地震により被災した鋼製橋脚の

地震により被災した鋼製橋脚の

早期復旧のための修復方法に関する研究

2015 年 9 月

嶋口 儀之

i

目次

第

1

章 序論

1.1

まえがき・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

1 1.2

既往の研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2

1.4

本論文の目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・4

1.4

本論文の構成・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・4

第

2

章 損傷した鋼製橋脚の修復に関する基本的な考え方

2.1

まえがき・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

9 2.2

地震発生後の 対応における本研究 の位置付け ・・・・ ・・・・・・・

9 2.3

円形断面鋼製橋脚の損傷状況に関する検討 ・・・・・・・・・・・・

10

2.3.1

対象とする鋼製橋脚の損傷状況・・・・・・・・・・・ ・・・・・

10

2.3.2

損傷度合による分類・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・

11

2.3.3

損 傷 を 有 する 供 試体 の 製 作 お よび 呼 称・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・

13 2.4

解析的検討による修復後の目標性能の設定・・・・・・・・・・・・・13

2.4.1

修復後の耐震性能・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

13

2.4.2

解析方法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

14

2.4.3

解析条件・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

16

2.4.4

解析結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・19

2.4.5

耐震性能の目標値の設定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

24

2.5

まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

24

第

3

章 大きく損傷した円形断面鋼製橋脚に対する簡便な修復方法の提案

3.1

まえがき・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

26 3.2

実験計画・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

26

3.2.1

実験供試体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

26

3.2.2

供試体損傷状況・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

29

3.2.3

コンクリート充填による修復・・・・・・・・・・・・・・・・・

32

3.2.4

鋼板巻き立てによる修復・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

34

3.2.5

補剛材による修復・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

35

3.2.6

実験載荷装置・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

37

3.2.7

鉛直荷重および降伏水平荷重，変位の算定・・・・・・・・・・・

37

3.3

実験結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

39

ii

3.3.1

水平荷重-水平変位関係・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・39

3.3.2

包絡線・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

43

3.3.3

供試体損傷状況・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

47

3.3.4 最大水平荷重および 曲げ剛性 ・・・・・・・・・・・・・・・・51

3.3.5

塑性率・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

53

3.4

まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

55

第

4

章 損傷度合が異なる円形断面鋼製橋脚に対する

コンクリート充填修復と耐震性能

4.1

まえがき・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

57 4.2

実験計画・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

57

4.2.1

実験の流れ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

57

4.2.2

実験供試体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

58

4.2.3

損傷レベルの定義・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

60

4.2.4

コンクリート充填修復方法・・・・・・・・・・・・・・・・・・

60

4.2.5

実験装置および実験方法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

62

4.2.6

ひ ず み 測 定 位 置 ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・

62 4.3

実験結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

62

4.3.1

局部座屈部のひずみ値と損傷レベルの関係・・・・・・・・・・・・

62

4.3.2

供試体の損傷状況・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

64

4.3.3

水平荷重-水平変位履歴曲線・・・・・・・・・・・・・・・・・・67

4.3.4

損傷レベルおよび修復方法の関係・・・・・・・・・・・・・・・70

4.4

修復方法の評価・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

72

4.4.1

最大水平荷重および剛性による評価・・・・・・・・・・・・・・

72

4.4.1

塑性率による評価・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

73

4.5

まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

76

第

5

章 径厚比および損傷度合が異なる円形断面鋼製橋脚に対する コンクリート充填修復と耐震性能

5.1

まえがき・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

78 5.2

実験計画・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

78

5.2.1

実験の流れ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

78

5.2.2

実験供試体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

79

5.2.3

コンクリート充填修復方法・・・・・・・・・・・・・・・・・・

80

5.2.4

実験装置および載荷方法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

81

iii

5.3

実験結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・82

5.3.1

供試体損傷状況・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

82

5.3.2

水平荷重

-

水平変位履歴曲線・・・・・・・・・・・・・・・・・・

84

5.3.3

径厚比パラメータの違いによる比較・・・・・・・・・・・・・・87

5.4

ひずみ値の分布と損傷状況・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

90 5.5

修復方法および損傷形態についての評価・・・・・ ・・・・・・・・

94 5.6

まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

95

第

6

章 結論・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

97

謝辞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

100

本 論 文 に 関 す る 発 表 論 文 ・ 口 頭 発 表 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・

1 0 1

1

第 1 章 序論

1.1 ま え が き

鋼 製 橋 脚 は 市 街 地 の 高 架 高 速 道 路 や 鉄 道 な ど の 重 要 度 の 高 い 公 共 構 造 物 に 多 用 さ れ て い る ．こ れ ら の 構 造 物 は 一 般 に 直 列 リ ン ク 構 造 で あ る こ と が 多 く ，地 震 に よ り 一 部 の 橋 脚 が 損 傷 を 受 け る と ，構 造 物 全 体 の 機 能 損 失 に つ な が る ．ま た ，高 速 道 路 は 地 震 発 生 後 の 緊 急 輸 送 道 路 と し て 位 置 づ け ら れ て お り ，こ の よ う な 構 造 物 の 機 能 を 確 保 す る こ と は ， 地 震 後 の 復 旧 活 動 を 進 め る 上 で 極 め て 重 要 で あ る ．

平 成 7 年 1 月 17 日 に 発 生 し た 兵 庫 県 南 部 地 震 は ， そ れ ま で の 耐 震 設 計 に お い て 想 定 さ れ て い た 地 震 動 を 上 回 る 大 規 模 地 震 で あ り ，鋼 製 橋 脚 を 含 む 多 く の 土 木 構 造 物 が 被 害 を 受 け た ．都 市 に お け る ラ イ フ ラ イ ン で あ る 主 要 幹 線 道 路 が 長 期 間 使 用 不 能 に な り ，救 助 お よ び 災 害 復 旧 活 動 の 妨 げ と な っ た ．ま た ，地 震 後 の 復 旧 作 業 で は ， 橋 脚 の 修 復 方 法 に 関 す る 指 針 が 無 く ，比 較 的 軽 微 な 損 傷 で あ っ て も 部 分 的 な 補 修 で は 復 旧 で き ず ，撤 去 後 に 再 構 築 し た 場 合 が 少 な く な か っ た ．そ の た め ，阪 神 高 速 道 路 神 戸 線 で は 全 線 開 通 ま で に 1 年 9 ヶ 月 を 要 し た ^{1 ), 2 )}．

兵 庫 県 南 部 地 震 に お け る 道 路 橋 の 甚 大 な 被 害 を 受 け ，鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 に 関 す る 研 究 が 精 力 的 に 行 わ れ ，耐 震 設 計 基 準 に 反 映 さ れ て き た ．平 成 2 年 改 訂 の 道 路 橋 示 方 書 の 耐 震 設 計 編 に お い て は ，鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 橋 脚 に つ い て は 地 震 時 保 有 水 平 耐 力 に よ る 照 査 法 が 規 定 さ れ て い た が ，鋼 製 橋 脚 に つ い て は 耐 震 設 計 に 関 す る 基 礎 的 資 料 が 不 十 分 で あ る と い う こ と か ら 基 準 化 が な さ れ て い な か っ た ^{3 )}．し か し ，兵 庫 県 南 部 地 震 後 の 平 成 8 年 の 改 訂 で は ，コ ン ク リ ー ト が 充 填 さ れ た 鋼 製 橋 脚 に 対 し て も 地 震 時 保 有 水 平 耐 力 に よ る 照 査 法 を 規 定 す る こ と と な り ，設 計 時 に 考 慮 す べ き 地 震 動 に 兵 庫 県 南 部 地 震 が 追 加 さ れ た ^{4 )}． 平 成 14 年 の 改 訂 に お い て は 性 能 規 定 型 の 技 術 基 準 を 目 指 し て ，要 求 性 能 の 規 定 の 明 確 化 が な さ れ ，橋 の 供 用 期 間 中 に 発 生 す る 確 率 が 高 い 地 震 動(レ ベ ル 1 地 震 動)に 加 え ， 発 生 す る 確 率 は 低 い が 大 き な 強 度 の 地 震 動(レ ベ ル 2 地 震 動)に 対 す る 耐 震 性 能 の 照 査 に 関 す る 研 究 成 果 が 反 映 さ れ た

5 )．平 成 24 年 の 改 訂 に お い て は ，将 来 予 想 さ れ る 東 海 ，東 南 海 ，南 海 地 震 を 考 慮 す る た め に レ ベ ル 2地 震 動 の 見 直 し が 行 わ れ た ^{6 )}．

こ こ で ，現 在 規 定 さ れ て い る 橋 の 耐 震 性 能 の 観 点 に つ い て 詳 し く 見 て み る と ，レ ベ ル 1 地 震 動 に 対 し て は ，「 地 震 に よ っ て 橋 と し て の 健 全 性 を 損 な わ な い 性 能(耐 震 性 能 1)」を 確 保 す る こ と と し ，修 復 性 に つ い て は 短 期 的 に は 機 能 回 復 の た め の 修 復 を 必 要 と せ ず ，長 期 的 に も 軽 微 な 修 復 で 対 応 で き る こ と と し て い る ．レ ベ ル 2 地 震 動 に 対 し て は 橋 の 重 要 度 に 応 じ て 規 定 さ れ て お り ，特 に 重 要 度 の 高 い 橋 に つ い て は ， 確 保 す べ き 性 能 を「 地 震 に よ る 損 傷 が 限 定 的 な も の に 留 ま り ，橋 と し て の 機 能 の 回

