領域４コスト構造を改革し、道路資産の効率的な形成

部分係数設計法の適用性向上に関する調査検討
Study on application of partial factor design for existing bridges
（研究期間

長

平成 29～令和 2 年度）

道路構造物研究部 橋梁研究室
Road Structures Department

室
Head

白戸 真大
SHIRATO Masahiro

Bridge and Structures Division

主任研究官

中尾 勝

Senior Researcher

NAKAO Masaru

研究官
Researcher

大西 諒
ONISHI Ryo

交流研究員

平野 義徳

Guest Research Engineer

HIRANO Yoshinori

The performance of a whole bridge system is usually evaluated as individual parts, because there are nostandards to evaluate the system reliability considering the evolution of plasticity at parts. This study seeks astandard design method to evaluate the bridge performance as a system including loads and load combinations aswell as the limit states of structural members.
重どうしの比率を評価しようとするものである。各荷［研究目的と経緯］
H29.7 に道路橋示方書が改定され、従来の許容応力度

重の確率モデルは国総研資料第 1031 号と同じにする

法が廃止され、部分係数法が導入された。また、限界状が、国総研資料第 1031 号では、複数の橋を対象に、評態設計法が導入され、部材の塑性域の変形特性を直接価期間を 100 年としたときに橋の各部でそれぞれもっ的に考慮する設計体系に移行した。新規に橋を架橋す

とも厳しい断面力を発生される荷重の組み合わせを評るだけでなく、既設橋の拡幅や大規模更新を行うとき価していた。一方で本検討では、図-1 に示すニールセにもこれらの設計法を用いることで、信頼性を確保しンローゼ橋を対象に、また、評価期間については 1 年

つつ合理的な設計を実現できる可能性がある。特に、と 10 年を対象に荷重組み合わせを評価することにし橋の設計では、完成後の状態だけでなく、施工中につた。

いても応力状態をコントロールする必要があり、既設橋の拡幅や大規模更新においては、既設部分を供用しながら新規の部材の追加をしたり、一部を除去して置き換えたりなどの施工も出てくる。したがって、架設中の設計に用いる荷重組み合わせ等の設定を案件ごとに行うことができればよいが、実際には施工期間等を考慮して決定する必要があるので一概ではない。そこ
で、今年度は、H29 年道示の適用性を向上させるために、架設時を念頭にしたときの荷重組合せや荷重係数、荷重組合せ係数の試算を行い、期間に応じた調整方法を検討するうえで基礎的なデータを得ることにした。
［研究内容］
１．試算の方法と対象
試算は、H29 年の道路橋示方書の改定のために当研究室が荷重組合せの試算を行ったものである国総研資料第 1031 号の方法に準じるものとした。以後、荷重シミュレーションという。ある架橋地点を仮定したときに、各種の荷重の当該地点での発生を確率過程としてモデル化し、予め仮定する期間中の同時載荷過程を考慮し、
図-1

期間中に橋に最も影響を与える荷重の組み合わせや荷17対象とする補剛桁位置

確率 95%値）を水準とし、キャリブレーションすること

活荷重や温度変化の影響などは長くても日単位で変が考えられる。

動するとも考えられる一方で、温度変化については季表-3節の影響も受けると考えられ、風荷重は季節風や台風など年単位で変動するとも捉えられる。そこで、期間の違いによる荷重組み合わせの違いに特に着目し、風用いることにした。たとえば、評価期間が 10 年であれ
ば、10 年間にわたって確率過程として荷重の同時載荷を逐次与え続け、着目断面の最大の断面力とそのときの各荷重の内訳を求める。これを 1000 回繰り返し、施工時断面力の非超過
確率
割増係
割増係数
数考慮
考慮無
有

最大値分布の特性（kN）

評
価
期
間

荷重の影響が大きな部材を含むニールセンローゼ橋を

平均値

標準偏
差

変動係
数

95%値

10
年

5893

1162

0.197

6702

0.0%

84.1%

1年

5021

603

0.120

5698

0.0%

98.7%

注）割増係数考慮有は表-2 の②/①の値、割増係数考慮無は表-2 の①の値を示す。

1000 個の断面力最大値（1000 個の 10 年極値）から、b）ケース 2：温度変化の影響、風荷重（季節風）、地震の影響を考慮

10 年間断面力最大値（極値）
分布を作ることができる。

評
価
期
間

本稿では、風荷重の影響が大きい断面として補剛桁の軸力に着目し、整理した結果を示す。
２．荷重シミュレーション結果
補剛桁の軸力の最大値分布を求めた結果を表-1 に示

