加速度)を作用させる.加速度は，上段・下段各々の中

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(1)土木学会第71回年次学術講演会(平成28年9月). Ⅰ‑203. 摩擦ダンパーを用いた橋梁模型の振動台実験について. (その 1：実験概要). 青木あすなろ建設(株) 正会員 ○波田雅也前田明日香松本夏実フェロー牛島栄首都高速道路(株) 正会員. 和田新右高裕二. １．はじめに筆者らは，既設橋梁の支承部に“ダイス・ロッド式摩擦ダンパー(以下，摩擦ダンパー)”を設置することで耐震性向上を図る工法の開発 1)を進めており，本工法による制震効果の確認を目的とした振動台実験を行った．本報では，振動台実験の概要および摩擦ダンパーの基本性能について示す．２．振動台実験概要 2.1 実験模型. 実験模型の外観パースを実橋モデルと比較して図-1 に示す．また，実験模型の諸元を表-1. に，ゴム支承を写真-1 に示す．実験模型は，1 本の RC 単柱橋脚を模擬しており，実験模型の上段・下段が，実橋モデルの上部工・下部工に相当する．下部工のせん断剛性は，下段ゴム支承の弾性ばね剛性で再現する．摩擦ダンパーは，上段と下段の間の北面・南面に各々2 基ずつ，計 4 基を並列に配置する．実験模型の諸元は，実橋モデルに対して加速度の相似比を 1.0 とし，表-1 中に示す相似則に基づいて設定する．計測位置と項目の概念図を図-2 に示す．本実験では，加振テーブルに所定の加速度波形を入力し，実験模型に慣性力(質量× 加速度)を作用させる.加速度は，上段・下段各々の中. 橋軸方向. カウンターウェイト上部工. 摩擦ダンパー(4 基). 橋軸直角方向. 上段フレーム上段ゴム支承(4 基). 上段. 央部にて計測し，. 下部工. 下段フレーム下段ゴム支承(4 基). 下段. 加振テーブル. 層間変位は層間に写真-2. 設置したレーザー. 写真-1. 変位計により計測する.また，支承荷. 5m. (a)実橋モデル. (b)実験模型. 図-1. 重は，各ゴム支承表-1. 下に設置した三分項. 力計により計測す. 目. ダンパーを設置した東西方向(橋軸直角方向)とし，西向きを正とする.. 実験模型の諸元単位. 実橋ﾓﾃﾞﾙ (1橋脚当り). 累積変位. 実験模型. 相似比. kN. 5548. 507. 上段支承ばね剛性. kN/mm. -. 4.7. 1/α 3 -. kN. -. 94. -. 下段支承ばね剛性. kN/mm. -. 26.0. -. 1次固有周期. sec. 1.07. 0.72. 1/√α. 下部工降伏耐力. kN. 4404. ( 402 ). 変位. mm. 1. 1/2.2. 1/α 3 1/α. 速度. cm/sec. 1. 1/1.5. 1/√α. 加速度. cm/sec 2. 1. 1. 1/1.0. ※1：相似比は実験模型／実橋ﾓﾃﾞﾙで表し，縮尺率α＝2.2 とする. ※2：実験模型の下段降伏耐力は，相似則に基づき実橋ﾓﾃﾞﾙから想定した値. ※3：支承ばね剛性は事前検査値であり，上段・下段とも計 4 基の合計.. 2.2 摩擦ダンパー試験体. 北. 東(－). 実験模型パース. 上段(上部工)重量. る(写真-1). なお，下段(下部工)重量加振方向は，摩擦. 5m 西(＋). 南. 上段ゴム支承. 上段層間変位(ダンパー変位) 上段加速度(上段慣性力). 上段下段層間変位三分力計. 上段支承荷重＋ダンパー荷重下段加速度(下段慣性力). 下段下段支承荷重東(－) 下段ゴム支承. 写真-1 ゴム支承. 西(＋). テーブル加速度. 図-2. 計測位置と項目. 摩擦ダンパーの機構を図-3 に示す．摩擦ダンパーは，ダイス(環)とロッド(芯棒). の接触面に生じる摩擦力を利用したダンパーである.完全剛塑性の履歴形状を有する. 1). という特徴を生かし，. レベル 1 地震時には固定部材として，レベル 2 地震時にはエネルギー吸収部材として機能させる.これは，橋軸直角方向に上段層間変位(桁ずれ)が生じると上部工ジョイント部の損傷が避けられず, 下部工が損傷しないレベル 1 地震(水平震度 3)0.4 未満)で桁ずれを生じさせることは，維持管理の面で好ましくないためである. 本実験では，前述の機能を確保するため，水平震度 0.4 程度(上段加速度 400cm/sec2)から摩擦ダンパーが稼働するように，摩擦力を 200kN(50kN×4 基)に設定する．摩擦ダンパーの設置状況を写真-2 に示す．摩擦ダンパーキーワード摩擦ダンパー，ダイス・ロッド式，制震，橋梁，耐震補強，振動台実験連絡先〒300-2622 茨城県つくば市要 36-1 青木あすなろ建設(株)技術研究所耐震ﾘﾆｭｰｱﾙ研究室 TEL029-877-1112. ‑405‑.