2

復 が 速 や か に 行 い 得 る 性 能(耐 震 性 能 2)」 と し て い る ． ま た ， 地 震 後 の 機 能 回 復 が 応 急 修 復 程 度 で 速 や か に 対 応 で き ，長 期 的 な 修 復 も 比 較 的 容 易 に 可 能 で あ る こ と と し て い る ． 一 方 で ， 標 準 的 な 重 要 度 の 橋 に つ い て は ，「 地 震 に よ る 損 傷 が 橋 と し て 致 命 的 と な ら な い 性 能(耐 震 性 能 3)」，す な わ ち 落 橋 に 対 す る 安 全 性 を 確 保 す る こ と と さ れ て い る ．以 上 の よ う に ，現 在 の 耐 震 設 計 に お い て は 地 震 に よ る 局 所 的 な 損 傷 は 想 定 さ れ て お り ，修 復 性 に つ い て も 言 及 さ れ て い る が ，修 復 の た め の 具 体 的 な 指 針 は 定 め ら れ て い な い の が 現 状 で あ る ．地 震 後 の 復 旧 活 動 に お け る 緊 急 輸 送 道 路 と し て の 機 能 確 保 に 加 え ，本 震 後 に 発 生 が 予 想 さ れ る 大 規 模 な 余 震 お よ び 連 動 地 震 に 対 応 す る た め に は ， 地 震 に よ り 鋼 製 橋 脚 に 致 命 的 な 損 傷 を 生 じ さ せ な い と と も に ， 損 傷 し た 橋 脚 に 対 し て ，地 震 発 生 後 極 め て 早 期 に 修 復 作 業 を 行 う こ と が 求 め ら れ る ． こ の よ う な 迅 速 か つ 効 果 的 な 修 復 を 行 う た め に は ，地 震 後 の 初 動 対 応 に お い て ，鋼 製 橋 脚 の 点 検 作 業 を 進 め る 上 で の 重 要 点 検 個 所 ，損 傷 度 合 の 判 定 基 準 お よ び 鋼 製 橋 脚 の 損 傷 状 況 や 構 造 パ ラ メ ー タ に 適 し た 修 復 方 法 に つ い て の 作 業 指 針 を 定 め る こ と が 重 要 で あ る ．

本 論 文 は 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 が 地 震 に よ り 損 傷 し た 場 合 の 修 復 方 法 の 提 案 を 目 的 と し て ，異 な る 損 傷 度 合 お よ び 構 造 パ ラ メ ー タ を 想 定 し ，修 復 方 法 と 修 復 後 の 耐 震 性 能 に つ い て の 検 討 を 行 っ た も の で あ る ．

1.2 既 往 の 研 究

鋼 製 橋 脚 は 都 市 内 高 速 道 路 な ど に 多 く 採 用 さ れ て お り ，こ れ ま で に 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 設 計 に 関 す る 研 究 が 数 多 く 行 わ れ て き た ．平 成 2 年 改 訂 の 道 路 橋 示 方 書 に お い て 鋼 製 橋 脚 の 地 震 時 保 有 水 平 耐 力 の 照 査 に 関 す る 規 定 が 見 送 ら れ た こ と を 受 け ，鋼 製 橋 脚 の 静 的 繰 り 返 し 荷 重 お よ び 動 的 荷 重 下 に お け る 弾 塑 性 挙 動 に 関 す る 実 験 的 お よ び 解 析 的 研 究 が 精 力 的 に 進 め ら れ る よ う に な っ た ．土 木 学 会 鋼 構 造 委 員 会 鋼 構 造 新 技 術 小 委 員 会 で は ，宇 佐 美 ，家 村 ，後 藤 ，北 田 ，杉 浦 ，伊 藤 ら を は じ め と し て 多 く の 研 究 者 に よ り ，鋼 製 橋 脚 の 縮 小 モ デ ル を 用 い た 一 定 軸 力 下 で の 水 平 繰 り 返 し 載 荷 実 験 ，ハ イ ブ リ ッ ド 地 震 応 答 実 験 お よ び 動 的 地 震 応 答 解 析 な ど が 行 わ れ ，そ の 成 果 が 報 告 さ れ て い る ^{7 )}．ま た ，平 成 7 年 に 発 生 し た 兵 庫 県 南 部 地 震 に お い て 鋼 製 橋 脚 に 多 く の 被 害 が 生 じ た こ と を 受 け ，以 降 は 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 向 上 に 加 え ，既 存 の 鋼 製 橋 脚 に 対 す る 補 強 方 法 に 関 す る 研 究 が さ ら に 精 力 的 に 進 め ら れ て き た ．

宇 佐 美 ら は ，矩 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 対 象 に 数 多 く の 単 調 載 荷 お よ び 繰 り 返 し 載 荷 実 験 を 行 い ，幅 厚 比 パ ラ メ ー タ ，細 長 比 パ ラ メ ー タ お よ び 補 剛 材 剛 比 と い っ た 主 要 な パ ラ メ ー タ や 荷 重 履 歴 が 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 に 与 え る 影 響 に つ い て 検 討 し て い る

8 ) ~ 14 )．渡 辺 ，杉 浦 ら に よ り 鋼 製 橋 脚 の 断 面 形 状 が 変 形 性 能 に 与 え る 影 響 に つ い て 検

3

討 し て い る 15 ), 1 6 )． ま た ， 宇 佐 美 ら は ハ イ ブ リ ッ ド 地 震 応 答 実 験 に よ り 鋼 製 橋 脚 に 地 震 動 を 与 え た 場 合 の 挙 動 に つ い て 検 討 し て い る 17 ) , 1 8 )． さ ら に 近 年 で は 後 藤 ら ， 杉 浦 ら ，青 木 ら に よ り ，地 震 の 2 方 向 あ る い は 3 方 向 成 分 の 影 響 を 考 慮 し た 実 験 お よ び 解 析 的 検 討 が 行 わ れ て い る 19 ) ~ 2 5 )．

ま た ，宇 佐 美 ら ，前 野 ら ，中 井 ，北 田 ら は ，鋼 製 橋 脚 の 耐 力 お よ び 変 形 性 能 を 向 上 さ せ る た め の 方 法 と し て ， コ ン ク リ ー ト を 部 分 的 に 充 填 し た 鋼 製 橋 脚 に 着 目 し ， そ の 耐 震 性 能 に 関 し て 実 験 お よ び 解 析 的 検 討 が 行 わ れ て い る 2 6 ) ~ 3 0 )． こ の 中 で 宇 佐 美 ら は コ ン ク リ ー ト を 最 適 充 填 率 の 高 さ ま で 充 填 す る こ と で 変 形 性 能 が 大 き く 向 上 す る こ と を 示 し て お り ，ま た ，ダ イ ア フ ラ ム の 高 さ ま で 充 填 す る こ と で 耐 力 が 大 き く 増 加 す る こ と を 示 し て い る ．円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 に つ い て は 森 下 ら ，井 浦 ら に よ り ，コ ン ク リ ー ト を 部 分 的 に 充 填 し た 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 に 関 す る 研 究 が 行 わ れ て お り ，コ ン ク リ ー ト 充 填 高 さ お よ び ダ イ ア フ ラ ム の 有 無 が 橋 脚 の 耐 力 ，変 形 性 能 お よ び 損 傷 の 発 生 個 所 に 与 え る 影 響 に つ い て 明 ら か に さ れ て い る 31 ), 3 2 )．

と こ ろ で ，兵 庫 県 南 部 地 震 の 被 害 を 受 け ，各 地 の 都 市 高 速 道 路 に 使 用 さ れ て い る 既 設 の 鋼 製 橋 脚 に つ い て 耐 震 補 強 工 事 が 施 さ れ ，そ の 多 く に コ ン ク リ ー ト 充 填 工 法 ， あ る い は 縦 補 剛 材 を 補 剛・増 設 す る 工 法 が 採 用 さ れ て い る ^{3 3 )}．し か し な が ら コ ン ク リ ー ト 充 填 工 法 は ，柱 部 材 の 耐 荷 力 が 大 き く 増 加 す る こ と に よ り ，ア ン カ ー 部 な ど の 耐 荷 力 を 上 回 り ，橋 脚 の 基 礎 部 分 に 損 傷 が 集 中 す る よ う な 好 ま し く な い 損 傷 形 態 と な る こ と も 予 想 さ れ る ．ま た ，縦 補 剛 材 の 補 剛・増 設 工 法 に つ い て も 必 要 な 材 料 お よ び 作 業 量 が 多 く ，断 面 の 小 さ な 鋼 製 橋 脚 へ の 適 用 が 困 難 で あ る こ と が 指 摘 さ れ て い る 3 4 ), 35 )．

こ れ ら を 受 け て ， 北 田 ら は 無 充 填 区 間 を 設 け て コ ン ク リ ー ト を 充 填 す る こ と で ， 耐 荷 力 の 大 幅 な 増 加 を 抑 え つ つ ，変 形 性 能 を 向 上 さ せ ，損 傷 形 態 に つ い て も あ る 程 度 コ ン ト ロ ー ル で き る よ う な 補 強 方 法 を 提 案 し て い る ^{3 6 )}．ま た ，忠 ら は 鋼 板 貼 り 付 け に よ る 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 補 強 法 を 提 案 し て お り ，鋼 板 を 貼 り 付 け な い ヒ ュ ー ズ 区 間 を 設 け る こ と で ，耐 荷 力 の 大 幅 な 増 加 を 抑 制 し つ つ ，変 形 性 能 の 向 上 を 図 っ て い る

