合成 I 桁の曲げ及びせん断相関強度の解明に関する実験的研究
建設構造研究室 中花 洋介
指導教員 長井 正嗣

1．はじめにBasler 式(式(2))の妥当性を確認する．

近年，橋梁建設コストの削減が強く求められ，MM u( p)1990 年代前半から構造形態改革が進められ，少数主桁を用いたシンプルな形態の連続合成

4Q
Qu4(1)

1.0

桁の建設数が増加している傾向にある．しかし，

ここで，M，Q は作用曲げモーメントおよび更なるコスト削減を図るために，更にシンプルせん断力．Mu，Qu は終局曲げモーメントおよな構造の開発は困難であり，したがって設計法

びせん断耐力で，本研究は Mu を全塑性曲げモのシフトとの組み合わせを考慮する必要があーメント Mp，Qu を Basler 式から算出したせんると考える．現在，我が国における鋼橋の設計断耐力としている．

は道路橋示方書で扱われている許容応力度設計法に基づいている 1)．より一層のコスト削減のためには終局限界を塑性強度とした塑性設計法の導入が必要と考える．

Qucr

31

Qyy2cr1y(2)2当研究室では，合成桁を対象に塑性設計を導ここで，Basler 式は後座屈強度を考慮した式入するための実験や解析的検討などを行ってで，τcr はせん断弾性座屈強度，τy は降伏せんいる．前年度において曲げ耐力の確認，断強度である．

Ductility 条件の検討を行った 2)．1996 年にはせん断強度評価に関する実験を実施し，せん断強度評価には Basler 式が適していることを明らかにしている 3)．

2．実験概要図‐1 に，本実験の目標とする曲げせん断比の範囲を示す．4 乗則を基準に，曲げせん断相さて，合成 I 桁に曲げモーメントとせん断力関実験はお互い影響し合う範囲としている．せが作用すると，せん断の相関作用により，曲げん断実験は曲げ作用も加わるが，相関図(図‐1)耐力の低下が予想される．しかしながら，合成より，曲げモーメント比が 50%より低い場合，桁を対象にした耐力の検討や実験はほとんど曲げモーメントの影響が非常に小さいことか行われていないのが現状である．そこで，合成ら，この範囲でせん断強度の確認を行った．

桁の性能照査限界状態設計法の開発研究の一

図‐2 に，曲げせん断相関強度実験の実験桁貫として，曲げとせん断作用の比率が異なる 3を示す．全ケースでアスペクト比は 1.5 である．

ケースの静的載荷実験を実施し，相関強度の確図‐3 にせん断実験の実験桁(α=1.5，2.0)を示

認および当研究室が提案する 4 乗相関則(式(1))

す．図‐4 に 2 重合成せん断実験の実験桁を示による照査方法の妥当性の検討を行う．さらに， す．表‐1 に全実験の各材料特性値を示す．
アスペクト比(α)=1.5 および 2.0 を有する合成載荷方法は，最大圧縮荷重 10,000kN の大型桁および 2 重合成桁のせん断強度実験を行い，構造物試験機(写真‐1)を用い，最大荷重を終局

1曲げ耐力(もしくは，せん断耐力)とし，最大荷図‐3重に対し 12.5%，25%，37.5%，50%，降伏荷M M p :Q Qu

せん断実験桁(α=1.5，2.0)

重の 90%，最大荷重の順で漸増載荷実験を行っ0.59 : 1.0Pた．せん断実験は，後の実験に影響を少なくす照査パネル 照査パネルるため，α=1.5 を先に実施した．

1200M/Mp

2800

1200(mm)

曲げせん断相関実験

図‐42 重合成桁せん断実験桁

1表‐1

材料特性(N/mm2)

実験桁

U.Flg

WebL.Flgσck(コア)①307

31430740.75②307314

305

39.00

③307329

307

40.90

せん断307329

307

50.70

2 重合成

30732930751.70

4 乗則
2 乗則

0.5
せん断実験

000.5

図‐11Q/Qu

曲げせん断の相関関係① M M p : Q Qu 1.0 : 0.95
P

大a=1500(mm)

せん断作用② M M p :Q Qu 1.0 : 0.75
P照査パネル

Hw=5600(mm)7000③ M M p :Q Qu 1.0 : 0.58P(mm)

小照査パネル9200

図‐2α=2.0
M M p :Q Qu
2200

α=1.50.46 : 1.0

M M p :Q Qu

P1P2

照査パネル②2000(mm)

