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4径間吊橋の主塔の座屈特性に関する検討

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Academic year: 2022

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(1)I-B218. 4径間吊橋の主塔の座屈特性に関する検討 大日本コンサルタント(株). 正会員. ○モハメド アンサール. 〃. 正会員. 守矢 健生. 〃. 正会員. 中崎 俊三. 1.はじめに 4径間吊橋は水深が深く橋長の長い海峡横断橋梁に有利な橋梁形式と考えられている。しかし、空気力的に 優れた軽量化補剛桁を採用するとスパンの長大化により主塔が高くなる一方、作用する軸力が低減するため塔 高に対し相対的に塔柱の剛度が小さくなり従来の主塔より座屈に対する危険性が増すことになる。 4径間吊橋の場合、三つの主塔があるが両側にある主塔を側主塔、中央の主塔を中央主塔と名づける。活荷 重による主塔の曲げモーメントを比較すると側主塔は中央主塔に比べかなり小さい。これは側主塔の塔頂変位 が側径間のケーブルにより押さえられていることによる。通常の強度設計をすると側主塔の方が中央主塔より 大きい細長比を有するため相対的に座屈しやすくなり吊橋全体の耐荷力を支配する可能性がある。本検討では 側主塔の剛度が吊橋全体の弾性座屈特性に及ぼす影響を調べることにする。 2.解析条件 文献1)の中央径間3000mと側径間1200mの4径間吊橋を基本モデルとして検討した。解析モデルを図―1に 側主塔 300m. 中央主塔 300m. 側主塔. 120 0 m. 3000 m. 300 0 m. 側径間. 中央径間. 1200 m. 中央径間. 図−1. 側径間. 解析モデル. 示す。側主塔の断面定数を設計値に対して半分、等倍、1.5倍、2倍及び中央主塔の剛度と同じ(約3倍) 場合に対して主塔の軸力が最大になる活荷重満載荷状態(図―2)である全径間等分布荷重及び左側中央径間 集中荷重載荷状態での座屈荷重を座屈固有値解析より求め、有限変 位解析より求めた挙動と比較することにする。 左側側主塔. 図−2. 3.解析結果. 中央主塔. 右側側主塔. 活荷重載荷状態. 側主塔の断面定数の変化が主塔の最小座屈固有値に与える影響を表―1に示す。断面定数が半分の場合は側 主塔の最小座屈荷重(λb )は0.306になり強度設計上成り立たないことを示している。荷重倍率による側主塔 の橋軸方向変位を有限変位解析により求めたものを図―3に示す。この結果、座屈荷重の3倍以上の荷重倍率 でも側主塔の変形は小さく押さえられていることが分かる。そして、荷重倍率λ=1の場合に側主塔の変位分 布は座屈形状に似ていることを示している。図―4により中央主塔は荷重倍率によって大きく変形していない ことが見とれる。 キーワード:4径間吊橋,長大橋,側主塔,中央主塔,座屈固有値解析、有限変位解析 連. 絡. 先:〒343-0851 埼玉県越谷市七左町 5-1, Tel : 0489-88-8111, Fax : 0489-88-3115. -436-. 土木学会第56回年次学術講演会(平成13年10月).

(2) I-B218. 側主塔断面定数. 左側側主塔. 右側側主塔. 中央主塔. 備考. 半分. 0.320. 0.306. 6.345. 右側側主塔が最初に座屈する. 等倍(設計値). 1.565. 1.666. 6.350. 左側側主塔が最初に座屈する. 1.5倍. 2.792. 2.891. 6.350. 最小座屈荷重は等倍の約2倍になる. 2倍. 4.017. 4.126. 6.352. 中央主塔座屈荷重の方がまだ大きい. 中央主塔と等しい. 6.138. 6.266. 6.356. 側主塔の方が最初に座屈する. 塔基部からの高さ(m). 塔基部からの高さ(m). 表―1 主塔に対する座屈固有値. 400 350 300 250 λ=0.10. 200. λ=0.20 λ=0.30 λ=0.50. 150 100. 側主塔 (半分) λb =0.306. 50 0 ‑0.10. 0.00. 0.10. 0.20. 0.40. 350 300 250 200 150 100. λ=0.80 λ=1.00. 0.30. 400. 50. λ=0.10 λ=0.20 λ=0.30 λ=0.50 λ=0.80 λ=1.00. 0 ‑0.20. 0.50. 側主塔 (半分) λb=0.306. ‑0.16. ‑0.12. ‑0.08. 橋軸方向変位(m). 側主塔の橋軸方向変位(半分). 図−4 塔基部からの高さ(m). 塔基部からの高さ(m). 図−3 400 350 300. λ=1.00. 250. λ=2.00. 200. λ=2.75. 150 100. 側主塔 (1.5倍) λb=2.792. 50 0 ‑1.50. ‑1.00. 図−5. ‑0.50. 400 350 300 250. λ=1.00. 200. λ=2.00 λ=3.50 λ=4.00. 100. λ=3.25. 50. λ=3.50. 0.00. 中央主塔の橋軸方向変位(半分). 150. λ=3.00. ‑0.04 0.00 橋軸方向変位(m). 0.50 1.00 1.50 橋軸方向変位(m). 側主塔 (2倍) λb=4.017. 0 ‑2.00. ‑1.00. 図−6. 側主塔の橋軸方向変位(1.5 倍). λ=4.50 λ=4.75 0.00. 1.00 2.00 橋軸方向変位(m). 側主塔の橋軸方向変位(2 倍). 図―5と図―6に側主塔の断面定数を 1.5 倍及び 2 倍にした場合の側主塔の橋軸方向変位を示す。これを図 ―3と比較すると断面定数が比較的剛な場合はほぼ座屈荷重に相当する荷重倍率から座屈形状に似た変形状 態に変形していることが分かる。いずれのケースも座屈荷重倍率越えてそれぞれλ=1.00、3.50 及び 4.75 までは変形量は比較的小さく漸増していることが分かるが側主塔の剛度が大きいほど座屈荷重を越えた時点 から大きく変形する特性を示す。 4.おわりに 4径間吊橋の座屈特性を支配する側主塔について検討をしたが中央主塔の強度設計に 800MPa 級の高張力鋼 を適用すると断面が小さくなり座屈特性が大きく変わる可能性もある。 参考文献. 1)Kitagawa, Kashima, Fukunaga, Anzar, Moriya: Stability studies of ultra‑long four span. suspension bridge, IABSE, Korea, 2001.6. -437-. 土木学会第56回年次学術講演会(平成13年10月).

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参照

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