37 )．ま た ，松 村 ，北 田 ら は 耐 荷 力 の 大 幅 な 増 加 を 伴 わ な い 耐 震 補 強 工 法 と し て ，炭 素 繊 維 シ ー ト を 用 い た 補 強 工 法 を 提 案 し て い る ^{3 8 )}．

以 上 の よ う に ，既 設 お よ び 新 設 の 鋼 製 橋 脚 に 対 す る 耐 震 性 能 の 向 上 の た め の 検 討 は 数 多 く 行 わ れ て い る ．し か し な が ら ，地 震 に よ り 損 傷 し た 鋼 製 橋 脚 に 対 す る 修 復 方 法 お よ び 修 復 後 の 耐 震 性 能 に 関 す る 研 究 は 非 常 に 少 な い の が 現 状 で あ る ．そ の 中 で 例 え ば ， 金 ， 廣 畑 ら は 局 部 座 屈 が 生 じ た 鋼 構 造 物 を 対 象 と し て ， 加 熱/プ レ ス 矯 正 に よ る 修 復 が 部 材 の 強 度 等 に 与 え る 影 響 に つ い て 明 ら か に し て い る 39 ) , 4 0 )． 愛 知 工 業 大 学 に お い て は 平 成 8 年 度 か ら 鈴 木 ，青 木 ら に よ り ，地 震 に よ り 損 傷 し た 鋼 製 橋 脚 の 修 復 に 関 す る 研 究 が 進 め ら れ て き た 4 1 ) ~ 4 4 )． こ れ ら の 研 究 に よ り ， 損 傷 し た

4

鋼 製 橋 脚 に 対 し て ，種 々 の 修 復 方 法 が 提 案 さ れ ，修 復 後 の 耐 震 性 能 に つ い て 実 験 的 に 明 ら か に さ れ て き た ．鈴 木 ら は 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 対 象 に ，鋼 板 巻 き 立 て お よ び 補 剛 材 の 溶 接 に よ る 修 復 に つ い て 検 討 し た ．ま た ，尾 松 ら は 矩 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 対 象 に ，コ ン ク リ ー ト 充 填 ，鋼 板 巻 き 立 て お よ び 補 剛 材 の 溶 接 に よ る 修 復 に つ い て 検 討 し た ．こ の 中 で ，コ ン ク リ ー ト 充 填 お よ び 鋼 板 巻 き 立 て に よ る 修 復 が ，有 効 な 手 法 と な る 可 能 性 が あ る こ と が 示 さ れ た ．し か し ，こ れ ら の 研 究 で は ，修 復 箇 所 の 強 度 が 大 幅 に 増 加 し ，別 の 箇 所 に 新 た に 損 傷 が 生 じ る ケ ー ス や ，修 復 方 法 が 複 雑 で 施 工 に 時 間 が か か る ケ ー ス も 見 ら れ た ．ま た ，対 象 と す る 鋼 製 橋 脚 の 損 傷 度 合 お よ び 構 造 パ ラ メ ー タ の 影 響 に 関 し て の 検 討 は 行 わ れ て お ら ず ，実 橋 脚 に 適 用 す る た め に は ， さ ら な る 検 討 が 必 要 で あ る ．

1.3 本 論 文 の 目 的

前 述 の よ う に ，新 設 お よ び 損 傷 の な い 既 設 の 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 に 関 す る 研 究 が 精 力 的 に 行 わ れ て き た の に 対 し ，地 震 に よ り 損 傷 し た 鋼 製 橋 脚 の 修 復 に 関 す る 研 究 は 十 分 で は な く ，地 震 後 の 復 旧 活 動 に お け る 鋼 製 橋 脚 の 修 復 方 法 に つ い て の 具 体 的 な 指 針 は 定 め ら れ て い な い ．以 上 の こ と を ふ ま え ，本 研 究 で は 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 対 象 と し て ，地 震 に よ り 損 傷 を 受 け た 場 合 の 早 期 の 応 急 復 旧 が 可 能 な 修 復 方 法 を 提 案 す る こ と を 目 的 と す る ．

は じ め に ，修 復 後 の 耐 震 性 能 を 評 価 す る た め に ，具 体 的 な 耐 震 性 能 の 目 標 値 を 設 定 す る た め の 解 析 的 検 討 を 行 う ．次 に ，高 速 道 路 の 早 期 の 機 能 回 復 お よ び 余 震 へ の 対 応 を 考 慮 し ，簡 便 な 手 法 に よ る 修 復 方 法 を 考 案 す る ．ま た ，実 橋 脚 へ の 適 用 を 視 野 に ，対 象 と す る 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の 損 傷 度 合 お よ び 径 厚 比 が 異 な る 場 合 に つ い て 検 討 し ． そ れ ぞ れ に つ い て 効 果 的 な 修 復 方 法 を 提 案 す る ．

1.4 本 論 文 の 構 成

第 1 章 で は ，道 路 橋 示 方 書 に 示 さ れ て い る 設 計 基 準 に お け る ，橋 脚 の 耐 震 性 能 お よ び 修 復 性 に 関 す る 規 定 に つ い て 述 べ た ．さ ら に ，鋼 製 橋 脚 の 耐 震 設 計 お よ び 補 強 に 関 す る 既 往 の 研 究 に つ い て 紹 介 し ， 本 研 究 の 目 的 と 構 成 に つ い て 述 べ た ．

第 2 章 で は ，地 震 に よ り 損 傷 し た 鋼 製 橋 脚 に 対 す る 修 復 を 行 う 上 で の ，本 研 究 に お け る 基 本 的 な 考 え 方 ，修 復 後 の 耐 震 性 能 お よ び 対 象 と す る 鋼 製 橋 脚 の 損 傷 度 合 に つ い て 述 べ る ．本 章 で は ，鋼 製 橋 脚 の 損 傷 度 合 ご と に 分 類 し ，評 価 す る た め に ，鋼 製 橋 脚 の 水 平 耐 力-変 位 関 係 を 基 に 損 傷 レ ベ ル を 設 定 し た ． さ ら に ， 修 復 後 の 鋼 製

5

橋 脚 の 耐 震 性 能 お よ び 損 傷 形 態 に つ い て 検 討 し ，最 大 耐 力 お よ び 剛 性 を パ ラ メ ー タ と し て バ イ リ ニ ア モ デ ル を 用 い た 地 震 応 答 解 析 を 行 う こ と に よ り ，修 復 後 の 耐 震 性 能 の 目 標 値 を 設 定 し た ．

第 3 章 で は ，損 傷 し た 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 対 象 と し た 効 果 的 な 修 復 方 法 の 検 討 お よ び 修 復 後 の 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の 静 的 繰 り 返 し 載 荷 実 験 に つ い て 述 べ る ．本 章 で は 過 去 の 研 究 に お け る 繰 り 返 し 載 荷 実 験 に よ り ，基 部 付 近 に 局 部 座 屈 が 生 じ た 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 対 象 と し て ，コ ン ク リ ー ト 充 填 ，鋼 板 巻 き 立 て お よ び 補 剛 材 の 溶 接 に よ る 修 復 を 行 お こ な っ た ．そ の 後 ，再 度 繰 り 返 し 載 荷 実 験 を 行 う こ と で 修 復 後 の 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 を 明 ら か に し ，コ ン ク リ ー ト 充 填 修 復 が 簡 便 か つ 効 果 的 な 修 復 方 法 で あ る こ と を 示 し た ．

第 4 章 で は ，損 傷 度 合 の 異 な る 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 対 象 と し た コ ン ク リ ー ト 充 填 修 復 の 修 復 効 果 に 関 す る 実 験 的 検 討 を 行 っ た ．第2章 で 設 定 し た 損 傷 レ ベ ル を 基 に ， 静 的 繰 り 返 し 載 荷 に よ り 3 段 階 の 異 な る 損 傷 を 供 試 体 に 与 え ，各 損 傷 レ ベ ル に 対 し て コ ン ク リ ー ト 充 填 高 さ お よ び ダ イ ア フ ラ ム の 有 無 を 変 え て 修 復 を 行 う ． そ の 後 ， 同 様 の 繰 り 返 し 載 荷 を 行 い ，各 損 傷 レ ベ ル に お け る 修 復 効 果 の 違 い に つ い て 明 ら か に し た ．

第 5 章 で は ，径 厚 比 パ ラ メ ー タ の 異 な る 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 対 象 と し た コ ン ク リ ー ト 充 填 修 復 の 修 復 効 果 に 関 す る 実 験 的 検 討 に つ い て 述 べ る ．現 行 の 設 計 基 準 の 適 用 範 囲 内 で 3 種 類 の 径 厚 比 パ ラ メ ー タ を 有 す る 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 用 い て ，コ ン ク リ ー ト 充 填 高 さ お よ び ダ イ ア フ ラ ム の 有 無 を 変 え て 修 復 を 行 う こ と で ，径 厚 比 パ ラ メ ー タ お よ び 修 復 方 法 の 違 い に よ る 修 復 後 の 耐 震 性 能 に つ い て 明 ら か に し た ．ま た ， 適 切 な 修 復 方 法 を 判 断 す る た め の 資 料 の 提 供 を 目 的 と し て ，修 復 後 の 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の ひ ず み レ ベ ル に 着 目 し ， 修 復 後 の 損 傷 形 態 と の 関 係 に つ い て 示 し た ．

第 6 章 で は ， 各 章 で 得 ら れ た 研 究 成 果 に つ い て ま と め る ．

6

参 考 文 献

1) 阪 神 高 速 道 路 公 団 ： 大 震 災 に 立 ち 向 か っ て-阪 神 ． 淡 路 大 震 災 記 録 書 ，1996.1.

