実規模 RC アーチ構造の衝撃挙動に及ぼす載荷位置の影響に関する実験的検討
寒地土木研究所 正 会 員 ○岡田 慎哉 室蘭工業大学 フェロー 岸 徳光 寒地土木研究所 正 会 員 今野 久志 寒地土木研究所 正 会 員 西 弘明
1. はじめに
本研究では，敷砂緩衝材を設置したRC製アーチ構造 を対象に，載荷位置が変化した場合の耐衝撃挙動を把握 することを目的に，実物トンネル坑口部を用いた重錘落 下衝撃実験を実施した．
2. 実験概要 2.1 試験体
図−1(a)図 には，実験に用いたトンネル坑口部の形状 寸法，(b)図はその配筋状況をそれぞれ示している．トン ネル坑口部の断面形状は，覆工部材厚600 mm，上半内 空半径4,152 mm，側壁部高さ1,725 mm，道路軸方向の 1ブロック延長6,000 mmである．覆工主鉄筋にはD13
∼D22，配力筋にはD13がそれぞれ250 mm間隔で配筋 され，かぶりは100 mmとなっている．また，敷砂緩衝
材厚は900 mmとしている．コンクリートの圧縮強度は，
fc= 27.5 MPaである．
2.2 実験方法
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76°76°36'27″36'27″
40'26"
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23'33"
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16°
16°
13°
13°
R=5437 R=5437 R=4152
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D16 D16 D22
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4787 47874787 9574 9574
88088070117011 350735071903190314001400200200 900900
229898 12501250
59855985
2394 239447874787
165165156015601259125933191191 6006001725172544504450 10010073757375 ɶځ᠍ᒵ
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D13 D13
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9574
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298
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5985
23944787
165156012593191 60017254450 1007375 ɶځ᠍ᒵ ࣎͞᠍ᒵ
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図−1 試験体の形状寸法および配筋状況
キーワード：RCアーチ，衝撃実験，落石荷重，載荷位置
連絡先：〒062-8602札幌市豊平区平岸1-3-1-34寒地土木研究所寒地構造チームTEL 011-841-1698 FAX 011-841-3502 写真−1には実験状況を示している．実験は，質量 10,000 kgの鋼製重錘をクレーンを用いて所定の高さh= 10 mまで吊り上げ，所定の載荷位置に自由落下させるこ とにより行っている．実験は，載荷位置をトンネル坑口 中央部とする中央載荷，背面土部の側壁外表面の延長線 上とする背面載荷およびその中間点とする偏心載荷の計 3ケースを実施した．
2.3 計測方法
本実験の測定項目は，重錘頂部表面に設置したひずみ ゲージ型加速度計による重錘衝撃力，覆工表面に埋設さ れた衝撃応力測定用ロードセルによる覆工背面土圧， 非 接触式レーザ変位計による内空変位およびひずみゲージ による内空コンクリート表面のひずみである( 図−1参 照)．実験時の各種応答波形は，サンプリングタイム0.1 msでデジタルレコーダにて一括収録を行っている．
3. 衝撃実験結果 3.1 各種応答波形
図−2には，(a)重錘衝撃力波形，(b)アーチ中央変位波 形，(c)アーチ中心から山側に30°の位置における変位
（ 以後，山側30°変位 ）波形を示している．
(a)図の重錘衝撃力に着目すると，各ケースにおいて衝 突初期において振幅が最大となり，継続時間が80∼100 ms程度の正弦半波状の第1波が発生している．その後，
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写真−1 実験状況
1-514 土木学会第63回年次学術講演会(平成20年9月)
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3.0 1.5 0.0 -1.53.0 1.5 0.0 -1.53.0 1.5 0.0
-1.5-100 0 100 200 300 3 6
0 -3
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0 -3 3 6
0 -3
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3 6
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0 -3
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H10-c
H10-e
H10-b
H10-c
H10-e
H10-b
H10-c
H10-e
H10-b 2.06kN
1.81kN
1.62kN
5.13mm
3.98mm
1.81mm
2.77mm
4.37mm
2.10mm
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図−2 各種応答波形
2mm
20ms 40ms 60ms 80ms 100ms
H10-c H10-e
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図−3 変位分布図(H10-c,-e)
第2波が緩やかに推移し，継続時間は載荷点位置のアー チ中央からの距離と対応して延びている．また，最大重 錘衝撃力はアーチ中央に近いほど大きいが，第2波は載 荷位置にかかわらず，いずれのケースも0.75 kN程度を 示している．
(b)図のアーチ中央における変位波形は，各ケースにお ける鉛直成分，水平成分，合成波を示している．合成波 に着目すると，載荷点がアーチ中央に近いほど，変位振 幅が大きいことがわかる．しかしながら，鉛直成分と水 平成分は，中央載荷であるH10-cにおいて鉛直成分が主 波動となっているのに対し，アーチ中央から離れている H10-e，H10-bの場合には，水平成分が主波動となってい ることがわかる．これは，アーチに作用する伝達荷重載 荷位置が偏心することにより，水平方向成分が卓越する ためと考えられる．
(c)図の山側30°変位波形に着目すると，H10-eにおい て最も大きな変位が発生している．また，その構成成分 は鉛直・水平ともに同程度の値を示しており，水平成分 のピーク値は鉛直成分よりも20 ms程度遅れて発生して いる．また，H10-cの主波動である鉛直方向成分はt= 50 ms時点でピーク値に達しており，H10-bの場合の主波動
である水平方向成分はt= 70 ms時点でピーク値に達して いる．
3.2 変位分布
図−3には，中央載荷H10-cと偏心載荷H10-eにおけ る t= 100 msまでの変位分布を20 ms毎に示している．
H10-cにおける変位分布に着目すると，t= 40 ms経過 以降にアーチ中央部に大きな変位が発生している．アー チ内側への変形は載荷点直下であるアーチ中央部におい て最も大きく，アーチクラウンから山側45°の位置周辺 にでは谷側への変形が卓越していることがわかる．その 後t= 60 ms程度までは類似の変形性状を示し，t= 80 ms 経過以降では変形が減衰する傾向を示している．
H10-eにおける変位は，t= 40 ms経過以降に励起する 傾向を示している．変形は，載荷点直下近傍で顕著であ り，内側への変形である．また，アーチクラウンを軸と して載荷点と反対側の位置では，外側への変形が卓越し ていることがわかる．
4. まとめ
載荷点位置のアーチクラウン部からの距離に対応して，
水平方向荷重成分が増加し，その結果アーチ全体に水平 方向の変形成分が励起されることが確認された．
1-514 土木学会第63回年次学術講演会(平成20年9月)
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