施工時断面力の非超過確率最大値分布の特性（kN）
平均値

標準偏
差

変動係
数

95%値

割増係数
考慮有

割増係数
考慮無

10
年

2938

1849

0.629

6499

83.5%

94.0%

1年

1237

1110

0.897

2751

98.1%

99.1%

注）割増係数考慮有は表-2 の②/①の値、割増係数考慮無は表-2 の①の値を示す。

す。各期間について、地震の影響を考慮しない場合、ま次に、評価期間を 1 年としたときの荷重シミュレー

たは、考慮する場合のそれぞれについて荷重シミュレションから得られた断面力最大値分布の非超過確率ーションを行った。
表-1

評価期間別の確率統計的な比較（a）ケース 1：温度変化の影響、風荷重（季節風・台風）、地震の影響を考慮

95%値周辺の断面力最大値のいくつかに着目して、荷重補剛桁の設計断面力

組合せとそのときの荷重係数（特性値を発生荷重で除荷重

設計断面力(kN)

断面力割合

温度変化の影響(TH)

5

0.00

風荷重(W)

4251

0.41

地震の影響(EQ)

6090

0.59

合計値

10346

1.00

した値）を表-4 に示す。比較のために、道路橋示方書に示される荷重組合せと荷重係数と荷重組合せ係数の積の例を抜き出して示した。今回の結果から、本体設計の荷重組み合わせと荷重係数等を適用できる可能性も認められる一方で、死荷重(D)と地震の影響(EQ)の組
み合わせについては、期間が短い場合には、D+EQ の組

これまでの許容応力度法を用いていたときに多く用み合わせに代えて、D+TH（温度の影響）+EQ の組み合わいられてきた荷重組合せと許容応力度の割増し係数をせに置き換えられる可能性が確認された。

表-2 にまとめた。許容応力度の割増し係数は、複数の表-4荷重が同時に同比率で作用することはまれなことも考過確率 95%値周辺の荷重係数との比較

慮して、断面力の大きさで補正する役割を有する。そ

組合せ

TH

W

(D+) TH+W

0.09～0.61

1.33～1.35

―

D+W

―

1.25

―

0.94

―

評価期間 1 年の断面力最大値分布における非超EQ

こで、許容応力度法の荷重組合せを載荷したときに計算出結果算される断面力を許容応力度の割増し係数で除した値

H.29 道示も求めた。

H.29 道示

D+TH+W

0.75

算出結果(D+) TH+EQ

0.06～0.63―

0.42～0.53

H.29 道示

D+EQ

―

―

1.0

H.29 道示

D+TH+EQ

0.5

―

0.5

表-2
本検討の荷重組合せ

荷重組合せと割増係数①
施工時断面力②
許容応力度の割増係数①/②(D(死荷重)+) TH

5

1.25

4

(D(死荷重)+) W

4251

1.40

3036

(D(死荷重)+) EQ

6090

1.50

4060

今後試算を追加することで、架設期間と架橋位置の特性に応じた橋の安全性評価方法設定の可能性について、さらに検討を進めたい。

そして、これらが荷重シミュレーションで得られた
断面力 1 年又は 10 年最大値分布の中でどの程度の確率水準に相当するのかを計算した。結果を表-3 に示す。

［成果の活用］

表-1 の断面力の確率統計的な位置付けは、評価期間 1

道路橋示方書や補修補強に関する技術資料等の技術

年の断面力最大値分布の非超過 95%相当、又は、評価期基準改定のための基礎資料として活用する予定である。

間 10 年の極値となる傾向が見られた。つまり、架設時の状況を想定した荷重組合せや荷重係数は、評価期間
を 1 年とした断面力最大値分布の極値（例えば非超過

18高強度材料の活用による橋梁構造の合理化に関する調査検討
Investigation on rationalization of bridge structure by utilizing high-strength materials（研究期間 令和元～令和 4 年度）

道路構造物研究部 橋梁研究室
Road Structures Department
Bridge and Structures Division

室長
Head
主任研究官
Senior Researcher
研究官
Researcher
交流研究員
Guest Research Engineer

白戸 真大
SHIRATO Masahiro
中尾 勝
NAKAO Masaru
大西 諒
ONISHI Ryo鈴木 克弥
SUZUKI Katsuya

In order to use high-strength steel for road bridges, it is necessary to establish a more rational design method
using the partial coefficient method. In this study, we carry out load-bearing tests and analyze on girder and pier bychanging the material, shape, stiffener arrangement, etc., to clarify the load-bearing characteristics, and propose arational design method.
SBHS500 は降伏荷重到達後、ほとんど荷重の増加が［研究目的及び経緯］

ないまま、急激にひずみが増加することがわかる。

2017 年に道路橋示方書（以下、道示とする）が改定され、設計法が許容応力度設計法から部分係数設計法

SM490Yへと変更された。部分係数設計法ではより合理的で信頼性の高い設計が可能となるが、今回の改定では、鋼桁の曲げ耐荷力についての基本的な基準耐荷力曲線などは踏襲されている。
一方、橋梁用高降伏点鋼板（以下、SBHS）の耐荷力に関する具体的な規定が盛り込まれ、今後は SBHS が広く
道路橋に使用されることが期待される。部分係数設計法においては、基準耐荷力曲線を見直すことにより、

