道路橋モジュラー型伸縮装置溶接部の疲労照査法に 関する研究

道路橋モジュラー型伸縮装置溶接部の疲労照査法に 関する研究

著者 山? 信宏

著者別名 YAMAZAKI Nobuhiro

ページ 1‑110

発行年 2018‑03‑24

学位授与番号 32675甲第434号 学位授与年月日 2018‑03‑24

学位名 博士(工学)

学位授与機関 法政大学 (Hosei University)

URL http://doi.org/10.15002/00014633

法政大学審査学位論文

道路橋モジュラー型伸縮装置溶接部の 疲労照査法に関する研究

山﨑 信宏

道 路 橋 モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 溶 接 部 の 疲 労 照 査 法 に 関 す る 研 究

目 次

第 1章 序 論

1.1 研 究 の 背 景 ... 1

1.2 各 国 の 耐 久 性 評 価 基 準 ... 11

1.3 既 往 の 研 究 ... 16

1.3.1 溶 接 部 に 作 用 す る 荷 重 に 関 す る 検 討 ... 16

1.3.2 疲 労 強 度 に 関 す る 検 討 ... 17

1.4 研 究 の 目 的 と 論 文 構 成 ... 19

第 2章 伸 縮 装 置 の 断 面 設 計 と 疲 労 照 査 2.1 は じ め に... 25

2.2 断 面 設 計... 27

2.3 現 在 の 耐 久 性 評 価 法 の 整 理 ... 29

2.4 疲 労 照 査 の 考 え 方 ... 32

2.4.1 疲 労 基 本 荷 重 と そ の 頻 度 ... 33

2.4.2 疲 労 基 本 荷 重 の 補 正 係 数 ... 37

2.4.3 応 力 計 算 法 ... 48

2.5 ま と め ... 56

第 3章 完 全 溶 け 込 み 溶 接 の 疲 労 強 度 3.1 は じ め に... 62

3.2 試 験 体 ... 63

3.2.1 試 験 体 の 種 類 ... 63

3.2.2 試 験 体 の 製 作 方 法 ... 64

3.2.3 各 試 験 体 の 溶 接 形 状... 66

3.3 疲 労 試 験... 67

3.3.1 静 的 載 荷 試 験 ... 67

3.3.2 疲 労 試 験 ... 70

3.4 試 験 体 の 応 力 解 析 ... 74

3.4.1 解 析 モ デ ル ... 74

3.4.2 解 析 方 法 ... 75

3.4.3 解 析 結 果 ... 75

3.5 ま と め ... 77

第 4章 部 分 溶 け 込 み 溶 接 に よ る ル ー ト 疲 労 破 壊 の 防 止 と 疲 労 強 度 4.1 は じ め に... 79

4.2 試 験 体 ... 80

4.2.1 試 験 体 の 種 類 ... 80

4.2.2 試 験 体 の 製 作 方 法 ... 81

4.2.3 各 試 験 体 の 溶 接 形 状... 82

4.3 疲 労 試 験... 83

4.3.1 試 験 方 法 と 試 験 条 件... 83

4.3.2 試 験 結 果 ... 85

4.4 有 効 切 欠 き 応 力 概 念 を 用 い た 試 験 体 の 疲 労 き 裂 発 生 起 点 の 検 討 ... 88

4.4.1 解 析 モ デ ル ... 89

4.4.2 解 析 方 法 ... 89

4.4.3 解 析 結 果 ... 90

4.5 ル ー ト 疲 労 破 壊 を 防 止 す る 溶 接 詳 細 と 疲 労 強 度 ... 91

4.5.1 解 析 モ デ ル と 解 析 方 法 ... 91

4.5.2 解 析 結 果 ... 92

4.5.3 ル ー ト 疲 労 破 壊 を 防 止 す る 溶 接 詳 細 と 疲 労 強 度 の 検 討 ... 93

4.6 ま と め ... 95

第 5章 疲 労 照 査 例

5.1 は じ め に... 97

5.2 照 査 対 象... 97

5.3 応 力 計 算 法 ... 99

5.3.1 照 査 位 置 ... 99

5.3.2 疲 労 荷 重 と 載 荷 方 法... 99

5.4 応 力 計 算 結 果 ... 100

5.5 疲 労 照 査 （ 疲 労 耐 用 年 数 の 試 算 ） ... 102

5.6 今 後 の 検 討 ... 103

5.7 ま と め ... 104

第 6章 結 論 ... 106

1 第 １ 章 序 論

1.1 研 究 の 背 景

道 路 橋 は ， 車 両 や 歩 行 者 が 通 行 す る 上 部 構 造 と そ れ を 支 持 す る 下 部 構 造 で 構 成 さ れ る ． 上 部 構 造 は ， 車 両 の 輪 荷 重 を 直 接 支 持 す る 床 版 と 床 版 か ら の 荷 重 を 受 け る 主 桁 や 横 桁 ， 床 組 や 対 傾 構 ， そ し て 横 構 な ど か ら な る ． 下 部 構 造 は ， 上 部 構 造 を 支 え る 躯 体 と そ れ を 支 持 す る 基 礎 か ら な り ， 上 部 構 造 の 両 端 に 位 置 す る 下 部 構 造 を 橋 台 ， 中 間 に 位 置 す る も の は 橋 脚 と 呼 ぶ ． 伸 縮 装 置 や 支 承 ， 舗 装 ， 高 欄 ， そ し て 落 橋 防 止 装 置 は ， 上 部 構 造 に 含 ま れ る こ と が 多 い ．

道 路 橋 に 用 い ら れ る 伸 縮 装 置 は ， 図 1-1 に 示 す よ う に ， 主 桁 と 主 桁 あ る い は 主 桁 と 橋 台 に 生 じ る 遊 間 を 車 両 が 円 滑 に 走 行 で き る よ う ， 主 桁 端 部 に 設 け ら れ る ． ま た ， 伸 縮 装 置 は ， 主 桁 の 温 度 変 化 に よ る 伸 縮 ， コ ン ク リ ー ト 桁 の 乾 燥 収 縮 や ク リ ー プ ， 車 両 等 の 活 荷 重 に よ る 桁 端 の 角 変 形 や 地 震 に よ る 桁 の 移 動 に 対 処 す る 役 割 を 有 す る[1,2]．

さ ら に ， 車 両 等 が 支 障 な く 通 行 で き る よ う ， 路 面 平 坦 性 の 確 保 も 要 求 さ れ る ．

（a） 主 桁 と 主 桁 の 例 （b） 主 桁 と 橋 台 の 例 図 1-1 伸 縮 装 置 の 設 置 場 所

伸 縮 装 置 は ， 主 に 鋼 材 や ゴ ム 材 で 構 成 さ れ る ． そ し て ， そ の 構 造 に よ り ， 図 1-2 に 示 す 荷 重 支 持 型 と 突 合 せ 型 ， 埋 設 型 に 大 別 さ れ る ． 床 版 遊 間 部 で 輪 荷 重 を 直 接 支 持 で き る 構 造 と し た も の が 荷 重 支 持 型 で あ り ， 支 持 し な い も の が 突 合 せ 型 で あ る ． そ し て 埋 設 型 は ， 床 版 遊 間 部 を シ ー ル 材 等 で 止 水 処 理 し ， そ の 上 に 設 置 す る 舗 装 材 料 を 主 材 料 と し た 高 粘 弾 性 材 で 伸 縮 を 吸 収 ・ 分 散 す る 構 造 で あ る ． 埋 設 型 は ， 舗 装 が 連 続 す る た め ， 走 行 車 両 に 対 し て 理 想 的 な 伸 縮 装 置 で あ る が ， 伸 縮 量 が 大 き い 場 合 に は 適 用 が

主 桁

主 桁 伸 縮 装 置

橋 台 主 桁

伸 縮 装 置

橋 脚

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難 し い ． こ れ ら の う ち ， ど の 種 類 の 伸 縮 装 置 を 用 い る か は ， 道 路 の 線 形 や 勾 配 ， 橋 の 種 類 や 規 模 ， 伸 縮 量 や 水 密 性 ， 耐 久 性 ， 補 修 性 等 を 総 合 的 に 判 断 し て 選 定 さ れ る[3]．

（a） 荷 重 支 持 型 の 例 （b） 突 合 せ 型 の 例 （c） 埋 設 型 の 例 図 1-2 構 造 に よ る 伸 縮 装 置 の 分 類

荷 重 支 持 型 の 伸 縮 装 置 は ， 一 般 に 静 的 な 荷 重 に 対 し て 設 計 さ れ る ． し か し ， 床 版 遊 間 部 を 通 過 す る 車 両 の 輪 荷 重 を 繰 返 し 直 接 支 持 す る こ と か ら ， 疲 労 耐 久 性 に 問 題 が 生 じ る こ と が あ る ．図 1-3 は ，1969年 に 設 置 さ れ た 古 い タ イ プ の フ ィ ン ガ ー 型 伸 縮 装 置 で ， 鋼 材 （ フ ェ イ ス プ レ ー ト ） の 一 部 が 2000 年 に 破 断 し た 事 例[4]で あ る ． フ ェ イ ス プ レ ー ト に は ， 輪 荷 重 の 作 用 に よ り 板 曲 げ が 生 じ る ． こ れ に よ り ， ウ ェ ブ プ レ ー ト と の 溶 接 部 に 疲 労 き 裂 が 生 じ ， 破 断 に い た っ た も の と 考 え ら れ て い る[5,6]． 図 1-4 は ， 1984 年 に 設 置 さ れ た モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置（ マ ウ ラ ー ジ ョ イ ン ト ）の 鋼 材（ ミ ド ル ビ ー ム ）の 一 部 が 2002年 に 破 断 し た 事 例[7,8]で あ る ．ミ ド ル ビ ー ム と そ れ を 支 持 す る サ ポ ー ト ビ ー ム の 接 合 に 用 い ら れ て い た す み 肉 溶 接 が ， ル ー ト を 起 点 と し て 全 周 に わ た り 疲 労 破 壊 し た た め と 考 え ら れ て い る ．

図 1-3 鋼 材 の 破 断 事 例[4] 図 1-4 鋼 材 の 破 断 事 例[7]

