JSCE 令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会[共通セッション] 新設および大規模改修時における橋梁計画

新設および大規模改修時における橋梁計画 (4)2021年9月10日(金) 14:40 〜 16:00 CS-5 (Room46)[CS3-29] 気仙沼湾横断橋の設計段階における危機耐性向上の取組み
Efforts to "anti-catastrophe" performance at the design
stage of the Kesennuma Bay Bridge〇吉岡 勉1、松浦 雅史1、竹田 竜一1、渡辺 歩1 （1.大日本コンサルタント株式会社）〇Tsutomu Yoshioka1, Masafumi Matsuura1, Ryuichi Takeda1, Ayumi Watanabe1 （1.Nippon Engineering
Consultants Co., Ltd.）
キーワード：斜張橋、危機耐性、耐震設計、漸増動的解析、ダメージコントロール、リダンダンシー
Cable-stayed bridge, Anti-catastrophe, Seismic design, Increasing dynamic analysis, Damagecontrol, Redundancy
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東日本大震災を契機に，設計で考慮する事象を超えた事象への対応として「危機耐性」という概念が共有されつつある．
気仙沼湾横断橋は，想定外の事象に対しても損傷が制御された橋をコンセプトの一つとして設計された．
本稿では，気仙沼湾横断橋の設計段階における危機耐性向上の取組みについて紹介し，費用対効果について考察する．
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With the Great East Japan Earthquake as an opportunity, the concept of "anti-catastrophe" is being
shared as a response to events that go beyond the events considered in design.
The Kesennuma Bay Bridge was designed with the concept of a bridge whose damage was controlled evenin the event of an unexpected event.
This paper introduces efforts to "anti-catastrophe" performance at the design stage of the Kesennuma
Bay Bridge and considers cost effectiveness.

©公益社団法人土木学会

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令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会

気仙沼湾横断橋の設計段階における危機耐性向上の取組み
大日本コンサルタント 正会員

○吉岡 勉

非会員

１．はじめに松浦雅史

竹田竜一 渡辺 歩

計地震動を超える地震動を例示することが多いが，本東日本大震災を契機に，設計で考慮する事象を超え

報では地震動だけに留めず，津波発生時や斜面変状，火た事象への対応として「危機耐性」という概念が共有さ災などの事象も対象とする．

れつつある 1),2)．H29 道路橋示方書・Ⅴ耐震設計編にお３．気仙沼湾横断橋における危機耐性の取組み

いても「2.7.2 構造設計上の配慮事項」として，設計で図-2 に示す L2 地震時限界状態を目標に耐震設計さ考慮した地震力を上回る場合に脆性的な破壊を回避すれた本橋に対して，危機耐性に関して取組まれた内容ることへの配慮の考えが明記されている．

を表-1 に整理する．耐震設計では，ロバスト性の高い三陸沿岸道路において 2020 年 3 月に開通した気仙沼構造として免震構造を採用し，液状化層に対する基礎湾横断橋（鋼 3 径間連続斜張橋，L=680m）は，「維持管の安定化や，軟弱地盤との共振性の検証が行われた．

理しやすく，想定外の事象に対しても損傷が制御され，しかし，L2 地震動を超える超過地震動や地盤変状等かつ美しい形態の橋」を設計コンセプトとして，ダメーの不測の事象により免震支承やケーブルが破断する可ジコントロール設計やケーブルのリダンダンシー設計

能性もあるため，本橋では危機耐性に関する①～⑦の等が導入された

3),4)．これらは，設計基準で標準的に定取組みが実施された．以下では①，②，⑥について紹められた事象以外を想定した設計例であり，広義には介するが，詳細は文献 3，4 を確認されたい．

「危機耐性」に分類される事例と考えられる．
今後，同種の長大橋設計において参考となることを期待して，本稿は，気仙沼湾横断橋での取組みを「危機耐性」を入り口として再整理し，費用対効果について考察を加えるものである．
２．危機耐性の概念
危機耐性という概念は提唱されてから間もないため，

図-1

危機耐性の概念（文献 2 を参考に作成）

まだ定義が定まっていないが，既往文献を参考に本稿
では以下と定義する（図-1）．
危機耐性：狭義の耐震設計等では制御できない事象を考慮し，社会への影響をより小さくする性質
危機耐性を議論する場合，そのわかりやすさから設
表-1
分類

事象

図-2

気仙沼湾横断橋の設計段階における危機耐性向上の取組み一覧
求める橋の状態

耐震◆上部構造・下部構造は弾性状態
レベル２地震時
設計◆基礎構造は副次的な塑性化
想定外地震時（M9～M10級）
危機 L1・L2津波時
耐性

気仙沼湾横断橋の L2 地震時限界状態◆超巨大地震時にねばり強い構造◆弱部は維持管理が容易な構造◆津波による漂流船舶を鋼部材に直接衝突させない◆洗堀による安全性を確保

設計における取組み内容◆ロバスト性の高い構造として免震構造を採用（液状化層の下に基礎を床付け）◆軟弱地盤との共振性を動的相互作用解析より検証し，免震効果を確認①漸増動的解析（IDA）による鋼製主塔の損傷制御を実施
橋全体系として致命的な主塔柱の圧壊を回避するため，横梁上にストッパーを設置②海中橋脚は有害なせん断ひび割れが卓越しないよう海中部分の充填高さを調整③漂流船舶を鋼製主塔に直接衝突させないようにRC橋脚の天端高さを決定し，RC橋脚は船舶衝突時に弾性域に留まることを照査④津波による海底の洗堀に対して基礎の安定性を損なわないように床付け位置を設定