SBHS500

より合理的な設計が可能となるため、実験や解析により耐荷力特性を把握することが不可欠である。
［研究内容］
本研究では、今後の基準耐荷力曲線改定の根拠となる基礎資料を収集するべく、SM490Y、SBHS500 を用いた
鋼 I 桁を製作し、曲げのみおよび曲げとせん断を同時
図-1に受ける鋼 I 桁の静的載荷試験を実施した。また、ウ

荷重ひずみ曲線(2)桁試験体

ェブの面外座屈に起因する耐力の低下を把握し、桁の今回比較のために用意した試験体の形状を、図-2

耐荷力を規定するために、ウェブの面外変位にも着目に示す。

し、耐荷力との関係性について考察した。

試験体は材質以外のパラメータの考え方は同様としている。具体的には、フランジの幅は十分広くす(1)材料特性ることにより、桁の曲げ破壊を確実に発生させるプ

今回使用した鋼材の SM490Y と SBHS500 の荷重ひずみ曲線を図-1 に示す。最大荷重/降伏荷重は、

ロポーションとしたうえで、腹板の幅厚比を道示のSM490Y では 1.3～1.4 倍程度であるのに対し、最小から緩和（1.2 倍）している。載荷は曲げ載荷

SBHS500 では 1.02～1.08 と極めて低い、つまりとして最大荷重まで繰り返し載荷としている。

19

①C 試験体(SM490Y)②A 試験体(SBHS500)
図-2

試験体図

［研究成果］

SM490Y

各桁試験体の載荷試験結果図-3 に示す。
従来の鋼材(SM490Y)を使用した、試験体 C の荷重変位曲線を見てみると、降伏荷重から終局荷重まで約55％程度荷重が増加している。また、降伏後の変形についても、実験では破壊までいたってはいないものの、急激な荷重低下がおこらない範囲で 3δy 以上あることが分かる。
一方、SBHS500 を使用した、試験体 A の荷重変位曲線を見てみると、降伏荷重から終局荷重まで約 15％程度しか荷重が増加してしない。また、降伏後の変形についても、1.5δy 程度で支持荷重が降伏荷重程度まで落ちている。
一方で、ウェブの面外変形を見てみると、試験体 Cは最大荷重時ですでに大きな面外変形が発生しており、最大荷重後は急激に増加していることが分かる、
このことより、試験体 A は最大荷重後の挙動として構造的に安定していると言える。
これは(1)で示したように、材料自体の特性が影響しており、従来の鋼材をそのまま SBHS に置き換えた
場合、降伏強度は材料特性通りに高くなるが、降伏後の挙動を考慮して部分係数等を適切に設定する必要があることを示唆する。

SBHS500

図-3

荷重変位曲線およびウェブの面外変形

また、桁やアーチの圧縮材の補剛材として、SBHS を使用することにより、桁が降伏した後も補剛材が降伏しないため、桁の座屈強度が高まることも期待できる。
しかし、これらの材質を組み合わせた断面は実験結
果も少なく、どのような荷重変位履歴をたどりどのよ［考察］
上述のように、部材の終局状態までを考慮する場合、

うな終局状態に至るかは、不明な点が多いため、今後実験で検証を進める必要がある。

桁の材料として、SBHS 材を使用すると変形性能は低くなるものの、面外変形が抑制され、安定した挙動が得［成果の活用］

られるというメリットがある。
一方で、設計上基本的に降伏を許さない部材（鋼製

桁の耐力に関しては、引き続きパラメータを変えた

橋脚の隅角部、桁の補剛材）に採用することにより、合試験をおこない。ハイブリット化やディテールの改善

理的な設計が可能となることが期待できる。

により、残留変形が小さく、降伏後の残存耐力、変形性能が確保される構造の提案を目指す。
また、鋼製橋脚についても、SM580 や SBHS 材の使用時の、具体的な挙動を実験により確認することで、鋼製橋脚への高強度材の使用方法を明確にすることを目指す。
これらの成果は、示方書の改定時に新たな知見として用いることができる。

具体的には、鋼製橋脚の隅角部の場合、従来の鋼材を用いて設計を行うと、非常に板厚が厚くなり、死荷重増加、製作性の低下、輸送時の問題が発生するが、こういった箇所の母材およびリブに SBHS 材を用いることにより、上記の問題を解決する一つの方法となりうる。

20

土工構造物等の要求性能に対応した変状評価、性能向上に関する調査検討
Study on deformed state evaluation according to required performance and performance improvement of substructures（研究期間 平成 29～令和元年度）

