Office of Research and Engineering ガセットプレートの欠陥 Carl R. Schultheisz プレゼンテーション 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 橋梁概要と崩壊 崩壊時の橋梁上の工事状況 ガセットプレートの欠陥 有限要素解析 設計と検証手順 橋梁許容荷重評価と許容荷重解析 橋梁点検 ガセットプレート点検 Board Meeting HWY07MH024 はじめに • 2008年1月15日 連邦道路管理局に対して暫定安全勧告 – 橋梁管理者に対し，改修工事を計画する時に， ガセットプレートの評価を行うよう指導する。 • 準拠事項 – 当初の現場調査結果 – 連邦道路管理局の解析 Board Meeting HWY07MH024 概要 • 橋梁設計の基本 – 許容応力度設計法 – 設計断面力 • I-35W橋の設計 – 設計図書の審査 – ガセットプレートの評価 – 節点U10および他節点におけるガセットプレー トにおける明らかな耐力不足 Board Meeting HWY07MH024 橋梁設計の基本事項 • • • • • 設計開始：1962年 AASHO基準に準拠 1961年版 AASHO道路橋示方書 1961/1962 AASHO暫定仕様書 1964年 ミネソタ州道路建設標準仕様書 Board Meeting HWY07MH024 橋梁設計の基本事項 • 許容応力度設計法 • 応力=力/面積 • トラス部材力は，構造重量と車両重量 により算定 Board Meeting HWY07MH024 橋梁設計－許容応力度 • AASHOの許容応力度 降伏応力度の55パーセント以下 • 降伏応力度 材料が有する最大耐力限界値 • 許容応力度レベル 安全に対する実質的余裕を考慮 Board Meeting HWY07MH024 橋梁設計－作用力 • 設計力 AASHO仕様に従って計算 • （死荷重＋活荷重＋衝撃）に対してから設計 断面力を計算 • 活荷重= AASHOで指定される車線荷重 • AASHOで指定される車線荷重 – 一般的でない，重い交通荷重で代表 – 安全に対して更なる余裕を確保 Board Meeting HWY07MH024 橋梁設計に関する検証概要 • ミネソタ州交通局とジェーコブスエンジニアリ • • • • • ング社から得られる設計文書 図面と計算書を含む 完結した詳細設計図書（主構トラスのガセット プレートに関するものは除く） 設計は，有限要素モデルを使って評価 適切な設計手法 主構トラスのガセットプレート以外で，重要な 不足は無し Board Meeting HWY07MH024 橋梁設計－ガセットプレート • AASHO示方書では，ガセットプレートは剪 断，直応力および曲げに対し，抵抗できる 充分な厚さ有するように規定している • 主構トラスのガセットプレート設計に関する 計算書は，存在せず • 計算書には，溶接構造の床トラスのガセッ トプレートに関する設計手法が示されてい た。 • 溶接構造の床トラスに対するガセットプ レート設計に用いる解析 Board Meeting HWY07MH024 U10－ガセットプレートによって伝達される部材力 上弦材 419tf 圧縮 引張 斜材 896tf Board Meeting HWY07MH024 上弦材 973tf 引張 圧縮 斜材 1,038tf 垂直材 245tf 引張 U10－せん断力の設計 上弦材 419tf 圧縮 A 引張 斜材 水平成分 618tf Board Meeting HWY07MH024 A 上弦材 974tf 引張 圧縮 斜材 水平成分 617tf U10－剪断のための設計 上弦材 419tf 圧縮 引張 斜材 水平成分 618tf Board Meeting HWY07MH024 せん断 上弦材 974tf 引張 圧縮 斜材 水平成分 617tf U10－剪断のための設計 合計= 1,393tf 上弦材 419tf 圧縮 引張 斜材 水平成分 618tf Board Meeting HWY07MH024 剪断 上弦材 974tf 引張 圧縮 斜材 水平成分 617tf 合計=1235tf 橋梁設計－U10計算 剪断応力= = せん断力 面積 1,393,000 kgf 645 cm2 = 2,160 kgf/cm2 Board Meeting HWY07MH024 橋梁設計－U10計算 • 発生応力度 = 部材力から求めたせん断応力度 = 2,160 kgf/cm2 • 許容応力度 = AASHO示方書の許容応力度 = 1,055 kgf/cm2 （15,000lbs/inch2） • （発生／許容）応力比率= 2.05 Board Meeting HWY07MH024 橋梁設計－U10計算 • 発生応力度は，許容応力度以下となる必 要がある • （発生／許容）応力比率は、1未満でなけ ればならない • （発生／許容）応力比率= 2.05 • （発生／許容）応力比率＝1とするには， U10ガセットプレートの厚み（1/2インチ）を １インチ以上に増厚する必要がある Board Meeting HWY07MH024 Gusset Plate D/C ratio ガセットプレートせん断解析結果 2.5 U4 2.0 U10 L11 1.5 1.0 0.5 0.0 L1 U2 L3 Board Meeting HWY07MH024 L5 U4 U2 L1 U4 L3 U6 L7 L9 U10 L11 U12 L13 U14 U8 U6 L5 U8 L7 U12 U10 L9 L11 U14 L13 ガセットプレート解析のまとめ • U10ガセットプレートの耐力不足が，明 らかとなった。 • 他のガセットプレートにも，類似の耐力 不足があった。 • 主構トラスのガセットプレートの設計計 算書は見つからなかった • 他の設計不足は，無かった。 Board Meeting HWY07MH024 結果 • 2008年1月15日－連邦道路管理局 (FHWA)に対して中間安全勧告を実施 Board Meeting HWY07MH024 Board Meeting HWY07MH024
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