'2 '1 *1,

鋼 コンク リー ト合成桁 の ク リー プ ･乾燥収縮解析

松 田 浩*

･崎 山 毅

･森 田 千尋

･倉方 慶夫

中村 太一

･ブ‑ ンタナ ボ ン ･ソムボ ン

･北 原 隆

･豊 島 真吾 * 4

CreepandShrinkageAnalysisofSteeトConcreteCompositeGirder

by

HiroshiMATSUDA*1

,

* 1 ,

YoshioKURAKATA'2^{,TaichiNAKAMURA'2}

^,

,

,

Thedecksofcompositegirdersatthehalfof1970'sweredesignedtoothin,sothatmanydeckswereunabletostand uptoheavytrafficanddamagedseriously.Thistypeofgirderswerereducedtoconstructforalongtime.Forthereason ofdemandtoreduceconstmctionalcosts,Wemustconsiderwhatkindofwayofdesignlngltisrational.Butthereare manyinconvenientproblems,because山edesigncriteriahavenotbeenrevisedsince1973.Theproblemsarecausedby whatthepresentdesigntechniquesofconcreteconstructionarenotincorporatedintothedesigncriteria.Andtheprob‑

lemsdevelopfromthewaytotreatcreepandshrinkage.Also,thecrackofsurfaceandinsidecausesproblemswhenwe a

reexam inedaboutthedurabilityandthesafetyoftheconcretestructure･

Inthispaper,wedidtheresearchthatitpaidattentiontocreepandshrinkageshownasthefactorofthecrackoccur‑ rence.So,weappliedthefiniteelementmethodtoreinfocedconcretedeckofcompositegirders,andwemadeanana‑ 1yticprogram,andweanalyzed仙eresultantstressanddisplacement.

1. は じめに

我が 国 における合成桁 の歴 史 は,戦後の1

年代 か ら始 まった.その うち単純合成桁 の建設 の推移 は,1

年 に急増 し,ほほ横 ばいの まま推移 して,再 び1

年

に急増 している. しか しその後1

年 間で,鋼橋建設全 体 は

倍 に増 えてい るの に対 し,単純合 成桁 の建 設 は同 じ

年 間で

以下 に減少 してい る.一方,逮 続合成桁 については,1

4年 を ピー クに再 び増加す る こ とな く

年代 になってか らは,ほ とん ど建設 さ れ な くなった.

1980

年代 に入 って合成桁が建設 され な くなった背景 には,RC床 版 の劣 化 損 傷 の 問題 が あ った.1

年代 に, 自動車 の重量化 と,交通量 の急増 に よって,鋼橋

RC床版 の損傷 事故 が相次 い だ.その際,合 成桁 にお

いては,交通 を遮断す るこ とな く補修す る ことが 困難 であ ったため,合成桁 の建設 自体が敬遠 される ように なった. また,RC床 版損 傷 の根底 には,鋼橋 の分 野 にお いて,RC床版 は付 属物 で あ る とい うような取 り 扱 い を受 けていたため に,鋼橋 の 自重軽減 の理 由によ りRC床版 が極 めて薄 く,かつ少鉄 筋量 で設計 されて いた こ とも問題 として挙 げ られ る.

また,鋼合成桁 において重要 な部材 であるジベ ルに 関 して,豊富 な実験研究 が な され たのは1

年以降で ある.それ まで に建設 され た多 くの合成桁 の ジベ ルに 対 しては,統一的 な基準等 での設計 は行 われてい なか った.1

年 に道路橋 示方書 にス タ ッ トジベ ルの規準

平成1

年

日受理

書1 構造工学科

* 2 新 日本技研㈱

■ 3 大学院修士課程構造工学専攻

' 4 ㈱ 富士 ピー ･エ ス ( 研 究 当時 :長崎大学構造工学科)

192

松田 浩 ･崎山 毅 ･森田千尋 ･倉方慶夫 ･中村太一 ･ブ‑ンタナボン･ ソムボン ･北原 隆 ･豊島真吾

化が示 された ものの,合成桁 の建設はほ とん どな くな ったのである.