路 肩 側 破 断 箇 所

（ ミ ド ル ビ ー ム ）

路 肩 側 破 断 箇 所

（ フ ェ イ ス プ レ ー ト ） ウ ェ ブ

プ レ ー ト

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こ れ ら の 事 例 の よ う に ， 路 面 に 段 差 が 生 じ た 場 合 ， 走 行 車 両 の 安 全 性 に 支 障 を き た す 恐 れ が あ る ほ か ， 路 面 上 に 破 断 し た 部 材 な ど が 残 さ れ て い た 場 合 ， そ の 部 品 を 走 行 車 両 が 巻 上 げ る こ と に な れ ば 人 的 被 害 を も た ら し か ね な い ． ま た ， 伸 縮 装 置 の 補 修 や 補 強 を 行 う 場 合 に は ， 路 面 上 か ら の 作 業 が 必 要 と な る こ と が 多 い ． そ の 場 合 に は 車 線 規 制 や 通 行 止 め を 伴 う こ と と な り ， 社 会 的 な 影 響 も 大 き な も の と な る ． こ れ ら の こ と か ら ， 伸 縮 装 置 に は 疲 労 耐 久 性 が 求 め ら れ る と と も に ， そ の 照 査 手 法 が 必 要 と 考 え ら れ る ．

鋼 道 路 橋 の 設 計 で は ， 鋼 床 版 な ら び に 軌 道 ま た は 鉄 道 を 併 用 す る 場 合 な ど を 除 い て ， 一 般 に 疲 労 の 影 響 を 考 慮 し な く て よ い と さ れ て き た ． こ れ は ， 主 桁 の 設 計 応 力 に 占 め る 死 荷 重 応 力 の 割 合 が 大 き く ， 相 対 的 に 活 荷 重 に よ る 応 力 変 動 が 小 さ い と の 考 え に 基 づ く も の で あ っ た[9,10]．し か し ，1970年 代 に 入 る と ，阪 神 高 速 道 路 や 首 都 高 速 道 路 ， 東 名 高 速 道 路 ， そ し て 幹 線 の 国 道 な ど で 疲 労 損 傷 が 報 告 さ れ る よ う に な り ， 個 別 に 疲 労 対 策 が 行 わ れ て き た[11,12]． そ の 後 ， 高 張 力 鋼 の 使 用 ， 荷 重 の 重 量 化 や 交 通 量 の 増 加 ，そ し て 溶 接 構 造 の 採 用 と い っ た 理 由 か ら ，2002年 に 日 本 道 路 協 会 よ り 発 行 さ れ た

「 道 路 橋 示 方 書・同 解 説 」[13]（ 以 後 ，道 示 と 記 す ）お よ び「 鋼 道 路 橋 の 疲 労 設 計 指 針 」 [14]で は ，疲 労 の 影 響 を 考 慮 す る こ と が 規 定 さ れ た ．し か し ，伸 縮 装 置 に つ い て は ，作 用 す る 荷 重 の 大 き さ を 適 切 に 設 定 し ， そ の 荷 重 の 繰 返 し に 対 し て 十 分 な 疲 労 耐 久 性 を 有 す る よ う に 設 計 し な け れ ば な ら な い と さ れ て お り ， 具 体 的 な 疲 労 設 計 法 が 示 さ れ て い な い ．2012年 に は ，東 日 本 高 速 道 路（ 株 ），中 日 本 高 速 道 路（ 株 ），西 日 本 高 速 道 路

（ 株 ） の 3社 （ 以 後 ，NEXCO3 社 と 記 す ） に よ り 伸 縮 装 置 の 疲 労 を 考 慮 し た 試 験 方 法 が 示 さ れ た も の の[15,16]， 必 ず し も 十 分 な 耐 久 性 評 価 が 行 わ れ て い る と は 言 え な い ． 荷 重 支 持 型 に 分 類 さ れ る 伸 縮 装 置 の う ち ， 図 1-5 に 示 す ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 接 合 に 溶 接 を 用 い る モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置（ マ ウ ラ ー ジ ョ イ ン ト ）は ，1970 年 に ド イ ツ よ り 技 術 導 入 さ れ た ． こ れ ま で の 設 置 数 は 2,500 基 程 度 で あ る ． な お ， ミ ド ル ビ ー ム を セ ン タ ー ビ ー ム と 称 す る 場 合 も あ る が ， こ こ で は ミ ド ル ビ ー ム と 記 す ． こ の 伸 縮 装 置 は ， 主 と し て 橋 軸 直 角 方 向 に 配 置 さ れ る ミ ド ル ビ ー ム と そ の ミ ド ル ビ ー ム を 支 持 す る サ ポ ー ト ビ ー ム ， サ ポ ー ト ビ ー ム を 上 下 で 支 持 す る ベ ア リ ン グ ， そ し て 橋 軸 方 向 の 両 端 に 配 置 さ れ る エ ン ド ビ ー ム な ど で 構 成 さ れ て い る ． ミ ド ル ビ ー ム の 本 数 を 増 や す こ と に よ り ， 大 き な 伸 縮 量 に 対 応 す る こ と が で き る ． サ ポ ー ト ビ ー ム は ， ボ ッ ク ス と 呼 ば れ る 鋼 製 の 箱 の 中 に 格 納 さ れ て い る ． 一 つ の ボ ッ ク ス の 中 に 格 納 さ れ て い る サ ポ ー ト ビ ー ム の 本 数 は ミ ド ル ビ ー ム と 同 じ で あ る ． た だ し ， 一 本 の サ ポ ー ト ビ ー ム は ， 一 つ の ミ ド ル ビ ー ム の み に 溶 接 接 合 さ れ て い る ． ミ ド ル ビ ー ム を 支 え る サ ポ

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ー ト ビ ー ム の 間 隔 は 1,000～1,400mm 程 度 と さ れ て い る ． ミ ド ル ビ ー ム と ミ ド ル ビ ー ム 間 （ 遊 間 ） に は シ ー ル ゴ ム が 嵌 め 込 ま れ て い る ． そ れ に よ り ， 伸 縮 装 置 内 へ の 雨 水 等 の 浸 入 を 防 い で い る ．シ ー ル ゴ ム の 伸 縮 可 能 範 囲 は ，一 箇 所 あ た り 0～80mmで あ る

（0mmの 場 合 ，ミ ド ル ビ ー ム と ミ ド ル ビ ー ム が 接 触 す る ．シ ー ル ゴ ム は ミ ド ル ビ ー ム と ミ ド ル ビ ー ム 間 に 収 納 さ れ る ）．複 数 の 遊 間（ ミ ド ル ビ ー ム と ミ ド ル ビ ー ム 間 ）で 間 隔 が 等 し く な る よ う に ， コ ン ト ロ ー ル ゴ ム が 設 置 さ れ て い る ． サ ポ ー ト ビ ー ム の 上 側 お よ び 下 側 に は ベ ア リ ン グ が 設 置 さ れ て い る ． こ れ に よ り ， サ ポ ー ト ビ ー ム の 跳 ね 上 が り を 防 止 し て い る ． ま た ， サ ポ ー ト ビ ー ム が そ の 間 を 滑 る こ と で 桁 端 の 角 変 形 や 桁 の 移 動 に 対 応 す る ． そ の 摺 動 面 の サ ポ ー ト ビ ー ム に は ス テ ン レ ス 板 が ， 上 下 ベ ア リ ン グ に は PTFE（ ポ リ テ ト ラ フ ル オ ロ エ チ レ ン ）あ る い は エ ン ジ ニ ア リ ン グ プ ラ ス チ ッ ク 材 が 設 置 さ れ て い る ． 現 在 ， ミ ド ル ビ ー ム と エ ン ド ビ ー ム ， コ ン ト ロ ー ル ゴ ム は ド イ ツ よ り 輸 入 さ れ て い る が ， サ ポ ー ト ビ ー ム や ベ ア リ ン グ ， シ ー ル ゴ ム は 日 本 で 製 作 さ れ て お り ， ド イ ツ と は 多 少 異 な る 構 造 詳 細 と な っ て い る ．

図 1-5 ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 接 合 に 溶 接 を 用 い る モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置

（ マ ウ ラ ー ジ ョ イ ン ト の 例 ）

モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 は ， 図 1-5 に 示 し た マ ウ ラ ー ジ ョ イ ン ト 以 外 に ， 図 1-6 に 示 す マ ウ ラ ー ス イ ベ ル ・ ジ ョ イ ン ト や マ ゲ バ ジ ョ イ ン ト な ど が あ る ． こ れ ら の 伸 縮 装 置 は ， 一 方 向 の 伸 縮 に 対 応 す る マ ウ ラ ー ジ ョ イ ン ト と 異 な り ， 橋 軸 あ る い は 橋 軸 直 角 方 向 の 伸 縮 に 対 応 す る こ と が 可 能 と さ れ て い る ．マ ウ ラ ー ス イ ベ ル・ジ ョ イ ン ト の 場 合 ， ミ ド ル ビ ー ム を 支 持 す る サ ポ ー ト ビ ー ム の 数 は ， ボ ッ ク ス 内 で 1 つ で あ る ． そ の サ ポ

上 ベ ア リ ン グ 下 ベ ア リ ン グ

シ ー ル ゴ ム

サ ポ ー ト ビ ー ム ボ ッ ク ス

コ ン ト ロ ー ル ゴ ム

溶 接 部

エ ン ド ビ ー ム ミ ド ル ビ ー ム

橋 軸 方 向

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（a） マ ウ ラ ー ス イ ベ ル ・ ジ ョ イ ン ト の 例

（b） マ ゲ バ ジ ョ イ ン ト の 例[17]

図 1-6 マ ウ ラ ー ス イ ベ ル ・ ジ ョ イ ン ト と マ ゲ バ ジ ョ イ ン ト の 例

ー ト ビ ー ム は ， 図 1-7 に 示 す よ う に ， ミ ド ル ビ ー ム に 対 し て 斜 め 方 向 に 配 置 さ れ て い る ．こ れ は ，複 数 の 遊 間 で 間 隔 が 等 し く な る よ う に す る た め と さ れ て い る ．そ の た め ， コ ン ト ロ ー ル ゴ ム は 設 置 さ れ て い な い ． サ ポ ー ト ビ ー ム の 上 下 に 設 置 さ れ る ベ ア リ ン グ と ス プ リ ン グ は ，ス イ ベ ル プ レ ー ト と 呼 ば れ る 鋼 製 部 材 に 設 け ら れ る 円 形 の 突 起（ φ 50mm，高 さ 8.5mm）に 挿 し 込 ま れ て い る ．こ れ に よ り 、y 軸 周 り の 回 転 を 可 能 と し て い る ． そ の よ う な 機 構 を 有 す る ベ ア リ ン グ と ス プ リ ン グ 間 を サ ポ ー ト ビ ー ム が 滑 る こ と で ， 桁 の 全 方 向 移 動 に 対 応 す る と し て い る ． そ の 摺 動 面 の サ ポ ー ト ビ ー ム に は ス テ ン レ ス 板 が ，上 下 ベ ア リ ン グ に は PTFE（ ポ リ テ ト ラ フ ル オ ロ エ チ レ ン ）が 設 置 さ れ て

