(株)長大 構造事業本部 耐震技術部 正会員 ○矢部 正明

写真-1 橋梁震動実験模型

E EE

E- -- -ディフェンス ディフェンス ディフェンスを ディフェンス を を を用 用 用 用いた いた いた いた免震支承 免震支承 免震支承 免震支承の の の の震動実験 震動実験 震動実験 震動実験

（独）防災科学技術研究所 兵庫耐震工学研究センター フェロー会員 中山 学 東京工業大学 理工学研究科土木工学専攻 フェロー会員 川島 一彦

(株)長大 構造事業本部 耐震技術部 正会員 ○矢部 正明

１ １

１ １． ． ． ．はじめに はじめに はじめに はじめに

E-ディフェンスを用いた次世代型 RC

橋脚の震動実験

に先立って，写真-1に示すように

RC

橋脚上の固定支承 を免震支承（超高減衰積層ゴム支承，ゴム厚

15mm×6

層，400mm×400mm，G10=1.0N/mm²）に置き換えた実 験が行われている¹⁾．本報告は，免震支承の震動実験の 概要について述べたものである．

２ ２ ２

２． ． ． ．加震条件 加震条件 加震条件 加震条件

免震支承を設置した震動実験は，次世代型

RC

橋脚の 震動実験の前に行われたので，次世代型

RC

橋脚躯体に 損傷が生じない範囲で加震する必要があった．具体的に は，

1995

年兵庫県南部地震

JR

鷹取駅周辺地盤上記録

3

成分の強度を，8%，16%，24%，32%，40%と順次増加 させながら震動実験を行った．

図-1

は，加震強度

40%の

時，加振台上で計測された加速度波形の加速度応答スペ クトルである．免震支承の初期剛性を用いて算出される 橋梁震動模型の橋軸方向基本固有周期が約

0.57

秒，直角 方向基本固有周期が約0.43秒であることを考慮すると約

600gal

近い加震力で起震されたことになる．

３ ３ ３

３． ． ． ．免震支承 免震支承 免震支承の 免震支承 の の の地震応答 地震応答 地震応答 地震応答

図-2

は免震支承に生じた橋軸方向と直角方向の変形 のリサージュ図である．最大値は，橋軸方向から約

17°

直角方向に傾いた方向に生じており約

18mm

である．

図 -3

は，橋軸方向，直角方向，上下方向の荷重-変位関係 である．せん断ひずみは，橋軸方向が約

20%，直角方向

が約

17%で，橋軸方向の方が履歴面積が大きいことがわ

かる．上下方向は，死荷重を超える上揚力は生じていな いが，引張力が作用していることがわかる．死荷重より もさらに大きな圧縮力が作用している領域と，引張力が 作用している領域を比較すると，引張力が大きくなると 軸方向剛性が軟らかくなっていることがわかる．

図-4

は，橋軸方向の荷重－変位関係を加震強度

8%

と

24%および 40%で比較したものである．加震強度が大き

くなるとともに，免震支承の非線形性が強くなってい

ることがわかる．

図-5

は，免震支承の変形と桁の変位のフーリェスペク トルを加震強度

8%，24%，40%で比較したものである．

図より，加震強度が大きくなるにともない免震支承の非 線形性が増加した結果，橋梁としての固有振動特性に長 周期成分の勢力が大きくなっていることがわかる．

免震支承の設計に用いるせん断弾性係数

G

は，死荷重 に相当する圧縮荷重を載荷した状態で，せん断ひずみ

0 1 2 3 4 5

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

固 有 周 期 (sec)

加速度応答スペクトル(g)

橋軸方向 直角方向 上下方向

図-1 加震強度40%時の加速度応答スペクトル

-20 -10 0 10 20 -20

-10 0 10 20

直角方向変位(mm)

橋 軸 方 向 変 位(mm) 18.4mm

図-2 免震支承に生じる水平2方向変位：加震強度40%

キーワード

E-ディフェンス，免震支承，実大三次元震動実験

連絡先 〒305-0812 茨城県つくば市東平塚730 (株)長大 耐震技術部 矢部正明 ＴＥＬ029-855-3113 土木学会第65回年次学術講演会(平成22年9月)

