コンクリート道路構造物の性能評価に関する試験調査
Study on performance estimation of existing concrete members（研究期間 平成 17 年度）

道路研究部道路構造物管理研究室
室長 玉越 隆史
主任研究官 渡辺 陽太
Road department Bridge and Structures division
Head Takashi Tamakoshi Senior Researcher Youta Watanabe
主任研究官 渡邊 良一
研究員 武田 達也
Senior Researcher Ryouiti Watanabe
Research Engineer Tatsuya Takeda
In order to establish repairing or reinforcing methods of concrete members which have serios damages to originate in thealkaline-aggregate reaction(ASR), It is necessary to clarify the load-carrying capacity of the damaged concrete
members.This research is loading capacity test which uses the actual structure for establishing the performance

evaluation technique of the structure which deteriorates with ASR.
して仮定している。劣化コンクリート部材に対しても［研究目的及び経緯］
ASR による損傷は膨張性のある生成物ができること

その実態にあった耐荷力機構をモデル化し、これらのによってコンクリートに著しいひび割れが生じるのが諸量を少なくとも安全側の評価ができるよう適切に設特徴であるが、鉄筋が健全である限り耐荷性能に及ぼ定した上で解析的にその健全度や耐荷力を評価するこす影響は限定的であると考えられてきた。しかし、近とができれば補強の必要性の判断や補強設計がより合年になって鉄筋の曲げ加工部で破断（写真１）してい理的なものになると考えられる。

るものが報告されている。このため、国土交通省をは当研究室では、H16 年度にコンクリートのひび割れ

じめ各機関で、損傷実態の調査や、損傷を生じた構造

がコンクリートと鉄筋の付着による一体性にどのよう物に対する健全度評価法ならびに補修補強設計手法にに影響を及ぼすかについて模型実験による基礎的な検関する検討が進められている状況である。

討を実施しており、平成 17 年度は、実際に ASR によ

本研究の目的は、ASR 損傷構造物の健全度評価と補る著しい変状が生じている橋脚を用いて大規模な耐荷修補強設計手法の確立の一環として、ASR 損傷を生じ力試験を実施し、構造物の挙動に関するデータを取得たコンクリート部材の耐荷力特性などの基礎的な情報した。

を実橋に対する載荷試験から得ることである。

実験に用いたのは、地方の道路公社が管理する自専道にある 1977 年竣工のＴ型のＲＣ橋脚で、ASR による損傷が著しく実験に先立って梁部の更新を含む大規
模な補強工事が決定していたものである（写真２）。
実験は、橋脚補強
工事用支保工を利用しての上部工の荷重の除荷、及び荷重調整した大型車

写真 1 アルカリ骨材反応による鉄筋破断の例（25t×2 台）による［研究内容］

載荷試験である。

コンクリート部材の設計においては所定の耐荷力が発揮されるよう、耐荷力機構を力学モデルで表現し、図１に橋脚の鉄筋

設計では鉄筋とコンクリートの付着、コンクリート強ひずみの計測位置

度、ヤング係数、応力を分担する有効断面の範囲、プを示す。

レストレス量、などを設計モデルによる評価の前提と

写真 2

118

実験橋脚全景10700

挙動をしているものと考えられる。
2500

また、本実験では図１に示す位置で健全なスターラ
ずみを計測したが、ひずみは計測されず、明確なせん
断ひび割れの発生も確認できなかった。

934 1500① ②

ップと折り曲げ部で破断しているスターラップのひ③ ④

よって、本実験の荷重変動範囲ではスターラップの破断にもかかわらず梁断面はせん断に対して有効に機能しており、ASR劣化によるせん断耐荷力への影響

梁中央主鉄筋
梁最外縁主鉄筋ｽﾀｰﾗｯﾌﾟ計測位置

図１

については確認できなかった。

鉄筋ひずみ

表２

上部工除荷時の主鉄筋ひずみ(μ)と理論値①断面

実測値① RC理論健全主筋①中/② ①外/②
中央 外縁 値②③-36-49 -355-31 0.10
0.14

本橋脚では後に鉄筋破断調査を実施している。破断は全て最外縁鉄筋に生じており、その内４０％のスターラップ、１７％の主鉄筋についていずれも折り曲げ

②断面

-53

-69

-410

-41 0.13

0.17

部で破断していることが確認されている。

③断面

-75

-75

-411

-41 0.18

0.18

④断面

-37

-45

-317

-27 0.12

0.14

表１に支点反力の値を示すが、上部工反力の除荷は
設計死荷重に対しては 87％、荷重車載荷は設計活荷重

2500

上縁

31％、合計すると設計上の死荷重＋活荷重最大に対し断面高さ（mm）

表１

１支点あたりの反力値

死荷重

活 荷 重 M ax

2000

主筋位置

て 70％に相当する荷重変動を与えたことになる。
合計

Step-1
Step-2
Step-31500
上部工除荷時Step-4②断面

Step-51000

Step-6
Step-7500

設 計 値 (kN )

870

370

1240

実 測 値 (kN )

753

116

869

実 測 /設 計

87%

31%

70%

Step-8
下縁

-100

-80

図２

0
-60

-40

-20

ひずみ（μ）

02040②断面でのｺﾝｸﾘｰﾄ上下縁、主鉄筋ひずみ［研究成果］［今後の課題］

上部工荷重除荷時の、図１①～④の位置における本実験では、ASR 劣化を生じた実橋脚に上部工死荷梁中央、最外縁（端部折り曲げ部破断）主鉄筋ひずみ

重以上の荷重変動での挙動を計測するとともに鉄筋破を表２に示す。

断やコンクリート内部のひび割れまで詳細な損傷状況

片側の端部折り曲げ部が破断し、接するように配筋されているスターラップの折り曲げ部の４０％が破を実験後の解体によって確認した。その結果設計荷重断している最外縁主鉄筋と、損傷のない梁中央主鉄筋