ス プ リ ン グ

フ レ ー ム

ミ ド ル ビ ー ム

サ ポ ー ト ビ ー ム ボ ル ト 接 合

ベ ア リ ン グ

橋 軸 方 向

サ ポ ー ト ボ ッ ク ス y

z x

y

z x

ベ ア リ ン グ シ ー ル ゴ ム

サ ポ ー ト ビ ー ム ボ ッ ク ス

跳 ね 上 が り 防 止 板

ミ ド ル ビ ー ム エ ン ド ビ ー ム 橋 軸 方 向

ス プ リ ン グ 溶 接 部

ス イ ベ ル プ レ ー ト

止 水 ゴ ム エ ッ ジ ビ ー ム

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い る ．ミ ド ル ビ ー ム の 跳 ね 上 が り の 防 止 と ス プ リ ン グ を 支 持 す る 跳 ね 上 が り 防 止 板 は ， ミ ド ル ビ ー ム に 溶 接 で 接 合 さ れ て い る ．

図 1-7 マ ウ ラ ー ス イ ベ ル ・ ジ ョ イ ン ト の サ ポ ー ト ビ ー ム の 配 置 例

マ ゲ バ ジ ョ イ ン ト の 伸 縮 機 構 は ， マ ウ ラ ー ス イ ベ ル ・ ジ ョ イ ン ト の 考 え 方 と 同 様 で あ る が ， ミ ド ル ビ ー ム や サ ポ ー ト ビ ー ム な ど の 断 面 形 状 や 構 成 部 材 は 異 な っ て い る ． 特 に ， ミ ド ル ビ ー ム の 跳 ね 上 が り 防 止 と ス プ リ ン グ を 支 持 す る フ レ ー ム は ， ミ ド ル ビ ー ム に ボ ル ト で 接 合 さ れ て い る ． ま た ， サ ポ ー ト ビ ー ム は ， 基 本 的 に ミ ド ル ビ ー ム の 直 行 方 向 に 配 置 さ れ て い る ． そ の た め ， 図 1-8 に 示 す よ う に ， 遊 間 （ ミ ド ル ビ ー ム と ミ ド ル ビ ー ム 間 ） 量 を 調 整 す る コ ン ト ロ ー ル ゴ ム が 別 途 設 置 さ れ て い る ．

図 1-8 マ ゲ バ ジ ョ イ ン ト の コ ン ト ロ ー ル ゴ ム の 設 置 例[18]

こ の よ う に ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 に は い く つ か の タ イ プ が あ る ． 本 研 究 で は ， マ ウ ラ ー ジ ョ イ ン ト を 対 象 と す る （ 以 降 に 記 す モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 と は ， マ ウ ラ ー ジ ョ イ ン ト を 指 す ）．

ミ ド ル ビ ー ム

ス テ ン レ ス 板 跳 ね 上 が り 防 止 板

サ ポ ー ト ビ ー ム

ベ ア リ ン グ

ス プ リ ン グ

コ ン ト ロ ー ル ゴ ム

サ ポ ー ト ビ ー ム

フ レ ー ム ミ ド ル ビ ー ム 連 結 板

7

モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 劣 化 の 形 態 と し て は ， 溶 接 部 の 疲 労 き 裂 の 他 に ， 図 1-9 に 示 す よ う な シ ー ル ゴ ム の 割 れ ，図 1-10 に 示 す コ ン ト ロ ー ル ゴ ム の 欠 損 や 脱 落 ，そ し て 上 下 ベ ア リ ン グ の 劣 化 ， 下 ベ ア リ ン グ の 場 合 に は 脱 落 な ど が あ る ．

図 1-9 シ ー ル ゴ ム の 損 傷 例

（a） 正 常 時 （b） 欠 損 時 （c） 脱 落 時 図 1-10 2005年 以 前 の コ ン ト ロ ー ル ゴ ム の 劣 化 形 態

こ れ ら の 部 材 は 基 本 的 に 交 換 が 可 能 と さ れ て い る が ， シ ー ル ゴ ム に 損 傷 が 生 じ た 場 合 ， 雨 水 等 の 浸 入 に よ っ て 他 部 材 に 劣 化 を 生 じ さ せ る 恐 れ が あ る ． ま た ， 下 ベ ア リ ン グ が 脱 落 し た 場 合 ， ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム 溶 接 部 に は ， 設 計 で 想 定 し て い な い 応 力 が 作 用 す る 恐 れ も あ る ． こ の よ う な こ と か ら ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 を 構 成 す る 各 部 材 の 耐 久 性 は 重 要 で あ り ，1970年 の 技 術 導 入 以 来 ，い く つ か の 改 良 が 加 え ら れ て い る ． 表 1-1 に 主 要 部 材 の 代 表 的 な 改 良 変 遷 を 示 す ． シ ー ル ゴ ム は ， 止 水 性 向 上 の た め 1985 年 に ボ ッ ク ス タ イ プ か ら バ ン ド タ イ プ へ 変 更 さ れ た ． こ の 形 状 に 対 応 す る

シ ー ル ゴ ム の 割 れ サ ポ ー ト ビ ー ム

ミ ド ル ビ ー ム

サ ポ ー ト ビ ー ム コ ン ト ロ ー ル ゴ ム ミ ド ル ビ ー ム

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た め ， ミ ド ル ビ ー ム の 形 状 も 変 更 さ れ て い る ． 導 入 当 時 の 上 下 ベ ア リ ン グ に は ウ レ タ ン 樹 脂 が 用 い ら れ て い た が ，1980 年 に 合 成 ゴ ム （EPDM， エ チ レ ン プ ロ ピ レ ン ジ エ ン ゴ ム ），80 年 代 の 後 半 に は 天 然 ゴ ム へ と 変 更 さ れ た ． そ の 後 ， 過 剰 な せ ん 断 変 形 を 防 止 す る た め ， 上 ベ ア リ ン グ に は 鋼 製 カ バ ー が 追 加 さ れ て い る ． ま た ， 現 在 の 下 ベ ア リ ン グ の 前 面 に は ，図 1-11に 示 す よ う に ，脱 落 を 防 止 す る た め の プ レ ー ト が 設 置 さ れ て い る ． コ ン ト ロ ー ル ゴ ム は ， ウ レ タ ン 樹 脂 の 加 水 分 解 に よ る 劣 化 ， 脱 落 に 対 処 す る た め ，2005 年 頃 よ り ド イ ツ 製 品 が 用 い ら れ て い る ．

図 1-11 下 ベ ア リ ン グ の 脱 落 防 止 プ レ ー ト の 例

部 材 名 称 1980年 頃 現 在

シ ー ル ゴ ム

ボ ッ ク ス タ イ プ バ ン ド タ イ プ

※ 止 水 性 を 向 上 さ せ る た め に 形 状 を 変 更

ミ ド ル ビ ー ム

ボ ッ ク ス タ イ プ バ ン ド タ イ プ

※ シ ー ル ゴ ム の 変 更 に 伴 い ， 形 状 を 変 更

上 ベ ア リ ン グ

合 成 ゴ ム 天 然 ゴ ム

※ 耐 久 性 向 上 の た め に 天 然 ゴ ム に 変 更

※ せ ん 断 変 形 防 止 の 鋼 製 カ バ ー を 新 た に 追 加

下 ベ ア リ ン グ

合 成 ゴ ム 天 然 ゴ ム

※ 耐 久 性 向 上 の た め に 天 然 ゴ ム に 変 更

※ 脱 落 防 止 プ レ ー ト を 別 途 設 置

表 1-1 主 要 部 材 の 代 表 的 な 改 良 変 遷

下 ベ ア リ ン グ 上 ベ ア リ ン グ

サ ポ ー ト ビ ー ム

脱 落 防 止 プ レ ー ト

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ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 接 合 は ， 図 1-12 に 示 す よ う に ，2002 年 ま で す み 肉 溶 接 で 行 わ れ て い た ．サ ポ ー ト ビ ー ム に は 突 起（ 長 さ 90mm，幅 60mm，高 さ 18mm）

を 設 け て お り ， こ の 突 起 部 を 利 用 し て す み 肉 溶 接 が 行 わ れ て い た ． こ こ で は ， ミ ド ル ビ ー ム 長 さ 方 向 の 溶 接 を M 溶 接 部 ， サ ポ ー ト ビ ー ム の 長 さ 方 向 を S 溶 接 部 と 称 す る ． S 溶 接 部 は ， ミ ド ル ビ ー ム 下 フ ラ ン ジ に 設 け た 切 欠 き 部 で 行 わ れ て い た ． 切 欠 き を 設 け る 理 由 は ， ミ ド ル ビ ー ム と ミ ド ル ビ ー ム 間 の 遊 間 0mm に 対 応 す る た め で あ る ． な お ，溶 接 部 は 溶 接 の ま ま で 仕 上 げ は 行 わ れ て い な か っ た ．2002年 以 降 は ，図 1-13 に 示 す 完 全 溶 け 込 み 溶 接 に 変 更 さ れ て い る ．図 1-13（a）に 示 す 緑 色 の 点 線 は ミ ド ル ビ ー ム の 下 面 位 置 ， 赤 色 の 点 線 は サ ポ ー ト ビ ー ム に 設 け ら れ て い る 突 起 形 状 を 示 し て い る ． ま た ， 完 全 溶 け 込 み 溶 接 で あ る た め 溶 接 部 は 一 体 で あ る も の の ， す み 肉 溶 接 と 同 様 に M 溶 接 部 あ る い は S溶 接 部 と 呼 ぶ ． 完 全 溶 け 込 み 溶 接 に 変 更 し た 理 由 は ， 図 1-4 に 示 し た よ う に ，2002 年 3 月 ，関 越 自 動 車 道 の 永 井 川 橋 に 設 置 さ れ た モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の ミ ド ル ビ ー ム の 一 部 が 外 れ た た め で あ る[7,8]． ミ ド ル ビ ー ム が 外 れ た 原 因 は ， 図

