，Vol.63 No.3，pp.486-495，2007年 7月 ．
106 第 ６ 章 結 論
本 研 究 で は ， ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 接 合 に 溶 接 を 用 い る モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 疲 労 耐 久 性 評 価 手 法 の 考 え 方 を 整 理 す る 目 的 で ， 疲 労 荷 重 や 応 力 計 算 法 ， 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 に つ い て 検 討 す る と と も に ， 疲 労 照 査 を 行 う た め に 不 可 欠 な 溶 接 部 の 疲 労 強 度 を 明 ら か に し た ． す な わ ち ， 疲 労 荷 重 や 応 力 計 算 法 ， 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 に つ い て は ， 各 国 の 耐 久 性 評 価 基 準 や 既 往 の 研 究 を 踏 ま え ， 現 在 の 活 荷 重 実 態 か ら 求 め た 等 価 輪 重 を 疲 労 基 本 荷 重 と 考 え ， 疲 労 基 本 荷 重 を 補 正 す る 衝 撃 や リ バ ウ ン ド ， 荷 重 分 担 の 各 係 数 ， そ し て ド イ ツ や ア メ リ カ で 考 慮 さ れ て い る 水 平 力 に つ い て ， 実 物 大 試 験 体 を 用 い た 走 行 試 験 と 静 的 載 荷 試 験 で 検 討 を 行 っ た ． 疲 労 基 本 荷 重 に そ れ ぞ れ の 補 正 係 数 を 乗 じ た 疲 労 荷 重 に よ り 求 め る 溶 接 部 の 公 称 応 力 は ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 構 造 を 可 能 な 限 り 再 現 で き る よ う に ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 上 下 位 置 を 考 慮 し た 三 次 元 骨 組 構 造 で 求 め る こ と を 考 え た ． 疲 労 強 度 に つ い て は ， 完 全 溶 け 込 み 溶 接 部 に 生 じ る 疲 労 き 裂 を 対 象 と し て ， 溶 接 部 の 寸 法 と 形 状 の 異 な る 試 験 体 の 疲 労 試 験 と 応 力 解 析 を 行 う こ と に よ り 検 討 し た ． そ し て ， 疲 労 荷 重 や 応 力 計 算 法 ， 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 と 明 ら か に し た 疲 労 強 度 に 基 づ き ，3 本 の ミ ド ル ビ ー ム を 有 す る 溶 接 タ イ プ の モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 を 対 象 と し た 疲 労 耐 久 性 の 照 査 例 を 示 し た ．
各 章 で 得 ら れ た 結 果 は 以 下 の と お り で あ る ．
第 ２ 章 伸 縮 装 置 の 断 面 設 計 と 疲 労 照 査
第 2章 で は ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 現 行 の 断 面 設 計 法 と 溶 接 部 に 対 す る 疲 労 照 査 法 を 示 し た ． 疲 労 照 査 法 で は ， 国 内 外 の 手 法 の 整 理 を 行 う と と も に ， 疲 労 照 査 に 必 要 と な る 疲 労 荷 重 ， 応 力 計 算 法 ， 疲 労 強 度 ， そ し て 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 を 示 し た ． こ こ で 示 し た 主 な 内 容 は 以 下 の と お り で あ る ．
(1) モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 断 面 設 計 で 用 い る 力 は ， 道 路 橋 示 方 書 に 示 さ れ る 床 版 お よ び 床 組 を 設 計 す る 場 合 の 活 荷 重（T 荷 重 ）に 衝 撃 係 数（i＝0.4）を 考 慮 し た 値 で あ る ．そ の 際 に 用 い る ミ ド ル ビ ー ム の 断 面 力 は ，サ ポ ー ト ビ ー ム を 支 点 と し た 4 径 間 連 続 梁 に よ り 三 連 モ ー メ ン ト 法 で 算 出 さ れ て い る ． ま た ， サ ポ ー ト ビ ー ム の 断 面 力 は ， ベ ア リ ン グ を 支 点 と し た 単 純 梁 と し て 求 め ら れ て い る ．