時の７０％の荷重範囲でも梁の挙動には損傷の影響がで実測値に明確な差は現れていない。またひずみの値

明確には現れないという貴重な知見を得た。一方で、はコンクリート断面の引張領域を無視したRC理論値

損傷による最大耐荷力の低下の程度（耐荷力余裕）な②に対して２割以下であり、コンクリートの全断面をど構造物の性能を評価する上で不可欠な大きな荷重領有効とした場合の主鉄筋位置でのひずみ値③に近い域での耐荷力特性については不明な点が残った。今後値となっている。

は、より大きな荷重領域での耐荷力特性について明らかにしていくことが必要である。

②断面におけるコンクリート上下縁ひずみと載荷［成果の発表］荷重の変動にともなう主鉄筋ひずみの変動を図２に

本研究の成果は、国総研資料及び各種論文等で発表示す。主鉄筋ひずみがコンクリート上下縁ひずみを結ぶ直線上にないが、主鉄筋ひずみとコンクリート下縁の予定である。

ひずみを結ぶ直線は各載荷ケースで一定している。

［成果の活用］

このことから、本実験の荷重変動範囲では、主鉄筋

成果は、ASR 損傷を生じた構造物の維持管理をするの付着劣化や鉄筋破断の影響は現れず、上縁のかぶりにあたっての健全度評価や補修補強の必要性の判断、部分を除いた残りの断面部では平面保持が成り立つ

補強設計において活用されるものである。

119

鋼道路構造物の性能評価に関する試験調査
Study on performance evaluation of steel highway structure（研究期間 平成 17 年度）

道路橋研究部 道路構造物管理研究室
室長 玉越隆史
Road department, Bridge division Head Takashi Tamakoshii
主任研究官 小林 寛
主任研究官 中洲 啓太
Senior Researcher Yota Watanabe Senior Researcher Keita Nakasu

研究官 石尾真理
Researcher Mari Ishio

Fatigue cracks in steel deck plate are found recently in Japan. In order to develop durability
improving methods or effective inspection method for this damage, NILIM carried out analysis ofactual damage data, calculation using FEM models that are changed structural details of steel deckand experimental studies on several types of inspection techniques.
［研究目的及び経緯］
近年、鋼床版のデッキプレートとＵリブとの溶接部に生じた疲労損傷（以下、「デッキ貫通型損傷」という）事例が報告されるようになっている。デッキ貫通型損傷が生じた場合には、目視点検での発見が困難であるばかりでなく、路面の陥没事故のような重大な被害を生じる可能性があり、それらの効果的な点検手法、新設時の耐久性向上策の確立が急務となっている。
平成 17 年度は、鋼床版のデッキ貫通型損傷に関する損傷事例の調査・分析、鋼床版の構造詳細が及ぼす影響に関する解析的検討、損傷を効果的に発見するた
めの点検手法の検討を行うとともに、鋼部材の構造詳

図-2

細の構造最適化に適した耐久性評価手法に関する検討

損傷と大型車交通量、供用年数との関係

２． 構造詳細の違いの影響に関する解析的検討を実施した。

構造的な要因がデッキ貫通型損傷の発生に与える影響を分析するため、表-1 に示すようにデッキプレート
厚、Ｕリブ厚などをパラメータとした解析を行い、各パラメータにおける鋼床版の応力性状を調査した。図-3 に解析モデルの概要を示す。
解析の結果、全ケースのデッキ上面の直応力を比較してみると、横リブ間隔やＵリブ厚の変化の影響がわず
図-1

かながら見られるものデッキ厚の変化の影響が最も顕デッキ貫通型損傷

著であること示された。

［研究内容と成果］

表-1

１． 損傷事例の分析
横リブ間隔
(mm)

デッキ貫通型損傷の発生に影響を与える要因を把握するため、過年度の実地調査結果を用いて、鋼床版の

ケース１
（標準）
ケース２
ケース３
ケース４
ケース５
ケース６
ケース７

疲労損傷の分析を行った。その結果、大型車交通量と供用年数をパラメータとして整理すると、図-2 に示すように疲労損傷を生じた橋梁が、あるしきい値を超える領域に存在していることを示した。

120

解析ケース

主桁間隔
(mm)

WebとUリブの デッキ厚 Uリブ厚
間隔 (mm)
(mm)
(mm)

2500

Uリブ５本分

200

12

3000
1500
2500
2500
2500
2500

Uリブ５本分
Uリブ５本分
Uリブ４本分
Uリブ６本分
Uリブ５本分
Uリブ５本分

200
200
200
200
200
300

12
12
12
12
14
12

各6、8

査で、デッキ貫通亀裂により鋼床版内に土砂の堆積や滞水があった場合に、それらを検知する上での有用性が確認できた。特に、赤外線カメラを用いた検査の場合は、手が届かない様な箇所においても足場を設けることなく検査ができ有効と考えられる。
解析モデル

60
50
40
30
20
10
0

図-5

図-7

デッキ貫通型損傷に伴う堆積や滞水のイメージ

図-8

赤外線カメラを用いたデッキ貫通型亀裂の検査

ケース７

ケース６

ケース５

ケース４

ケース３

ケース２

U1-ﾘﾌﾞ厚6
U1-ﾘﾌﾞ厚8
U3-ﾘﾌﾞ厚6
U3-ﾘﾌﾞ厚8

ケース１

デッキ上面橋軸方向の直応力(N/mm2)