道路構造物研究部 道路基盤研究室
Road Structures Department,
Pavement and Earthworks Division

室長
Head
主任研究官
Senior Researcher

渡邉 一弘
WATANABE Kazuhiro
藤原 年生
FUJIHARA Toshio

Focusing on the cut method surface irregular form of the existing road earthwork structure is unclear, theodd grasp method, based on the latest technical trends, to organize the applicability and variation
grasping method of the technology.
［研究目的及び経緯］
道路土工構造物の地震や豪雨による被害が依然として多い。平成 27 年に「道路土工構造物技術基準」が制定されて要求性能を求めているが、定性的な表現が多くなっており、既設構造物の損傷形態の解析や性能評
価手法の確立が急務となっている。本年度は、既設の道路土工構造物のうち変状形態が複雑である大規模切土法面に着目し、変状の把握方法について、最新の技
術動向を踏まえて、技術の適用性や変状把握方法について整理するものである。

変状のうち目視では捕らえにくい「はらみだし」に着眼して、適応する技術の整理を行った。また、点検技術の技術的特徴、データ密度、精度解像度等の目
安、適用可能な部位、制約条件、主な活用例、コストなどについて整理した。
2．大規模切土法面の変状検出技術の課題検証（1）実現場でのデータ取得
１．を踏まえ、西九州自動車道(唐津伊万里道路)の大規模切土法面（法枠工、モルタル吹付）を対象に現場検証を行うこととし、現地計測（MMS 計測、TLS（地上ﾚｰｻﾞｽｷｬﾅ）計測）と既存 UAV 計測データを整理した。写真-1 にそれぞれで計測したデータを示す。
(2)MMS による計測範囲の検証
MMS による計測では、切土法面高さ 12.0ｍ程度まで再現することができるが、小段のある 5.0ｍ付近については、点群データ欠損部があるため、細部形状が再現できない部分がある。

［研究内容］
本研究では、切土法面の点検方法と新技術の整理を行い、法面変状のうち「はらみだし」に着目して検出できる技術を整理し、点群データを活用する技術を抽出した。また、導入上の課題検証のため MMS（ﾓｰﾋﾞﾙﾏｯﾋﾟﾝｸﾞｼｽﾃﾑ）を主体に法面の変状の精度確認や一連区間での適用性の確認を行い、点群密度や計測方法の精度確認と留意点を整理した。
［研究成果］
1． 長大切土法面の点検方法と新技術の整理
長大切土法面点検の実施項目ごとに新技術の適用性を整理し、「はらみだし」に着目して、技術の適用性を整理した。
(1)新技術の適用性
道路土工構造物点検要領や道路防災点検の手引き
等のマニュアル類を参考にレーザー測量による点群取得技術の適用にあたっての点検フローと実施内容を個別に整理した。また、点検方法の「事前準備」、「現地調査」、「点検結果とりまとめ」、「維持管理の検討や次回点検」の各場面における課題と解決方法
別も整理した。
（2）変状状況（はらみだし）に着目した点検方法

写真-1 点群データの全体図
表-1 UAV・TLS と MMS の比較

21

(3)MMS を補足する TLS・UAV の計測
MMS は通常の車両走行で高精度なデータを短時間で低コストに取得が可能である。しかし、前述のとおり
小段部や法面上部では点密度が低下することから、調査対象の範囲や規模、法面形状などに応じて、TLS や
UAV での補足が必要である。
UAV は、
広範囲なデータ取得が必要な現場においては有効である。しかし、点群密度が比較的粗いことや飛行許可等に留意が必要である。
TLS のデータ取得範囲は、UAV と MMS の中位に位置する。遮蔽物などによる点群欠損が一部みられるが、高精度で MMS の計測範囲より広いデータ取得が可能である。道路上への機器設置条件、計測時間、コストなどに留意が必要である。表-１に UAV・TLS と MMS の比較を示す。
(4)点群表示システム
点群データを有効に活用するツールとして、点群を詳細かつ高速で閲覧できるシステムの汎用版が既に開発されている。これらのシステムを活用することにより、MMS 点群、カメラ画像を一元的に確認できるため、計測時点の法面の詳細な形状の表示が可能になり、法面点検時に法面の状況を迅速、的確に把握できる。
(5)はらみだしの模擬検証
MMS で取得したデータにより、基準面解析を利用したデータ解析を行った。MMS 計測で 2cm 程度のはらみ出
しの検出に適用できることを確認した。図-1 にはらみだしの抽出結果を示す。
計測した点群データを活用することにより、目視で把握できない変状を把握できるようになれば、点検精度の向上や作業の効率化に寄与すると考える。
なお、基準面解析の特性より、対象法面の形状や基準面の選択方法が抽出精度に影響を及ぼすため、他の法面形態に対する同手法の適用については個別の検討が必要である。
(6)2 時期点群データの解析手法の検証
2 時期の点群データの差から、法面の変状（はらみだし）の検出精度の確認と計測方法の組み合わせについて、現場での作業効率や、解析の効率、変状の抽出精度の整理と評価を行った。
解析手法の初期値は TLS などにより高密度な点群を取得し、初期値に対する比較データは MMS で点群を取得し、自動で誤差を補正する方法が最も効率よく、抽出精度も高いことが明らかとなった。なお、TLS で広範
囲の点群データを整備するには、コスト面などに課題がある。
なお、変状規模が大きい場合は、変状の抽出精度に対する高い要求性能が求められないと考えられるため、経済的なデータの取得方法を選択できる可能性がある。