さらに,連続合成桁 においては,負 曲げ領域 となる 中間支点部の取 り扱 い,お よびコンクリー トのク リー プ ･乾燥収縮が

問題 となる.前者 に関 しては, ドイツの影響が大 きか った初期 頃は, プ レス トスの導入 によって許容応力 内 に抑 える方法が採 られた. しか し,次第 にアメリカ, イギ リスで採用 されていた負 曲げ領域で コンクリー ト 断面 を無視する方向に変わっていった. これは, ひび 割れの発生 を前提 とした ものであ り, この部分が弱点 となったため,現在 は負 曲げ領域 においては鉄筋量 に よ りひび割れ帽 をコン トロールす る設計が探 られてい る.後者 に関 しては,合成桁 の建設実績が減少 してい った経緯 において,最近の

コンクリー ト分野 における研 究 ･技術 開発 の成果 を探 り入れることな く,規準の整備が遅れた現実があ る.

そのため,実際的な変形挙動 とはかけ離 れた計算結果 となることが多かった.

以上の ように,鋼合成桁 は,わが国では床版劣化 と 補修工事が困難 とい う理 由で建設 されな くなったが, 近年,建設 コス ト縮減 と鋼橋構造の合理化の要求や, 斬新 なデザイ ンや新構造形式の採用 な どにみ られる海 外 の合成桁の評価 などの理 由で,再 び鋼合成桁 は注 目

されるようになった.

本研究では,多径 間連続合成桁 を解析す るため に, コンクリー ト床版 と鋼桁 の接合面のジベルは弾性 的に 変形 し, せ ん断的なずれ変位が生 じるとした不完全 ( 弾 悼)合成桁の基礎式 を誘導 し,それに基づ く解析 プロ

グラムを開発 した. また,本解析 プログラムを用 いて, 連続合成桁 の中間支点部 における

数値解析 を実行 し, クリープや乾燥収縮 に関す る設計 基準値や鉄筋 によるクリープ ･乾燥収縮の拘束効果な どについて検討 した ものである.具体 的には,ジベル のせ ん断剛度 を変化 させ,単純合成桁 モデルの数値解 析 を行 うとともに, クリープ ･乾燥収縮の検討 に関 し て

0径 間連続合成桁 モデル を対象 と して ヨー ロ ッパ の規定

と道路橋示方書 ( 以下道示 とす る)の規定 との比較検討 した.なお,解析 プログラム は,数式処理言語

とマ トリックス演算 ソフ ト

を用 いて作成 した.

2 合成桁の ク リープ ･乾燥収縮解析

不完全合成桁の群析

一般 に合成桁 の解析では, コンクリー ト床版 と鋼桁 の接合面のずれ変形 を無視 した完全合成 とみな し解析

を行 う. この ような解析 では直応力 に関 してはあ ま り 問題 は生 じないが,集中荷重点や断面急変点 にせ ん断 応力の伝達が集中 した り, クリープ,乾燥収縮 に伴 う 床版 と鋼桁 問のせ ん断応力が断面変化点 に集中す るな どとい う問題 に直面する. しか し,現実ではこの よう なことはあ りえず,ある程度の長 さに亘 ってせ ん断応 力度 は分布す る. また,多径 間連続合成桁 の解析 を行 う場合,床版 の打 ち継 ぎ点でのせん断応力度や コンク リー トのひび割れに伴 うせん断応力度の再分配 を検討 す る必要があ る.

ゆえに,本研 究の解析 では F

に よる解析理論 を 適用 し,図

に示す ように, ジベルのせ ん断剛度 を考 慮 し, コンクリー ト床版,鋼桁の接合面 にはせ ん断方 向のずれ変形が生 じる と仮定 した不完全合成桁 として 解析 を行 う.