2) 阪 神 高 速 道 路 管 理 技 術 セ ン タ ー ： 大 震 災 を 乗 り 越 え て － 震 災 復 旧 工 事 誌 － ， 阪 神 高 速 道 路 公 団 ，1997.9．

3) (社)日 本 道 路 協 会 ： 道 路 橋 示 方 書 ・ 同 解 説 V 耐 震 設 計 編 ，1990.2.

4) (社)日 本 道 路 協 会 ： 道 路 橋 示 方 書 ・ 同 解 説 V 耐 震 設 計 編 ，1996.12． 5) (社)日 本 道 路 協 会 ： 道 路 橋 示 方 書 ・ 同 解 説 V 耐 震 設 計 編 ，2002.3． 6) (社)日 本 道 路 協 会 ： 道 路 橋 示 方 書 ・ 同 解 説 V 耐 震 設 計 編 ，2012.3．

7) 土 木 学 会 鋼 構 造 新 技 術 小 委 員 会 ： 鋼 構 造 新 技 術 小 委 員 会 最 終 報 告 書 （ 耐 震 設 計 研 究 ），1996．

8) 宇 佐 美 勉 ： 鋼 平 面 ラ ー メ ン 構 造 物 の 極 限 強 度 評 価 式 の 実 験 デ ー タ に よ る 検 証 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.36A，pp.79-88，1990.3．

9) 宇 佐 美 勉 ， 今 井 康 幸 ， 青 木 徹 彦 ， 伊 藤 義 人 ： 繰 り 返 し 荷 重 を 受 け る 鋼 圧 縮 部 材 の 強 度 と 変 形 能 に 関 す る 実 験 的 研 究 ，Vol.37A，pp.121-134，1991.3．

10) 宇 佐 美 勉 ， 水 谷 慎 吾 ， 青 木 徹 彦 ， 伊 藤 義 人 ， 安 波 博 道 ： 補 剛 箱 形 断 面 圧 縮 部 材 の 繰 り 返 し 弾 塑 性 挙 動 に 関 す る 実 験 的 研 究 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.38A， pp.105-117，1992.3．

11) 宇 佐 美 勉 ， 坂 野 茂 ， 是 津 文 章 ， 青 木 徹 彦 ： 鋼 製 橋 脚 モ デ ル の 繰 り 返 し 弾 塑 性 挙 動 に 及 ぼ す 荷 重 履 歴 の 影 響 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.39A，pp.235-247，1993.3． 12) 鈴 木 森 晶 ， 宇 佐 美 勉 ， 竹 本 潔 史 ： 鋼 製 橋 脚 モ デ ル の 静 的 お よ び 準 静 的 挙 動 に 関

す る 実 験 的 研 究 ， 土 木 学 会 論 文 集 ，No.507/Ⅰ-30,pp.99-108,1995.1.

13) 葛 漢 彬 ， 宇 佐 美 勉 ， 織 田 博 孝 ： 局 部 座 屈 を 考 慮 し た 無 補 剛 箱 型 断 面 短 柱 の モ ー メ ン ト － 軸 力 － 曲 率 関 係 の 定 式 化 ， 土 木 学 会 論 文 集 ，No.519/Ⅰ-32，pp.79-87，

1995.7．

14) 水 谷 慎 吾 ， 宇 佐 美 勉 ， 青 木 徹 彦 ， 伊 藤 義 人 ， 岡 本 隆 ： パ イ プ 断 面 鋼 圧 縮 部 材 の 繰 り 返 し 弾 塑 性 挙 動 に 関 す る 実 験 的 研 究 ，構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.42A，pp.105-114，

1996.3．

15) 渡 邊 英 一 ， 杉 浦 邦 征 ， 播 本 章 一 ， 長 谷 川 敏 之 ： ダ ク テ ィ リ テ ィ に 基 づ く 鋼 製 橋 脚 の 有 効 な 断 面 形 状 に 関 す る 実 験 的 研 究 ，構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.38A，pp.133-142，

1992.3．

16) 渡 邊 英 一 ，杉 浦 邦 征 ，森 忠 彦 ，鈴 木 巌 ： 補 剛 R 付 き 箱 型 断 面 短 は り － 柱 の 強 度 と 変 形 性 能 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.38A，pp.143-154，1992.3．

17) 才 塚 邦 宏 ， 伊 藤 義 人 ， 木 曽 英 滋 ， 宇 佐 美 勉 ： 相 似 則 を 考 慮 し た ハ イ ブ リ ッ ド 地 震 応 答 実 験 手 法 に 関 す る 考 察 ，土 木 学 会 論 文 集 ，No.507/Ⅰ-30,pp.179-190,1995.1.

7

18) 才 塚 邦 宏 ， 宇 佐 美 勉 ， 芳 崎 一 也 ， 鈴 木 森 晶 ： 兵 庫 県 南 部 地 震 観 測 地 震 波 を 用 い た ハ イ ブ リ ッ ド 地 震 応 答 実 験 に よ る 鋼 製 橋 脚 の 激 震 時 挙 動 ， 土 木 学 会 論 文 集 ， No.556／ Ⅰ-38,pp.119-129，1997.1.

19) 永 田 和 寿 ， 渡 邊 英 一 ， 杉 浦 邦 征 ： 平 2 方 向 に 地 震 力 を 受 け る 角 形 鋼 製 橋 脚 の 弾 塑 性 応 答 性 状 に 関 す る 研 究 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.50A，pp.1427-1436，2004.3.

20) 後 藤 芳 顯, 江 坤 生, 小 畑 誠：2 方 向 繰 り 返 し 荷 重 を 受 け る 薄 肉 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 柱 の 履 歴 特 性 ， 土 木 学 会 論 文 集 ，No.780/Ⅰ-70,pp.181-198,2005.

21) 永 田 和 寿 ， 丸 山 貴 史 ， 杉 浦 邦 征 ， 後 藤 芳 顯 ： 水 平 2 方 向 の 連 成 を 考 慮 し た 鋼 製 橋 脚 の 地 震 時 弾 塑 性 応 答 解 析 手 法 の 開 発 ，Vol.53A，pp.360-370，2007.3.

22) 後 藤 芳 顯, 江 坤 生, 小 畑 誠：２ 方 向 繰 り 返 し 荷 重 を 受 け る 矩 形 断 面 鋼 製 橋 脚 柱 の 履 歴 特 性 ， 土 木 学 会 論 文 集 A，Vol.63,No.1,pp.122-141,2007.

23) 青 木 徹 彦 ， 大 西 哲 広 ， 鈴 木 森 晶 ： 水 平 2 方 向 荷 重 を 受 け る 正 方 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 に 関 す る 実 験 的 研 究 ， 土 木 学 会 論 文 集 A ， Vol.63,No.4,pp.716-726,2007.

24) 後 藤 芳 顯 ， 村 木 正 幸 ， 海 老 澤 健 正 ：2 方 向 地 震 動 を 受 け る 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の 限 界 値 と 動 的 耐 震 照 査 法 に 関 す る 考 察 ，構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.55A，pp.629-642，

2009.3.

25) 後 藤 芳 顯 ， 海 老 澤 健 正 ： ３ 方 向 地 震 動 を 受 け る 正 方 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の 限 界 状 態 の 評 価 法 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.58A，pp.399-412，2012.3.

26) 中 井 博 ， 北 田 俊 行 ， 吉 川 紀 ， 中 西 克 佳 ， 尾 山 達 巳 ： コ ン ク リ ー ト を 充 填 し た 長 方 形 箱 形 断 面 柱 の 耐 荷 力 と 変 形 性 能 に 関 す る 実 験 的 研 究 ， 構 造 工 学 論 文 集 ， Vol.39A，pp.1347-1360，1993.3．

27) 宇 佐 美 勉 ， 鈴 木 森 晶 ，Iraj H. P. Mamaghani， 葛 漢 彬 ： コ ン ク リ ー ト を 部 分 的 に 充 填 し た 鋼 製 橋 脚 の 地 震 時 保 有 水 平 耐 力 照 査 法 の 提 案 ， 土 木 学 会 論 文 集 ， No.525/Ⅰ-33,pp.69-82,1995.10.

28) 天 野 麻 衣 ， 葛 西 昭 ， 宇 佐 美 勉 ， 葛 漢 彬 ， 岡 本 真 悟 ， 前 野 裕 文 ： コ ン ク リ ー ト 部 分 充 填 鋼 製 橋 脚 の 弾 塑 性 挙 動 に 関 す る 実 験 的 及 び 解 析 的 研 究 ，構 造 工 学 論 文 集 ， Vol.44A，pp.179-188，1998.3.

29) 前 野 裕 文 ， 森 下 宣 明 ， 葛 漢 彬 ， 青 木 徹 彦 ， 高 野 光 史 ， 吉 光 友 雄 ： コ ン ク リ ー ト を 柱 基 部 に 部 分 充 填 し た 長 方 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 照 査 法 ， 構 造 工 学 論 文 集 ， Vol.48A，pp.667-674，2002.3.

30) 才 塚 邦 宏 ， 宇 佐 美 勉 ， 木 曽 英 滋 ， 伊 藤 義 人 ： コ ン ク リ ー ト を 部 分 的 に 充 填 し た 鋼 製 橋 脚 の ハ イ ブ リ ッ ド 地 震 応 答 実 験 ，構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.41A，pp.277-288，

1995.3.

