既設鋼製支承の評価法と補強法

１．はじめに

既設鋼鉄道橋の耐震診断の際には、鋼製橋脚や支承部を中心に評価を行います。支承部については、これまで線支承やピボット支承や落橋防止装置として用いる桁連結工について、耐震性能の評価法を提案しています。ここでは、ピン支承の評価法および補強法について示します。

ピン支承は、トラス橋や合成桁などの支間の長い既設鋼橋に多く用いられています。耐震診断の際には、「支承部の耐震設計の手引き」に準じて照査を行いますが、現行の評価法ではピン支承の耐力を精度よく照査を行うことができず、適切な対策要否の判断が難しい状況にあります。そこで、重要部位であり、かつ耐力算定上の課題のみられる「ピン周辺部」および「桁取付部」の２箇所（図１）に着目して応力性状などを明らかにし、評価法を提案しました。また、同着目部の損傷を防止する補強法を提案しました。

図１　ピン支承と着目部

２．ピン支承の評価法の提案

「ピン周辺部」では、図２(a)のように、ピンと上下沓突起部のかみ合わせにより、橋軸直角方向の水平力に抵抗します。現行の方法では、上下沓突起部の有効断面の領域を、半分の90°に限定して耐力を算定しています（図２(d)）。しかし、ピン周辺部をモデル化した有限要素解析（図２(b)）により、突起部の接触力分布は突起全体にわたり均一であることがわかりました（図２(c)）。これを踏まえ、解析結果よりこの方法では耐力を過小に評価することがわかったため、突起部の全領域を有効断面とし、突起に働く水平力の位置も見直した耐力算定法を提案しました（図２(d)）。

「桁取付け部」においては、上沓を桁に取付けるセットボルトに対し、現行の照査では、一様な上揚力（鉛直上向き力）に対して照査していますが、大規模地震時には橋軸方向水平力に対してセットボルトが損傷したと考えられる事例がありました。有限要素解析により、図３(a)に示すように水平力による上沓の回転が原因となり、セットボルトに引張力が発生するというメカニズムを明らかにしました。これを踏まえ、図３(b)に示すように、地震時水平力に対するセットボルトに働く引張力を算定して照査する方法を提案しました。

図２　ピン周辺部に対する評価法の提案

図３　桁取付け部に対する評価法の提案

３．ピン支承の補強法の提案

ピン周辺部の損傷を防止する方法として、図４(a)および(b)に示す補強法を考案しました。補強１は耐力を向上させる幅が小さい場合に、補強２は、大幅に耐力を向上させる場合に用います。また、桁取付け部損傷を防止する補強法として、セットボルトの損傷防止を目的とした「セットボルトの太径化、高強度化」および桁の損傷の防止を目的とした「リブ補強（図４(c)）」を考案しました。このように、目的に応じて方法を選定でき、支承周辺のみの施工で簡易に補強することができます。

図４　ピン支承の補強法の提案