火災や車両衝突 ◆ケーブル1本破断があっても橋全体 ⑤静的リダンダンシー解析を行い，ケーブル破断時の冗長性よりケーブル本数を決定
時の崩壊には至らない⑥動的リダンダンシー解析を行い，ケーブル１本破断時の橋全体の安全性を確認
斜面変状時◆橋台の安全性を確保⑦斜面の安定性照査より不安定な土層の地盤抵抗を無視して深礎基礎を設計

キーワード

斜張橋，危機耐性，耐震設計，漸増動的解析，ダメージコントロール，リダンダンシー

連絡先〒330-6011

さいたま市中央区新都心 11-2

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令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会①漸増動的解析(IDA)による鋼製主塔の損傷制御

5.00以上 5.00以上

5.00
4.50

加速度波形倍率（Scale Factor，SF）を変化させた漸震時において，脆性的な破壊に至らしめる弱部の把握，対策前SF

4.00

Scale Factor

増動的解析(IDA)を実施し，L2 地震動を超える想定外地対策後SF
4.16
4.08

余剰耐力及び対策後の効果の検証を行った．

3.50

RC橋脚のﾀﾞﾒｰｼﾞｺﾝﾄ
ﾛｰﾙは2-2で後述

3.42

3.00

2.01

2.07主塔ﾀﾞﾒｰｼﾞｺﾝﾄﾛｰﾙによりSFが上昇

1.29

1.32

破断 張力 抜け 鋼主桁
ケーブル
終局

P11P12鋼主塔終局

1.852.00

橋軸直角方向加振時の IDA 解析結果（図-3）より，SF

1.60

1.45

1.39

1.33
1.23P11P12RC橋脚終局

P101.81
1.29
1.23

1.00＝1.29～1.32 にて主桁が主塔の柱に衝突することにより，主塔下部の柱が終局に至ることがわかった．主塔

P10P11P12
免震支承破断A2

図-3 IDA 解析による各部材損傷時の SF 値

柱が圧壊すると脆性的な崩壊に至るリスクが高まるため，横梁上の主桁側に緩衝装置を設置し，衝突力は支承台座を介して横梁が受ける対策とした（図-4）．対策後は，横梁が損傷した後に下柱の圧壊に至る破壊順番と図-4なったことで，L2 地震動の 2 倍程度まで余剰耐力を有鋼製主塔の損傷制御策しており，損傷制御の効果が確認された．
②Push Over 解析による海中橋脚の損傷制御
P12 橋脚の海中部は点検補修が容易でないことから，Push Over 解析により L2 地震時のひび割れ状況を確認した（図-5）．中空断面部は有害な斜めせん断ひび割れが広範囲に発生するが，充実断面に変更することで海中部に斜めせん断ひび割れはほぼ発生しないことを確認した．主塔基礎の鋼管矢板基礎は鉛直支持力に余裕

海中部中空断面
海中部充実断面図-5 Push Over 解析による L2 地震時のひび割れ状況があったことから，海中部までを充実断面とした．
⑥動的リダンダンシー解析によるケーブル破断時照査
火災や車両衝突によりケーブル１本が破断する事象を想定し，動的リダンダンシー解析により周辺部材や橋全体系の安全性を照査した（図-6）．活荷重満載状態でケーブル１本が破断した場合は主桁下フランジに1.37εy のひずみが発生するものの，実事象として起こ

図-6 ケーブル破断時の挙動(動的リダンダンシー解析)

り得る活荷重半載状態でのケーブル 1 本破断では，周表-2辺の主桁も降伏しないことを確認した．

事象

設計における取組み内容

想定外地震時（M9～M10級）

４．危機耐性向上によるコスト影響
以上のような危機耐性の取組みによる各部材のコス

L1・L2津波時

ト影響を表-2 に示す．3％程度のコスト増となる取組み

危機耐性確保によるコスト影響
コスト比※

備考

①鋼製主塔の損傷制御

1.004

主塔工2基分

②主塔RC中空橋脚の損傷制御

1.034

橋脚工1基分

③主塔橋脚の船舶衝突時照査

1.000

橋脚工1基分

④洗堀対策（床付け位置設定）

1.005

基礎工1基分

②⑦がある一方，橋全体のじん性向上に寄与した①鋼

火災やケーブル ⑤冗長性によるケーブル本数設定
への車両衝突時 ⑥ケーブル１本破断時照査

1.000

ケーブル材料費

1.000

ケーブル材料費

製主塔の損傷制御策は 0.4％増であり，費用対効果が高

斜面変状時

1.026

橋台工1基分

1.007

上下部工事費い．また，工事費全体で見てもコスト増は 0.7％であり，狭義の耐震設計に留めず，脆性的な破壊を回避するた⑦斜面変状を考慮した深礎基礎設計
斜張橋工事費に対する比率※コスト比は備考に記載の工種における対策工と標準工のコスト比のこと

謝辞：仙台河川国道事務所には本稿の発表にあたりめの危機耐性に取組む意義は大きいと考えられる．

ご支援いただいた．ここに記して謝意を表する．
参考文献
1) 高橋，秋山，片岡，本田：国内外の道路橋の設計指針に見られる「危機耐性」の分析，土木学会論文集A1，Vol. 72，No. 4，pp. I_821-I_830，2016.

2) 武田，西村：橋梁耐震への危機耐性導入に関する一考察，土木学会論文集 A1，Vol. 75，No. 4，pp. I_688-I_700，2019.
3) 向田，浦田，竹田，渡辺，池田，太田：（仮称）気仙沼湾横断橋鋼斜張橋部の設計コンセプトと計画，橋梁と基礎，Vol.54，pp.12-18，2020.10.
4) 平山，吉岡，松浦，石井，末松，平野：（仮称）気仙沼湾横断橋海上部の耐震・耐風設計と架設計画，橋梁と基礎，Vol.54，pp.20-26，2020.10.

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