側面の水平せん断ばね

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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). Ⅲ‑180. 柱列状改良体を連結した橋台耐震補強工法に関する解析的検討東日本旅客鉄道. 正会員 ○池本宏文・高崎秀明藤原寅士良・細井学・水野弘二. 鉄道総合技術研究所正会員西岡英俊・佐名川太亮 1．はじめに橋台の耐震補強の一工法として，筆者らは橋台の背面盛土内に柱列状の改良体（以下，改良体と称する）を造成して橋台と改良体を連結する工法を開発し，補強効果，補強メカニズムを振動台実験 1)，傾斜実験 2)によりに確認してきた．本稿では，補強メカニズムをもとに改良体に働く作用，および地盤抵抗をモデル化した静的非線形解析を行い，解析的に傾斜実験の挙動を検証したことから，その内容について報告する．. 桁慣性力ピン結合. 2．非線形解析のモデル化本耐震補強工法の補強メカニズムは，改良体に働く側. 土圧（橋台）橋台慣性力改良体慣性力. 面・底面の水平せん断抵抗力，および側面・背面の鉛直せ. 側面の水平せん断ばね. ん断抵抗力が連結材を介して，橋台に抵抗力として働くことにより橋台の安定性が向上するものであることを模型実験. 側面の鉛直せん断ばね. 背面の鉛直せん断ばね. 1)，2)により確認している．解析のモデル化は，このような. メカニズムを考慮して行うこととし，鉄道の耐震設計 3)で行. 土圧（改良体）. われている静的解析法に準じて，図 1 に示す梁ばねモデル. 図 1 梁ばねの解析モデル. による静的非線形解析を実施した．解析モデルは，橋台，良体に生じる地盤の抵抗力は非線形の地盤ばねにより設定した．改良体は橋台と接した状態になっていると想定されるため，橋台と改良体の位置関係を模擬するために橋台の高さ方向の中間部においても梁要素を設けた．地盤ばねは，橋台，および改良体の底面の鉛直地盤ばね，回転ばね，前面の水平地盤ばねは基礎標準 4)に従い設定した．また，橋台の応答や背面盛土の挙動に影響を受けると想定される改良. 80. 改良体の水平方向に働くせん断力(N). 改良体の部材は梁要素，連結部はピン結合とし，橋台，改. よび背面の鉛直せん断力の関係を示したものである．図 2 より，改良体側面，底面の水平せん断力は，変位の小さい時点では，抵抗側に働いているが上限値に達した（水平震度 0.2 程度. 2））以降は抵抗力が低下していくことから，負勾. 配を有するトリリニア型でモデル化した．図 3 より，改良体の背面の鉛直せん断力は，改良体の鉛直変位が生じると. 上限値. 20. 側面の水平せん断力. 0 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 3. 3.5. -20 底面の水平せん断力(実験) 側面の水平せん断力(実験) 底面の水平せん断力(解析) 側面の水平せん断力(解析). -40 -60. 作用側. 橋台上部の水平変位(mm). 図 2 改良体の水平方向に働くせん断力 90 改良体の鉛直方向に働くせん断力(N). ん断力の関係を，図 3 は改良体鉛直変位と改良体側面，お. 抵抗側底面の水平せん断力. 40. 断ばねは，実験結果にフィッティングするように設定した．図 2 は橋台水平変位と改良体側面，および底面の水平せ. 上限値. 60. 体の側面・底面の水平せん断ばね，側面・背面の鉛直せんなお，解析は土槽幅 0.3m（改良体 1 枚分）を対象とした．. 底面の水平せん断ばね. 抵抗側. 80. 上限値. 70. 側面の鉛直せん断力. 60 50 背面の鉛直せん断力(実験) 側面の鉛直せん断力(実験) 背面の鉛直せん断力(解析) 側面の鉛直せん断力(解析). 40 30 20. 背面の鉛直せん断力. 10. 上限値. 0 0. 0.5. 1. 1.5 2 2.5 改良体の鉛直変位(mm). 3. 3.5. 図 3 改良体の鉛直方向に働くせん断力. キーワード橋台耐震補強静的非線形解析連絡先〒331-8513 埼玉県さいたま市北区日進町 2 丁目 479 東日本旅客鉄道㈱ JR 東日本研究開発ｾﾝﾀｰ TEL03-6276-1251. ‑359‑.