図-4

解析結果の例

３． 点検手法に関する調査
鋼床版のデッキ貫通型損傷は、U リブの内側からデ③ 効果的な点検手法に関する検討

ッキ方向に亀裂が進展するため、その発見が困難であり、早急に効果的な点検手法の確立が必要とされてい実地調査や供試体実験の結果から、デッキ貫通亀裂る。

の疑いのある橋梁を効果的に発見するための、点検方①舗装状態に着目したスクリーニング方法の検討

法について検討した。点検のフローを図-7 に示す。

ここでは、路面性状から、簡易にデッキ貫通型損傷

Step1 簡易調査では机上調査で選定された鋼床版橋梁の疑いのある橋梁を抽出する方法について検討した。

に対して，橋面から（一部，路下からも含む）の主に

鋼床版デッキ貫通型の損傷を橋梁の舗装状態を調査し目視による調査を行い，現地情報を収集する。次に，た結果、橋面舗装の劣化が顕著になる傾向があること

Step2 詳細調査では、簡易調査（橋面舗装の損傷状況わかった。そのため、舗装劣化の劣化状態に着目するなど）により，鋼床版の疲労損傷の発生のおそれがあことにより、鋼床版に損傷を生じた疑いのある橋梁をると判断された鋼床版橋梁に対して，箱桁内面など鋼抽出できる可能性があることが示された。

床版下面からの各種非破壊検査を行う。その後，Step3
路面切削により、デッキ貫通型損傷の有無を確認する。
調査対象橋梁の選定
点検要領の範囲

Step1 簡易調査

Step2 詳細調査

図-6

舗装に生じた変状の様子

損傷なし② 各種非破壊検査の適用性

Step3 路面切削
デッキ貫通型損傷を確認

点検に用いる各種非破壊検査の適用性を確認する

監視

補修補強（計画）図-9 点検のフローため、実橋および移動輪荷重載荷実験によりデッキ貫通型損傷が発生させた供試体を用いた実証試験を［今後の課題］

行った。

今後は、点検手法についてとりまとめるとともに、

通常、疲労亀裂の検査に用いられる UT(超音波探傷

鋼部材の疲労耐久性を定量的に評価できる設計手法の試験)のみならず、デッキ貫通型損傷が生じた際に、構築をつなげていく予定である。

U リブ内に亀裂から進入した土砂や水が堆積する可［成果の活用］

能性があり、そうした物質の存在を打音検査や赤外

ここでの成果は、鋼部材の疲労に対する耐久性向上

線カメラを用いることにより、振動や温度変化の特策のガイドライン及び鋼床版デッキ貫通型損傷を対象性に影響が現れ、簡易に検出できる可能性がある。

とした点検要領(案)を作成するための基礎的資料となる。

検証の結果、打音検査や赤外線カメラを用いた検121

道路構造物の安全係数に関する試験調査
Surveys on safety factors of highway structures（研究期間 平成１７年度）

道路研究部 道路構造物管理研究室
室長 玉越 隆史
Road department Bridge and Structures division
Head Takashi Tamakoshi
主任研究官 渡辺 陽太
主任研究官 渡邊 良一
Senior Researcher Youta Watanabe
Senior Researcher Ryouiti Watanabe
主任研究官 中洲 啓太
研究官 石尾 真理
研究員 武田 達也
Senior Researcher Keita Nakasu Researcher Mari Is
Research Engineer Tatsuya Takedai
In order to propose design loads of highway bridges based on safety factor method, it is necessary to explain
characteristics of loads on bridges. In these surveys, fundamental study on traffic loads or impact factor of
highway bridges using data on actual condition of traffic weight or response of bridge members collected byusing bridge weigh in motion system.
［研究目的及び経緯］

全方向

全方向

40

40

車両頻度％（72h）分係数設計法への転換が検討されており、各機関で、基準で考慮する荷重や材料、照査式の根拠データなど

30
車両頻度
①第一分布

20

10

についてばらつきや信頼性等の分析が行われている。

データ数：21,895(台)

車両頻度％（72h）

現在、道路橋の設計基準は許容応力度設計法から部

データ数：56,089(軸)

30

20

10

0

0
0

平成 17 年度は、設計活荷重の改訂を視野に過去に計

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90

5

10 15 20 25 30 35 40 45
軸重分布（1ton刻み）

車重分布（2ton刻み）(a)総重量分布(b)軸重分布図-1 BWIM データの例(甲子橋)

測された通行車両重量に関するデータの分析等の検討を行った。検討には、過去に研究室で開発した橋梁を用いた車両重量計測システム(以下、「WIM」という)で

全方向

全方向

40

40

車両頻度％（72h）

データ数

梁で同時に計測された部材応答に関するデータを用いた。
［研究内容及び研究成果］

30

総重量頻度
①第一分布

20

10

：15,694(軸)

30

20

10

0

0
0

１．設計活荷重に関する検討

データ数：9171(台)車両頻度％（72h）取得した実供用下での自動車荷重列のデータと当該橋

10 20 30 40 50 60 70 80 90

5

10 15 20 25 30 35 40 45

車重分布（2ton刻み）

軸重分布（1ton刻み）(a)総重量分布(b)軸重分布
図-2 BWIM データの例(蓮沼橋)(1)BWIM データを用いた自動車荷重列の作成
過去に計測した BWIM データから、大型車交通量、混入率などから交通特性が異なる以下の４橋のものを用(2)外力作用としての自動車荷重強度の特性分析

いた。BWIM データは 17 車種に分類し、それぞれの重道路橋の設計で自動車荷重を考慮する場合、着目す

量区分―頻度分布に適合する関数を作成する。自動車

る部材によってそれらに対して支配的な影響を及ぼす

荷重列はこれらの関数を元に車種混入比率を考慮して荷重列の配置は載荷範囲が異なってくる。したがって１車線分を発生させた。図-1,2 に BWIM データの例を

ここでは表-2 に示すように橋面上に大きさが異なる示す。

領域を設定したケースについて、それぞれに対して発生させた荷重列がどのような荷重強度特性をもつのか

表-1 使用する BWIM データの一覧
区分
橋梁名称
大型車混入率
重交通
甲子橋
38.3
中交通
小山高架橋
29.3
福岡橋
25.3
軽交通
蓮沼橋
9.8