22

図-1 模擬はらみだしの抽出結果
３．一連区間の点検における点群データの適用性
一連の区間(IC 間)の定期点検を想定した効率的な
MMS や TLS などの点群データの取得方法や点群データの重ね合わせを行う上での課題を整理した。
(1)一連区間の法面現況と定期点検計画の把握
唐津伊万里道路をフィールドとして、区間内の長大切土法面において MMS などにより点群データを取得して、点検計画の策定上の留意点などを整理した。
(2)有効な点検手法の提案
実証現場での一連区間では、切土 3 段未満は MMS で計測し、その他は目視点検かあるいは TLS 計測することが、コスト面等から当面活用できる範囲と考えられ、切土法面の約 3.9 万㎡のうち 2.5 万㎡（64%）がカバー
できると想定された。また、調査対象が盛土法面の場
合については、
MMS 計測で法面部のデータ取得が困難であるため、TLS 計測の路面部のデータ解析手法の改善やUAV 計測の実施（広域の盛土の場合、上空利用が可能な場合あり）または従来点検による目視等の効率化の検討が必要である。
４．今後の課題
・点群データ処理のあり方
点群データは、異なる手法で取得した場合や２時期間で取得した場合など、結合処理にデータ補正等が必要であり、これらの点群データの処理方法の効率化が課題である。手動や自動補正など手法の統一が必要である。また、取得方法や点密度、精度も個別の法面点検に適した仕様を検討していく必要がある。
・点群データ取得・取扱上の留意点
レーザーの特性から水たまりなどでは乱反射し、データに歪みや欠損が生じることに留意が必要である。
点群データは、法面のほかトンネルや橋梁などの施設点検などにも活用され始めているため、路線としてのデータ管理の方法が課題である。
［成果の活用］
道路土工構造物の維持管理に必要なデータの蓄積方法と設計条件等への反映の基礎データの取得方法についての具体的な提案

デバイスを用いた道路橋の耐震対策技術に関する調査検討
Research on seismic design for road bridges using seismic control device（研究期間

道路構造物研究部 構造・基礎研究室
Road Structures Department

平成 30～令和元年度）

室
Head

長

七澤 利明
NANAZAWA Toshiaki

社会資本マネジメント研究センター

室

長

西田 秀明

熊本地震復旧対策研究室

Head

NISHIDA Hideaki

Research Center for InfrastructureManagement

主任研究官
Senior Researcher

宮原 史
MIYAHARA Fumi

Foundation, Tunnel and Substructures
Division

Kumamoto Earthquake Recovery Division
Seismic control devices can be used for seismic design of road bridges. However, performance requirements ofseismic control devices are not specified concretely in Specifications for highway bridges. In recent earthquakes,
it was observed that some seismic control devices could not show its performance required in design stage.
Therefore, it is needed to specify performance requirements of seismic control devices to utilize the devices
appropriately.
This report considered performance requirements, items to verify the performance, and test method to verify
the performance of seismic control devices.
［研究目的及び経緯］を用いた耐震補強が行われることが想定される構造形

道路橋示方書（以下、道示）では、橋の耐荷性能の式の一つとしてアーチ橋に着目して制震デバイス技術

照査に用いる橋の限界状態を、橋を構成する部材等のの実態を調査した。調査は、1995 年以降に耐震補強を限界状態によって代表させる場合には、それぞれの限目的に制震デバイスが用いられた国管理国道のアーチ

界状態を適切に設定し、組み合わせなければならない

橋 35 橋を対象とした設置状況調査、及び同年以降に発ことが規定されている。これを受けて、鋼部材やコン刊された土木学会論文集等の文献調査により行った。

クリート部材に対しては具体的な要求性能が規定され

2 ． 制 震 デ バ イ ス 技 術 の 要 求性 能 及 び 性 能 を 確 認 するている。しかし、地震動により生じる橋の振動の増幅ための検証項目の検討や持続の抑制・低減を図ることを目的として用いる制