本解析 で は,RC床版 と鋼桁 間のず れ変形や ジベル のせん断力,床版 中の コンクリー トと鉄筋の付着力 な

ど設計 に必要 な断面力や変位 を解析することがで きる.

また, ジベルのせん断バ ネ定数 と鋼桁 の断面諸量 を零 と設定することによ り,単純 な

解析が可能である.

2.2

変位 と変形

図

,

に示す ように,鋼桁部分 に

U

座標, コ ンク 7 )‑ ト部分 に ( E,ワ,()座 標 を導入 す る.;軸 と2軸 の間隔 をT

,床版 と鋼桁 の接 合 面 のり座標 値 を

y

図

断面図

図

合成部材 の変位 と変形

T c L

y座標値 を

s uとす る とき,次の関係が成 り立つ.

y‑ワーワd,I‑^{;,りd‑りcl‑ysu} (1)

床版,鋼桁 部材 の任意点 の変位ベ ク トルuc

は, 平面保持の仮定の下で次式で与 えられる.

uc‑vcoiで+(Wco‑αで)iこ

us‑vsoiy+(wso‑αで)

i z

ここに

は各 々(軸上 の

り

(方向変位

,

は各 々Z軸 上 のi

方 向変位 で あ り

は断面 の 回転変位 である.各部材 の断面 は変形せず,それ らの 接合面では鉛直方向の相対変位 は生 じない とすれば,

が成 り立つ. また,各部材のせ ん断変形 は一般 に無視 で きるので次式 となる.

α‑V.I‑duo/dz

したが って,任意点の変位成分 を

c

l (

と表す とき,次式が与 え られる.

Vc=Vc,Wc=Wco‑

Vs=Z)0,Ws=Wso‑V

(4)

(5)

(6)

上式か ら,床版お よび鋼桁部材 の直 ひずみ

こ

が得

られる.

eこ‑∂wc/武‑wl｡‑V."り

ez‑∂ws/∂2‑Wg｡IV."y) (7,

また,床版 と鋼桁のずれ変位L bは次式 となる.

W‑wso+voIヮd‑Wco ⁽⁸⁾

2.3

つ りあい式

てて冊

′ ､̲ L LLLLL

草 0加

^{缶 鵠}

l y

y

図

外力

この合成桁のつ り合いに対 して仮想仕事の原理 を適 用す ると,

L 7 2 ( / A c ^{q C a E ' d Ac ･/ A s}

E z d A s ) d Z ･ / :

･/;;(戸C･∂uco+戸S･

∂

‑[nz

i /

I/

) ]

とな る･ こ こ に ,

Eは床 版 断 面 に亘 る積 分,

sは鋼桁 断面 に亘 る積分 を表 し

は両端 断面 の外 向 き単位法線ベ ク トルの

方向成分である.

nzrl1

,

z z

Z

,

cc

と

は床 版 と鋼桁 の直応 力

は床 版 と鋼桁 の接 合面 のせ ん断応力 ( せ ん断流)で あ り

と

はそ れぞれ床版 と鋼桁 の軸線上の変位である.す なわち,

であ る. また,床版 の;軸 と鋼 桁 のZ軸 上 にそ れぞ れ 分布荷 重

と

が作 用 し,床版部 と鋼桁部 の両端 断 面 にはそれぞれ

Cと事Sなる表面 力が作用 す る と し, その成分 を,

pc‑勿 iり+食iこ,Ps‑Pyiy+♪ziz 亭C‑有りiヮ十万こi(,声S‑Fyiy+Fziz

と表す.式

に式

お よび

と( 1 3 ) を代入 し,

Nc‑/AcOcdAc,Mc‑/AcqcでdA

c

Ns‑JAsOsdAs,Ms‑/AsqSydAs

Sc‑/AcすりdAc

,

^{c ‑}

^{c ‑}

FC

c

its

‑

^{有 y}

S 三

と表す し, さらに次の関数 を用いる と,

でd

合成桁 のつ り合い式 と力学的境界条件が次 ぎの ように 袴 られる.