を分析した。また、広い領域を設定したケースについて、表-3 に示すように大型車混入率などの交通特性をパラメータとした分析も実施した。
図-3 に領域長と荷重強度との関係、図-4,5 に交通特性と荷重強度の関係を示す。それぞれ荷重強度の算出は最大値、3σ、平均値に対応するものを図示しているが、領域の大きさや交通特性によって荷重強度は大きく変化

122

し、特に最大値、3σ値、平均値の相関関係は領域の広さ

車両の振動特性をパラメータとして示した例である。こや大型車混入率に対して一様に変化していないことがわのように動的軸重に着目することにより、入力される衝かる。今後は既存の設計基準との関係等の分析を行い、撃荷重の基礎的な特性の傾向を明らかにできることを示

次期設計基準の活荷重の検討を進めていく。

した。

表-2 検討ケース（領域の大きさに着目）
領域長
狭い領域
5, 7.5, 10, 12.5, 15(m)
広い領域
12.5, 25, 50, 100, 200, 500
車線数
1
交通
車両特性
甲子橋の BWIM ﾃﾞｰﾀ
特性
大型車
60％

(3)部材応答としての衝撃影響の特性整理
BWIM を用いた計測で 20～30tf の大型車が通行した
ときの応答波形を用いて、橋梁各部の動的影響に関する傾向を分析した例を図-7(b)に示す。分析の結果、伸縮装置周辺の段差による衝撃が桁端部に大きな影響をおよぼしていること。また、主桁と比較して増設縦桁

表-3 検討ケース（交通特性に着目）
領域長
狭い領域
－
(m)
広い領域
50
交通
車両特性
表-1 に示す 4 橋
特性
大型車
0, 20, 40, 60％(a)狭い領域
図-3

は動的変動倍率が大きいことなどが分かった。
今後は、橋梁で考慮すべき衝撃係数について、設計
活荷重の検討と関連づけて検討を進めていく。
【衝撃要因の整理】
入力側のバラツキ【ばらつき要因の整理】
応答側のバラツキ【衝撃要因のバラツキ分析】【衝撃要因のバラツキ分析】【衝撃要因のバラツキ分析】

・車両の構造・路面の凹凸

・走行速度
・車両重量
・車両軸重
・車両の組合せ・部材（主桁・床版・床組など）
・橋種（鋼、RC、PC）
・諸元（支間長・幅員など）・構造形式（連続、単純、箱など）(b)広い領域

領域の大きさと荷重強度の関係

既往の実測データ（応答波形データ）から振動成分を取りだし分析

100.0
90.0

単位長さ当たりの車両重量(kN/m)

80.0

80m

130m

【入力側の
衝撃要因分析】

最大値
μ＋3σ
平均値
p2 荷重

70.0
60.0

【入力側と出力側の相関関係分析】
衝撃
要因

衝撃
要因

50.0
40.0
30.0
20.0

頻度

頻度

10.0
0.0
0

100

200

300

400

500

600

【衝撃要因のバラツキを定量化】

載荷長(m)(a)狭い領域
図-4(b)広い領域

図-6

衝撃の検討フロー

領域長と荷重強度との関係
1.4

20.0

10.0

40.0

30.0

20.0

小山高架橋

福岡橋

蓮沼橋

0.0
10

20

橋梁名

図-5

1
0.9

良路･ｴｱｻｽ搭載

0.8

良路･ﾘｰﾌｻｽ搭載
悪路･ｴｱｻｽ搭載

3040
大型車混入率（％）5060(b)大型車混入率別

200

400
頻度

600

(a)入力側分析結果例

路線特性と荷重強度との関係

2.0
1.8
1.6
1.4
1.0

0

70

主桁
増設縦桁
端横桁
端対傾構

2.2

1.2

悪路･ﾘｰﾌｻｽ搭載

0.60(a)橋梁別

1.1

0.7

10.0

0.0

甲子橋

2.4

1.2

動的変動倍率

30.0

最大値
μ＋3σ
平均値

軸重（tf）

40.0

単位長さ当たりの車両重量(kN/m)

単位長さ当たりの車両重量(kN/m)

最大値
μ＋3σ
平均値

動的変動の頻度（車両重量20tf～30tf）

1.3

50.0

50.0

図-7

800

0

10

20
30
頻度（％）

40

50

(b)入力側と出力側分析結果例

衝撃のバラツキ分析の例

２．衝撃荷重に関する検討(1)一般［今後の課題］

本研究では、設計で考慮すべき自動車荷重による動的

今後は、自動車荷重、
衝撃荷重以外の荷重について、影響を検討するために、走行中の車両の動的軸重（以下、基礎的な特性に関する分析を進め、部分係数設計法の「動的軸重」という）のデータおよび、BWIM を用いて測書式に対応した荷重体系の検討を進める。

定した通行車両の重量や速度などのデータ、橋梁部材側［成果の発表］で計測される応答のデータから、動的軸重（入力側）と成果の発表については、国総研資料及び各種論文等

橋梁に生じる影響(応答側)の関係について基礎的な分析で発表の予定である。

を行った。検討のフローを図-6 に示す。

［成果の活用］(2)作用としての衝撃荷重の特性整理

成果は、部分係数設計法の書式への対応を目指す道

図-7(a)は、橋梁区間を含む道路を大型車が走行速度 40

路橋示方書の改訂作業に反映される。

ｋｍで走行したときの動的軸重の頻度分布を路面性状と123

乗用車専用道路の設計荷重に関する試験調査
Study on design loads for small-sized vehicle-only roads（研究期間 平成 17 年度）

道路橋研究部 道路構造物管理研究室
室長 玉越隆史
Road department, Bridge division Head Takashi Tamakoshii
主任研究官 小林 寛
主任研究官 中洲 啓太
Senior Researcher Hiroshi Kobayashi
Senior Researcher Keita Nakasu