（a） す み 肉 溶 接 の 例 （b） す み 肉 溶 接 の 概 要 図 図 1-12 す み 肉 溶 接

（a） 完 全 溶 け 込 み 溶 接 の 例 （b） 完 全 溶 け 込 み 溶 接 の 概 要 図 図 1-13 完 全 溶 け 込 み 溶 接

ミ ド ル ビ ー ム

S 溶 接 部 切 欠 き 部

サ ポ ー ト ビ ー ム M 溶 接 部

S 溶 接 部 切 欠 き 部

ミ ド ル ビ ー ム

突 起 部 M溶 接 部 サ ポ ー ト ビ ー ム

S 溶 接 部 ミ ド ル ビ ー ム

M 溶 接 部 サ ポ ー ト ビ ー ム ミ ド ル ビ ー ム

S 溶 接 部

サ ポ ー ト ビ ー ム M溶 接 部

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1-14 に 示 す よ う な す み 肉 溶 接 の ル ー ト を 起 点 と し た 疲 労 損 傷 と 考 え ら れ て い る ．し か し ，2012 年 5 月 に は ， 図 1-15 に 示 す よ う に ， 重 交 通 路 線 と さ れ る 伊 勢 湾 岸 自 動 車 道 に お い て 完 全 溶 け 込 み 溶 接 に 疲 労 き 裂 が 確 認 さ れ て い る[19,20]． ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム 溶 接 部 の 損 傷 事 例 数 は ， 十 分 な 集 計 が な さ れ て い な い も の の ， こ れ ま で に 50 基 程 度 と み ら れ て い る ．す み 肉 溶 接 の 損 傷 は ，1970 年 の 技 術 導 入 当 初 に 設 置 さ れ た 伸 縮 装 置 で 1980 年 に 補 修 し た と す る 記 録 が 残 さ れ て い る ．ま た ，伊 勢 湾 岸 自 動 車 道 で は 12基 で 確 認 さ れ て い る ．完 全 溶 け 込 み 溶 接 の 損 傷 は ，伊 勢 湾 岸 自 動 車 道 の 6 基 で 確 認 さ れ て い る ．

図 1-14 す み 肉 溶 接 の 疲 労 き 裂[8] 図 1-15 完 全 溶 け 込 み 溶 接 の 疲 労 き 裂[8]

本 研 究 で 対 象 と す る モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 は ， ミ ド ル ビ ー ム の 上 面 に 輪 荷 重 が 直 接 作 用 す る た め ， ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム に は ， 繰 返 し 曲 げ 応 力 が 生 じ る ． そ の た め ， ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 完 全 溶 け 込 み 溶 接 部 に は ， 疲 労 き 裂 の 生 じ る 可 能 性 が あ る ．す な わ ち ，図 1-16 に 示 す よ う に ，M 溶 接 部 の 止 端 か ら ミ ド ル ビ ー ム に 進 展 す る タ イ プ A き 裂 と ，S 溶 接 部 の 止 端 か ら サ ポ ー ト ビ ー ム に 進 展 す る き 裂 （ タ イ プ E） な ど が 生 じ る 可 能 性 が あ る ． 図 1-17 に そ れ ら の 損 傷 事 例 を 示 す ．

こ の よ う な 疲 労 き 裂 に 対 し て 耐 久 性 を 確 保 す る た め に は ， 疲 労 強 度 の 改 善 や 疲 労 照 査 を 行 う 必 要 が あ る ． 疲 労 耐 久 性 を 評 価 す る 場 合 の 溶 接 部 の 疲 労 強 度 は ， 日 本 鋼 構 造 協 会 の 「 鋼 構 造 物 の 疲 労 設 計 指 針 ・ 同 解 説 」[21]（ 以 後 ，JSSC 指 針 と 称 す る ） や 日 本 道 路 協 会 の 「 鋼 道 路 橋 の 疲 労 設 計 指 針 」[14]等 に 示 さ れ る 継 手 の 強 度 等 級 分 類 に よ る の が 一 般 的 で あ る ． し か し ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 継 手 形 状 は ， そ れ ら に 示 さ れ る も の に 当 て は め る こ と が 難 し い ． ま た ， そ の 疲 労 強 度 は ， 溶 接 部 の 寸 法 や 形 状 に 依 存 す る が ， そ れ ら の 影 響 も 明 ら か と さ れ て い な い ． さ ら に ， 疲 労 照 査 を 行 う た め に は ， 適 切 な 疲 労 荷 重 を 定 め る 必 要 が あ る ． そ し て ， そ の 疲 労 荷 重 に よ り 溶 接 部 に 生 じ る 公

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称 応 力 の 求 め 方 も 定 め る 必 要 が あ る ． し か し ， 本 研 究 で 対 象 と し て い る モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 溶 接 部 に 対 す る 検 討 が 必 ず し も 十 分 に 行 わ れ て い る と は 言 え な い ． し た が っ て ， そ の 疲 労 耐 久 性 を 評 価 す る 手 法 の 確 立 は 重 要 と 考 え る ．

（a） タ イ プ A き 裂 （b） タ イ プ Eき 裂 図 1-16 完 全 溶 け 込 み 溶 接 部 に 発 生 す る 疲 労 き 裂 の 進 展 性 状

（a） タ イ プ A き 裂 （b） タ イ プ Eき 裂 図 1-17 完 全 溶 け 込 み 溶 接 部 に 発 生 す る 疲 労 き 裂 の 損 傷 事 例

1.2 各 国 の 耐 久 性 評 価 基 準

各 国 の 基 準 類 に 示 さ れ て い る モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 疲 労 耐 久 性 評 価 に 必 要 と な る 静 的 車 輪 荷 重 を 表 1-2 に ， 静 的 車 輪 荷 重 か ら 求 め ら れ る 疲 労 荷 重 （ 輪 重 ） を 表 1-3 に 示 す ． 疲 労 荷 重 （ 輪 重 ） は ， 静 的 車 輪 荷 重 に 衝 撃 係 数 や リ バ ウ ン ド 係 数 ， そ し て 荷 重 分 担 な ど の 補 正 係 数 を 乗 じ る こ と で 求 め ら れ て い る ． 表 1-3 に は ， そ れ ら の 補 正 係 数 も 示 し て い る ．

ミ ド ル ビ ー ム

サ ポ ー ト ビ ー ム 疲 労 き 裂

ミ ド ル ビ ー ム

サ ポ ー ト ビ ー ム 疲 労 き 裂

M 溶 接 部

S 溶 接 部

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疲 労 荷 重 と し て は ， 鉛 直 方 向 に 加 え て ， 車 両 の 制 動 等 に よ り 生 じ る 水 平 方 向 も 考 慮 さ れ て い る ．衝 撃 係 数（i）は ，荷 重 が 伸 縮 装 置 上 を 通 過 す る 際 に ，路 面 の 平 坦 性 等 の 影 響 に よ り 応 力 が 増 幅 す る こ と を 考 慮 し て い る ．ま た ，リ バ ウ ン ド 係 数（ αR v）は ，ミ ド ル ビ ー ム の 鉛 直 正 方 向 変 位 に 対 す る 負 方 向 変 位 の 比（ 応 力 の 比 ）で あ る（ こ こ で は ， 鉛 直 下 向 き の 方 向 を 正 と す る ）．ミ ド ル ビ ー ム に 荷 重 が 作 用 す る と ，ミ ド ル ビ ー ム に は 正 方 向 の 変 位 が 生 じ る ． そ の 後 ， 荷 重 が 通 過 す る と ， 変 形 し た ミ ド ル ビ ー ム は 負 方 向 に 跳 ね 返 ろ う と す る ．こ れ を 考 慮 し て い る ．リ バ ウ ン ド 係 数（ αR h）は ，水 平 荷 重 の 作

国 名 ド イ ツ ア メ リ カ 日 本

発 行 年 1992 2013 1997 2014 2012

基 準 名 T L/TP-

FÜ92

ETAG032 Report402

AASHTO LRFD 7th

設 計 要 領 第 二 集 静 的 車 軸 荷 重(鉛 直) 200kN 300kN 107kN 142kN 200kN 静 的 車 輪 荷 重(鉛 直) 100kN 150kN 26.7kN 35.6kN 100kN 静 的 車 輪 荷 重(水 平) 65kN 150kN 鉛 直 疲 労 荷 重(輪 重) －

国 名 ド イ ツ ア メ リ カ 日 本

発 行 年 1992 2013 1997 2014 2012

基 準 名

T L/TP- FÜ92

ETAG032 Report402

AASHTO LRFD 7th

設 計 要 領 第 二 集

鉛 直

疲 労 荷 重(輪 重) 65.5kN 85.2kN 22.8kN 60.7kN 200kN

荷 重 係 数 0.6 0.7 0.75 1.5 －

衝 撃 係 数(1+i) i=0.4 i=0.3 i=0.75 i=0.75 i=1.0 リ バ ウ ン ド 係 数(1+α_{R v}) α_{R v}=0.3 α_{R v}=0.3 (衝 撃 に 含 ん で い る) －

荷 重 分 担 率(α_{S v}) α_{S v}=0.6 α_{S v}=0.48 α_{S v}=0.65 α_{S v}=0.65 －

水 平

疲 労 荷 重(輪 重) 9.8kN 13.9kN 4.6kN 12.1kN －

荷 重 係 数 0.25 0.7

補 正 係 数 0.6 0.2 0.2 0.2 －

リ バ ウ ン ド 係 数(1+αR h) αR h=1.0 αR h=1.0 － － － 荷 重 分 担 率(α_{S h}) α_Sh=0.5 α_Sh=0.33 － － －

表 1-2 各 国 の 基 準 類 に 示 さ れ て い る 静 的 車 輪 荷 重

表 1-3 各 国 の 基 準 類 に 示 さ れ て い る 疲 労 荷 重 の 比 較

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用 に よ っ て ， 車 両 の 走 行 方 向 と 反 対 方 向 の 両 側 に ミ ド ル ビ ー ム が 変 位 す る こ と を 考 慮 し て い る ．そ し て ，荷 重 分 担 率（ αS v，αS h）は ，隣 り 合 う ミ ド ル ビ ー ム が 荷 重（ 輪 重 ） を 分 担 す る こ と を 考 慮 し て い る ． 溶 接 タ イ プ の モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 場 合 ， 主 と し て 橋 軸 方 向 に ミ ド ル ビ ー ム が 複 数 本 並 ん で い る ． 大 型 車 の タ イ ヤ が ミ ド ル ビ ー ム 上 に 載 っ た 際 ， ミ ド ル ビ ー ム お よ び タ イ ヤ の 変 形 に よ り ， 荷 重 の 一 部 が 隣 接 す る ミ ド ル ビ ー ム で 分 担 さ れ る こ と を 考 慮 し て い る ．

ド イ ツ で は ，1992年 に「TL/TP-FÜ92」（Technische Leitlinien/Technische Prüfungsbestim- mungen Fahrbahn-Übergänge Ausgabe 1992， 道 路 橋 と 歩 道 橋 の 非 排 水 型 伸 縮 装 置 に 関 す る 引 渡 し と 検 査 に つ い て の 技 術 仕 様 ）[22]が 発 刊 さ れ た ．基 準 と し た 車 両 は ，「DIN 1072」