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Ⅰ‑018

175%に相当する水平方向変位を正負に 10

回繰返し載荷 した場合の割線剛性の平均値として評価されている ²⁾． ゴム支承のせん断弾性係数

G

は，ゴムに生じたせん断ひ ずみの大きさによって変化することから，今回のように，

免震支承に生じるせん断ひずみが小さい領域では，せん 断弾性係数Gの値も設計で想定したものと大きく異なる と予想される．震動実験結果から免震支承のせん断弾性 係数Gをどう評価するかによっても得られる値は異なる が，ここでは，

図-6

に示すようにせん断変形が

0

基線を 横切る区間の最大変形とその時に作用する水平力から，

せん断弾性係数

G

を求めた．その結果，加震強度

40%で

は，加震開始から免震支承に最大変形が生じるまでに，

せん断弾性係数は設計値の数十倍から数倍と大きな値が 得られていた．これは，加震強度が小さいために免震支 承に生じた変形が小さいことと，事前の要素実験におい

て

175%という最大せん断ひずみを経験させてから長い

時間が経過したことによる免震支承の復元力の回復 ³⁾や 加震時の気温が低かったからと予想される．

４ ４

４ ４． ． ． ．まとめ まとめ まとめ まとめ

E-

ディフェンスを用いた免震支承の震動実験は，次世 代型

RC

橋脚の震動実験模型を借用する形で行われたた め，免震支承本来の非線形特性が現れるまでの加震を行 うことはできなかった．そのため，免震支承に着目した 実験としては十分な実験データが得られたとは言い難い．

しかし，事前に

175%のせん断ひずみを経験させた免震

支承であっても，時間が経つと従来，橋梁の免震設計で

はあまり着目されていなかった復元力の回復 ³⁾が生じ，

免震支承に大きなせん断ひずみが生じるまでは，設計で 想定したせん断弾性係数Gに比較してかなり大きな値で 挙動することが確認された．今後，この実験データを詳 細に検討して，復元力の回復が免震橋の地震応答に大き な影響を与えるものかどうかを明らかにしていきたい．

謝辞：免震支承の震動実験を行うにあたり，(株)ブリヂ

ストンの近藤氏と加藤氏には大変お世話になりました．

ここに記して，厚くお礼申し上げます．

参考文献

1) http://www.bosai.go.jp/hyogo/movie.html

2)

日本道路協会：道路橋支承便覧，

pp.200-201， 2004.

3)

大鳥靖樹，平田和太：高減衰積層ゴムの復元力回復 特性に関する検討，日本建築学会大会学術講演梗概 集（近畿），1996.

-20 -10 0 10 20 -300

-150 0 150 300

-20 -10 0 10 20 -300

-150 0 150 300

-0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 -900

-700 -500 -300 -100

荷重 (kN)

変 位 (mm)

荷重 (kN)

変 位 (mm)

荷重 (kN)

変 位 (mm)

橋軸方向 直角方向 上下方向

初期載荷485kN

図-3 免震支承の荷重－変位関係（加震強度40%）

-20 -10 0 10 20 -300

-150 0 150 300

0.1 1 10

0 10 20 30

0.1 1 10

0 10 20 30

免震支承(NW) 免震支承(NW) 40 桁(Ｗ側)

橋軸方向 橋軸方向 橋軸方向

荷重 (kN)

変 位 (mm) 8％24％

40％

周 期 (sec)

フーリェスペクトル(mm･sec)

0.2 0.5 2 5

周 期 (sec)

フーリェスペクトル(mm･sec)

0.2 0.5 2 5 8％24％

40％

8％24％

40％

図-4 加震強度と免震支承の非線形性 図-5 加震強度と免震支承と桁の変位から求めた周期特性

-20 0 20

-300 0 300

5.0 5.5 6.0 6.5 -20 0 20

-300 0 300

0 5 10 15

0.00 0.02 0.04

(sec)

変位(mm)

変位(mm) 荷重(kN) 荷重(kN)せん断弾性

ピ ー ク 数 (回) 係数(kN/mm2)

0.0075kN/mm² 最大変形時 Ｇ=0.001

設計

最大値16.8mm (基線補正後) クロスゼロ

225.2kN

図-6 加震強度 40%の免震支承の変形と荷重か ら推定したせん断弾性係数G

土木学会第65回年次学術講演会(平成22年9月)

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