研究官 石尾真理
Researcher Mari Ishio

Small-sized vehicle-only road was proposed intended to reduce construction cost of highway
bridges, and NILIM set design loads for Small-sized vehicle-only bridges. However, to enhance theeffectiveness of small-sized vehicle-only bridges, reconsiderations of experiential regulations such as
minimum thickness of concrete slab are required. In this study, structural details of various types ofslabs were investigated.
［研究目的及び経緯］

道路用の床版の規定の可能性に関して研究を行った。

平成 15 年度 7 月道路構造令が改正され、小型道路[研究内容と成果](乗用車専用道路)に関する要綱が盛り込まれ、本研究

１． 小型車専用道路用の床版の検討

室では、過年度の検討により、小型道路用橋梁の設計(1) 検討方針

活荷重を図-1 のように提案している。この荷重を用い検討は小型車道路用の床版の耐荷性、耐久性が普通ることで、現行の道路橋示方書における設計活荷重に

道路用（現行道路橋示方書に規定されている）床版と準じて、耐荷力に対する安全性照査を行い、小型道路同等であることを、両者の各材料に発生する応力度に用橋梁を設計することができる。しかしながら、現行より評価することで行った。着目した応力度は、各材

道路橋示方書において荷重の繰返しなどによる疲労耐料の主応力、直応力、せん断応力、およびそれら最大久性の照査は、構造寸法規定などで安全性を確保して値最小値および移動荷重による振幅量とした。対象とおり、小型車道路の設計活荷重を規定しても、この構した床版は小型車として今後採用される可能性の高い、造寸法規定のために断面寸法が小さくならないものが鋼コンクリート合成床版（以下、「合成床版」）、およびあり、コスト縮減に寄与しない。

鋼床版とした。また、小型道路用床版は構造が簡素化

よって、小型車専用道を採用する場合に、これらのされる可能性が高く、特にコンクリート系床版の場合

構造寸法規定を見直すことでよりコスト縮減効果を上

版厚が薄くなる可能性が高い。よって、版厚が薄くなげることができると考えられる。特に床版では構造寸った場合の影響を輪荷重走行試験により確認した。

法の規定が多い部材であることから、本研究は床版に着目し、普通道路用に現行道路橋示方書で規定されて(2) 合成床版の構造検討いる床版と同等の安全性を有する合理的な小型車専用

現在、一般の合成床版は、製造業者により、その構造は異なるが基本的には下鋼板とコンクリートが一体化された構造が最も多い。よって、今回はコンクリー

橋軸方向

橋軸直角方向トと下鋼板が一体化された構造のみに関してモデル床

2.75
120kN

緊急車相当荷重
P1
P2
P3
P4
載荷長
D
載荷幅a 荷重a 載荷幅b 載荷幅ｂ
載荷幅a 荷重a 載荷幅b 載荷幅ｂ
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
(kN/m 2)
(kN/m 2)
(kN/m 2)
(kN/m 2)
5.5
2
2.75
1.5
10
5.5
3.5
2.75
1.5

0.5

1.75

版を仮定し、移動荷重を考慮する立体 FEM 解析にて、構成する材料に発生する応力を算出し、普通車道床版

0.5

乗用車相当荷重

図-1

0.2
60kN

60kN

のＢ活荷重のケースと、荷重および構造を小さくした

0.5

ケースとで相対比較を行った。Ｂ活荷重を載荷する床版は、過去に土研で輪荷重移動載荷試験を行ったもの

小型道路の設計活荷重

124

表-2

を参考に、コンクリート厚 180mm、下鋼板厚 8mm と鋼床版の検討結果

し、検討モデル床版はそれよりコンクリート厚が小さいものとした。解析モデル図の例を図-3 に、検討ケースと解析結果の例を表-1 に示す。

図-2

解析モデル図（鋼コンクリート合成床版）

表-1

鋼コンクリート合成床版の検討結果

項目
輪荷重 (kN)
コンクリート厚 (mm)
下鋼板厚 (mm)

下
鋼
板
応
力
状
況

ー

コ
ン
ク
リ
ト

B活荷重 床版厚Ａ 床版厚Ｂ 床版厚Ｃ
100
60
60
60
180
160
140
120
8
8
8
8
0.163
0.174
0.186
0.202
橋軸方向 (N/mm2)
死荷重
0.479
0.509
0.546
0.593
直角方向 (N/mm2)
7.121
5.085
6.213
7.777
橋軸方向 (N/mm2)
活荷重
6.760
4.805
5.844
7.322
直角方向 (N/mm2)
7.284
5.259
6.399
7.979
橋軸方向 (N/mm2)
合計
7.239
5.314
6.390
7.915
直角方向 (N/mm2)
0.262
0.272
0.284
0.296
主応力 (N/mm2)
死荷重
0.479
0.509
0.546
0.593
せん断応力 (N/mm2)
4.053
2.871
3.463
4.266
主応力 (N/mm2)
活荷重
0.236
0.166
0.199
0.242
せん断応力 (N/mm2)
4.315
3.143
3.747
4.562
主応力 (N/mm2)
合計
0.715
0.675
0.745
0.835
せん断応力 (N/mm2)
0.323
0.261
0.388
0.578
活荷重たわみ量(mm2)(4) コンクリート床版の移動輪荷重載荷実験
コンクリート床版に関しては、図-1 の設計活荷重を用いた耐荷力設計した供試体を用いて、移動輪荷重載荷試験を実施し、繰り返し荷重による破壊の形態に関する知見を得た。実験条件を表-3 に、実験結果を図-2
に示す。
表-3

移動輪荷重載荷実験条件

供試体寸法(mm)
上側主鉄筋
上側配力筋
下側配力筋
下側主鉄筋
ｺﾝｸﾘｰﾄ実圧縮強度(N/mm2)
ｺﾝｸﾘｰﾄ実引張強度(N/mm2)
実ヤング係数(N/mm2)
ポアソン比