[ つ り合い式]

･合成梁の

方向のつ り合い : ‑Mv "‑

^‑0

･合成梁の

の方向のつ り合い :

v ' ‑

194

松田 浩 ･崎山 毅 ･森田千尋 ･倉方慶夫 ･中村太一 ･ブ‑ンタナボン･ ソムボン･北原 隆 ･豊島真吾

･床版のi Z方向のつ り合い :

[ 力学的境界条件]

･合成断面のせん断力 :

･合成断面の曲げモーメン ト:

･床版の軸力 :

V

･網桁の軸力 :

(17)

(18)

2.4

断面力 と変位の関係

床版 と鋼桁の応力 とひずみの関係 は,

qc

‑

E E

と表せ る.ここに,& と

はそれぞれ床版 と鋼桁 の ヤ ング係数である.上式 を式佃 に代入 し, さらに式(

を代入すると断面力 と変位の関係が次のように求 まる.

;

I

, I

c ‑

ここに,

Ac‑/AcdAc,Jc‑/AcでdAc,Ic‑

/ A c

また,床版 と鋼桁 間のせ ん断応力

は, ジベ ルのせ ん断剛度 ( 床版 と鋼桁間の単位長当 りの分布せん断バ ネ)をk dとするとき,

qd‑kdib

と表せるもの とする.式( 1 6 ) に式卵 を代入すると,

一

弾性係数比

n‑i

とするとき,

A

"

〟

Jv

‑i( J c ･Ac T d ) ･

lv‑^ifIc‑2Jc

^ヮd

￠2)

鍋

糾

2.5

有限要素法による則性方程式の誘導

床版 にプレス トレス荷重 を与えるもの とし,床版の 断面力 を,

Mc⇒Mc+M

c

鍋 と置 き換 える.ここに

c p

Pはプ レス トレスカ が床版の軸線 に対 して構成する曲げモーメン ト ( 図

の(軸上の値) と軸力であ り,既知量 である.上式 を 仮想仕事の原理式 に代入すると,

L 7 2

^{′ .NvS}

･ r z ; 卜 (

‑ / Z Z : t p v y ∂ v o

‑[nzt言vBvoIWv∂vo'･万y∂ws0‑万cSd)]::‑0

また,断面力 と変位の関係は,

Nc‑

1

‑

l′ ) ‑良

Mc

‑

Ns‑EsAsws'.‑EsJsv.〜

‑

′ 上

J

e6)

￠7)

Mv‑EsJvws'｡‑Eslvvo"一品(Jc‑Ac7d)誠′

Nv‑EsAvws'｡IEsJvv.H

一

ここで,

良 :床版のヤ ング係数

:鋼桁のヤ ング係数

c床版の断面積

鋼桁の断面積

E軸 に関する床版の断面一次モーメン ト

x軸に関する床版の断面一次モーメン ト

. ' E軸 に関する床版の断面二次モーメン ト

x軸 に関する床版の断面二次モーメン ト 要素のZ座標 をz

と

と表 し,有 限要素法 の任意 の長

さをJとすると,

l=21122,(22>21)

ここに

は変位関数 ( 形状関数)であ り,

Z

とするとき,

91‑113p2+2p3,g2‑(jL‑2IL2+IL3)i g,‑3FL2‑2FL3 ,9.‑(‑fL2+FE3)l ^榊

各部材軸線上の変位 をこの変位関数 と境界条件 を用 い て表す と,

Vo=glVl+92V2+93V3+94V4

i b

s

式( 袖に的 ,( 3 1 ) を代入 し,要素両端の変位 ･変形の変分 量

E

ご とに整理 す る と,剛性 マ ト

リクスが求 まる.