(2) 伸 縮 装 置 に 対 す る 具 体 的 な 耐 久 性 評 価 法 は ， 現 在 の 道 路 橋 示 方 書 に は 示 さ れ て い な い ． ま た ，日 本 の NEXCO3社 で 規 定 す る 耐 久 性 評 価 手 法 に よ り ，モ ジ ュ ラ ー 型
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伸 縮 装 置 溶 接 部 の 疲 労 強 度 を 求 め る こ と は で き る も の の ， 走 行 す る 活 荷 重 の 実 態 や 衝 撃 や リ バ ウ ン ド ， 複 数 の ミ ド ル ビ ー ム に よ る 荷 重 分 担 の 影 響 ， そ し て 溶 接 部 の 形 状 や 寸 法 に 依 存 す る 疲 労 強 度 な ど の 検 討 を 行 う 余 地 は あ る ． ド イ ツ や ア メ リ カ で は ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 に 対 す る 疲 労 照 査 法 が 定 め ら れ て い る ． し か し ， 車 両 特 性 や 交 通 事 情 ， 溶 接 部 の 形 状 が 各 国 で 異 な る た め ， 日 本 の モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 溶 接 部 の 耐 久 性 評 価 に 適 用 す る 疲 労 基 本 荷 重 と 疲 労 荷 重 を 求 め る た め に 必 要 と な る 補 正 係 数 ， そ し て 疲 労 強 度 の 考 え 方 を 示 し た ．
(3) 疲 労 基 本 荷 重 に は ， 等 価 輪 重 を 用 い る こ と を 考 え ， 国 土 交 通 省 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 な ど で 行 わ れ た 活 荷 重 の 実 態 調 査 結 果 に 基 づ き ， 等 価 輪 重 と そ の 頻 度 の 考 え 方 を 示 し た ． 疲 労 基 本 荷 重 と そ の 頻 度 は ， 等 価 輪 重 と 軸 数 の デ ー タ に 基 づ き ， 将 来 予 測 も 含 め て 設 定 す べ き と 考 え る ．
(4) 疲 労 基 本 荷 重 を 補 正 す る 際 に 考 慮 す べ き 衝 撃 と リ バ ウ ン ド ， 荷 重 分 担 に つ い て ， 実 物 大 試 験 体 を 用 い た 静 的 載 荷 試 験 と 走 行 試 験 の 結 果 を 用 い て 検 討 し た ． そ の 結 果 ，走 行 速 度 の 影 響 を さ ら に 検 討 す る 必 要 が あ る も の の ，衝 撃 係 数（i）を 0.4，リ バ ウ ン ド 係 数 （ αR） を 0.1 と 仮 定 し た 場 合 ， 車 両 の 走 行 に よ り 生 じ る 応 力 度 は ， 三 次 元 骨 組 構 造 で 求 め た 応 力 度 の 1.54倍 と な る ．各 国 の 基 準 に 示 さ れ て い る 値 は ， ア メ リ カ で 1.75， ド イ ツ で 1.69（i＝0.3, αR＝0.3） で あ る ． シ ー ル ゴ ム 遊 間 ご と の 荷 重 分 担 率（ αS）は ，輪 重 を 65kN 程 度 と し た 場 合 に ，40mmで 60％ 程 度 ，60mm で 65％ 程 度 ，そ し て 80mmで 70％ 程 度 で あ っ た ．荷 重 分 担 率 に つ い て は ，動 的 荷 重 下 で の 検 討 が 必 要 と 考 え る ．
(5) 鉛 直 方 向 力 に 対 す る 水 平 方 向 力 の 割 合 （ 水 平 方 向 力 を 考 慮 し た 補 正 係 数 ） は ， 走 行 速 度 の 影 響 を さ ら に 検 討 す る 必 要 が あ る も の の 0.1～0.2 程 度 で あ っ た ．
(6) 疲 労 荷 重 の 作 用 に よ っ て 溶 接 部 に 生 じ る 公 称 応 力 は ， 三 次 元 骨 組 構 造 を 用 い て 求 め る こ と を 提 案 し た ．