今回の解析結果から、普通道路用床版と同等な合成

載荷荷重

床版は、床版 A(コンクリート厚 160mm、下鋼板厚4.00

かった。しかしながら、普通道路用床版と比較し小型

3.00

たわみ(mm)8mm)であり、大幅な版厚の縮小は望めないことがわ
車道路床版を評価できることがわかった。

1体目
2800×4500×170
D19ctc150
D13ctc300
D16ctc150
D19ctc150
28.26
2.37
29.35
0.209
1～45000回：80kN
45000～175000回：100kN
175000～250000回：120kN

2体目
2800×4500×170
D19ctc150
D13ctc300
D16ctc150
D19ctc150
29.74
2.45
30.97
0.206
1～30000回：120kN
30000～350000回：140kN

120kN

2.00

100kN

1.00

80kN

0.00

(3) 鋼床版の構造検討

0100000200000鋼床版でも同様に、普通道路用（現行道示の規定に準じた）鋼床版構造を基本ケースとし、縦リブ配置お図-2

300000
往復回数

移動輪荷重載荷実験結果（１体目）

よび横リブ配置等を変更した場合の各部位に発生する応力量を相対評価することで、小型車道路用床版とし［研究成果］て構造の簡素化を検討した。なお、今回の検討では近以上のことから、提案した小型道路用設計荷重を用

年、鋼床版における疲労損傷事例が報告されているたいて、構造合理化の可能性、及び、耐荷性・耐久性をめ、デッキプレート厚の変更およびＵリブの採用は検評価する上で着目すべき応力を整理することができた。

討条件から除外している。
検討ケースと解析結果の例を表-2 に示す。表-2 は［今後の課題］

FSM 解析結果の例であるが、普通道路用床版と同様の

今後は、小型道路用橋梁の要求すべき耐荷性・耐久

応力量（最大、最小値、振幅量）を条件とするとデッ性に必要な応力水準を明確にし、より合理的な小型道

キプレート厚などを変更しないために大幅な構造の簡路用橋梁の設計基準を構築していく。

素化は望めないが、合成床版と同様、このような方法で相対的に小型道路用床版を評価できることがわかっ［成果の活用］た。

ここでの成果は、道路橋示方書をはじめとする各種基準に反映する。

125道路構造物の軸重緩和に関する試験調査
Surveys on axle load on highway structures（研究期間 平成 17 年度）

道路研究部 道路構造物管理研究室
室長 玉越 隆史
Road department Bridge and Structures division
Head Takashi TAMAKOSHI
中洲 啓太
主任研究官
小林 寛
主任研究官
Senior Researcher Hiroshi KOBAYASHI
Senior Researcher Keita NAKASUIn order to ease fatigue of drivers or damage of cargo, the number of vehicles equipped with
air-suspension is increasing in these days. However, there are few reports on dynamic response ofbridges caused by large-sized trailers except for international marine container. To clarify fundamental
characteristics of dynamic effects of large-sized trailers, NILIM carried out surveys using several typesof tractors with trailers.
［研究目的及び経緯］
ｹｰｽ
ﾄﾚｰﾗ長
(m)
番号
１
２
9.1
３
(長め)
４
５
６
7.5
７
(短め)
８
(2)道路走行試験

近年、乗員の疲労や積荷の損傷を軽減するため、車体と車軸との間にエアサスペンション（以下、「エアサス」という）を搭載した車両が増加している。国総研
では、橋梁をはじめとする道路構造物の保全と活用の両立を図るため、サスペンション特性の異なる大型車が道路橋に及ぼす影響に関する調査を行い、その基礎的特性を明らかにするとともに、ISO 規格海上コンテナ搭載トレーラの駆動軸重緩和といった施策に成果を反映させている。しかしながら、トレーラを牽引する形式の車両は、振動特性が複雑な上に構造が多様であ表-1 試験ケース
ﾌﾚｰﾑ剛性ｻｽﾍﾟﾝｼｮﾝ
(m4)
形式
ﾘｰﾌｻｽ
19,539
(固め)
ｴｱｻｽ
6,982
(柔め)

ﾘｰﾌｻｽ
ｴｱｻｽ

積載
条件
標準
前方
後方
標準
前方
後方
標準
標準

トラクタの駆動軸が、路面に及ぼす動的荷重を直接るため、動的挙動に関して未解明な点が多い。
平成 17 年度は、セミトレーラの構造諸元と道路橋的に評価するため、図-2 に示す国総研構内の試験走路に及ぼす動的影響との関係を明らかにするため、実車およびその外周路からなる約 20ｋｍのコースを走行

走行試験を中心とした試験調査を実施した。

させ、走行中のトラクタの駆動軸を連続的に測定した。
図-3 に動的軸重の最大値の比較結果を示す。エアサ［研究内容と成果］

ス軸における動的軸重の最大値は、リーフサス軸より(1)調査の概要
海コン形式以外の多様なセミトレーラについて、トも低減される傾向にあるが、低減量は、平成 14 年度

ラクタ駆動軸が道路構造物に与える影響を明らかにすに実施した国際海上コンテナ用トレーラの試験結果とることを目的として、試験は、動的影響への寄与度が比較すると小さくなっている。

高いと考えられるトレーラの長さ、重心位置、車体剛

図-4 には、道路走行中の動的軸重波形を周波数分析

性の３つをパラメータとした実車走行試験等を実施しした結果を示す。これらより、道路走行中の車両の振た。表-1 に試験ケースを示す。

動特性は、車両条件（例えばトレーラの重心位置）によって変化が見られ、駆動軸のサスペンション以外のトレーラ部の振動の影響がみられた。また、車両の振動特性に関する詳細な分析を行った結果、条件によっては、サスペンションバネ以外のトレーラ部のピッチ
ング振動、曲げ振動などの影響が見られた。