1.で調査する実態を踏まえ、制震デバイス技術の要

震デバイスに対しては具体的な要求性能は規定されて求性能と、性能を確認するための検証項目を検討した。

おらず、道路橋に制震デバイスを用いる場合、開発者検討にあたっては、制震デバイス技術の特性を踏まえ、が個別に行った検証内容を踏まえて、設計者が当該橋道示の体系と整合するように、材料、品質、設計、施への適用方法を個別に判断している。また、近年の地工、維持管理の観点から要求性能及び性能を確認する

震においては、設計で想定した挙動と実際の挙動の乖ための検証項目を検討した。

離に起因する損傷事例も発生している。例えば熊本地

3．制震デバイス技術の性能検証試験法の検討

震では、耐震補強として端支柱等の斜材に軸降伏型の2. で検討する制震デバイス技術の要求性能のうち、

制震デバイスが取り付けられた鋼アーチ橋において、上部構造や下部構造を構成する斜材として制震デバイ

作動痕跡が確認されないまま端支柱下端の接合ボルトスを設置する場合の減衰性能の検証を想定した性能検が全て破断する損傷が生じた。

証試験法を検討した。11.で調査する実態を踏まえ試験

以上の背景から、道路橋の耐震性向上に資する制震装置を試設計した上で 3 次元 FEM による数値解析を行

デバイス技術が適切に適用されるよう、要求性能と、い、性能検証試験を行う上での留意点を整理した。

性能の検証手法を提示する必要がある。そこで本研究［研究成果］

では、制震デバイス技術の要求性能、性能を確認する(1) 制震デバイス技術の実態に関する調査ための検証項目、性能検証試験法を検討した。

設置状況調査の結果から、アーチ橋に用いられる制［研究内容］

震デバイスとしては架構構造に斜材として設置される

1．制震デバイス技術の実態に関する調査

軸降伏型ダンパー（図-1 左）と上下部構造間を接続す
る粘性ダンパー（図-1 右）が多いことが確認された。

2.と 3.の検討の基礎資料を得るため、制震デバイス

23

また、軸降伏型ダンパーの取付部のガセットプレート

査した実態から開発者毎に提示する様式が異なることの設計は、道示に示される通常の斜材を想定した設計が想定されたため、検証データをとりまとめる際の様法が適用されることが多く、地震時の破壊順序までは式も具体的に提示した。取付部の設計に関する評価項考慮されていないことが分かった。文献調査の結果か目では、当該技術が保証する性能を発揮するために、らも、アーチ橋への適用を想定して開発された制震デ橋の設計者が取付部の設計を行うにあたって考慮する

バイス技術には軸降伏型ダンパーが多いことが確認さ必要がある条件等が明らかであることを要求した。

れた。また、軸降伏型ダンパーに対して開発者が行っ(3) 制震デバイス技術の性能検証試験法の検討ている性能検証は単軸載荷試験と斜め載荷試験による制震デバイスの性能検証を目的とした試験では、取ものが多いこと、主な性能検証項目は変位-抵抗力特性

付部が制震デバイスに先行して破壊しないことが求めと、速度や温度等に対する依存性であることが確認さられる。本研究では、図-2 に示すように斜材として設れた。

置した軸降伏型制震デバイスを水平方向に繰返し載荷(橋梁本体への取付部)(ガセットプレート)

して減衰性能を検証する試験を対象に、3 次元 FEM に

橋梁本体(橋梁本体への取付部)

よる試験体及び試験装置の変位漸増解析を実施し、試(ガセットプレート)(制震装置への取付部)

ダンパー本体（本技術）

験目的に沿った破壊形態となるか確認を行った。なお、取付け部

性能検証試験装置は、長さ約 3m、降伏軸力 750kN の軸取付け部

降伏型ダンパーを斜めに設置し、降伏軸力の 1.5 倍ま取付け部(制震装置への取付部)

取付け部

で水平載荷が可能となるよう設計した。

(橋梁本体への取付部)

図-1

解析結果（最大荷重時の変形）を図-2 に示す。制震ダンパー本体（本技術）

橋梁本体

アーチ橋に設置されるダンパーの例

デバイスが降伏した後、取付部の腹板が降伏し、最終的に腹板に局部座屈が生じた。最大荷重時の制震デバ(2) 制 震 デ バ イ ス 技 術 の 要 求 性 能 及 び 性 能 を 確 認 す

イスの降伏ひずみは終局ひずみを超過しており、取付るための検証項目の検討
制震デバイス技術には多種多様な制震原理や使われ部が先行して破壊することなく減衰性能を検証し得る方等が想定されるが、本研究では道路橋の「上部構造」