写真‐1

曲げ，せん断相関強度実験桁0.39 : 1.01700

照査パネル①9500

1500(mm)

試験機と桁設置状況

3．実験結果と考察
3.1

曲げせん断相関実験

図‐5 に相関実験の荷重 P と鉛直変位δv の関係を示す．全ケースで，桁中央が全塑性曲げモーメント達成する荷重 Pp を上回っている．
これは，モーメント最大の桁中央断面が全塑性化した状態でも，他の領域は弾塑性あるいは弾Pu①=2356 kN

2500

性状態であること，また，ひずみ硬化による影曲げせん断①(実験)
曲げせん断②(実験)
曲げせん断③(実験)Pp ①

響と考えられる．

Pu②=1865 kN

2000

比が高い曲げせん断①で，せん断座屈による斜1500

張力場の変形が生じた．他の実験桁では見られ荷重P(kN)

写真‐2 にウェブの面外変形を示す．せん断Pp ②

Py①

Pp③

Py②

Pu③=1417 kN
1000

Py③

なかった．
表‐2 に終局荷重時の各断面力(終局耐力)お500

よび Mp，Qu(Basler)の計算値を示す．また，図‐δu①=37mm

06 に各終局耐力を計算値でそれぞれ無次元化し0204060

ロットしたものを示す．さらに，前年度の曲げ終局曲げモーメント Mu は Mp に達し，せん断80100120

鉛直変位δv(mm)(以下，無次元化耐力)，曲げせん断相関図にプ
耐力結果も併せて示す．同図より，全ケースで

δu③=87mm

δu②=42mm

図‐5

荷重‐鉛直変位(曲げせん断)

M Mu p
曲げ耐力(06‘)

作用による強度低下は確認できなかった．今後，実験及び計算例を蓄積し，その妥当性を検討す

1る．
表‐2(kN･m，kN)

終局耐力

実験

4乗則
2乗則

0.5

計算値

AASHTO

MuQu

MpQu(Basler)

①3298

1178

3061

1149

②3264

933

3033

1149

③3259

709

3127

1171

06’

5480

−

5026

−EC(曲げせん断実験用)
曲げせん断①
曲げせん断②
曲げせん断③000.5

図‐61Q Qu

曲げせん断相関関係

斜張力場a) 曲げせん断①b) 曲げせん断②

写真‐2

ウェブの面外変形(相関実験)c) 曲げせん断③

3.2

せん断実験(α=1.5，2.0)

2000

図‐7 に最も大きくたわみが生じた断面の荷Pu(α=2.0)=1607kN

重 P とウェブの面外変位δw の関係を示す．アPu(α=1.5)=1545kN

1500

面外変位が発生し，弾性座屈から後座屈への明確な挙動を確認できない．この要因として，初荷重P(kN)

スペクト比α=1.5 の場合，比較的低い荷重からS

D

1000
載荷点側

α=2.0

期たわみが大きかったことが考えられる．一方，

α=1.5

500

α=2.0 の場合，せん断座屈現象が明確に現れたS断面(α=1.5)
算定耐力(α=1.5)
弾性座屈(α=1.5)

後に後座屈挙動が見られ，最大荷重 Pu に至っ

D断面(α=2.0)
算定耐力(α=2.0)
弾性座屈(α=2.0)

0ている．また，両ケースの最大荷重は Basler-505より算定したせん断強度を上回った．
写真‐3 にウェブの面外変形を示す．両ケー

図‐71015
面外変位δw (mm)2025

荷重‐面外変位(せん断)スで曲げせん断①と同様にせん断座屈による斜張力場の変形が生じた．
表‐3 に終局せん断耐力 Qu(実験値)と降伏せん断強度 Qy(計算値)を示す．また，図‐8 にせん断耐力と幅厚比パラメータλs の関係を各強度式と併せて示す．同図より，α=1.5，2.0 お
よび 96 年に実施した 3.0 のせん断耐力は，Basler 式より高く現れていることから，Basler式により安全に評価できると言える．しかし，どの程度安全側の評価になっているかについa) α=1.5て，定量的な考察ができていない．今後，床版のせん断負担や床版を含むフレーム作用など

写真‐3b) α=2.0

ウェブの面外変形(せん断実験)の効果を明らかにする必要がある．
Qu Q y表‐3終局せん断耐力と降伏せん断強度
Qu(kN)