（Deutsches Institut für Normung，ド イ ツ 工 業 規 格 ）[23]に 示 さ れ る 橋 格 60/30 の 重 車 両

（SLW），3軸 車 で あ る （ 図 1-18 参 照 ）[24]． 車 両 総 重 量 は 600kN（ 軸 重 200kN，輪 重 100kN） で あ る ． こ の 輪 重 に 衝 撃 な ど の 係 数 を 乗 じ て 鉛 直 あ る い は 水 平 疲 労 荷 重 （ 輪 重 ） を 設 定 し て い る ．

図 1-18 「DIN 1072」 に 示 さ れ る 橋 格 60/30 の 重 車 両 の 形 状 と タ イ ヤ の 接 地 寸 法[24]

疲 労 照 査 で は ， 溶 接 部 に 生 じ る 公 称 応 力 と 溶 接 部 の 疲 労 強 度 と の 比 が 1以 下 で あ れ ば 安 全 と み な し て い る ． 溶 接 部 に 生 じ る 公 称 応 力 は ， 疲 労 荷 重 を 用 い て 梁 計 算 に よ り 算 出 さ れ て い る ． 疲 労 荷 重 の 載 荷 位 置 は ， レ ー ン マ ー ク で は な く 最 大 の 応 力 が 発 生 す る 箇 所 と し て い る ． そ し て ， 算 出 し た 応 力 範 囲 に は 安 全 率 1.25 を 乗 じ る と し て い る ． こ れ は ，追 い 越 し 車 線 と 走 行 車 線 の う ち で 走 行 車 線 を 走 行 す る 大 型 車 交 通 量 の 割 合 や ， 車 両 の 走 行 位 置 の ば ら つ き ，そ し て 荷 重 繰 返 し 数 を 考 慮 す る た め と し て い る ．「TL/TP- FÜ92」で は ，疲 労 照 査 で 考 え る 荷 重 繰 返 し 数 を 2×10⁷と し て い る ．し か し ，後 述 す る 疲 労 強 度 は 200 万 回 基 本 疲 労 強 度 と し て い る ． そ の た め ， マ イ ナ ー 則 の 考 え か ら 荷 重

（ 単 位 ：m）

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側 で 割 増 し を 行 っ て い る ． な お ， ド イ ツ で 用 い ら れ て い る 疲 労 設 計 曲 線 の 傾 き を 表 す た め の 係 数（m）は ，繰 返 し 数 500万 回 ま で を 3，そ れ 以 上 で 5 と し て い る[25]．溶 接 部 の 疲 労 強 度 は ， 適 切 な 材 料 試 験 機 関 で の 実 施 を 前 提 と し て ， 疲 労 試 験 に よ り 求 め る こ と が で き る と し て い る ．そ し て ，200万 回 基 本 疲 労 強 度 は ，3 体 以 上 の 試 験 結 果 の 平 均 値 を 安 全 率 1.35 で 除 し た 値 と し て い る ．

2012 年 以 降 ， ド イ ツ で は 「ETAG032」（European Technical Approvals Guidelines， 欧 州 技 術 承 認 基 準 ）[26,27]が 適 用 さ れ 始 め て い る ． 図 1-19 は ，「ETAG032」 に 示 さ れ る タ イ ヤ の 接 地 寸 法 で あ る ．「ETAG032」で は ，軸 重 と 路 面 の 相 互 干 渉 を よ り 正 確 に 考 慮 す る た め ，「EN1991-2」（European Norm，欧 州 統 一 規 格 ）[25]に 記 載 の タ イ ヤ の 接 地 寸 法 を 修 正 す る と と も に ，静 的 車 軸 荷 重 を 300kN と し て い る ．梁 計 算 に よ り 算 出 す る 溶 接 部 に 生 じ る 公 称 応 力 が 200万 回 基 本 疲 労 強 度 よ り 小 さ い こ と を 確 認 す る 方 法 が 採 ら れ て い る が ，200 万 回 基 本 疲 労 強 度 の 算 定 に あ っ た っ て は ， 実 施 し た 試 験 体 の 数 量 に 起 因 す る 係 数 や 試 験 結 果 の 標 準 偏 差 を 考 慮 す る な ど「TL/TP-FÜ92」よ り も 安 全 側 の 評 価 を 行 っ て い る ．

図 1-19 ETAG032に 示 さ れ る タ イ ヤ 接 地 面 積[26]

ア メ リ カ で は ，Dexter ら が 1997年 に 疲 労 設 計 法 を 示 し て い る[28]．基 準 と し た 車 両 は ，AASHTO（American Association of State Highway and Transportation Officials， 米 国 州 道 路 交 通 運 輸 担 当 官 協 会 ） の 「Standard Specification for Highway Bridges-LRFD.1st Ed」[29]や NCHRP（National Cooperative Highway Research Program， 全 米 幹 線 道 路 共 同 研 究 プ ロ グ ラ ム ）の「Report 299」[30]に 示 さ れ た 3軸 ト ラ ッ ク と し て い る ．図 1-20 に 示 す こ の 3 軸 ト ラ ッ ク は ，図 1-21 に 示 す 5 軸 ト ラ ッ ク の そ れ ぞ れ の タ ン デ ム 軸 を 1 つ の 軸 に 置 き 換 え た も の で あ る ． そ の た め ， 静 的 車 輪 荷 重 （26.7kN） は 静 的 車 軸 荷 重

（24kips＝106.8kN，1kips＝4.4482kN） の 1/4 と し て い る ． こ の 値 に 考 慮 す る 衝 撃 は ，

（ 単 位 ：m）

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静 的 車 軸 荷 重 の 75％ と し て い る ．た だ し ，こ の 値 に は 鉛 直 方 向 の リ バ ウ ン ド 影 響 も 含 ま れ て い る ． 荷 重 分 担 率 は ミ ド ル ビ ー ム 上 面 幅 の 影 響 を 考 慮 し て い る ． 例 え ば ， 幅 が 80mm の 場 合 で 0.6， 幅 100mm で は 0.7 と し て い る ． こ れ ら の 係 数 な ど を 考 慮 し て 算 出 し た 輪 重 を 鉛 直 疲 労 荷 重 と し て お り ， そ の 20%の 輪 重 を 水 平 疲 労 荷 重 と し て い る ． そ し て ， こ れ ら の 疲 労 荷 重 を 用 い て 梁 計 算 に よ り 求 め ら れ る 溶 接 部 に 生 じ る 公 称 応 力 が 打 切 り 限 界（ 一 定 振 幅 応 力 ）の 疲 労 強 度 の 1/2（ カ テ ゴ リ C：10ksi÷2＝34.5N/mm²， 1ksi＝6.89476N/mm²） 以 下 で あ れ ば 疲 労 耐 久 性 を 満 足 し て い る と 判 断 さ れ て い る ． な お ， 荷 重 の 載 荷 位 置 は ， 最 大 応 力 の 得 ら れ る 箇 所 と さ れ て い る ．

図 1-20 3 軸 ト ラ ッ ク[28]

図 1-21 5 軸 ト ラ ッ ク[28]

2014 年 の 「AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, Seventh Edition」[31]で は ， タ ン デ ム 軸 の 重 量 は 32kips（142.3kN）と 記 さ れ て い る ．ま た ，荷 重 係 数 は 1.5 と し て い る ．た だ し ，打 切 り 限 界（ 一 定 振 幅 応 力 ）の 疲 労 強 度（ カ テ ゴ リ C：10ksi＝68.9N/mm²） に 1/2 を 乗 じ る 必 要 は な い と し て い る ．

日 本 で は ，2012 年 に NEXCO3 社 が 製 品 ジ ョ イ ン ト に 対 す る 疲 労 耐 久 性 の 評 価 方 法

2PR 2PR

PR PR PR PR

16

を 示 し て い る[15,16]． そ こ で 用 い て い る 静 的 車 軸 荷 重 は ， 道 示 に 示 さ れ る 床 版 お よ び 床 組 を 設 計 す る 場 合 の 活 荷 重 （T 荷 重 ） で あ る ． 静 的 車 軸 荷 重 に は 衝 撃 を 考 慮 す る ． そ の 大 き さ は 静 的 車 軸 荷 重 の 100％（ 衝 撃 係 数 i＝1.0）と し て い る ．こ の 荷 重 を 用 い た 疲 労 試 験 で 360 万 回 の 繰 返 し 数 に 耐 え る こ と が で き れ ば ， 製 品 ジ ョ イ ン ト の 耐 用 年 数 30 年 に 対 す る 疲 労 耐 久 性 を 満 足 し て い る と 判 断 し て い る ．

こ の よ う に ， 疲 労 照 査 の 考 え 方 は 各 国 に よ り 異 な っ て い る ． 疲 労 照 査 に 用 い る 疲 労 荷 重 の 大 き さ も ， 各 国 の 設 計 荷 重 の 大 き さ や 車 両 の 構 造 特 性 の 相 違 に よ り 異 な っ て い る ．ま た ，日 本 の NEXCO3 社 で 規 定 す る 耐 久 性 評 価 手 法 に よ り ，モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 溶 接 部 の 疲 労 強 度 を 求 め る こ と は で き る も の の ， 走 行 す る 活 荷 重 の 実 態 や 衝 撃 ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 特 有 の リ バ ウ ン ド や 複 数 の ミ ド ル ビ ー ム に よ る 荷 重 分 担 の 影 響 ， そ し て 溶 接 部 の 形 状 や 寸 法 に 依 存 す る 疲 労 強 度 な ど に つ い て は 検 討 の 余 地 は あ る も の と 考 え た ．

1.3 既 往 の 研 究

モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 溶 接 部 の 疲 労 耐 久 性 評 価 に 関 す る 研 究 は ， モ ジ ュ ラ ー 型 が 開 発 さ れ た 欧 州 で 1980年 代 後 半 か ら 始 め ら れ た ．こ こ で は ，溶 接 部 に 作 用 す る 荷 重 に 関 す る 検 討 と 疲 労 強 度 に 関 す る 既 往 の 研 究 に つ い て 示 す ．

1.3.1 溶 接 部 に 作 用 す る 荷 重 に 関 す る 検 討

オ ー ス ト リ ア の Tschemmernegg ら[32]は ， 車 両 の 輪 荷 重 が モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 上 を 走 行 し た 場 合 の 衝 撃 や リ バ ウ ン ド ， そ し て 荷 重 分 担 の 影 響 な ど ， 疲 労 荷 重 を 求 め る た め の 補 正 係 数 の 考 え 方 を 示 し て い る ．

