１．はじめに

　鋼鉄道橋に大きな被害をもたらした地震の損傷事例を調べると，支承部の損傷数が他の部位に比べて圧倒的に多いです．その中でも特に斜角桁の支承部の損傷割合が直橋に比べて高く，斜角桁の支承部への作用力が直橋に比べて相対的に大きいと考えられます．また，斜角桁は支承部の損傷後に桁全体が回転した事例があるなど，直橋に比べて落橋に対する安全性を十分に検討する必要があります．

　そこで，平面骨組モデルを用いた動的解析を実施し，斜角桁の地震時の応答特性を把握しました．また，その結果を踏まえ，斜角桁の耐震評価および対策の考え方（フロー図）を整理しました．

２．斜角桁の地震時挙動

　図１に示す単純桁形式の橋梁について，地震応答解析を実施しました．橋梁は支間25mの単線の上路桁（DG），下路桁（TG），複線の下路桁の３種類，斜角θは，45°，60°，75°，90°（直橋）の４種類で検討しました．入力地震動は，耐震設計標準¹⁾のL2地表面設計地震動（G3地盤）のスペクトルⅠ，Ⅱの２種類としました．入力方向は，斜角方向（橋台が変形する方向）とし，振幅をα倍して入力し，全支承が損傷する振幅倍率を算定しました．なお，入力方向については，別途実施した慣性力を漸増載荷させた静的解析より，斜角方向に力が作用した場合に最も低い震度で支承が損傷する，すなわち斜角方向が斜角桁の弱点方向であることを確認したためです．

　図２に斜角と全支承が損傷する振幅倍率を構造形式ごとに整理しました．ここでは，スペクトルⅡの地震動を入力した場合を例に示します．この図より，斜角が小さいほど，また複線の方が，振幅倍率が小さい，すなわち損傷しやすいことがわかります．続いて，解析した３種類の構造物，直橋を除いた３種類の斜角，２種類の地震動の全ケース（18ケース）について，４つの支承それぞれの損傷順序の割合を図３に整理しました．その結果，固定側鈍角部（F-O）と可動側鈍角部（M-O）を合わせると７割以上のケースで鈍角部が最初に損傷します．一方で，可動側鋭角部（M-A）が最後に損傷する可能性が高いです（７割弱）．このように，鈍角部が鋭角部に比較して損傷しやすいと言えます．

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  図１　斜角桁の地震応答解析の概要

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  図２　斜角と振幅倍率の関係
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  図３　支承位置と損傷順序の関係

３．斜角桁の支承部の耐震評価・対策の考え方

　前述の検討を踏まえ，斜角桁の支承部の補強方法の考え方（フロー図）を図４に示し，以下に各項目の考え方の詳細を示します．なお，本フローは斜角桁に特有の事柄のみを示しており，桁座拡幅等の一般的な鋼橋梁についての落橋防止対策の要否は別途検討する必要があります．

　①START：支承が損傷しやすい構造条件の鋼橋梁を優先して本検討を開始します．優先度の高低は既往研究や今回の検討より表１のように整理されます．

　②支承の損傷を許容するか：対象橋梁の重要度の観点から，桁ずれを許容するか，すなわち支承の損傷を許容するかを判断します．

　③支承が損傷するか：②で支承の損傷を許容しない場合は，２.で述べたような動的解析法等によって，支承が損傷するかどうかの評価を行う必要があります．本評価で支承が損傷しないと判定されると，対策不要となります．

　④支承補強の要否：③で支承が損傷すると判定されると，支承の補強や，必要に応じて耐荷力のより高い支承への交換を行います．この際，橋台の健全性が十分であることを確認する必要があります．

　⑤回転判定：②で支承の損傷を許容する場合は，落橋を防ぐという観点から補強の要否を検討するのが良いです．斜角桁の場合，鋼桁の回転挙動により落橋に至るケースがあるため，幾何学的な関係式 (sin2θ/2)/(b/L) > 1 ²⁾により鋼桁が回転するかどうかを判定します．ここで，θ：斜角，b：鋼桁の幅員，L：支間長です．上式を満たす場合，回転しない判定となり，対策不要となります．

　⑥ストッパー設置：⑤で鋼桁が回転すると判定された場合，桁の回転防止のため鋭角側の支承に橋軸直角方向へのストッパーの設置が有効です³⁾．また，鋼材の塑性変形を考慮した移動制限装置⁴⁾なども開発されており，そのような対策工も有効と考えられます．

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  図４　斜角桁の耐震評価・対策フロー
• 表１　耐震対策検討の優先度の考え方
  

４．おわりに

　今回，鋼橋梁の中で地震時に損傷事例の多い斜角桁について，地震時の応答特性を把握し，耐震評価および対策の考え方（フロー図）を整理しました．本成果は，各鉄道事業者が有する斜角桁の中から対策の必要性および優先度を選定する際や，地震後の随時検査での着目箇所を把握する際の一助になると考えています．

参考文献

1) 国土交通省監修，鉄道総合技術研究所編：鉄道構造物等設計標準・同解説 耐震設計，丸善出版，2012.

2) 大塚久哲，神田昌幸，鈴木基行，川神雅秀：斜橋の水平地震動による回転挙動解析，土木学会論文集，Vol.570，pp.315-324，1997.

3) 松本拓，和田一範，池田学，馬渕倉一：鋼鉄道橋の斜角桁支承部の地震応答特性に関する数値解析的検討，土木学会第71回年次学術講演会，2016.

4) 加藤格，工藤信司，黒田智也：鋼材の塑性変形を利用した横移動制限装置，SED，No.41，pp.48-53，2013.