図-1 セミトレーラの概略

126

(3)振動特性の評価手法に関する検討
図-5 に示すようなセミトレーラを模した一自由度の振動モデルを作成し、車両の振動特性をこのような単純なモデルで説明できるかどうかの検討を行った。
図-6 は、一自由度の振動モデルによる計算結果と実図-2

験結果とをプロットしたものである。図-6 によると、

道路走行試験

一自由度の振動モデルを用いた場合、条件よっては、算定の精度が低下する場合がある。振動特性の評価に5

あたっては、サスペンションバネ以外の振動の影響も0.44tf

最大動的駆動軸重(tf)4

無視できない可能性があることが示された。

1.37tf
3

バネ

減衰

2

1
海コンエア

海コンリーフ非海コンエア

非海コンリーフ

車種

図-3

図-5

動的軸重の最大値の比較

一自由度モデル■リーフサス車■エアサス車

15.0

15.0

14.0

14.0

13.0

13.0

12.0

12.0
長･標準
長･前
長･後
短･標準
h=0.01h=0.05
h=0.1
h=0.2
h=0.3
h=0.4
h=0.5

11.0

0.20

10.0

軸重(tf)

9.0

0.15

8.0
7.0

海コン

振幅

6.0
5.0

0.10

4.0

1.7Hz

0.05

3.5Hz
0.00
0

1

2

3

4

5

6

7
8
9
周波数 (Hz)

10

11

12

13

14

11.0
10.0
9.0
軸重(tf)

ケース４：エア＋長トレ、標準（１周目）

8.0
7.0
6.0
5.0

海コン

4.0

3.0

3.0

2.0

2.0

1.0

1.0

0.0
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2
振動数(Hz)0.0
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2
振動数(Hz)

長･標準
長･前
長･後
短･標準
h=0.01h=0.05
h=0.1
h=0.2
h=0.3
h=0.4
h=0.5

15
積荷後寄り

(a)リーフサス(a)ケース４(ｴｱｻｽ･標準積載)

図-7(b)エアサス

解析結果と実験結果の比較

ケース５：エア＋長トレ、前寄り

振幅

0.20

0.15

［成果の発表］0.10

1)中洲啓太、玉越隆史、石尾真理：セミトレーラの構造諸元が道路橋に及ぼす影響に関する基礎的

0.05

1.7Hz

調査、第 60 回土木学会年次学術講演会、2005.9

3.5Hz
0.00
0

1

2

3

4

5

6

7
8
9
周波数 (Hz)

10

11

12

13

14

15

［成果の活用］
大型車が道路構造物に及ぼす影響の評価手法を検討(b)ケース５(ｴｱｻｽ･前方積載)することにより、道路構造物の活用と保全の両立を目
ケース６：エアサス＋長トレ、後寄り（１周目）

指す道路行政施策に活用される。

0.20

振幅

0.15

0.10

3.5Hz
0.05

1.8Hz

0.00
0

1

2

3

4

5

6

7
8
9
周波数 (Hz)

10

11

12

13

14

15

(c)ケース６(ｴｱｻｽ･後方積載)
図-4

道路走行時の動的軸重波形の周波数分析結果

127

海外における山岳トンネルの技術基準と発注方式に関する調査
Survey of Technical Standards and Ordering Methods for Mountain Tunnels in Foreign Countries（研究期間 平成 17 年度）

道路研究部 道路構造物管理研究室
Road department Bridge and Structures division
主任研究官
堀内 浩三郎Senior Researcher Kozaburo HORIUCHI
研究官
石尾 真理
Researcher Mari ISHIO

室長
Head
主任研究官
Senior Researcher

玉越 隆史
Takashi TAMAKOSHI
小林 寛
Hiroshi KOBAYASHIThe purpose of the survey is to clarify concepts of foreign performance standards and ordering
methods by investigating design standards and maintenance standards in foreign countries, and in
addition, to reflect these in concepts of the ordering and maintenance of tunnel structures in Japan bysurveying the present state of maintenance
135 万m3／年、ノルウェー：220 万m3／年であり、ここ［研究目的及び経緯］

でも日本は１桁大きい値を示す。

現在、構造物の設計には性能規定による考え方が取り入れられる方向にあるが、トンネル構造に対しては，

表-1 欧州各国の道路トンネルの本数と延長作用する荷重が不明確であることや、構造の耐久性の国名

道路トンネル本

総延長（平均長）

出典

数（本）検討が現段階では進んでおらず、性能規定を即座に導入するには課題が多い．また、性能規定を導入する場

ドイツ

165（国道のみ）

イタリア

500（山岳トンネ

131km（792m）

COST345 WG1 report,EC

合には、我が国の現行で採用されている発注の形式もPIARC：C11 The Worldル）

異なることが予想される。
フランス

一方、我が国では道路トンネル維持管理便覧の改訂

406（うち山岳トRoad Association
255km（628m）

COST345 WG1 report,

320

287km（897m）

COST345 WG1 report,

8820

3019km（350m）

道路統計年報(2003.4)

ンネル 222）が平成 19 年度を目途に予定され、また道路トンネル技

オーストリ

術基準の改訂も技術の動向に応じて実施されているこア日本とから、性能規定や発注形式に関する考え方を整理しておくことが望ましいと考える。

EC
EC(2) 道路トンネルの技術基準体系の概略

本調査は、海外における設計基準・維持管理基準等

表-2 に各国のトンネル技術基準の概要を示す。国レを調査することにより、海外における性能規定や発注ベルの明確な技術基準を有している国は少なく、米国形式に関する考え方を明らかにすることに加え、維持では州の指針をもとに各管理者が独自のガイドライン

