2015年度 ノックオフ部材を用いた橋梁の 設計手法に関する研究 大阪市立大学大学院 都市系専攻 応用構造工学研究室 中西泰之 目的 ノックオフ部材を用いた橋梁の設計手法を確立する ・主要交通を担う橋梁の免震支承等を用いる上部構造の免震化は有効な地 震時安全性の向上策です．しかし，免震機能は地震時のみに必要とされる 機能であり，走行性の観点からは常時は固定されていることが望まれます． ・支承条件を，常時と地震時にて変化させることにより，下部工へ作用する 地震力の低減を図る構造”ノックオフ部材を活用した橋梁”に着目しました． ・ノックオフ部材を活用した支承形式の採用に向けて，下記の課題を解決す る必要があります 研究目的：①ﾉｯｸｵﾌ部材を用いた橋梁の設計手法の確立 →振動特性の把握，解析の再現性の検証 ②ﾉｯｸｵﾌ部材を用いた橋梁の適用性の検討 図-1 ﾉｯｸｵﾌ部材を用いた橋梁の一例 おもり •すべり支承にノックオフ部材，変位制限装置を ﾉｯｸｵﾌ部材 組み込んだ支承構造を提案しています． ﾉｯｸｵﾌ部材 破断 すべり支承 振動台 変位制限装置 •提案する支承構造の振動台実験を実施し，振 動性状について確認しました •初期状態では，固定と同様の振動性状を示し， 変位制限装 鋼製ピンが破断した後には，すべり状態に移行 置に衝突 することを確認しました． •大変形時には変位制限装置に衝突が生じてい 図-2 振動台実験概要 ます ﾉｯｸｵﾌ前 ﾉｯｸｵﾌ後 40 相対変位 (mm) 振動特性の把握 0 -20 すべり支承＋変位制限装置 すべり支承＋ﾉｯｸｵﾌ＋変位制限 固定支承 時刻 (s) 2 4 6 8 -40 0 実験結果 解析① 解析② 40 20 0 -20 実験結果 解析① 解析② 40 0 -40 時刻(sec) -40 -80 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 δ 図-4 ﾉｯｸｵﾌ部材 ﾓﾃﾞﾙ化の検討 ・すべり支承 15 0m (50 m× 3径 間 ) 0.008 K1 ・ノックオフ部材 摩擦力 P 水平力 P P y K2 変位 K1 δ ・変位制限装置 0.004 0.002 水平力 K2 P P cr K1 変位 δ 0 Ⅰ-1 K 1 変位 遊間u δ Ⅰ-3 図-6 高架橋モデル 支承条件概要 Ⅰ-2 Ⅰ-3 TYPE2 E軸T1-1-3 HDR軸T1-1-3 PTFE軸T1-1-3 周期依存 性大 依存性小 0.1 ・ＰＴＦＥは，ＨＤＲと同程度に耐震性向上 に有用であるといえます． Ⅰ-1 (a) 橋脚の発生曲率 14 12 10 8 6 4 2 0 応答加速度ｽﾍﾟｸﾄﾙ/ 入力加速度ｽﾍﾟｸﾄﾙ 支承：バネ要素 基礎：線形バネ要素 Ⅰ-2 TYPE1 橋脚柱部材：非線形M-φ要素 上部工：線形梁要素 E HDR PTFE 0.006 変位 δ 発生曲率(1/m) HDR FIX E 長 ダッシュポット 水平力 P Py K2 すべり支承 SUS PTFE 橋 変位 δ 時刻(sec) 15 図-5 変位制限装置ﾓﾃﾞﾙ化の検討 高減衰積層ゴム支承 K1 10 実験結果 反発係数e≒0.55 解析①：バネのみ 解析②：反発係数に相当する 減衰項： 減衰項をモデル化 マス 解析①：最大荷重にて破断 解析②：最大荷重後の破断 までの靱性を再現 バネ 水平力 P 5 解析① 解析② P 分散支承 ・高架橋を対象に支承条件を変えた動的 解析を実施し，提案する支承構造（すべり 支承＋ﾉｯｸｵﾌ部材＋変位制限装置）を有 する橋梁の適用性について検討しました． 80 相対変位(mm) ﾉｯｸｵﾌのタイミング が実験と一致 ﾉｯｸｵﾌ部材を活用した橋梁の適用性の検討 ・ＰＴＦＥでは橋脚の発生曲率はＨＤＲより 小さく，周期依存性が低いことが確認でき ました． 変位制限装置に衝突 図-3 振動台実験結果 •提案する支承構造では，ノックオフ前後や衝突時等イ ベント毎に剛性が急変します．バネ・マス・ダッシュポッ トを用いて上記実験の再現解析を行いました． •ノックオフ部材は，最大荷重後の破断までの靱性を正 確に再現することにより，解析の再現性が向上すること が確認できました． •変位制限装置は，反発係数による減衰をダッシュポッ トにて簡易的にモデル化することにより，解析の再現性 が向上することが確認できました． ・支承条件は下記を対象としています．① 分散支承（Ｅ）や②免震支承（ＨＤＲ），③提 案する支承構造（ＰＴＦＥ）． 青 ≒ 赤 青≒黒 20 解析の再現性の検証 相対変位(mm) Using Knock-off New Roman Bridge Design14pt_Time Members Study on タイトル（英語） →従来形式の支承との比較，最適形状の検討 1 周期(s) 10 (b) 周期依存性について 図-7 各支承条件の解析結果の比較 参考文献 すべり系支承を用いた地震時遮断機構を有する橋梁の免震設計法マニュアル（案）,(独)土木研究所, 2006.10
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