(2) 土木学会第71回年次学術講演会(平成28年9月). Ⅰ‑203. の両端はピン接合とし，写真に示すロードセルおよび変位計によってダンパー荷重・変位を計測する. ロッド (芯棒). 荷重. ダイス (環). ロッド外周に働く締付け力. 荷重摩擦力変位. ロードセル. 摩擦ダンパー変位計. 内筒. テーブル加速度テーブル加速度［cm/sec22］［cm/sec2］. ３．摩擦ダンパーの基本性能確認 3.1 入力波形. 外筒. 摩擦ダンパーの機構. (正弦波加振). 500. 0 500 500. 入力波形(テーブル加速度)を図-4 に示す．. 摩擦ダンパーの基本性能確認を目的とし，入力波形は，振動数 2. 1.0Hz，加速度振幅 500cm/sec の正弦波とする.サイクル数は 5. -500 00. 0. 1. 2. -500 -500. 00. 11. 22. 500 0 -500 3 40 51 時間［sec］. 33. 44. 55. 62. 66. 5 73 84 時間［sec］ 77. 88. 写真-2入力波形(テーブル加速度) 摩擦ダンパーの設置状況図-4 時間［sec］時間［sec］. サイクルとし，前後に各 1 サイクルの漸増・漸減波を加える． 3.2 実験結果(実験模型全体の挙動). 写真-2 摩擦ダンパーの設置状況テーブル加速度［cm/sec2］. 抜止めナット. 図-3. 最大応答値一覧を表-2 に，上段加速度および上段層間変位の時刻歴. 波形を重ねて図-5 に示す. 図-5 中には，上段層間変位が変化している時刻を橙色で色付けしている.図より，上段加速度 400cm/sec2 未満では上段層間変位が変化せず，400cm/sec2 を超えると上段層間変位に変化が生じていることから，意図した上段加速度で摩擦ダンパーが固定部材からエネルギー吸収部材に切り替わっていることが伺える.上段・下段ゴム支承の荷重-変位関係を図-6 に示す.いずれも設定値(表-1)と変わらない剛性で概ね弾性挙動している.. 上段 13. 13. 下段. 26. 上段加速度上段加速度上段加速度. 慣性力[kN]. 上段. 394. 下段. 101. 113. 上段層間変位上段層間変位上段層間変位. 図-5. 上段 304. 20 20 20 10 10 10 0 00 -10 -10-10 -20 -20-20 8 88. 11 1. 2 22. 3 33. 4 44 5 55 時間［sec］時間［sec］時間［sec］. 6 6. 7 77. 400 200 0. 400 200 0 -200 -400. -200. 設定値上段支承反力. 400 200 0 -200. -20 -10-400 0 10 20 変位［mm］ -20 -10 0 10 20 上段層間変位［mm］. -400. -20 -10 0 10 20 下段層間変位［mm］. (a)下段ゴム支承. 時刻歴波形(上段加速度，上段層間変位). 3.3 実験結果(摩擦ダンパーの挙動). 上段支承荷重［kN］. 下段. 実験結果下段支承反力. 支承荷重[kN]. 上段加速度上段加速度 2 上段加速度［cm/sec ［cm/sec2］］［cm/sec2］. 800 800 800 400 400 400 00 0 -400 -400 -400 -800 -800 -800 00 0. 590. 累積変位[mm]. 上段層間変位上段層間変位 [mm] 上段層間変位 [mm] [mm]. 1094. 最大応答値一覧. 層間変位[mm]. 下段支承荷重［kN］. 表-2 加速度[cm/sec 2 ] 下段上段. 図-6. (b)上段ゴム支承. 荷重-変位関係(上段・下段ゴム支承). 摩擦ダンパーの摩擦力一覧を表-3 に，荷重-変位関係を図-7 に示す.. 図表より，いずれのダンパーも摩擦力に大きな差異は見られず，安定した剛塑性型の履歴形状を示している. 表-3. また，加振サイクル毎の摩擦力の変化も小さい.さらに，並列に設置したダンパ. ダンパー設置位置. ー4 基の摩擦力を合計すると,正負とも 200kN 程度となっている. これらより, 慣性力を作用させる振動台実験においても，摩擦ダンパーが完全剛塑性の安定した履歴形状を示し，優れたエネルギー吸収性能を発揮することが確認された. ダンパー軸力(北西). -50. -100. 50 0 -50. -100. -20 -10 0 10 20 ダンパー変位［mm］. (a)北東. ４．まとめ. 50. 0 -50. 北東北西南東南西合計平均摩擦力［kN］. 55. 60. 59. 56. 最大摩擦力［kN］. 62. 66. 64. 69. 249. 1.11. 1.09. 1.08. 1.23. 1.08. 最大/平均. ダンパー軸力(合計). ダンパー軸力(南西). -100. 231. ※1：ダンパー4 基(北東，北西，南東，南西)の合計 ※2：平均摩擦力は，履歴面積を滑り量で除して算定 1). ダンパー荷重(合計)［kN］. 0. ダンパー軸力(南東) 100. ダンパー荷重［kN］. 50. 100. ダンパー荷重［kN］. ダンパー荷重［kN］. ダンパー荷重［kN］. ダンパー軸力(北東). 100. 摩擦力一覧. 100 50. 0 -50. -100. 400 200 0. -200 -400. -20 -10 0 10 20 ダンパー変位［mm］. -20 -10 0 10 20 ダンパー変位［mm］. -20 -10 0 10 20 ダンパー変位［mm］. -20 -10 0 10 20 ダンパー変位(平均)［mm］. (b)北西. (c)南東. (d)南西. (e)合計. 図-7. 摩擦ダンパーの荷重-変位関係. 以上，振動台実験の概要および摩擦ダンパーの基本性能について示した．※参考文献は次報(その 2)にまとめて示す.. ‑406‑. 6. 7.

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加速度)を作用さ せる.加速度は，上 段・下段各々の中

加速度)を作用させる.加速度は，上段・下段各々の中