8

31) 森 下 益 臣 ， 青 木 徹 彦 ， 鈴 木 森 晶 ： コ ン ク リ ー ト 充 填 円 形 鋼 管 柱 の 耐 震 性 能 に 関 す る 実 験 的 研 究 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.46A，pp.73-83，2000.3.

32) 井 浦 雅 司 ， 折 野 明 宏 ， 石 澤 俊 希 ： コ ン ク リ ー ト を 部 分 充 填 し た 円 形 鋼 製 橋 脚 の 弾 塑 性 挙 動 に 関 す る 研 究 ， 土 木 学 会 論 文 集 ，No.696/Ⅰ-58，pp.285-298，2002.

33) 名 古 屋 高 速 道 路 公 社 ： 名 古 屋 高 速 道 路 耐 震 補 強 工 事 誌 ，2007.8．

34) 西 川 和 廣 ， 山 本 悟 司 ， 名 取 暢 ， 寺 尾 圭 史 ， 安 波 博 道 ， 寺 田 昌 弘 ： 既 設 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 改 善 方 法 に 関 す る 実 験 的 研 究 ，構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.42A，pp.975-986，

1996.3．

35) 北 田 俊 行 ， 中 井 博 ， 松 村 政 秀 ， 加 賀 山 泰 一 ： 繰 返 し 漸 増 水 平 変 位 載 荷 に よ る 既 設 鋼 製 橋 脚 補 剛 板 の 耐 震 補 強 法 に 関 す る 実 験 的 研 究 ， 構 造 工 学 論 文 集 ， Vol.46A，pp.127-134，2000.3．

36) 松 村 政 秀 ， 北 田 俊 行 ， 澤 登 善 誠 ， 中 原 嘉 郎 ： 無 充 填 区 間 を 有 す る コ ン ク リ ー ト 充 填 工 法 に よ る 既 設 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 補 強 法 に 関 す る 実 験 的 研 究 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.47A，pp.35-44，2001.3.

37) 忠 和 男 ， 櫻 井 孝 昌 ： 既 設 円 筒 鋼 製 橋 脚 の 鋼 板 貼 り 付 け に よ る 耐 震 補 強 法 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.49A，pp.139-144，2003.3．

38) 松 村 政 秀 ， 北 田 俊 行 ， 徳 林 宗 孝 ， 池 田 啓 士 ， 岡 田 崇 ： 炭 素 繊 維 シ ー ト を 円 周 方 向 に 貼 付 す る 橋 脚 鋼 管 柱 の 耐 震 補 強 法 に 関 す る 実 験 的 研 究 ， 土 木 学 会 論 文 集 ， No.766/I-68，pp.17-31，2004.7.

39) 金 裕 哲 ，廣 畑 幹 人 ，森 本 拓 世 ，小 野 潔：局 部 座 屈 損 傷 部 を 加 熱/プ レ ス 矯 正 し た 鋼 製 橋 脚 の 力 学 挙 動 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.54A，pp.504-511，2008.3.

40) 廣 畑 幹 人 ，森 本 拓 世 ，金 裕 哲：加 熱/プ レ ス 矯 正 し た 鋼 構 造 部 材 の 力 学 挙 動 の 解 明 と 補 修 法 の 提 案 ， 応 用 力 学 論 文 集 ，No.12，pp.915-926，2009.

41) 青 木 徹 彦 ， 山 田 将 樹 ， 林 幸 司 ： 地 震 時 破 損 後 に 補 修 し た 橋 脚 モ デ ル の 耐 震 載 荷 実 験 と 耐 震 設 計 の 考 え 方 ， 鋼 製 橋 脚 の 非 線 形 数 値 解 析 と 耐 震 設 計 に 関 す る 論 文 集 ， 土 木 学 会 ・ 構 造 工 学 委 員 会 ，pp.101-106，1997.3.

42) 鈴 木 森 晶 ， 青 木 徹 彦 ， 野 村 和 弘 ： 簡 易 補 修 後 鋼 製 ラ ー メ ン 橋 脚 の 耐 震 性 能 に 関 す る 実 験 的 研 究 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.46A，pp.135-142，2000.3.

43) M Suzuki, H Omatsu, A Imanaka, T Aoki：Seismic resistance capacity of repaired steel bridge piers after severe earthquake, International Conference on STRUCTURAL CONDITION ASSESMENT, MONITORING AND IMPROVEMENT, pp.291-298, December 2005.

44) 尾 松 大 道 ， 鈴 木 森 晶 ， 青 木 徹 彦 ： 損 傷 し た 矩 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の 補 修 後 の 耐 震 性 能 に 関 す る 研 究 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.52A，pp.445-453，2006.3.

9

第 2 章 損傷した鋼製橋脚の修復 に関する基本的な考え方

2.1 ま え が き

鋼 製 橋 脚 は 市 街 地 の 高 架 高 速 道 路 や 鉄 道 な ど の 重 要 度 の 高 い 公 共 構 造 物 に 多 用 さ れ て い る ．ま た ，高 速 道 路 は 地 震 発 生 後 の 緊 急 輸 送 道 路 と し て 位 置 づ け ら れ て お り ，地 震 後 ，こ の よ う な 構 造 物 の 機 能 を 確 保 す る こ と は ，迅 速 な 復 旧 活 動 を 行 う 上 で 極 め て 重 要 で あ る ．

平 成 7 年 の 兵 庫 県 南 部 地 震 で は ，鋼 製 橋 脚 を 含 む 多 く の 土 木 構 造 物 が 被 害 を 受 け た ．都 市 に お け る ラ イ フ ラ イ ン で あ る 主 要 幹 線 道 路 が 長 期 間 使 用 不 能 に な り ，救 助 お よ び 復 旧 活 動 の 妨 げ と な っ た ．ま た ，地 震 後 の 復 旧 作 業 で は ，橋 脚 の 修 復 方 法 に 関 す る 指 針 が 無 か っ た た め ，比 較 的 軽 微 な 損 傷 で あ っ て も 部 分 的 な 補 修 で は 復 旧 で き ず ， 復 旧 ま で 長 い 期 間 を 要 し た ^{1 ) , 2 )}．

兵 庫 県 南 部 地 震 に よ る 被 害 を 受 け ，鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 に 関 す る 研 究 が 精 力 的 に 行 わ れ ，耐 震 設 計 基 準 に 反 映 さ れ て き た ．し か し ，こ れ ら の 研 究 は 多 く が 地 震 に よ る 損 傷 の 無 い 既 存 橋 脚 お よ び 新 設 橋 脚 に つ い て の も の で あ り ，損 傷 し た 橋 脚 の 修 復 方 法 と 修 復 後 の 耐 震 性 能 に 関 す る 研 究 は 極 め て 少 な く ，損 傷 し た 橋 脚 の 残 存 耐 力 に 関 す る 研 究 も 同 様 に 少 な い ．地 震 に よ り 鋼 製 橋 脚 が 損 傷 し た 場 合 の 早 期 の 機 能 回 復 の た め に は ，地 震 発 生 後 短 期 間 で 行 え る 効 果 的 な 修 復 方 法 を 検 討 す る こ と が 必 要 で あ る ．

本 章 で は ，損 傷 し た 鋼 製 橋 脚 の 修 復 方 法 を 検 討 す る 上 で の 基 本 的 な 考 え 方 を 述 べ る ．ま た ，本 研 究 に お い て 修 復 の 対 象 と す る 橋 脚 の 損 傷 形 態 を 示 す と と も に ，橋 脚 の 損 傷 度 合 に よ り 分 類 す る た め に 損 傷 レ ベ ル を 設 定 す る ．ま た ，修 復 後 の 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 の 目 標 値 を 検 討 す る た め ，最 大 水 平 荷 重 お よ び 曲 げ 剛 性 を パ ラ メ ー タ と し て バ イ リ ニ ア モ デ ル を 用 い た 地 震 応 答 解 析 を 行 う ．解 析 結 果 を 基 に ，修 復 後 の 耐 震 性 能 を 評 価 す る た め の 具 体 的 な 目 標 値 を 提 案 す る ．

2.2 地 震 発 生 後 の 対 応 に お け る 本 研 究 の 位 置 付 け

本 論 文 で は 地 震 に よ り 損 傷 し た 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 を 対 象 と し て ，早 期 復 旧 が 可 能 な 修 復 方 法 に つ い て 検 討 し て い る ．震 災 後 の 緊 急 輸 送 路 と し て の 機 能 を 確 保 す る と と も に ， 本 震 後 に 発 生 が 予 想 さ れ る 大 規 模 な 余 震 お よ び 連 動 地 震 に 対 応 す る た め ， 簡 便 な 施 工 に よ り 迅 速 に 修 復 作 業 を 行 う こ と が 必 要 で あ る ．

国 や 地 方 自 治 体 が 定 め る 地 震 対 策 計 画 等 に お い て は ，地 震 発 生 か ら72時 間 以 内 を 目 途 に ，住 民 の 避 難 や 被 災 者 の 救 助 と い っ た 救 急 救 命 活 動 お よ び 被 災 状 況 の 確 認 を