2.6

床版 と鋼桁の個 々の断面力

床版 と鋼桁の曲げモーメン ト.

c,

せん断力

, ふ鋼桁の軸力Nsは次式で与えられる.

Ns=Nv‑

Nc

Mss‑EslsoecN

c+

T d

EUco+Eslso

Mc‑Mv‑Ms+Ncヮd

0 2 )

ss‑蕊 ‑Esis藍 ‑BkaI望2 品Ico(ysu‑es)+EsIso(でel‑eC)qd

hLco+Esls.

‑

I

) ' M

Sb‑Sv‑Ss ここに,

鍋

糾)

leo‑Ic‑ecJc

,

6 5

e

c‑

‑

^鍋

である.

2.7

ク リ‑プ と乾燥収縮

コンクリー ト床版が合成 された後,時刻

に後死荷 重が作 用 して床版 にはqS o ) 鋼桁 にはog ) なる応力度 が発 生 した とす る. この状態か らクリープや乾燥収縮が進 行 し,時刻

において床版応力度 は

‑o b o ) +Aq

, 鋼桁 の応力度 は

になった とす る. ま た この 間の乾燥 収 縮 ひず み をA

と表 す と き,床 版 に発 生 す る ひず み

E c( i

間 の ひず み の 変 化 量)は,Tr

の公式 によると,

A

i) ‑豊 Qt ‑t ｡ +響 (

･ph‑

｡

( S ' ( i) 師 と与 え られ る. こ こに,￠

‑

｡ は時刻

間の ク T )‑

プ係数であ り

F L は時刻

間の レラ ク七一 シ ョン係 数である･上式 の右辺 第

項 はフローひず みE i o や( i) ,

項 は遅れ弾性 ひずみz kこ( i)を表す･す なわち,

鞭 ‑ t ｡ ‑ 豊 中 t

e ( i ) ‑響

+p

( 3

であ り,前付 きの』は ク リープ と乾燥収縮 に伴 う諸量 の増分 を表す.ゆえに,遅れ弾性 ひずみに伴 う床版の 応力度

は,次式で表せ る.

Aq

c(

JA e C ( i)

̲, o

この間の仮想仕事は, 外力の増分 はない もの とす る とき,

I : 2 ( / ^Ac

^{A e c B E E d AcI/AsAqs a E zd AS)dz}

･ L 7 2 A q d ∂ a d

^{c d A}

I

/ ^{As A}

となる.

Cと

Sはそれぞれ ク リープ と乾燥収縮 に 伴 う床版 と主桁の両端断面の表面力の増分である.床 版部の断面力 と変位の関係 は,

ANc‑EJAvAwio‑EJJcAv.1'

‑Ec'Ac(Aws'O‑

A l b ' )

J

AMc‑&

J c

c

‑Ec'Jc(Aws'｡‑

Ai b ' )

となる.鋼桁部お よびジベ ルに関 しては式G z o ) と￠2 ) がそ の まま成 り立 ち, これ らの関係 を式鋲 飢こ代 入す る と, 次式 を得 る.

LIZ2HEsJvSw30‑EsんBvo"‑E;(Jc‑AETd)Ad/)av;I +tEsAvaws'｡‑EsJvavo"‑EJAcib′)Bw'S｡

l EJAc(WS/O‑2b'ト E

c ･ (

( 4 3 )

図

解析 プログラムの フローチ ャー ト

196

松田 浩 ･崎山 毅 ･森田千尋 ･倉方慶夫 ･中村太一 ･ブ‑ンタナボン･ ソムボン･北原 隆 ･豊島真吾

･ L

Z 2

^{舶 h}

Z ･ L

2 2

‑

^{‑Mc ' o ' ‑Nc ' 0 ' T d}

+Nc'o'

S w s ' ｡

･ L : 2

⁽

^{' S}

+EJ

Ac

‑l n z

上式 と式銅 と見比べれば判 るように,上式か ら導かれ る剛性係数は &

J置 き換 えた もの に等 しい. また, 等価節点力は次式 となる.