ことが確認された。一方、この基本ケースに対して、「下部構造」「上下部接続部」の少なくともいずれかを

制震デバイスの諸元、取付部の諸元、面外方向の初期構成する部材として使用することを前提としたものを

変位等のパラメータを変化させたケースの解析結果か対象に検討を行った。このように扱うことができる部

らは、これらのパラメータに応じて損傷順序が変わり材を対象にしていることから、制震デバイスの要求性得ることを確認した。このことから、性能検証試験に

能は、道示に規定される設計の基本理念に照らして、あたっては、制震デ

耐荷性能、耐久性能、使用材料、設計、施工、維持管

バイスが挙動を保証

理の各観点から特性が明らかであることと整理した。

する範囲を明らかに

そして、11.で調査した実態を踏まえ、要求性能の各観するとともに、その点から性能を確認するための検証項目を表-1 に示す挙動を保証する取付とおり整理した。整理は、「上部構造」「下部構造」「上部の設計を適切に行

下部接続部」のいずれを構成する部材として使用する

う必要がある。

か、制震原理、性能を保証する前提となる条件が明ら［成果の活用］

かにされることを前提に、制震原理に依存せず普遍的

腹板に局部
座屈が発生

強制変位

下取付部の腹板突出部分が大きく曲がっている

図-2 解析結果
（最大荷重時変形）

本調査結果は、な検証項目となるよう行った。

新技術活用システム（NETIS）の技術公募への活用や道各種の依存性に関する評価項目については、11.で調示等の技術基準類へ反映予定である。

表-1 制震デバイス技術の性能を確認するための検証項目（案）内容

項目名
変位－抵抗力の特性

耐荷性能に
関する項目

速度依存性

振幅速度が減衰効果の特性値に及ぼす影響度が明らかであること

温度依存性

外気温が減衰効果の特性値に及ぼす影響度が明らかであること

振動数依存性

振動数が減衰効果の特性値に及ぼす影響度が明らかであること

変位依存性

変位が減衰効果の特性値に及ぼす影響度が明らかであること

繰返し載荷回数による依存性
荷重載荷方向の変化による依存性
耐久性能に関する項目
材料に関する項目

繰返し回数が減衰効果の特性値に及ぼす影響度が明らかであること
載荷方向の違いにより生じる２次応力などが減衰効果の特性値に及ぼす影響度が小さい又は評価可能で対処方法が明らかであること
本技術の耐久性の確保の方法が明らかであること

材料の機械的性質・力学的特性・化学的特性

品質管理に関する項目
設計に関する項目

変位－抵抗力曲線の定義が明確となっており、またその再現性が制御できていること

減衰性能や，減衰性能を確保するために求められる耐久性の確保のために用いる材料の特性が明らかであること出荷される製品すべてに対して本技術の減衰性能に係る品質が担保されることを確認できる管理方法が明らかであること

解析モデルに関する項目

橋の動的解析を行うにあたって，減衰力に係る解析モデル設定に必要な情報が明らかであること

施工に関する項目

施工方法に関する項目

維持管理に
関する項目

点検・診断に関する項目

保証する性能を発揮するために、橋の設計者が取付部の設計を行うにあたって考慮する必要がある条件等が明らかであること
橋の設計にあたって考慮する必要がある、橋本体への追加(新設橋，既設橋とも）や､既設部材との交換に関する施工の条件等が明らかであること橋の設計にあたって考慮する必要がある、橋の性能の前提とする維持管理の条件が明らかであること

維持方法に関する項目

橋の設計にあたって考慮する必要がある、橋の性能の前提とする維持管理のための行為が明らかであること

その他

取付け部の設計に関する項目

その他の留意事項

本技術の道路橋での使用に際し、上記以外で考慮する必要がある重要性の高い事項が明らかであること

24道路事業における入札・契約方式の実用性・実効性向上に関する研究
Study on improvement of practicality and effectivity on the bidding and contracting system（研究期間 令和元～令和 3 年度）

社会資本マネジメント研究センター 社会資本マネジメント研究室
Research Center for Infrastructure Management
Construction and Maintenance Management Division
室長
中洲 啓太
主任研究官
Head
NAKASU Keita
Senior Researcher
主任研究官
大城 秀彰
主任研究官
Senior Researcher
OHSHIRO Hideaki
Senior Researcher
研究官
井星 雄貴
研究官
Researcher
IBOSHI Yuki
Researcher
交流研究員
石本 圭一
交流研究員
Guest Research Engineer ISHIMOTO Keiichi
Guest Research Engineer
交流研究員
小林 靖典
Guest Research Engineer KOBAYASHI Yasunori

吉野 哲也
YOSHINO Tetsuya
光谷 友樹
MITSUTANI Yuki
鈴木 貴大
SUZUKI Takahiro
大野 琢海
OONO Takumi

In order to improve the quality and productivity of public works, NILIM is carrying out study on cross staging
construction and maintenance management system from survey, planning to management. The objective of thisstudy is to improve diverse procurement methods such as the technical proposal and negotiation method and Public
Private Partnership for project acceleration.
を整理した。本稿では、手順・役割分担、技術協力等［研究目的及び経緯］の期間について報告する。