管理の現況の調査を行い、我が国のトンネル構造物のを持っているだけである。欧州においても EC で安全性

発注や管理に関する考え方へ反映させることを目的との共通目標を掲げた指令が発効されているものの、具する。

体の記述には至っていない。プロジェクトごとに安全性等を独自に検証し設計を行っているのが実態である。

［研究内容と成果］

今後、トンネル構造に関しては、我が国を含め、性(1)海外における道路トンネル整備状況

能規定化への対応が考えられるが、トンネルに作用す

欧米各国の道路トンネルの本数と総延長を表-１にる荷重の設定などが困難であることから構造の性能規示す。日本は急峻な国土に密な交通ネットワークを確定化は即座には難しいと考えられている。しかしなが保しなければならない特殊事情もあり、他国に比べてら道路としての施設や付帯設備、機械類等は性能規定

も本数、延長とも非常に大きな数字を示している。工が可能であり、一部の国において付帯設備等の性能規事の年間概算掘削量（過去 10 年）で比較しても、日本：定を実施しているところもある。

33

約 2000 万m ／年、ドイツ：約 260 万m ／年、スイス：

128

表-2

地質調査が困難なことによる。また、掘削に伴いトン

各国のトンネル技術基準

ネルに作用する土圧は複雑で地山条件に応じて概念的

国名

基準名

目的

適用

構成

日本

道路トンネル技術

道路トンネルの整道路法の道路に道路

総則、計画、調基準（平成元年 建 備に関する一般的管理者が主として山査、設計、施工、設省都市局長、道

技術的基準を定岳トンネル工法によ

換気、維持・修路局長通達）

め、その合理的なり建設する道路トン繕

建設および維持管

ネルに適用ないため、トンネル構造の設計は都市部のトンネルや特殊な地山条件のトンネルを除き、経験と実績による実用的な設計を行っている。このため、我が国では、理を行うための基準
欧州

European

達成すべき安全性

欧州道路網における構造、証明、換

Directive,についての共通の500m 以上の全トンネ

気、給水栓、コ

2004-5, EC

目標を示したもの

ルントロールセ

当初設計は暫定的なものとし、施工後に必要に応じて当初設計の見直しを実施している。
一方、欧米ではこれらの不確定要素への対応についンター等の安て、一般には工事保険等によりリスクを移転している

全関連設備
ドイツ

ZTV － ING Part5,

山岳トンネルのみ適

一般、調査、維BASt, 2003.1

用持管理、対策、が、その他対応について以下に示す。
①設計担当機関による違い

材料、耐水・耐火、補強、記録

詳細設計⇒1)発注者 or2)施工業者など
フラン

French Circulaire

基準の採用について

ス

inter

は知事・管理者が判

ministerielles

断1)の場合は、変更要因が生じた場合は、発注者責任2)の場合は、変更要因が生じた場合は、施工業者リスク負担

2000-63（勧告書）
米国にしか解明できず支保構造部材の設計法も確立してい国レベルの基準な

各管理者がガイドラ

専門分野ごとしインを参考に作成。

のガイドライ

州の指針類（local

自らの管理範囲に適

ンによるBuilding Code）

用②契約方式（総価契約 or 単価契約）による違い
総価契約：プロジェクトの成果に対して契約。したがって、原則契約額の変更はなし
単価契約：プロジェクトを構成する工種に対しての(3) 道路トンネルの維持管理基準
表-3 に日欧米の維持管理基準の概要を示す。2～5

施工条件や単価を約束。数量の変更や新規工種につい年に 1 度目視を主体とした点検を行っており、安全性ての変更は生じる。その場合は一般に発注者側のリス等の観点から段階評価を行い、補修補強計画へ活かし

クとなる。

ている。

③予備費の設定表-3

国名

地質調査はコスト的にも技術的にも十分に遂行するトンネルの維持管理基準の整理根拠となる維持

点検項目・頻度

点検結果の評価

補修の観点

DIN1076

通常点検：４回/年

安全性、使用性、補修、補強、その（道路の維持管

特別点検：1 回/年

ことは不可能であり、そのため地質が大きな設計要因となるトンネル工事においてはある程度の変更が避け

管理・点検基準
ドイツ

耐久性 3 項目に 1

他対策を総合評価

理点検に関する～4 で評価。6 段にもとづいてきめ基準）,

階の総合評価る

独規格られない。このため、予備費という概念が存在する。
最近では、発注受注者双方が協議をしてあらかじめ予
備費を含んだ目標額を設定し、最終工事費との差額を

協会
フランス

Documents

管理事務所による簡易点

IQOA 評価（5 段Techniques et

検：1 回/年

階評価）

Logicids, CETU

専門家による詳細点検：5

利益として折半する「パートナリング」といった制度が注目されており、英国の鉄道トンネル工事（ユーロトンネル～英国側陸地部）等では実際に運用されてい年に 1 回（国道）米国

Tunnel

新設：5 年に 1 回補修の必要性、通補修案の優先度に

inspection

既設：2 年に 1 回程度

行可否等から 10

よる

段階評価

緊急補修

manual , FHWA,る。
④紛争仲裁委員会

優先度つき補修

2003

予期せぬ地質等の原因によりリスク負担の所在につ

定期補修
日本

道路トンネル維

定期点検：5 年に 1 回

持管理便覧

変状による安全性変状評価とトンネの程度により 4 段

ル重要性を総合的階評価に判断し工法を選いて、裁判を起こすことが欧米では多く存在する。その場合は紛争調整委員会を開催し、解決を図るがプロジェクトの完成が遅れることになるので、発注者が工定期においてリスクを負うことが多い。

（４）道路トンネルの発注形式［成果の活用］

トンネル構造の設計の大きな特徴は、外力が比較的明らかな他の構造物と異なり、施工をして初めて地山

研究成果は、我が国の道路トンネルの維持管理戦略

条件やそれに伴う外力条件が明確になり設計が確定す（道路トンネル維持管理便覧改訂）および性能評価をることにある。これは、B/C 等も鑑みるとトンネル計前提とした道路トンネルの整備計画立案のための基礎

画時に設計に必要になる地形・地質の状況がトンネル資料として反映。

の全延長にわたって設計を確定できるような高精度の129