APE‑Ai.3,.I.I:Zt':i.I.TヰJ'q.T.: Svi･つ〜 LIZ24t‑t｡(E"A)(Mc'o'‑

Nc ' o ' P d) gi ' dz

IT+ITI

l鵬

‑

A ^c V

AE

00日u一nur一

一

■■

.の . 相川u 相川相

n川u tu

(EJ/良)Nc(O､EJAc

Ak( S)

(EJ/A)Nc'0'･ElAcAE'S'lgidz

2.8

解析のフローチ ャー ト

図

にクリープ ･乾燥収縮の解析のフローチ ャー ト を示す.有限要素法 において, まず

つの要素の節点 変位 と節点力の関係 を求めることか ら始 まる. この関 係は仮想仕事の原理 または最小 ひずみエネルギーの原 理か ら求め られるが,そのためには,節点力 による応 力分布 を知 らねばならない. しか し,一般 にはこの応 力分布 を知ることは不可能であるので,要素内の変位 に節点での適合条件のみ を満足するような変位 を仮定 す る. この変位関数 を微分することによって応力分布 を得 ることがで きる.す なわち,要素内の応力 を節点 変位のみの線形結合で近似 し, これ を用いて節点変位

と節点力の関係 を求める.

1

つの要素の節点変位 と節点力の関係が求 まれば, 構造全体 としての適合条件お よびつ り合い条件 を満 足す るように,各節点変位 を求めることがで きる.

以上の ようなことを考慮 して,本研究では

の もつ数式処理機能を用いて剛性マ トリックスを誘導

し

して,合成桁橋 の F

構造解析 プログラムを作成 し た.本研究では,通常の科学技術計算 プログラムの使 用 される

Nではな く

Bに よ り作 成 したが,MAPLE

解 析 プログラムの開発環境 について も検討することも本 研究の目的で もある.

3

設計規準の比較

3.1 CEBFIPModeCode1990

と道路稚示万雷

以 下道示 と略称)の 規定 とを比較する と,道示では設計計算 において クリ

ープ係数 と最終乾燥収縮度は常 に一定億 を用いている.

一方,cEBI

実験 における基本値 ( プレー ンコンクリー トの値) と 様々なパ ラメータか ら計算するように規定 されている.

この計算 に必要なカテゴリー として,セメン トの種類, コンクリー トの設計基準強度,外気温,相対湿度,仮 想部材厚,コンクリー トの材齢 などがあげ られる. し たが って,CEB‑

度は現場 の環境や コンクリー トの様 々なパ ラメー タに

よって大 きく変化 した値 となる.

3.2

中間支点部における

中間支点部のコンクリー ト剛性 と乾燥収縮の取扱 い については,プ レス トレス しない連続合成桁 において, 中間支点の領域 に発生する負 曲げモーメン トに対 して コンクリー トの引張抵抗力 を無視 し,鋼断面のみ抵抗 させ,床版 中のコンクリー トにひび割れの発生 を許容 す る ものであ る と考 え られる. よって

は,図

を示す ように中間支点部のひび割れを考慮 し, 中間支点の両端

5 gの範囲にあ るコンクリー トは完 全 ひび割れ状態 にあるもの とみな し,その区間でのク リープ ･乾燥収縮 を無視することがで きると規定 され ている. 0 ^. 1 5 1 0 ^. 1 5 L

∩ ｢ m

｣ 床版

図6 床版 のひび割れ を考慮す る区間

4 解析結果 と考察

4.1

ジベルのせん断ばねの影響

解析モデルを図

の ような単純合成桁 とし,図 1に

16m

図

単純合成

示 したそれぞれの断面力や床版 と鋼桁 間のせ ん断応力 の解析 を行 った.