(7) 車 両 の 走 行 位 置 の ば ら つ き を 考 慮 す る 走 行 位 置 荷 重 補 正 係 数（ αh l）の 考 え 方 に つ い て 示 し た ． 軸 重 の 載 荷 範 囲 を ±400mm と し た 場 合 の 走 行 位 置 荷 重 補 正 係 数 は 0.92と な っ た ．
以 上 よ り ， 疲 労 荷 重 は ， 等 価 軸 重 の 半 分 の 等 価 輪 重 （W） を 疲 労 基 本 荷 重 と し ， そ の 値 に 衝 撃 係 数（i），リ バ ウ ン ド 係 数（ αR），荷 重 分 担 率（ αS），水 平 方 向 力 を 考 慮 し た 補 正 係 数 （ αh）， そ し て 走 行 位 置 荷 重 補 正 係 数 （ αh l） を 乗 じ て 求 め る こ と と し た ．
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疲 労 荷 重 ＝ 疲 労 基 本 荷 重(W)×(1＋i)×(1＋ αR)×αS×αh×αh l
こ こ で ， W： 疲 労 基 本 荷 重 （ 等 価 輪 重 ） i： 衝 撃 係 数
αR： リ バ ウ ン ド 係 数 αS： 荷 重 分 担 率
αh： 水 平 方 向 力 を 考 慮 し た 補 正 係 数 αh l： 走 行 位 置 荷 重 補 正 係 数
第 ３ 章 完 全 溶 け 込 み 溶 接 の 疲 労 強 度
第 3章 で は ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 溶 接 部 の 疲 労 強 度 を 明 ら か に す る 目 的 で ， 溶 接 部 の 寸 法 や 形 状 の 異 な る 試 験 体 の 疲 労 試 験 と 有 限 要 素 応 力 解 析 を 行 っ た ．疲 労 試 験 は ， 実 構 造 の 応 力 発 生 状 況 と 異 な る が ， 安 全 側 の 疲 労 強 度 が 得 ら れ る よ う に ， 溶 接 部 に 引 張 応 力 を 作 用 さ せ る よ う に 行 っ た ． こ こ で 得 ら れ た 結 果 は 以 下 の と お り で あ る ． (1) WFは 溶 接 部 を 整 形 し た も の ，RFは 止 端 を 含 め て 円 弧 状 に 仕 上 げ た も の で あ る ．
ミ ド ル ビ ー ム （MB） 試 験 体 ， サ ポ ー ト ビ ー ム （SB） 試 験 体 と も に ，RF の 疲 労 強 度 が WFよ り 高 い ．
(2) JSSC 指 針 に 示 さ れ る 継 手 の 強 度 等 級 に 分 類 す る と ，溶 接 部 を 整 形 し ，止 端 を そ の ま ま と し た 場 合 で E，R15 の 止 端 仕 上 げ と し た 場 合 で C で あ る ．
第 ４ 章 部 分 溶 け 込 み 溶 接 に よ る ル ー ト 疲 労 破 壊 の 防 止 と 疲 労 強 度
第 4 章 で は ， ミ ド ル ビ ー ム （M） と サ ポ ー ト ビ ー ム の 接 合 に す み 肉 溶 接 を 用 い た モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の M 溶 接 部 に 発 生 す る 疲 労 き 裂 の 起 点 が 有 効 切 欠 き 応 力 に よ り 評 価 で き る こ と を 明 ら か に す る 目 的 で ， 溶 接 形 状 の 異 な る 試 験 体 を 用 い た 疲 労 試 験 な ら び に 応 力 解 析 を 行 っ た ． ま た ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 溶 接 部 を 完 全 溶 け 込 み か ら 部 分 溶 け 込 み に 変 更 し た 場 合 に ，M 溶 接 部 の ル ー ト 疲 労 き 裂 を 防 止 し う る 溶 接 詳 細 を 明 ら か に す る 目 的 で ， 溶 接 止 端 の 曲 率 半 径 と 溶 接 脚 長 ， 溶 け 込 み 深 さ を パ ラ メ ー タ と し た モ デ ル の 応 力 解 析 を 行 っ た ． こ こ で 得 ら れ た 結 果 は 以 下 の と お り で あ る ．
(1) モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の M 溶 接 部 に 発 生 す る 疲 労 き 裂 の 起 点 は ，有 効 切 欠 き 応 力 概 念 に よ り 概 ね 特 定 で き る ．
(2) 溶 接 脚 長 と 溶 け 込 み 深 さ を 大 き く す る こ と に よ り ，M 溶 接 部 の ル ー ト 疲 労 破 壊 を