10

中 心 と し て 活 動 し ，そ の 後 ，被 災 者 へ の 生 活 支 援 物 資 の 輸 送 ，施 設 等 の 復 旧 と い っ た 大 規 模 な 復 旧 活 動 へ 移 行 し て い く と さ れ て い る^{3 ), 4 )}． そ の た め 本 研 究 で は ， 本 格 的 な 支 援・復 旧 活 動 に 取 り 掛 か る ま で の 極 早 期 に 修 復 作 業 が 完 了 し ，か つ 耐 震 性 能 を 回 復 さ せ る こ と が 可 能 な 修 復 方 法 の 提 案 を 行 う ． 図-2.1に 示 す よ う に ， 地 震 発 生 か ら24時 間 を 目 途 に 橋 脚 の 損 傷 状 況 を 調 査 し ，修 復 の 要 否 の 判 定 お よ び 修 復 方 法 の 決 定 を 行 う ．そ の 後 ，地 震 後72時 間 以 内 に 修 復 作 業 を 完 了 す る こ と を 想 定 し て い る ． ま た ，こ こ で 提 案 す る 修 復 方 法 は ，緊 急 時 の 応 急 復 旧 を 想 定 し た も の で あ り ，長 期 の 供 用 ま で 考 慮 し た 恒 久 的 な 修 復 と な り え る か に つ い て は 別 途 検 討 が 必 要 で あ る ．

2.3 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の 損 傷 状 況 に 関 す る 検 討

2.3.1 対 象 と す る 鋼 製 橋 脚 の 損 傷 状 況

本 研 究 で 対 象 と す る の は ， 地 震 に よ り 損 傷 し た 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の う ち ，図-2.2に 示 す よ う な 外 側 に 膨 ら む 提 灯 座 屈 が 生 じ た 橋 脚 で あ る ． な お ， 一 般 的 に 鋼 製 橋 脚 は 車 両 衝 突 に よ る 損 傷 を 防 止 す る た め に ， 橋 脚 の 基 部 に コ ン ク リ ー ト が 充 填 さ れ て い る ． ま た ， 近 年 は 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 の 向 上 の た め に 一 定 の 高 さ ま で コ ン ク リ ー ト が 充 填 さ れ て い る ． 本 研 究

地 震 発 生

 橋 脚 の 損 傷 状 況 の 調 査

 修 復 の 要 否 の 判 定

 修 復 方 法 の 決 定

 修 復 作 業 完 了 72 時 間

24 時 間

図 -2.1 地 震 後 の 修 復 作 業 の イ メ ー ジ

 住 民 の 避 難 支 援 ・ 安 全 確 保

 被 災 状 況 の 把 握

 被 災 者 の 救 命 ・ 救 助

 被 害 の 拡 大 防 止

 被 災 者 ・ 避 難 者 の 生 活 支 援

 施 設 等 の 復 旧 ・ 復 興

図 -2.2 鋼 製 橋 脚 の 提 灯 座 屈

11

で 提 案 す る 修 復 方 法 は ，コ ン ク リ ー ト 充 填 部 よ り 上 の 無 充 填 区 間 に 局 部 座 屈 が 生 じ た 場 合 を 想 定 し て い る ．ま た ，地 震 後 の 橋 脚 の 残 留 水 平 変 位 に つ い て は ，橋 脚 高 さ hに 対 し てh/100以 下 で ，水 平 変 位 の 矯 正 が 必 要 な い 場 合 を 想 定 し て い る ．な お ，h/100 を 超 え る 大 き な 残 留 水 平 変 位 が 生 じ ， 大 が か り な 復 旧 工 事 を 必 要 と す る 場 合 に は ， 復 旧 工 事 を 行 う ま で の 期 間 ，余 震 に よ る 倒 壊 を 防 ぐ た め の 応 急 処 置 と な る こ と を 想 定 し て い る ．

2.3.2 損 傷 度 合 に よ る 分 類

一 般 に 地 震 に よ り 鋼 製 橋 脚 に 生 じ る 損 傷 は 一 律 で は な い た め ，橋 脚 の 損 傷 度 合 に 応 じ て 適 切 な 修 復 方 法 を 検 討 し て い く 必 要 が あ る ．橋 脚 の 損 傷 度 合 の 評 価 に つ い て は ，既 往 の 研 究 に よ り 橋 脚 の 最 大 応 答 水 平 変 位 お よ び 残 留 水 平 変 位 に よ る 評 価 方 法 が 提 案 さ れ て い る^{5 )}． し か し ， 最 大 応 答 水 平 変 位 お よ び 残 留 水 平 変 位 は 地 震 波 の 特 性 に よ り 大 き く 異 な る ．最 大 応 答 水 平 変 位 に つ い て は 地 震 応 答 解 析 な ど か ら 算 出 す る 必 要 が 有 る た め ，地 震 後 の 早 期 の 判 定 に は 向 か な い ．ま た ，残 留 水 平 変 位 の 計 測 は 初 動 点 検 で も 可 能 で あ る が ，地 震 波 の 特 性 に よ っ て は 残 留 水 平 変 位 が 小 さ い 場 合 で も ，地 震 の 繰 り 返 し 荷 重 に よ り 局 部 座 屈 が 進 行 し ，耐 力 が 低 下 す る 場 合 が 考 え ら れ る ．し か し な が ら ，局 部 的 な 損 傷 状 況 か ら 橋 脚 の 残 存 耐 力 を 推 定 す る こ と は 現 状 で は 非 常 に 困 難 で あ る ．

そ の た め 本 項 で は ，図-2.3に 示 す よ う に ，一 般 的 な 鋼 製 橋 脚 の 水 平 荷 重-水 平 変 位 関 係 を も と に 異 な る 損 傷 度 合 を 想 定 し ， 以 下 に 示 す4段 階 の 損 傷 レ ベ ル を 設 定 し た

7 ), 8 )． 以 降 ， 実 験 に 使 用 す る 供 試 体 の 損 傷 度 合 に つ い て は 損 傷 レ ベ ル を 基 に 分 類 し

て い る ． 表-2.1に は 本 研 究 で 設 定 し た 損 傷 レ ベ ル と 道 路 橋 示 方 書 に 示 さ れ る 橋 の 耐 震 性 能 の 対 応 に つ い て 示 す ． ま た ， 図-2.4に 各 損 傷 レ ベ ル の ひ ず み の 分 布 の 例 を 示 す ．図 は 繰 り 返 し 載 荷 時 の 圧 縮 側 に お け る ，橋 脚 基 部 に 生 じ た 座 屈 部 の ひ ず み 値 を プ ロ ッ ト し た も の で あ る ．各 損 傷 レ ベ ル に お け る お お よ そ の ひ ず み 値 に つ い て 以 下 に 示 す ． 損 傷 と ひ ず み の 関 係 に つ い て は4章 も 参 照 さ れ た い ．

 損 傷 レ ベ ル1：公 称 値 を 用 い て 算 出 し た 降 伏 水 平 荷 重(Hy)か ら 実 際 に 鋼 製 橋 脚 が 保 有 す る 降 伏 水 平 荷 重(最 大 水 平 荷 重(Hma x)に 達 す る 前 の50～70%程 度)ま で の 領 域 と す る ． こ れ は 耐 震 性 能1に 相 当 し ， 部 分 的 に は 塑 性 域 に 達 し て い る も の の ， 橋 脚 全 体 と し て は 弾 性 的 な 挙 動 を 示 し て い る ．損 傷 レ ベ ル1で は ，橋 脚 に 目 視 で 確 認 で き る よ う な 損 傷 は 生 じ な い こ と が 想 定 さ れ る ．

 損 傷 レ ベ ル2：最 大 水 平 荷 重 の70%程 度 か ら 最 大 水 平 荷 重 程 度 ま で の 領 域 と す る ． こ れ は 耐 震 性 能2に 相 当 し ，こ の 場 合 ，鋼 製 橋 脚 の 損 傷 は 局 部 座 屈 が 目 視 で 確 認 で き る 程 度 で あ り ，10000μ程 度 の ひ ず み が 生 じ て い る こ と が 想 定 さ れ る ．

12

 損 傷 レ ベ ル3：最 大 水 平 荷 重 か ら 最 大 水 平 荷 重 の95%程 度 ま で 荷 重 が 低 下 す る 領 域 と す る ． 想 定 さ れ る 橋 脚 の 損 傷 は 基 部 の 局 部 座 屈 が 進 行 し ， 部 分 的 に 塗 装 の は が れ な ど が 生 じ て い る 程 度 で あ る ． こ の 時 の ひ ず み 値 は 最 大30000μ程 度 に 達 し て い る ．

 損 傷 レ ベ ル4：荷 重 が 最 大 水 平 荷 重 の70%程 度 ま で 低 下 す る 領 域 と す る ．橋 脚 の 損 傷 は ， 局 部 座 屈 が 大 き く 進 行 し ， 部 分 的 に は 亀 裂 が 発 生 す る こ と も 想 定 し て い る ． こ の 場 合 ひ ず み 値 は お よ そ50000μ以 上 と な っ て い る ． 損 傷 レ ベ ル3，4に つ い て は 耐 震 性 能3に 相 当 す る ．