Qy(kN)

Qu/Qyλsα=1.51269

1596

0.80

1.43

α=2.01233

1596

0.77

1.52

α=3.01499

3291

0.46

2.443.32 重合成せん断実験

図‐9 に最も大きくたわみが生じた断面の荷

α=1.5

1

α=2.0

α=3.0(96‘)

00

1

重 P とウェブの面外変位δw の関係を示す．2
重合成でもα=1.5 と同様に明確な座屈挙動がBasler(1.5)
Basler(2.0)
Basler(3.0)

Basler(α=1.5)
Basler(α=2)
Basler(α=3)
PART-A
EC
実験値α=1.5
実験値α=2.00.52s

図‐8y3E

せん断強度比較

見られなかった．Basler より算定したせん断強

4000

Pu=3594kN度を上回った．

3264kN

写真‐4 にウェブの面外変形を示す．ここできる．前結果のα=1.5，2.0 の斜張力場は上フランジから対角線上に分布していた．一方，23000

F荷重P(kN)

もせん断座屈による斜張力場の変形を確認で重合成では床版下から対角線上に分布してい2000

1000ることから，床版の拘束効果を確認できる．

F断面
せん断耐力(Basler)
03.4

4 乗相関則の適用

-505

1015

面外変位δw (mm)

表‐4 にせん断実験(α=1.5，2.0，2 重合成)の終局荷重時の各断面力(終局耐力)および Mp，

図‐9荷重‐面外変位(2 重合成)

写真‐4ウェブの面外変形(2 重合成)

Qu(Basler)の計算値を示す．また，図‐10 に全実験の無次元化耐力を曲げせん断相関図にプロットしたものをまとめて示す．本実験，および過去に実施した耐力実験結果は，本研究で提案している 4 乗相関則の外側に位置していることから，4 乗側を適用する設計は安全側になると言える．しかし，パラメータが限定されていることから，今後更なる実験および計算例を蓄積し，相関強度の扱いについて検討を行う必要がある．
表‐4(kN･m，kN)

終局耐力

実験

計算値

MuQu

Mp

Qu(Basler)

α=1.5

1903

1269

4490

1171

α=2.0

2470

1235

4490

1043

α=3.0−

1499

−

1303

2重2516

1797

4744

1632

M Mu p
曲げ耐力(06‘)
14乗則
2乗則
AASHTOEC(曲げせん断実験用)EC(せん断実験用)
曲げせん断①
曲げせん断②
曲げせん断③
せん断α=1.5
せん断α=2.0
2重合成せん断0.5

4．結論
本研究は，合成 I 桁の曲げとせん断の相関関係を明らかにするため，曲げせん断比を変化させて静的載荷実験を行った．さらに，Basler 式によるせん断強度の妥当性を検討するため，アスα=3.0(96‘)

000.5

図‐101Q Qu

曲げせん断相関結果

20ペクト比α=1.5 と 2.0 を有する合成桁および 24)上記 3)の安全側の程度について，定量的な考

重合成桁の静的載荷実験を行った．

察が今後の課題となった．床版のせん断負担，本研究で得られた結果を以下に示す．
1）曲げモーメントとせん断作用の比率を変化

床版を含むフレーム作用等の効果を明らかにする必要がある．

させた 3 ケースともに，曲げ強度は，せん断作用に関係なく塑性モーメントに達し，曲げとせ

参考文献

ん断の相関作用および相関に伴う強度低下は

1) （社）日本道路協会：道路橋示方書・同解説見られなかった．

（Ⅰ共通編，Ⅱ鋼橋編），2002.3

2)本実験から，4 乗相関則を適用する設計は，

2) PHAN QUY THANH：正・負曲げを受ける安全側になると言える．しかし，パラメータが合成桁の終局挙動に関する実験的研究，長岡限定されていることから，今後更なる実験，計技術科学大学建設工学専攻 修士論文，平成算例を蓄積し，相関強度の扱いについて検討を

18 年 2 月行う必要がある．

3) 大垣 賀津雄：PC 床版連続合成 2 主桁橋の合3)α=1.5，2.0 を有する合成桁および 2 重合成

理的設計，施工法の開発研究，平成 12 年 9桁のせん断強度は，Basler 式で算出した強度よ月

り高い値を得たことから，Basler 式を採用することで，安全側に強度を評価できる．