Download 曲線橋の地震時変形挙動に関する研究

 土木学会第55回年次学術講演会（平成12年9月）
Ⅰ-B468 曲線橋の地震時変形挙動に関する研究
九州工業大学 学生員 ○清水俊彦，小田健二
九州工業大学 正会員
山口栄輝，久保喜延
1．はじめに
平成 8 年に改訂された道路橋示方書(耐震設計編)1）では，地震時の挙動が複雑な橋等について，動的解析を行
うことが要求されている．本研究では，地震時の挙動が複雑な橋の一つである，曲線橋を取り上げ，曲率半径が
静的および動的挙動に及ぼす影響，および地震動の最悪入力方向について検討する．
2．解析モデルおよび解析手法
解析対象は，図 1 に示す鋼製の４径間連続曲線高架橋である．この解析モデルＡ∼I の 9 橋すべてにおいて，
P1-P2，P4-P5 区間はほぼ直線であり，P2-P4 区間が主たる曲線部となっている．曲率半径は橋梁Ａで 55m，橋梁
H で 800ｍとなっており，橋梁 I は直線橋である．橋脚は P3 橋脚が円形断面，他は矩形断面であり，鋼材の応力
−ひずみ関係には，降伏応力を 3600kgf/cm2 とする完全弾塑性モデルを採用する．上部構造主桁と橋脚の結合条
件は，P2∼P4 では剛結，P1 橋脚，P5 橋脚上では 2 個の支承による支持である．支承条件は，橋軸直角方向と鉛
直方向変位のみ拘束とする．
以下では，動的解析と静的解析を行う．動的解析には，兵庫県南部地震時に東神戸大橋で記録された加速度を
用いる．減衰モデルにはレイリー減衰を採用し，減衰定数は 0.02 とする．静的解析では，質量に比例した水平方
向の分布荷重を単調に増加させて弾塑性解析(Pushover 解析)を行う．なお，地震荷重の入力方向は， P1 橋脚か
ら P5 橋脚に向かう方向を基準(0 度)とし，そこから時計回りに測った角度で定義する．静的解析では，自重の
0.9 倍の水平荷重作用時のひずみを参照値とする．なお，解析は全て Y-FIBER3D2）で行った．
3000 25000
70242
66000
64500
68500
Z
P1
Y
X
P3
P2
P5 橋梁I
P4
橋梁Ｈ
橋梁Ｇ
橋梁Ｆ
単位：mm
橋梁Ｅ
6450
66
00
0
42
68
702
0
50
0
橋梁Ｄ
橋梁Ｃ
橋梁Ｂ
橋梁Ａ
図 1 解析モデル
キーワード：曲線橋，曲率半径，動的解析，Pushover 解析，地震動入力方向
連絡先：〒804‐8550 北九州市戸畑区仙水町 1‐1 Tel：093‐884‐3110
Ⅰ-B468 土木学会第55回年次学術講演会（平成12年9月）
3．解析結果と考察
P2 動 解
P3 動 解
P4 動 解
解析結果として，橋梁 Ｃ, Ｅ, Ｉの P2∼P4 橋脚で生じ
0.01 4
た最大圧縮ひずみと地震荷重作用方向との関係を図 2 にま
0.01 2
とめている．すべての場合において，最大ひずみは橋脚下
入力方向に依存し変化するが，いずれの解析においても，
各橋梁のすべての橋脚で，
地震荷重入力方向が 90 度付近の
0.01 0
最 大ひ ずみ
端で生じている．各橋脚で生じる最大ひずみは，地震荷重
0.00 8
0.00 6
0.00 4
0.00 2
場合に大きくなる傾向が見られる．この傾向は，曲率半径
0.00 0
0
が大きくなるほど強まっている．
特に直線橋(橋梁Ｉ)では，
30
60
動的解析の P2，P4 橋脚を除くすべての場合で 90 度が最悪
P2 動 解
P3 動 解
P4 動 解
では，橋軸方向に比して橋軸直角方向の剛性が小さいこと
0.01 4
に起因している．
最大ひ ずみ
増加傾向にある．
橋梁の動的特性の目安となる固有周期は，
0
30
60
0.01 4
P2 動 解
P3 動 解
P4 動 解
0.01 2
最大ひ ずみ
0.00 8
0.00 6
0.00 4
0.00 2
0.00 0
0
30
60
12 0
(c) 橋梁Ｉ
られるので，静的解析結果をもとに，動的解析における地
図 2 最大ひずみ−入力方向関係
震波の入力方向を設定する場合には，多少の余裕を持たせ
る必要がある．
1 .4
【謝辞】本研究は，日本鋼構造協会橋梁システムと耐震性
1 .2
小委員会(委員長：藤野陽三東大教授)の活動の一環として
1 .0
震度
行ったものであり，特に大日本コンサルタント(株)の川神
2）大和設計株式会社：Y-FIBER3D 取扱説明書，1999
90
入 力 方 向 (度 )
静的解析でよく一致している．ただし，若干のずれが認め
Ⅴ耐震設計編，1996
P2 静 解
P3 静 解
P4 静 解
0.01 0
各橋脚において地震荷重の最悪入力方向は，動的解析と
参考文献 1）日本道路協会：道路橋示方書・同解説
90
12 0
入 力 方 向 (度 )
(b) 橋梁Ｅ
の水平変位の関係を表す図である．なお，橋梁Ｇ，Ｈ，Ｉ
て感謝いたします．
18 0
0.00 4
0.00 0
果を図 3 に示す．これは，震度と P3 橋脚天端の 90 度方向
雅秀氏，田崎賢治氏には有益な助言を頂いた．ここに記し
15 0
0.00 6
る. 地震荷重を90度方向に作用させて行った静的解析の結
径が大きくなるのに伴い最大ひずみが増加する要因である．
180
0.00 8
曲率半径の増加に伴い最大ひずみが減少する原因と思われ
橋梁の剛性および耐荷力は低下している．これが，曲率半
15 0
P2静 解
P3静 解
P4静 解
0.01 0
ら橋梁Ｉの 1.573 秒へと単調に延びている．このことが，
た．この図より明らかなように，曲率半径の増加とともに
180
0.00 2
曲率半径が増えるのに伴い長くなり，橋梁Ａの 1.283 秒か
においては，震度 0.9 より荷重を増やすことはできなかっ
15 0
0.01 2
動的解析結果と静的解析結果を比較すると，曲率半径が
少する傾向がある．それに対し，静的解析の最大ひずみは
90
12 0
入 力 方 向 (度 )
(a) 橋梁Ｃ
入力方向となっている．これは，ラーメン構造である本橋
大きくなるにつれて，動的解析で得られる最大ひずみは減
P2 静 解
P3 静 解
P4 静 解
0 .8
0 .6
橋梁A
橋梁B
橋梁C
橋梁D
橋梁E
0 .4
0 .2
0 .0
0
0 .5
1
1 .5
橋梁F
橋梁G
橋梁H
橋梁I
2
2.5
水 平 変 位 ( m)
図3
P3 橋脚における震度−水平変位関係