ピボット支承を有する旧式鋼鉄道橋の耐震評価・補強に関する研究

現行設計標準をそのまま適用できないピボット支承を有する旧式鋼鉄道橋を対象に耐震評価法(簡易・詳細)および補強手法を提案しました。

1.はじめに

都市内の旧式鋼構造物は、幹線道路との交差部の重要な箇所に多くあり、これらの構造物にはピボット支承(球面形状の突起とくぼみを組合せた鋼製の支承(図1))が多く用いられています。これらの構造物は、耐震性を確保することが強く求められる一方、年代が古く種々の形式があり、現在と異なる構造を有しているため、現在の新設構造物を対象とした「鉄道構造物等設計標準・同解説(耐震設計)」をそのまま適用することができません。そこで、このような旧式鋼構造物の耐震評価や補強方法について検討を行ってきました。

図1 ピボット支承

2.ピボット支承を有する旧式鋼鉄道橋の耐震評価

ピボット支承について、実橋からの撤去品等を用いて載荷試験を行い、その結果をもとに、耐力や変形性能を評価する手法を提案しました。これを構造物の非線形骨組解析モデルに取り入れ、地震応答解析により構造物の耐震性能を評価する手法を開発しました。

これにより、今まで困難であった大規模地震時の耐震評価が可能になりました(図2)。

図2 交番載荷試験及び非線形骨組解析による耐震評価

3.ピボット支承を有する旧式鋼鉄道橋の簡易な耐震評価法

全ての構造物について上述したような地震応答解析にもとづく詳細な耐震評価を行うことは煩雑で時間がかかり、合理的とはいえない面があります。そこで、構造上弱点となりうるピボット支承と桁支承に着目し、既往の時刻歴応答解析のパラメータ解析結果をもとに、構造全体系モデルでの時刻歴応答解析を行わずに地震時の応答値を算定できる簡易な耐震評価法を提案しました。

提案した簡易な耐震評価法の評価フローを図3に示します。本評価法は、厳密な評価に用いるものでなく、詳細な評価が必要な構造物を抽出する「一次スクリーニング」として用いることを想定しています。

図3 簡易な耐震評価法による評価フロー

4.ピボット支承を有する旧式鋼鉄道橋の耐震補強

ピボット支承の耐震補強手法として、コンパクトで施工が容易な補強リングを考案しました(図4)。補強リングを取付けると、大規模地震時の照査値(応答値/限界値)を約4割低減させることができます。

また、耐震性能をさらに向上させる補強手法として、桁を下横構ブレースで補強する工法や柱間をブレース補強する工法を提案しました。補強リングに比べて施工が大掛かりとなりますが、大規模地震時の照査値が4~9割低減することを確認しました。

図4 耐震補強手法の概要と補強効果

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参考文献

  1. 和田一範、池田学、青木千里、工藤伸司、齋藤聡、黒田智也:ピボット支承を有する旧式鋼鉄道橋の構造形式の違いによる地震時挙動への影響、構造工学論文集、Vol.60A、pp.303-315、2014.03
  2. 芝寛、吉田直人、池田学、高野幸宏、齋藤聡、工藤伸司:構造工学論文集、Vol.57A、pp.418-430、2011.03
  3. 黒田智也、池田学、杉舘政雄、齋藤聡、工藤伸司:ポスト形式橋脚を有する鋼鉄道橋の地震時挙動に関する基礎的検討、構造工学論文集、Vol.55A、pp.643-652、2009.03
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