米 国 の Dexter ら[28]は ，Tschemmernegg ら の 研 究 を 参 考 に ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 が 設 置 さ れ た 4 つ の 橋 梁 で 走 行 試 験 を 行 い ， 走 行 車 両 の 輪 荷 重 に 対 す る 衝 撃 や リ バ ウ ン ド ， 荷 重 分 担 な ど の 検 証 を 行 っ て い る ． 走 行 試 験 で 得 ら れ た リ バ ウ ン ド を 含 む 鉛 直 方 向 の モ ー メ ン ト は ，ビ ー ム 要 素 を 用 い た 二 次 元 骨 組 解 析 で 求 め た 値 の 1.63倍 で あ っ た こ と ， 水 平 方 向 の モ ー メ ン ト は 鉛 直 方 向 で 計 測 さ れ た モ ー メ ン ト の 23%で あ り ， 制 動 時 に は 50%に 達 し た こ と を 示 し て い る ． ま た ， 荷 重 分 担 率 は ミ ド ル ビ ー ム の 幅 に よ り 50～80%に な る と し て い る ．

日 本 の 八 木 ら[33]は ， 車 両 制 限 令 に 基 づ い た 軸 重 100kN と BWIM（Bridge Weigh-in- Motion）[34]で 計 測 し た 国 道 23 号 線 の 走 行 車 線 の 軸 重 デ ー タ に よ り 求 め た 等 価 軸 重 110kN の 2 つ を 基 本 軸 重 と 考 え て い る ． 基 本 軸 重 を 補 正 す る 衝 撃 や リ バ ウ ン ド ， そ し

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て 荷 重 分 担 な ど の 係 数 は ， ド イ ツ の 考 え を 踏 襲 し て い る （ 衝 撃 係 数 i＝0.4， リ バ ウ ン ド 係 数 αR＝0.3， 荷 重 分 担 率 αS＝0.6）．

山 田[35]は ，伸 縮 装 置 の 疲 労 照 査 の た め の 基 本 荷 重 と そ の 繰 返 し 数 を 提 案 し て い る ． 伸 縮 装 置 の 設 計 で は ，道 示 に 示 さ れ る T荷 重 に 衝 撃 の 影 響 を 考 慮 し た 荷 重 を 載 荷 し て ， そ れ に よ り 梁 計 算 で 求 め ら れ る 応 力 が 許 容 応 力 度 以 下 と な る よ う に 断 面 を 決 定 し て い る ． こ れ を 踏 ま え ， 可 能 な 限 り 簡 便 に 疲 労 照 査 が 行 え る よ う に ， 疲 労 照 査 に 用 い る 基 本 荷 重 を 設 計 輪 重 の 1/2，す な わ ち 50kN の 等 価 輪 重 と 提 案 し て い る ．等 価 輪 重 で 生 じ る 溶 接 部 の 公 称 応 力 は 梁 計 算 で 求 め る と し て い る ． ま た ， そ の 繰 返 し 数 は 1 日 2,000 回 と し て い る ． 繰 返 し 数 に つ い て は ， い く つ か の デ ー タ や 考 察 に 基 づ き 設 定 さ れ て い る ． 等 価 輪 重 に は 衝 撃 を 考 慮 す る も の と し ， そ の 値 は 等 価 輪 重 の 40％ （ 衝 撃 係 数 i＝ 0.4） と し て い る ． な お ， こ こ で は リ バ ウ ン ド や 荷 重 分 担 は 考 慮 さ れ て い な い ．

1.3.2 疲 労 強 度 に 関 す る 検 討

Tschemmernegg[36]は ，橋 梁 構 造 物 の 部 材 の 中 で 動 的 作 用 の 大 き い 伸 縮 装 置 が 静 的 設 計 の み 行 わ れ て い る こ と を 問 題 視 し ， 伸 縮 装 置 の 溶 接 部 の 疲 労 強 度 を 明 ら か に す る た め の 試 験 方 法 を 示 し て い る ．そ の 方 法 を 図 1-22 に 示 す ．1つ の サ ポ ー ト ビ ー ム に ，そ の 直 交 方 向 に 2 つ の ミ ド ル ビ ー ム を 溶 接 で 接 合 し て い る ． そ し て ， ミ ド ル ビ ー ム の 上 フ ラ ン ジ に 斜 め か ら 載 荷 し て ， 溶 接 部 に 鉛 直 力 と 水 平 力 を 作 用 さ せ て い る ． そ の 後 ， Tschemmernegg ら[32]は ， 図 1-23 に 示 す 3 つ の 疲 労 き 裂 を 想 定 し ， そ れ ぞ れ の 疲 労 き 裂 が 疲 労 試 験 で 生 じ る よ う に ，図 1-24 に 示 す よ う な 支 持 条 件 や 載 荷 条 件 を 提 案 し て い る ．

図 1-22 溶 接 部 の 疲 労 強 度 を 明 ら か に す る た め の 試 験 方 法[36]

50cm

サポートビーム

ミドルビーム

b=8cm 3.5cm 2R(k=-l)

α R(k=-l)

tanα=0.2

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図 1-23 疲 労 き 裂 の タ イ プ[32]

（a） ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム 接 合 部 （b） サ ポ ー ト ビ ー ム

（c） ミ ド ル ビ ー ム

図 1-24 Tschemmerneggら が 提 案 し た 疲 労 強 度 を 確 認 す る た め の 試 験 方 法[32]

gelenkige Lagerung hinged bearing

±F

α tan α=1:5=0.2

③

±F

α

±F

tan α=1:5=0.2

①

±F

α

tan α=1:5=0.2

②

gelenkige Lagerung hinged bearing

①

③

② ①

③

② ミ ド ル ビ ー ム

サ ポ ー ト ビ ー ム

ミ ド ル ビ ー ム

サ ポ ー ト ビ ー ム

サ ポ ー ト ビ ー ム ミ ド ル ビ ー ム

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米 国 の Dexter ら[28]は ， す み 肉 溶 接 あ る い は 完 全 溶 け 込 み 溶 接 試 験 体 を 用 い た 疲 労 試 験 を 行 っ て い る ． こ の 試 験 で は ， 圧 縮 応 力 に 加 え て リ バ ウ ン ド を 考 慮 し て 引 張 応 力 も 作 用 さ せ て い る ．そ し て 完 全 溶 け 込 み 溶 接 と し た 場 合 の 疲 労 強 度 は ，AASHTO の カ テ ゴ リ C と し て い る ．

八 木 ら[33]は ， 疲 労 設 計 曲 線 を 基 準 と し た S-N 線 図 か ら ス ラ イ ド さ せ る こ と で 推 定 し て い る ．ス ラ イ ド に は ，有 限 要 素 応 力 解 析（1mm法 ）で 得 ら れ た 応 力 と 公 称 応 力 の 比 を 用 い て い る ．そ の S-N 線 図 の 妥 当 性 は ，ド イ ツ の マ ウ ラ ー 社 や ア メ リ カ の リ ー ハ イ 大 学 ， そ し て 日 本 鋳 造 （ 株 ） で 実 施 さ れ た 疲 労 試 験 結 果 と の 比 較 に よ り 検 証 し て い る ． し か し ， 疲 労 強 度 に 影 響 が あ る と さ れ る 溶 接 部 の 寸 法 や 形 状 の 影 響 は 示 さ れ て お ら ず ， 疲 労 強 度 に 対 す る そ れ ら の 影 響 は 明 ら か と さ れ て い な い ． ま た ， サ ポ ー ト ビ ー ム 側 （S溶 接 部 ） の 溶 接 止 端 に 生 じ る 疲 労 き 裂 に つ い て は 検 討 の 対 象 と し て い な い ．

伏 屋 ら[8]は ，伊 勢 湾 岸 自 動 車 道 の モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 で 用 い ら れ た 3種 類 の 溶 接 継 手 （ す み 肉 溶 接 ， 完 全 溶 け 込 み 溶 接 ， す み 肉 溶 接 の 現 場 補 修 ） に つ い て 疲 労 試 験 を 行 っ て い る ． こ の 試 験 で は ， 試 験 体 の 疲 労 き 裂 発 生 予 想 箇 所 に 直 径 0.04mm の 被 覆 銅 線 を 貼 り 付 け ，被 覆 銅 線 が 切 れ た 時 点 を き 裂 発 生 回 数（ 疲 労 き 裂 発 生 寿 命（Nc））と し て い る ． そ し て ， 疲 労 き 裂 が 大 き く な り ， 疲 労 試 験 を 停 止 し た 時 点 を 疲 労 寿 命 （Nf）

と 定 義 し て い る ．そ の 結 果 ， す み 肉 溶 接 試 験 体 の Ncは JSSC 指 針 に 示 さ れ る F～H 等 級 ，Nfは E～F等 級 で あ り ， 完 全 溶 け 込 み 溶 接 で は Ncで F等 級 ，Nfで E等 級 と 示 さ れ て い る ． し か し な が ら ， 溶 接 部 の 寸 法 や 形 状 は 示 さ れ て い な い ． 形 状 と 寸 法 が 異 な る Mあ る い は S 溶 接 部 の 疲 労 強 度 を 明 ら か に す る こ と は 重 要 と 考 え る ．

1.4 研 究 の 目 的 と 論 文 構 成

本 研 究 で は ， ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 接 合 に 溶 接 を 用 い る モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 疲 労 耐 久 性 評 価 手 法 の 考 え 方 を 整 理 す る 目 的 で ， 疲 労 荷 重 や 応 力 計 算 法 ， 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 に つ い て 検 討 す る と と も に ， 疲 労 照 査 を 行 う た め に 不 可 欠 な 溶 接 部 の 疲 労 強 度 を 明 ら か に す る ． す な わ ち ， 疲 労 荷 重 や 応 力 計 算 法 ， 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 に つ い て は ， 各 国 の 耐 久 性 評 価 基 準 や 既 往 の 研 究 を 踏 ま え ， 現 在 の 活 荷 重 実 態 か ら 求 め た 等 価 輪 重 を 疲 労 基 本 荷 重 と 考 え ， 疲 労 基 本 荷 重 を 補 正 す る 衝 撃 や リ バ ウ ン ド ， 荷 重 分 担 の 各 係 数 ， そ し て ド イ ツ や ア メ リ カ で 考 慮 さ れ て い る 水 平 力 に つ い て ， 実 物 大 試 験 体 を 用 い た 走 行 試 験 と 静 的 載 荷 試 験 で 検 討 を 行 っ た ． 疲 労 基 本 荷 重 に そ れ ぞ れ の 補 正 係 数 を 乗 じ た 疲 労 荷 重 に よ り 求 め る 溶 接 部 の 公 称 応 力 は ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 構 造 を 可 能 な 限 り 再 現 で き る よ う に ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 上 下 位 置 を 考