(2) 土木学会第71回年次学術講演会(平成28年9月). Ⅲ‑180. 上限値に達し，それ以降は低下することなく抵抗力. 300. として働くため，解析では上限値を有するバイリニ. 橋台躯体慣性力桁慣性力改良体慣性力土圧（橋台+改良体）修正物部岡部式. 250. ア型，およびトリリニア型でモデル化した. 水平力(N). 橋台，改良体への作用に関しては，図 4 に示すように桁，橋台躯体，改良体の慣性力および土圧（永久作用時と地震時の合計値）を震度に応じて与えることとした．土圧は実験より修正物部岡部式と同様. 200 150 100 50. の傾向で増加することが確認されたことから，理論. 0. 式の土圧（φpeak=40.2°，φres=38.8°，δ=φ/2）を. 0. 0.1. 0.2 水平震度. もとに設定した．. 0.3. 0.4. 図 4 解析に用いた作用力 0.8. 3．解析結果. 0.7. いて，実験，および解析結果を比較して示したもの. 0.6. である．図中には，解析において地盤ばねが上限値. 0.5. に達した点を○により表示している．実験と解析の傾向は概ね一致しており，水平震度 0.2 程度から変位. 水平震度. 図 5 は橋台上部の水平変位と水平震度の関係につ. が増加し，水平震度 0.4 程度から荷重の増加はなく，. 実験結果解析結果. フーチング底面の水平せん断ばね上限値. 0.4. 実験. 0.3. 改良体底面の水平せん断ばね上限値. 0.2. 変位が増大する挙動となっている．また，水平震度. 改良体側面の水平せん断ばね上限値. 0.1. 0.2 程度では，改良体側面，底面の水平せん断ばねが. 改良体背面の鉛直せん断ばね上限値. 0. 上限値に達しており，実験の挙動と一致している．. 0. 1. 2 3 橋台上部の水平変位(mm). 図 6 は実験と解析における崩壊状況を比較したもの. 4. 5. 図 5 実験と解析の比較. である．両者の挙動の傾向は概ね一致しており，滑動変位が大きくなる崩壊状況になっている．以上から，補強メカニズムをもとに，改良体に働く抵抗力. 解析. 載荷前(白). 載荷方向. を非線形ばねによって適切にモデル化することによ橋台. 改良体. り，実験の挙動を再現できるものと考えられる．. 載荷前(黒). 4．まとめ. 崩壊後(赤). 本稿では，補強メカニズムをもとに改良体に働く作用，および地盤抵抗を考慮した梁ばねモデルによ. ※実際の変位を 5 倍で表示. る静的非線形解析を実施した．改良体に働く側面・底面の水平せん断抵抗力，および側面・背面の鉛直. (a)解析. (b)実験. 図 6 実験と解析の崩壊状況の比較. せん断抵抗力を適切に非線形ばねによってモデル化し，連結部をピン結合でモデル化することにより，実験の挙動を再現可能なことを確認した．今後は，振動台実験を対象に本解析モデルの検証を行っていく予定である．参考文献 1)水野ら：柱列状改良体を連結した橋台耐震補強工法に関する振動台実験，土木学会第 71 回年次学術講演会，2016.9 2)細井ら：柱列状改良体を連結した橋台耐震補強工法に関する傾斜実験，土木学会第 71 回年次学術講演会，2016.9 3)国土交通省監修鉄道総合技術研究所編：鉄道構造物等設計標準・同解説. 耐震設計，丸善，2013. 4)国土交通省監修鉄道総合技術研究所編：鉄道構造物等設計標準・同解説. 基礎構造物，丸善，2013. ‑360‑.

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側面の水平 せん断ばね

側面の水平せん断ばね