表 -2.1 損 傷 レ ベ ル と 橋 の 耐 震 性 能 損 傷

レ ベ ル 橋 の 耐 震 性 能 ^{6 )}

1 1 ・ 橋 全 体 の 力 学 的 特 性 が 弾 性 域 を 超 え な い

2 2 ・ 塑 性 化 を 考 慮 す る 部 材 に の み 塑 性 変 形 が 生 じ る^※

・ 損 傷 の 修 復 を 容 易 に 行 い 得 る 限 界 の 状 態 3

3 ・ 塑 性 化 を 考 慮 す る 部 材 に の み 塑 性 変 形 が 生 じ る^※

・ 橋 脚 の 水 平 耐 力 を 保 持 で き る 限 界 の 状 態 4

※ 本 研 究 に お い て 塑 性 化 を 考 慮 す る 部 材 は 橋 脚 で あ る ． 図 -2.3 損 傷 レ ベ ル の 設 定

Hma x

水 平 変 位 δ レ ベ ル 1

レ ベ ル 4 レ ベ ル 3

レ ベ ル 2

水平荷重H Hy

δy

0.95Hma x

0.7H_{ma x}

13

図 -2.4 損 傷 レ ベ ル 毎 の ひ ず み の 分 布

2.3.3 損 傷 を 有 す る 供 試 体 の 製 作 お よ び 呼 称

本 論 文 で は ，損 傷 し た 鋼 製 橋 脚 の 修 復 方 法 に つ い て 検 討 を 行 う こ と か ら ，無 損 傷 の 供 試 体 に 対 す る 繰 り 返 し 載 荷 お よ び 修 復 後 の 繰 り 返 し 載 荷 の2度 の 載 荷 実 験 を 行 っ て い る ．第3章 で は 青 木 ら(2006)の 研 究 に お い て 行 っ た 繰 り 返 し 載 荷 実 験 に よ り 損 傷 し た 供 試 体 を 使 用 す る^{9 )}． ま た ， 第4章 お よ び 第5章 で は ， 修 復 に 先 立 ち ， 無 損 傷 の 供 試 体 に 対 し 所 定 の 損 傷 を 与 え る た め の 繰 り 返 し 載 荷 実 験 を 行 っ て い る ．

各 供 試 体 の 呼 称 に つ い て は ，無 損 傷 の 供 試 体 に 対 す る 一 度 目 の 載 荷 実 験 か ら 得 ら れ た 水 平 荷 重-変 位 関 係 等 の 実 験 結 果 を 示 す 場 合 に は 「 損 傷 前 」 と 称 す る ． ま た ， 一 度 目 の 載 荷 終 了 後 の 供 試 体 の 損 傷 状 況 お よ び 残 存 耐 力 等 を 示 す 場 合 に は 「 修 復 前 」，修 復 後 の 載 荷 実 験 か ら 得 ら れ た 結 果 お よ び 供 試 体 損 傷 状 況 を 示 す 場 合 に は「 修 復 後 」 と 呼 称 す る ． 詳 細 に つ い て は 各 章 を 参 照 さ れ た い ．

2.4 解 析 的 検 討 に よ る 修 復 後 の 目 標 性 能 の 設 定

2.4.1 修 復 後 の 耐 震 性 能

本 研 究 で は ，損 傷 し た 鋼 製 橋 脚 に つ い て ，本 震 後 の 余 震 お よ び 連 動 地 震 等 に 対 応 で き る 耐 震 性 能 ま で 回 復 可 能 な 修 復 方 法 の 提 案 を 目 的 と し て い る ．修 復 方 法 を 検 討 す る に あ た り 重 要 な 要 素 と し て は ，橋 脚 の 耐 力 お よ び 変 形 性 能 と い っ た 耐 震 性 能 に 加 え ，修 復 後 に 再 度 地 震 動 を 受 け た 場 合 の 損 傷 形 態 が あ げ ら れ る ．例 え ば ，修 復 部 の 強 度 が 著 し く 増 加 す る よ う な 修 復 を 行 っ た 場 合 ，修 復 部 直 上 で 座 屈 が 生 じ る こ と が 考 え ら れ る ．こ の よ う な 修 復 を 行 っ た 場 合 ，最 大 水 平 荷 重 は 増 加 す る が ，変 形 性 能 が 低 下 す る 恐 れ が あ る ．さ ら に ，最 大 水 平 荷 重 が 増 加 す る こ と で ，相 対 的 に 弱 く

-75000 -50000 -25000 0 25000 50000 75000

0 2 4 6

ひずみμ

δ/δy

εt εm εb

載 荷 方 向

(b)ひ ず み 計 測 位 置

εm εt

εb

レベル1

レベル2 レベル3 レベル4

(a) 各 損 傷 レ ベ ル の ひ ず み

14

な っ た 支 承 部 お よ び 基 礎 構 造 な ど の 新 た な 箇 所 に 損 傷 が 生 じ ，よ り 復 旧 が 困 難 な 損 傷 形 態 と な る こ と も 考 え ら れ る ．そ の た め ，最 大 水 平 荷 重 が 大 幅 に 増 加 す る よ う な 修 復 は 望 ま し く な い ．加 え て ，修 復 に よ る 剛 性 の 回 復 が 十 分 で な い 場 合 ，応 答 変 位 が 増 加 す る 可 能 性 が あ る だ け で な く ，固 有 周 期 が 変 化 し ，振 動 系 全 体 と し て の 特 性 が 変 わ る こ と で 予 期 せ ぬ 被 害 に つ な が る 恐 れ が あ る ．以 上 よ り ，最 大 水 平 荷 重 お よ び 剛 性 が 損 傷 前 と 大 き く 変 化 せ ず ，修 復 前 と 同 様 の 損 傷 形 態 と な る よ う な 修 復 方 法 が 望 ま し い と 考 え ら れ る ．

ま た ，各 修 復 方 法 に つ い て そ の 有 効 性 を 評 価 す る た め に は ，修 復 後 の 橋 脚 の 損 傷 形 態 に 加 え ，耐 震 性 能 に つ い て 具 体 的 な 目 標 値 を 設 定 す る こ と が 必 要 で あ る ．そ の た め ，鋼 製 橋 脚 の 最 大 水 平 荷 重 お よ び 曲 げ 剛 性 に 着 目 し ，目 標 値 を 設 定 す る た め の 解 析 的 検 討 を 行 う ．

2.4.2 解 析 方 法

本 解 析 で 対 象 と し た の は ， 第3章 で 用 い るNo.5供 試 体 と 同 等 の 径 厚 比 パ ラ メ ー タ Rtを 有 す る 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 で あ る(第3章 ， 表-3.1参 照)． 橋 脚 モ デ ル の 諸 元 は 実 物 大 を 想 定 し ， 相 似 比 を4と し て 算 出 し た ． 対 象 橋 脚 のR_tは0.067で あ り ， 現 行 の 設 計 基 準 内(0.03≦Rt≦0.08)で や や 薄 肉 の 断 面 を 設 定 し た ．こ れ は ，既 存 の 円 形 断 面 鋼 製 橋 脚 の う ち ，設 計 年 次 が 古 い 橋 脚 は 薄 肉 断 面 の も の が 多 く ，地 震 に よ り 損 傷 が 生 じ る 可 能 性 が 高 い か ら で あ る ． 各 諸 元 を 表-2.2に 示 す ． 径 厚 比 パ ラ メ ー タRtお よ び 細 長 比 パ ラ メ ー タ λ^＿ は 公 称 値(σy=235N/mm²，E=200kN/mm²)を 用 い て 式(2.1)お よ び (2.2)よ り 算 出 し ， 括 弧 内 に 実 験 値 を 用 い た 値 を 併 記 し た ． ま た ， 軸 力 比P/Pyに つ い て は ， 地 盤 種 別 ご と に 設 計 水 平 震 度kh0=0.2，0.25お よ び0.3を 用 い て 算 出 し た ． 解 析 モ デ ル は 図-2.5に 示 す よ う に ， 片 持 ち 柱 の 上 端 に 上 部 工 重 量 に 相 当 す る 集 中 質 量 を 与 え た1自 由 度 系 モ デ ル と し た ． こ の 場 合 ， 復 元 力 特 性 は 上 部 工 重 量 の 慣 性 力 作 用 位 置 の 水 平 荷 重Hと 水 平 変 位δで 表 さ れ る ． こ こ で は ， 解 析 の 簡 便 さ に 加 え ， 安 全 側 で の 評 価 と す る た め ， 図-2.6に 示 す よ う な 完 全 弾 塑 性 型 の バ イ リ ニ ア モ デ ル を 用 い た ．

) - 1 ( 2 3



2



E t D

Rt  ^y (2.1)

E r h



y







² (2.2) こ こ で ，D:外 径 ，t:板 厚 ， σy:鋼 材 の 降 伏 応 力 ，E:ヤ ン グ 率 ， ν:ポ ア ソ ン 比 ，h:載 荷 点 高 さ ，r:断 面 二 次 半 径 で あ る ．

15

表 -2.2 橋 脚 モ デ ル 諸 元

鋼 種 STK400相 当

直 径 D (mm) 2445

板 厚 t (mm) 35.6

載 荷 点 高 さ h (mm) 11560

断 面 2 次 モ ー メ ン ト I (mm⁴) 1.955×10¹¹ 径 厚 比 パ ラ メ ー タ Rt 0.067 (0.098) 細 長 比 パ ラ メ ー タ λ^＿ 0.296 (0.358)