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慮 し た 三 次 元 骨 組 構 造 で 求 め る こ と を 考 え た ． 疲 労 強 度 に つ い て は ， 完 全 溶 け 込 み 溶 接 部 に 生 じ る 疲 労 き 裂 を 対 象 と し て ， 溶 接 部 の 寸 法 と 形 状 の 異 な る 試 験 体 の 疲 労 試 験 と 応 力 解 析 を 行 う こ と に よ り 検 討 し た ． そ し て ， 疲 労 荷 重 や 応 力 計 算 法 ， 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 と 明 ら か に す る 疲 労 強 度 に 基 づ き ，3 本 の ミ ド ル ビ ー ム を 有 す る 溶 接 タ イ プ の モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 を 対 象 と し た 疲 労 耐 久 性 の 照 査 例 を 示 し た ．

本 論 文 は 6 章 で 構 成 さ れ て い る ． 各 章 の 概 要 は 以 下 に 示 す と お り で あ る ．

第 1章 「 序 論 」 で は ， 道 路 橋 に 用 い ら れ る 伸 縮 装 置 の 役 割 と 構 造 に よ る 分 類 に つ い て 述 べ る と と も に ， 荷 重 支 持 型 に 分 類 さ れ る 伸 縮 装 置 の う ち ， ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 接 合 に 溶 接 を 用 い る モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 構 造 と 疲 労 損 傷 事 例 を 示 し た ． ま た ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 溶 接 部 の 疲 労 強 度 や 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 に 関 す る 各 国 の 基 準 や 既 往 の 研 究 を 整 理 し ， 現 状 の 課 題 を ま と め る と と も に ， 研 究 の 目 的 と 本 論 文 の 構 成 を 示 し た ．

第 2章 「 伸 縮 装 置 の 断 面 設 計 と 疲 労 照 査 」 で は ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 現 行 の 断 面 設 計 法 と 溶 接 部 に 対 す る 疲 労 照 査 法 を 示 し た ． 疲 労 照 査 法 で は ， 国 内 外 の 手 法 の 整 理 を 行 う と と も に ， 疲 労 照 査 に 必 要 と な る 疲 労 荷 重 ， 応 力 計 算 法 ， 疲 労 強 度 ， 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 を 示 し た ． ま た ， 衝 撃 係 数 や リ バ ウ ン ド 係 数 ， 荷 重 分 担 率 ， 水 平 方 向 力 を 考 慮 す る 補 正 係 数 ， そ し て 走 行 位 置 荷 重 補 正 係 数 な ど の 考 え 方 を 示 し た ．

第 3章 「 完 全 溶 け 込 み 溶 接 の 疲 労 強 度 」 で は ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 溶 接 部 の ミ ド ル ビ ー ム 側 （M 溶 接 部 ） あ る い は サ ポ ー ト ビ ー ム 側 （S 溶 接 部 ） の 溶 接 止 端 の 疲 労 強 度 を 明 ら か に す る 目 的 で ， 溶 接 部 の 寸 法 や 形 状 の 異 な る 試 験 体 を 対 象 と し た 疲 労 試 験 と 有 限 要 素 応 力 解 析 を 行 っ た ． そ し て ， 疲 労 耐 久 性 評 価 に 不 可 欠 な 疲 労 強 度 等 級 を 明 ら か に し ，JSSC 指 針 に 示 さ れ る 強 度 等 級 分 類 と の 関 係 に つ い て 検 討 し た ． そ し て ， JSSC 指 針 に 示 さ れ る 継 手 の 強 度 等 級 に 分 類 す る と ，溶 接 部 を 整 形 し ，止 端 を そ の ま ま と し た 場 合 で E，R15 の 止 端 仕 上 げ と し た 場 合 で C で あ る こ と を 示 し た ．

第 4章 「 部 分 溶 け 込 み 溶 接 に よ る ル ー ト 疲 労 破 壊 の 防 止 と 疲 労 強 度 」 で は ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 溶 接 部 を 現 在 の 完 全 溶 け 込 み か ら 部 分 溶 け 込 み に 変 更 し た 場 合 に ， M溶 接 部 の ル ー ト 疲 労 き 裂 を 防 止 し う る 溶 接 詳 細 と 疲 労 強 度 を 明 ら か に す る こ と を 目 的 と し た ． 具 体 的 に は ， ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 接 合 に す み 肉 溶 接 を 用 い た モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の ミ ド ル ビ ー ム 側 溶 接 部（M 溶 接 部 ）の 疲 労 破 壊 の 起 点 の 特 定 に 対 す る 有 効 切 欠 き 応 力 概 念 の 適 用 性 を 明 ら か に す る た め ， 止 端 部 形 状 の 異 な る す み 肉 溶 接 試 験 体 を 用 い た 疲 労 試 験 と 有 効 切 欠 き 応 力 を 求 め る た め の 試 験 体 の 応 力 解 析 を 行 っ た ． ま た ， 溶 接 止 端 の 曲 率 半 径 と 溶 接 脚 長 ， 溶 け 込 み 深 さ を パ ラ メ ー タ と し た モ

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デ ル の 応 力 解 析 を 行 い ，部 分 溶 け 込 み 溶 接 で M溶 接 部 の ル ー ト 疲 労 破 壊 を 防 止 で き る 溶 接 詳 細 を 検 討 し た ． さ ら に ， 第 3 章 で 示 し た 完 全 溶 け 込 み 溶 接 の 止 端 の 疲 労 強 度 に 基 づ き ，部 分 溶 け 込 み 溶 接 を 用 い た 場 合 の M 溶 接 部 の 疲 労 強 度 に つ い て 検 討 し た ．そ し て ，モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の M 溶 接 部 に 発 生 す る 疲 労 き 裂 の 起 点 は ，有 効 切 欠 き 応 力 概 念 に よ り 概 ね 特 定 で き る こ と を 示 し た ． ま た ， 溶 接 脚 長 と 溶 け 込 み 深 さ を 大 き く す る こ と で ，M溶 接 部 の ル ー ト 疲 労 破 壊 を 防 止 す る こ と が で き る こ と を 示 し た ．そ し て ， そ の 場 合 の 疲 労 強 度 は ，JSSC 指 針 に 定 め ら れ る C 等 級 と 考 え ら れ る こ と を 示 し た ．

第 5章 「 疲 労 照 査 例 」 で は ， 第 2 章 で 示 し た 疲 労 荷 重 と 応 力 計 算 法 ， 疲 労 照 査 法 の 考 え 方 と 第 3 章 で 示 し た 疲 労 強 度 に 基 づ き ， モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 溶 接 部 の 疲 労 照 査 例 を 示 す と と も に ， 今 後 の 検 討 課 題 を 記 し た ．

第 6章 「 結 論 」 で は ， 本 研 究 で 得 ら れ た 成 果 を ま と め て 示 し て い る ．

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【 参 考 文 献 】

[1] 日 本 道 路 協 会：道 路 橋 示 方 書・同 解 説 ，Ⅰ 共 通 編 Ⅱ 鋼 橋 編 ，丸 善 ，平 成 24 年 3 月 ． [2] 日 本 道 路 協 会 ： 道 路 橋 示 方 書 ・ 同 解 説 ， Ⅴ 耐 震 設 計 編 ， 丸 善 ， 平 成 24 年 3月 ． [3] 日 本 道 路 ジ ョ イ ン ト 協 会 ： 伸 縮 装 置 設 計 の 手 引 き ，2014 年 7 月 ．

[4] 土 木 学 会 ，鋼 構 造 シ リ ー ズ 22 鋼 橋 の 疲 労 対 策 技 術 ，丸 善 ，pp.82-84，平 成 25年 12 月 ．

[5] 西 浩 嗣 ，荒 本 貴 司 ，酒 井 修 平 ，小 野 秀 一：鋼 製 フ ィ ン ガ ー ジ ョ イ ン ト の 疲 労 試 験 ， 土 木 学 会 年 次 学 術 講 演 会 講 演 概 要 集 Vol.63， Ⅰ-073，pp.145-146，2008.9．

[6] 酒 井 修 平 ， 小 野 秀 一 ， 舘 石 和 雄 ： 道 路 橋 の 鋼 製 フ ィ ン ガ ー ジ ョ イ ン ト の 損 傷 メ カ ニ ズ ム ， 鋼 構 造 論 文 集 ， 第 21 巻 第 84号 ，pp.9-21，2014年 12月 ．

[7] 上 毛 新 聞 社：上 毛 新 聞（ ジ ョ イ ン ト 外 れ 路 面 に 10台 乗 り 上 げ パ ン ク 関 越 道 が 7 時 間 通 行 止 め 昭 和 の 永 井 川 橋 ），2002 年 3 月 26日 ．

[8] 伏 屋 和 樹 ，竹 市 雅 人 ，山 田 健 太 郎：ビ ー ム 型 伸 縮 装 置 の 溶 接 部 の 疲 労 試 験 ，構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.60A，pp.642-650，2014年 3月 ．

[9] 山 田 健 太 郎 ， 舘 石 和 雄 ： 鋼 橋 の 維 持 管 理 ， コ ロ ナ 社 ，2015 年 6 月 ．

[10] 太 田 富 夫 ， 伊 藤 誠 二 ： 重 量 超 過 車 両 が 橋 梁 に 与 え る 影 響 の モ ニ タ リ ン グ ， 平 成 25 年 度 国 土 交 通 省 国 土 技 術 研 究 会 ，2013 年 11 月 ．

[11] 鋼 構 造 委 員 会 疲 労 変 状 調 査 委 員 会：鋼 橋 の 疲 労 変 状 調 査 ，土 木 学 会 論 文 集 ，第 368 号 ／ Ⅰ-5，pp.1-12，1986年 4 月 ．

[12] 三 木 千 壽 ： 橋 の 臨 床 成 人 病 学 入 門 ， 建 設 図 書 ，2017年 9 月 ．

[13] 日 本 道 路 協 会：道 路 橋 示 方 書・同 解 説 ，Ⅰ 共 通 編 Ⅱ 鋼 橋 編 ，丸 善 ，平 成 14 年 3 月 ． [14] 日 本 道 路 協 会 ： 鋼 道 路 橋 の 疲 労 設 計 指 針 ， 丸 善 ， 平 成 14年 3月 ．

[15] 東 日 本 高 速 道 路（ 株 ），中 日 本 高 速 道 路（ 株 ），西 日 本 高 速 道 路（ 株 ）： 設 計 要 領 第 二 集 橋 梁 建 設 編 ，pp.6-32～6-34， 平 成 24 年 7 月 ．

