橋梁のノージョイント化に用いた延長床版基部と背面地盤の相互作用の

橋梁のノージョイント化に用いた延長床版基部と
背面地盤の相互作用の数値的検討
秋葉翔太
構造強度学研究室
2015 年 2 月 13 日
§ 背景
伸縮装置の役割
• 上部構造の伸縮を吸収
• 平坦性・連続性を維持
伸縮装置の問題点
• 雨水・融雪剤の流入口
• 振動・騒音の発生源
• 交通荷重による損傷
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伸縮装置は橋梁の弱点のひとつである
→ 伸縮装置をなくしたノージョイント化が望ましい
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§ ノージョイント化の例
ジョイント部を連結すると
連結部に大きな応力が生じる
(数値解析によっても確認済み)
⇓
「既設橋梁のノージョイント工法の設計施工手引き (案)」
ダブル埋設ジョイント
• 適所にゴム支持を使用
• 特殊な舗装材料で伸縮を吸収
延長床版システム
• 床版を土工部側へ延長し
• 伸縮装置を桁端から離す
延長床版システムを参考にノージョイント化
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§ 現状のアプローチの課題
既存のノージョイントモデル
胸壁背面を完全拘束 → 胸壁の移動を考慮していない
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胸壁背面を完全拘束
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胸壁の移動を考慮
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延長床版の変形・応力を正確にモデル化できていない
本研究
胸壁と地盤の相互作用を考慮し，胸壁の移動を現実的に表現 [3/12]
§ 解析モデル · · · 長篠大橋 (2 ヒンジ上路アーチ) をモデル化
• 解析方法： NX Nastran の線形弾性解析
床版：ソリッド要素，主桁・シェル要素，鉄筋・主構造：梁要素
• 許容値：安全性の基準の目安 (越えても問題はない)
圧縮側 11.0 MPa (設計基準強度 30 MPa の RC の許容曲げ圧縮応力度)
引張側 87.5 MPa (許容ひび割れ幅算定式から求めた鉄筋強度)
• 荷重：活荷重 (B 活荷重) + 死荷重 + 温度荷重 (±25 ˚C)
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L 荷重載荷位置
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橋軸直角方向 (対称載荷)
10.4m
80m
11m
橋軸方向 (半載・全 9 パターン)
有限要素モデル
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§ 地盤の作用のモデル化
• 地盤を考慮する場合
• 地盤を考慮しない場合
⇒
境界条件で表現
胸壁各面の水平線形ばねで表現
(背面・前面のばねは圧縮のみ作用)
道路橋示方書に示される
地盤反力係数を元にばね剛性を決定
• 水平地盤反力係数 kh (背面・前面)
• せん断地盤反力係数 k s (底面)
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§ 地盤の作用を考慮したノージョイント化の影響
地盤の作用を考慮した場合の主応力を
地盤の作用を考慮しない場合と比較
(圧縮側： 11 MPa，引張側： 87.5 MPa)
A 点に生じる圧縮主応力
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最大圧縮主応力が30 ％低減
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C 点に生じる圧縮主応力
最大圧縮主応力が5 ％低減
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• 地盤の作用を考慮することで，床版の圧縮主応力が低減
• 主桁端部付近では，許容値を上回る圧縮主応力が生じた
→ やや高強度なコンクリート (許容曲げ圧縮応力度 13 MPa 程度) を用いる
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§ 地盤の作用の強さ
胸壁の境界条件が床版の応力に与える影響が明らかになった
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さらなる疑問
• 胸壁の高さは影響するか？
• 地盤の剛性の違いはどのように影響するか？
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1) 胸壁高さの検討
胸壁高さを変更し，床版の応力や
端部の変位に与える影響を調べる
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2) 地盤の剛性の検討
地盤の剛性が大きい場合，
あるいは剛性が小さい場合の
床版の応力や変位への影響を調べる
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§ 胸壁高さの影響 (温度上昇時)
胸壁高さを変更 (H = 2, 4, 6, 8 m)
A 点の最大圧縮主応力 (+25˚C)
A 点の圧縮主応力分布 (H = 8 m)
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H = 2 m の場合の 2.39 倍
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胸壁が高いほど圧縮主応力が増加 → 胸壁頂部の変位・回転が関係
胸壁を高く設定する場合，胸壁の剛性を大きくする必要がある
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§ 胸壁高さの影響 (温度低下時)
胸壁高さを変更 (H = 2, 4, 6, 8 m)
胸壁端部の水平変位 (−25˚C)
胸壁が高いほど水平変位が減少
H = 8 m の場合
胸壁端部水平変位： 4.6 mm
(H = 2 m の場合の 0.71 倍)
胸壁が高い
⇓
根入れ深さが深くなることで
地盤の押し返しが強くなる
胸壁高さが低いほど，舗装のひび割れ等が生じる可能性が高くなる
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§ 地盤の剛性が大きい場合
剛性の大きい地盤 → 地盤反力係数 k = ∞ (橋軸方向固定)
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A 点周辺の圧縮主応力分布
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温度低下時，胸壁側に大きな圧縮
⇓
胸壁前面が拘束されることで
床版収縮時にせん断が生じる
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許容値： −11.0 MPa
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剛性の大きい地盤を使用する場合
胸壁隅角部周辺の補強等の対策をする必要がある
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§ 地盤の剛性が小さい場合
剛性の小さい地盤 → 地盤反力係数 k = 0 (橋軸方向自由)
B 点周辺の圧縮主応力分布
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温度低下時，延長床版下面に
やや大きな圧縮主応力
↓
胸壁前面の拘束がなくなって
延長床版の曲げ変形が大きくなる
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胸壁端部水平変位： 13.2 mm
温度低下時，大きな水平変位
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許容値： −11 MPa
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剛性の小さい地盤を使用する場合，
延長床版の鉄筋量を増やして変形を抑える必要がある
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§ 結論
• 胸壁と地盤の相互作用を線形ばねでモデル化することで，地盤が
ノージョイント化に与える影響が定量的に明らかになった．
• 胸壁高さや地盤の剛性といったパラメータが，床版の応力や変
位に与える影響が明らかになった．
• 床版の一部には許容値 11 MPa を上回る圧縮応力が生じたが，より
高強度なコンクリート (圧縮応力度 13 MPa 程度のもの) を使うこと
で，ノージョイントモデルを安全に供用できることを示した．
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§ 地盤反力係数算定式 · · ·
道路橋示方書 IV 下部工編
1) 水平地盤反力係数 kh (kN/m3)
 √ −3/4
 BH 
1

kh =
αE0 
0.3
0.3
E0：地盤の変形係数 (kN/m2)， α：補正係数 (= 1)
B：胸壁の幅 (m)， H ：胸壁の高さ (m)
変形係数は E0 = 2800 N として推定
(N は N 値)
2) せん断地盤反力係数 ks (kN/m3)
ks = 0.3kh
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