ジベルのせ ん断ばね定数 と部材の変位 に関 して,本 解析 では,図

の解析 モデルを用い,ジベルのせ ん断

ウ一 5 1 o 1 o 0 (主 yt ,.F I, ,C ;

10 102 103 104 10｡ 106 107 108

109

せん断ばね定数(tf/m/m)

図

ジベルのせ ん断ばね定数 と中央の たわみの関係

剛度 を

⁹

を行 った.

図

はジベ ルのせ ん断ばね定数 と中央 のたわみの関 係 を示す.解析結果 よ り,せ ん断 ばね剛度 が

¹⁰⁷

(kN/m/m)

を越 える と,たわみはほほ一定であ るこ とが分 る.

4.2 CEB‑CODEと道示の規定 によるリープ ･乾燥収

縮解析

本解析では,図

に示す ような

径 間連続合成桁モ デルを用い,実際の設計 デー タで各施工 ステ ップ毎 に 数値解析 を行 った. クリープ ･乾燥収縮の計算 におい ては,中間支点部

5 日 に関す る DI N の規定 に基 づいて,道示 の規定値 とcEB‑

較計算 を行 った. また,各施工 ステ ップは材齢 に関す るクリープ係数 と乾燥収縮度 に影響 を及ぼす.図1 0は 各施工 ステ ップを示す.

こ こで,道 示 の規 定値 は,最終 乾燥 収 縮 度

xは

×105

を, ク リープ係 数 は

を用 い た.

44.7 1 44.7 l 45.1 l 45.l l 44.7 1 45.1 I 45.l l 44.7 1 44.7 L 44.7

図 9

径 間連続合成桁橋の支間割 ( 単位 :

ステ ップ 1:鋼 自重

△ A A

ステ ップ

^{支 間部の床版の施工}

Hlllmmml 日日日日川

I L L 日

△ △

ステ ップ

ステ ップ

. 4間の乾性収縮

△

△

ステ ップ

残 りの乾燥収縮

A

ステ ップ 7:ステ ップ

の応力 に よる クT )‑プ

A

ステ ップ

後死荷重

ステ ップ

中間支点部への型枠 ･支保工の移設 と床版 の施工

△ A

ステ ップ

中間支点部の型枠 ･支保工の撤去

【,m

△ △ △

A

ステ ップ 9:ステ ップ

の応力 に よるク リープ

△

図

施工手順 と計算 ステ ップ

198

000000

00

00

1

(NT)や

青

松 田 浩 ･崎山 毅 ･森 田千尋 ･倉方慶夫 ･中村太一 ･ブ‑ンタナボン･ ソムボン ･北原 隆 ･豊島真吾

I ‑,■卜.〜 .I̲

≡ . I. ‑ . ‑‑ . . I . . . ‑ r

L IL‑■ ･='早%

∫ l . ‑ ' . 8‑や‑ i

I . . . ' ' ̲

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@ 一 ● ■ ‑ ■ 一 一

一 ■ 一 ● ■‑ ● 一 一 ● 一 ､

こ 宙 ‑ ‑ 1 ヨ 一 I 一 ■ ● ■ 一 一 一 ■ I ● ■ ■ 一 一 ■ 一 一

. : 1 :

. ‑ . ‑ I ‑ ‑ ‑

0 10 20 30 40 50 60 70

端支点か らの距離

図

乾燥収縮 による合成床版 の軸力

2000 1500 1000 500

｡

̲ . ̲ ̲:̲ ̲ ｣ ■

F T

′∫

‑‑甘 ‑氏 ‑鮒 F

‑ . 一 一 . ‑ . 速示規

0 10 20 30 40 50 60 70

端支点か らの拒搬 ( m)

図

乾燥 収縮 に よる ジベ ルのせ ん断応力 一 方,CEB‑

準 強 度 は ん

,仮 想 部 材 厚

mmと し, 相 対 湿度

の

ケ ースでの場 合 の ク リ ー プ係 数 と乾燥収縮度 の計算値 を用 いて解析 を行 った.