地 盤 種 別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ

軸 力 比 P/Py 0.179 0.149 0.128

(a) 実 構 造 物 (b) 1 自 由 度 系 モ デ ル 図 -2.5 鋼 製 橋 脚 の モ デ ル 化

H

δy

Hy

K

図 -2.6 復 元 力 モ デ ル δ

16

2.4.3 解 析 条 件

修 復 後 の 鋼 製 橋 脚 の 耐 震 性 能 を 評 価 す る た め に 応 答 水 平 変 位 に 着 目 し ，修 復 後 の 降 伏 水 平 荷 重Hyお よ び 曲 げ 剛 性Kの 違 い に よ る 応 答 水 平 変 位 の 比 較 を 行 う ． 損 傷 前 の 降 伏 水 平 荷 重Hy0お よ び 曲 げ 剛 性K0を 基 準 と し て ，Hy/Hy0お よ びK/K0を 変 化 さ せ て 解 析 を 行 う ．表-2.3に 解 析 を 行 っ た パ ラ メ ー タ の 範 囲 を 示 す ．ま た ，入 力 地 震 波 は ， 道 路 橋 示 方 書 に 示 さ れ る 設 計 地 震 動 の う ち ， 表-2.4に 示 す ， レ ベ ル2地 震 動(タ イ プ

Ⅱ)の9波 形 を 使 用 し た ． 入 力 し た 加 速 度 波 形 を 図-2.7に 示 す ．

表 -2.3 解 析 パ ラ メ ー タ

降 伏 水 平 荷 重 比 Hy/Hy0 0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2，1.3 曲 げ 剛 性 比 K/K0 0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2，1.3

表 -2.4 入 力 地 震 波 一 覧

地 盤 種 別 地 震 名 記 録 場 所 及 び 成 分

Ⅰ 種 地 盤

平 成 7 年 兵 庫 県 南 部 地 震

神 戸 海 洋 気 象 台 地 盤 上 NS 成 分 神 戸 海 洋 気 象 台 地 盤 上 EW 成 分 猪 名 川 架 橋 予 定 地 点 周 辺 地 盤 上 NS 成 分

Ⅱ 種 地 盤

JR西 日 本 鷹 取 駅 構 内 地 盤 上 NS 成 分 JR西 日 本 鷹 取 駅 構 内 地 盤 上 EW 成 分 大 阪 ガ ス 葺 合 供 給 所 構 内 地 盤 上 N27W成 分

Ⅲ 種 地 盤

東 神 戸 大 橋 周 辺 地 盤 上 N12W 成 分 ポ ー ト ア イ ラ ン ド 内 地 盤 上 NS 成 分 ポ ー ト ア イ ラ ン ド 内 地 盤 上 EW 成 分

17

(a) 神 戸 海 洋 気 象 台 地 盤 上 NS成 分 (Ⅰ 種 地 盤 )

(b) 神 戸 海 洋 気 象 台 地 盤 上 EW成 分 (Ⅰ 種 地 盤 )

(c) 猪 名 川 架 橋 予 定 地 点 周 辺 地 盤 上 NS成 分 (Ⅰ 種 地 盤 )

(d) JR西 日 本 鷹 取 駅 構 内 地 盤 上 NS成 分 (Ⅱ 種 地 盤 )

(e) JR西 日 本 鷹 取 駅 構 内 地 盤 上 EW成 分 (Ⅱ 種 地 盤 )

(f) 大 阪 ガ ス 葺 合 供 給 所 構 内 地 盤 上 N27W成 分 (Ⅱ 種 地 盤 )

図 -2.7 入 力 加 速 度 波 形

-1000 -500 0 500 1000

0 10 20 30 40 50

加速度(gal)

時間(sec)

-1000 -500 0 500 1000

0 10 20 30 40 50

加速度(gal)

時間(sec)

-1000 -500 0 500 1000

0 10 20 30 40 50

加速度(gal)

時間(sec)

-1000 -500 0 500 1000

0 10 20 30 40 50

加速度(gal)

時間(sec)

-1000 -500 0 500 1000

0 10 20 30 40 50

加速度(gal)

時間(sec)

-1000 -500 0 500 1000

0 10 20 30 40 50

加速度(gal)

時間(sec)

18

(g) 東 神 戸 大 橋 周 辺 地 盤 上 N12W成 分 (Ⅲ 種 地 盤 )

(h) ポ ー ト ア イ ラ ン ド 内 地 盤 上 NS成 分 (Ⅲ 種 地 盤 )

(i) ポ ー ト ア イ ラ ン ド 内 地 盤 上 EW成 分 (Ⅲ 種 地 盤 )

図 -2.7 入 力 加 速 度 波 形 (続 き )

-1000 -500 0 500 1000

0 10 20 30 40 50

加速度(gal)

時間(sec)

-1000 -500 0 500 1000

0 10 20 30 40 50

加速度(gal)

時間(sec)

-1000 -500 0 500 1000

0 10 20 30 40 50

加速度(gal)

時間(sec)

19

2.4.4 解 析 結 果

図-2.8に 解 析 か ら 得 ら れ た 応 答 変 位 時 刻 歴 の 例 と し て, 大 阪 ガ ス 葺 合 供 給 所 構 内 地 盤 上 観 測 地 震 波 を 入 力 し た 場 合 に つ い て 結 果 の 一 部 を 示 す ．図 の 縦 軸 は 上 部 工 重 量 の 慣 性 力 作 用 位 置 の 応 答 水 平 変 位 ，横 軸 は 時 間 で あ る ．図-2.8(a)お よ び(b)は 曲 げ 剛 性Kを 損 傷 前 の 橋 脚 と 同 じ(K/K₀=1)と し ， 降 伏 水 平 荷 重 を 変 化 さ せ た 場 合 の 例 で あ る ．図-2.8(a)に 示 す ，降 伏 水 平 荷 重 が±10%の 場 合 で は 最 大 応 答 変 位 お よ び 残 留 変 位 と も に 大 き な 変 化 は 見 ら れ な い ．一 方 で ，図-2.8(b)に 示 す よ う に 降 伏 水 平 荷 重 が 20%小 さ い 場 合(H_y/Hy0=0.8)に ，応 答 水 平 変 位 が 損 傷 前 と 比 較 し て25%程 度 増 加 し て い る ．ま た ，降 伏 水 平 荷 重 を 損 傷 前 の 橋 脚 と 同 じ(Hy/Hy0=1)と し ，曲 げ 剛 性Kを 変 化 さ せ た 場 合 の 例 を 図-2.8(c)に 示 す ．曲 げ 剛 性 が30%小 さ い 場 合(K/K₀=0.7)で は ，応 答 水 平 変 位 が30%程 度 増 加 し て お り ， 残 留 水 平 変 位 に も 著 し い 増 加 が 見 ら れ る ．

以 上 の よ う に ，曲 げ 剛 性 お よ び 降 伏 水 平 荷 重 が 小 さ く な る ほ ど 応 答 水 平 変 位 が 大 き く な る 結 果 が 得 ら れ た ．

さ ら に ， 各 パ ラ メ ー タ の 違 い を 比 較 す る た め に ， 最 大 応 答 変 位δ_{ma x}を プ ロ ッ ト し た も の を 図-2.9～2.11に 示 す ． 図 の 縦 軸 は 修 復 後 のδ_{ma x}を 損 傷 前 の 橋 脚(Hy/Hy0=1，

K/K₀=1)の 最 大 応 答 変 位δ_{ma x_ 0}で 無 次 元 化 し た 値 で あ り ， 横 軸 は 曲 げ 剛 性 の 比K/K₀で あ る ．図 で は ，損 傷 前 に 対 し て 降 伏 水 平 荷 重 比Hy/Hy0が±10%の ケ ー ス は 白 抜 き マ ー カ ー で 示 す ．ま た ，δ_{ma x}が±20%の 範 囲 を 破 線 で 示 し て い る ．動 的 解 析 結 果 の 誤 差 を 考 慮 し ， 応 答 変 位 の 差 が20%程 度 で あ れ ば ， 概 ね 同 様 の 挙 動 を 示 し た と 見 な す ．

地 震 波 に よ り 異 な る も の の ， 例 え ば 図-2.10(c)に 示 す よ う に 概 ね 曲 げ 剛 性 比K/K₀ お よ び 降 伏 水 平 荷 重 比Hy/Hy0が 低 下 す る ほ ど 変 位 が 増 加 す る 傾 向 を 示 し て い る ． K/K0に 関 し て は ，例 え ば 図-2.9(c)お よ び 図-2.10(a)よ り ，曲 げ 剛 性 が 損 傷 前 の80%よ り 小 さ い 場 合(K/K0＜0.8)，応 答 変 位 が 大 き く 増 加 し て い る こ と が 分 か る ．図-2.11(a) の よ う に ，曲 げ 剛 性 が 大 き い 場 合 に 応 答 変 位 が 増 加 し ，不 安 定 な 挙 動 を 示 す ケ ー ス が 見 ら れ る が ， 概 ね 曲 げ 剛 性 が 大 き い ほ ど 応 答 変 位 は 減 少 し て い る ．

図-2.10(c)， 図-2.11(c)よ り 降 伏 水 平 荷 重Hが 損 傷 前 の90%よ り 小 さ い 場 合(Hy/Hy0

＜0.9)， 応 答 変 位 はK/K₀に よ ら ず 常 に 増 加 す る 傾 向 が 見 ら れ る ． ま た ， 地 震 波 に よ っ て は 図-2.9(c)お よ び 図-2.10(b)の よ う にHy/Hy0が 大 き い 場 合 に 応 答 変 位 が 増 加 す る 場 合 も 見 ら れ た ．

以 上 よ り ， 損 傷 前 の 橋 脚 と 比 較 し て ， 修 復 後 の 降 伏 水 平 荷 重 が ±10%以 内 か つ 曲 げ 剛 性 が ±20%以 内 で あ れ ば ，応 答 変 位 は 損 傷 前 と 大 き く 変 わ ら な い 結 果 を 示 し た ．