[16] 東 日 本 高 速 道 路（ 株 ），中 日 本 高 速 道 路（ 株 ），西 日 本 高 速 道 路（ 株 ）： 構 造 物 施 工 管 理 要 領 ，pp.2-240～2-244， 平 成 24 年 7 月 ．

[17] （ 株 ）川 金 コ ア テ ッ ク ： 橋 梁 用 製 品 ， 伸 縮 装 置 ， モ ジ ュ ラ ー タ イ プ mageba KM ジ ョ イ ン ト ，http://www.kawakinct.co.jp/bridges/b_j01.html（2017.3参 照 ）

[18] mageba sa：mageba modular expansion joints the benchmark for large movements， TENSA^®MODU LAE Type LR and LR-LS，http://www.mageba.ch/en/（2017.11参 照 ） [19] 浦 敦 ：NEXCO 中 日 本 豊 田 保 全 名 港 西 大 橋 Ⅰ 基 線 の 耐 震 補 強 に 着 手 ， 道 路 構 造 物 ジ ャ ー ナ ル NET，http://www.kozobutsu-hozen-journal.net/interviews/detail.php?id=

23 1145&page=1，（2016.8参 照 ）

[20] 池 田 光 次 ： 中 日 本 高 速 道 路 リ レ ー 連 載 ② 名 古 屋 支 社 管 内 の 高 速 道 路 に お け る 構 造 物 の 劣 化 と 維 持 管 理 ， 道 路 構 造 物 ジ ャ ー ナ ル NET，http://www.kozobutsu-hozen- journal.net/series/detail.php?id=27&page=1（2016.12 参 照 ）

[21] 日 本 鋼 構 造 協 会：鋼 構 造 物 の 疲 労 設 計 指 針・同 解 説 ‐ 付・設 計 例 ‐2012年 改 訂 版 ， 技 報 堂 出 版 ，2012 年 6月 ．

[22] Federal/State Engineering Committee for Bridge Construction：Technical delivery and inspection specifications for watertight expansion joints of road and foot bridges

（Technische Leitlinien/ Technische Prüfungsbestimmungen Fahrbahn-Übergänge Ausg- abe 1992，TL/TP-FÜ 92），FEDERAL MIN ISTRY OF TRANSPORT（BMV），Road Constr- uction Division，1992．

[23] Deutsches Institut für Normung：DIN 1072，Road and foot Bridges，Design loads， 1985．

[24] 日 本 道 路 協 会：道 路 橋 示 方 書・同 解 説 ，Ⅰ 共 通 編 Ⅱ 鋼 橋 編 ，丸 善 ，平 成 2 年 2月 ． [25] European Committee for Standardization (CEN)：European Standard，Eurocode1- Actions

on structures - Part 2: Traffic loads on bridges，EN1991-2，2003.9．

[26] European Organisation for Technical Approvals ： GUIDELINE FOR EUROPEAN TECHNICAL APPROVAL of EXPANSION JOINTS FOR ROAD BRIDGES，Part one ： GENERAL，ETAG N°032，Edition of May 2013，2013.3．

[27] European Organisation for Technical Approvals ： GUIDELINE FOR EUROPEAN TECHNICAL APPROVAL of EXPANSION JO INTS FOR ROAD BRIDGES，PART 8：

MODU LAR EXPANSIO N JOINTS，ETAG N°032，Edition of May 2013，2013.3．

[28] DEXTER, R.J., R.J.CONNOR, and M.R.KACZINSKI：Fatigue Design of Modular Bridge Expansion Joints，National Cooperative Highway Research Program (NCHRP)，Report 402，Transportation Research Board，National Research Council，Washington, DC，

1997．

[29] American Association of State Highway and Transportation Officials ： Standard Specification for Highway Bridges-LRFD.1st Ed，Washington, DC，1994．

[30] Moses,F., Schilling,C.G., and K.S.Raju：Fatigue Evaluation Procedures for Steel Bridges，

National Cooperative Highway Research Program (NCHRP)，Report 299，Transportation Research Board，National Research Council，Washington, DC，1987．

[31] American Association of State Highway and Transportation Officials：AASHTO LRFD

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Bridge Design Specifications，Seventh Edition，2014．

[32] Tschemmernegg, F., A.Pattis, and H.Wahlberg,：Ermüdungsnachweis von Fahrbahnüberg- ängen nach ENV-1993-1，STAHLBAU 64，pp.202-210，1995．

[33] 八 木 貴 之 ，山 田 健 太 郎 ，小 塩 達 也：道 路 橋 伸 縮 装 置 の 疲 労 耐 久 性 評 価 法 の 検 討 ，土 木 学 会 論 文 集 A，Vol.63 No.3，pp.486-495，2007年 7月 ．

[34] 国 土 交 通 省 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 ： 道 路 橋 の 交 通 特 性 評 価 手 法 に 関 す る 研 究 － 橋 梁 部 材 を 用 い た 車 両 重 量 計 測 シ ス テ ム （Bridge Weigh-in-Motion System） － ， 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 資 料 第 188号 ， 平 成 16 年 7 月 ．

[35] 山 田 健 太 郎 ： 伸 縮 装 置 や 標 識 柱 に 対 す る 簡 易 な 疲 労 設 計 荷 重 の 提 案 ， 構 造 工 学 論 文 集 ，Vol.61A，pp.400-407，2015 年 3月 ．

[36] Tschemmernegg, F.：Zur Bemessung von Fahrbahnübergängen，Bauingenieur 63，pp.455- 461，1988．

25 第 ２ 章 伸 縮 装 置 の 断 面 設 計 と 疲 労 照 査

2.1 は じ め に

道 路 橋 に 用 い ら れ る 伸 縮 装 置 は ， 第 1 章 で 述 べ た よ う に ， 主 桁 と 主 桁 あ る い は 主 桁 と 橋 台 に 生 じ る 遊 間 を 車 両 が 安 全 で 円 滑 に 走 行 で き る よ う ， 主 桁 端 部 に 設 け ら れ る 装 置 で あ る ． 伸 縮 装 置 に は ， 平 坦 性 の 他 に ， 耐 久 性 ， 水 密 性 ， 静 音 性 ， 施 工 性 ， 維 持 管 理 ・ 補 修 性 ， そ し て 耐 震 性 な ど が 求 め ら れ る ．

伸 縮 装 置 の 設 計 は ， 一 般 に 日 本 道 路 協 会 の 「 道 路 橋 示 方 書 ・ 同 解 説 Ⅰ 共 通 編 Ⅱ 鋼 橋 編 」[1]や「 道 路 橋 示 方 書 ・同 解 説 Ⅴ 耐 震 設 計 編 」[2]に 従 っ て い る ．表 2-1 に 伸 縮 装 置 に 関 す る 道 路 橋 示 方 書・同 解 説（ 以 後 ，道 示 と 記 す ）の 変 遷 を 示 す[3]．昭 和 39 年 以 前 の 道 示 に 伸 縮 装 置 に 関 す る 基 準 は 存 在 し て お ら ず ， 昭 和 48 年 で 共 通 編 の 一 般 事 項 に 伸 縮 装 置 の 項 が 設 け ら れ た ． し か し ， 伸 縮 装 置 の 概 念 が 記 さ れ た の み で あ り ， 具 体 的 な 設 計・施 工 に つ い て は 日 本 道 路 協 会 の「 道 路 橋 伸 縮 装 置 便 覧 」[4]を 参 考 に す る の が よ い と さ れ て い た ．そ の 後 の 大 幅 な 基 準 の 変 更 は ，29年 後 の 平 成 14 年 道 示[5]で あ る ． 一 般 事 項 の 充 実 や 伸 縮 装 置 に 作 用 す る 力 な ど が 規 定 さ れ た ．

伸 縮 装 置 を 設 計 す る た め の 参 考 資 料 に は ，先 述 の「 道 路 橋 伸 縮 装 置 便 覧 」[4]や 日 本 道 路 ジ ョ イ ン ト 協 会 の「 伸 縮 装 置 設 計 の 手 引 き 」[6]，日 本 橋 梁 建 設 協 会 の「 鋼 橋 伸 縮 装 置 設 計 の 手 引 き 」[7]，そ し て 道 路 保 全 技 術 セ ン タ ー の「 既 設 橋 梁 の ノ ー ジ ョ イ ン ト 化 工 法 の 設 計 施 工 手 引 き（ 案 ）」[8]な ど が あ る ．そ の 他 に も ，地 方 公 共 団 体 や 各 高 速 道 路 会 社 ， 各 公 社 等 で 設 計 要 領 や 設 計 マ ニ ュ ア ル 等 が あ る 場 合 に は ， そ れ ら を 参 照 し な が ら 設 計 が 行 わ れ る こ と に な る[9～18]．

伸 縮 装 置 の 耐 久 性 評 価 法 を 示 し た 国 内 の 基 準 類 は 少 な い ． 平 成 14 年 道 示[5]で 鋼 道 路 橋 の 疲 労 設 計 が 規 定 さ れ た が ， 伸 縮 装 置 に 対 す る 具 体 的 な 方 法 は 示 さ れ て い な い ． 唯 一 ，東 日 本 高 速 道 路（ 株 ），中 日 本 高 速 道 路（ 株 ），西 日 本 高 速 道 路（ 株 ）の 3 社（ 以 後 NEXCO3社 と 記 す ）が 疲 労 を 考 慮 し た 試 験 方 法 を 示 し て い る[16,17]が ，伸 縮 装 置 の 疲 労 耐 久 性 評 価 が 十 分 に 行 わ れ て い る と は 言 い 難 い ． 一 方 ， ド イ ツ や ア メ リ カ で は ， 鉛 直 方 向 に 加 え て 水 平 方 向 の 疲 労 荷 重 が 設 定 さ れ て い る[19～23]． 静 的 車 軸 荷 重 や 疲 労 荷 重 を 求 め る た め に 必 要 な 補 正 係 数 が 各 国 で 異 な る た め ， そ れ ぞ れ の 値 は 異 な る も の の ， 鉛 直 方 向 と 水 平 方 向 の 疲 労 荷 重 に よ っ て 溶 接 部 に 生 じ る 公 称 応 力 と 継 手 の 形 式 ご と に 定 め ら れ る 疲 労 強 度 と の 比 較 に よ り 疲 労 照 査 が 行 わ れ て い る ．

本 章 で は ，モ ジ ュ ラ ー 型 伸 縮 装 置 の 断 面 設 計 と 疲 労 照 査 法 に つ い て 示 す ．す な わ ち ， 断 面 設 計 に つ い て は ，伸 縮 装 置 に 作 用 す る 力 と 断 面 力 の 算 出 方 法 ，許 容 応 力 度 を 示 す ．