道 示,CEB‑

縮 に よる合成桁 の軸 力 を図

1に示す. これ らの解析結 果 は大 き く異 な り,特 に

は,合成床 版 の軸力 は中間支点部 で道示 の結果 の 2 倍 以上 となってい る.図

にジベ ルのせ ん断応力 を示す.

ジベ ル の せ ん 断 応 力 に つ い て も

50%)の方が値 が大 き く算定 され,約75%増 とな って

い る. この原 因は両者 の ク リープ係 数 ･乾燥収縮 量 に 関す る規定値 の違 い に よる ものであ る.道示 で は設計 計 算 にお いて, ク リープ係 数 と最終乾燥収縮度 は常 に 一 定値 を用 い て い るが,CEB‑

数 ･乾燥収縮度 は実験 式 か ら様 々なパ ラメー タか ら計 算 す る よ うになってお り, プ レー ンコ ンク リー トと し ての値 を用 いている. ク リー プ係 数 ･乾燥収縮量 は コ ンク リー トの設計基準 強度 ,環境 条件 ,材齢 な ど様 々 なパ ラメー タに よって大 き く変化す るため,道示 の よ うに規定値 を用 い る と,現実 の応力状態 とか け離 れた 応 力値 が算 定 され るおそれが あ る.

5 ま と め

■ 本研 究 で は コンク リー トの材 料特性 (ク リー プ,乾 燥 収縮)の挙動 につ いて検討 す るため,不完全合成桁 を解析 モデル に用 い,数値解析 を行 った.結果 は以下 の ように まとめ られ る.

1.合成桁 の ク リープ ･乾燥収 縮 につい ての解析 結 果 か ら,MAPLE

用 で きるこ とが確認 され た.

2.

ク リープ ･乾燥収 縮 に対 す る床版 の鋼材 の拘 束 効果 は大 き く, コンク リー トの ひび割 れ制御 設計 で は その効 果 は無視 で きず, ク リー プ係 数や乾燥収縮度 に 対 す る値 を正確 に規定す る必 要が あ る.

3.

コ ンク リー トにひび割 れが発生す る前 の経時解 析 を行 ったが,活荷重 が載荷 され る と中間支点部 は ひ び割 れが発生す る. ひび割 れ発 生後 は床版 剛性 は急 激 に低 下 し, また ク リープ ･乾燥収縮効果 も緩和 され る ので, この効果 を考慮 しない と過大設計 になる と考 え

られ る.

以上 の事柄 を考慮 し,今後 は, ひび割 れ発生 の重 要 な原 因であ る ク リ‑ プ ･乾燥収縮 に よる影響 を考 え, ひび割 れ制御 に必 要 な鉄 筋量 につ いて検討 を行 うとと もに,床版設計 の基礎 デ ー タを蓄積 し, ひび割 れ発 生 後 の応 力解析 を行 う必 要が あ る.

参考文献

1

)土木学会鋼構造委員 会 :鋼構造物 の安全性 の調査 報告 ( 阪神大震災 にお ける鋼構造物 の被 害報告 と今 後 の耐震設計 について)

2) 日本道路橋協 会 :道路橋 示方書 ･同解 説 Ⅰ鋼橋 編

3)倉 方 慶夫 他 :連続鋼合成桁 にお け る鉄筋 コ ン ク リー ト床版 の設計上 の課題 , 第一 回鋼橋 床版 シ ン ポ ジウム講演論文集

4)川上 拘 他訳 :コ ンク リー ト構造物 の応力 と変 形 [ク リープ ･乾燥収縮 ･ひび割 れ]

5)K.Roik,G.Hanswille

他 ,伊 藤 鉱一 ,平城 弘

一 訳 :合成桁 にお け るひび割 れ幅 の制 限,橋 梁 と

基礎