「公共工事の品質確保の促進に関する法津」の成立を契機に、国土交通省発注の工事では、平成 17 年度よ

表-1 技術提案・交渉方式の実施状況

り総合評価落札方式を拡大し、また、調査・設計等業務においても、平成 20 年度より発注方式の１つとして同方式を本格導入している。令和元年 6 月に公布・施行された「公共工事の品質確保の促進に関する法律の一部を改正する法律（令和元年法律第三十五号）」を踏まえ、国土技術政策総合研究所では、工事の性格、地域の実情等に応じた多様な入札契約方式に関する研究を行っている。
本稿は、技術提案・交渉方式に関する検討結果、事業促進 PPP、維持工事の実施状況、工事・業務の入札・契約方式の適用状況に関する調査結果について報告する。

1）設計・技術協力業務の手順・役割分担［研究内容・研 究 成 果 ］

設計・技術協力業務は、設計業務（設計者が実施）(1) 技術提案・交渉方式と技術協力業務（施工者（優先交渉権者）が実施）を

令和2年2月現在、国土交通省直轄工事では、表-1の発注者が柱となり三者（発注者、施工者（優先交渉権

13工事で技術提案・交渉方式が適用されている。施工者）、設計者）の情報・知識・経験を融合させ進めるに着手している工事について，詳細設計や技術協力のことが重要である。三者から、技術提案・交渉方式が報告書等により技術協力，工事の実施状況を確認する

初めての経験で、設計・技術協力業務の初期段階で何とともに，発注者、設計者、施工者にヒアリングを行から着手してよいかわからないといった意見が多くあい、技術提案・交渉方式の課題、及び課題への対応策った。また、発注者から、設計・技術協力の手順や役25

割分担の理解が進んでいない結果、受身の姿勢になっン（国土交通省，平成 31 年 3 月）」が策定されている。

ているとの意見があった。一方、技術協力業務の初期

ガイドライン策定後、実際に提出された「業務記録簿」

段階で実施した前提条件や不確定要素の整理、追加調のデータ集計・分析により事業促進 PPP の具体的な業査や協議が手戻りを回避するために有効であったとの

務内容を整理した。ガイドライン策定により技術的知意見があった。これらの意見を踏まえ、表-2 に示す初見を必要とする業務へと業務内容がシフトしているこ期の対応を充実させた設計・技術協力業務の進め方、と、業務によっては受注インセンティブ向上につなが役割分担を整理した。

る常駐・専任の緩和等の可能性があることを把握した。

表-2 設計・技術協力業務の役割分担（初期対応抜粋）
項目

発注者

優先交渉権者

設計者

前提条件及
び不確定要
素 の 整理・前提条件等の不
明点及び不確定要素の確認・前提条件等の不明点、不確定要素の提示

・前提条件等の不
明点及び不確定要
素の整理（資料作成）(3)維持工事
国土交通省直轄(北海道開発局、沖縄総合事務局を含む)で平成 30 年度契約中の維持工事のうち,河川･道路の日常的管理に関する工事(緑化,照明,清掃作業のみ

優先交渉権
者の技術提
案の適用可
否 の 検討・技術提案の適用可否の判断及び設
計者への指示・技術提案に関する技術情報（機能・性能、適用条件、コスト情報等）の提出

・技術提案の内容の確認
・設計に反映する上での課題の有無や内容の整理

追 加 調査・追加調査の必要性 の 判 断 、優 先 交
渉権者、設計者への指示
・追加調査の実施

・追加調査の提案
・追加調査の実施

・追加調査の提案
・追加調査の実施

・地元及び関係行政 機 関 との 協 議 の必要性の判断・優先交渉権者、設計者への資料作成等の指示
・協議の実施・学識経験者への意見聴取の必要性の判断
・優先交渉権者、設計者への資料作成等の指示
・意見聴取の実施

・地元及び関係行政 機 関 との 協 議 支援（資料作成、同行等）

・地元及び関係行政 機 関 との協議支
援（資料作成、同行等）

は除く)を対象にアンケートを行い、維持工事の実施状
況を把握した。道路事業においては 1 者応札が約 6 割と高い割合を占めていること、連続して受注している
割合が比較的高いこと、維持工事受注者の災害協定締結状況等を把握した。また、これら実施状況を踏まえ、
包括・個別二段階契約の実施手法を提案した。
(4)工事・業務の入札・契約方式

地元及び関
係行政機関
との 協 議

学識経験者
への意見聴
取

工事については、総合評価落札方式を適用した工事を対象に、工事種別、工種、工事価格、競争参加者数、契約後の条件変更の有無に関する事項、工事の不確実・学識経験者への意見聴取の支援（資・学識経験者への意見聴取の支援（資料作成、同行等）

料作成、同行等）

性に関する内容を整理し、規模に比して競争参加者数が多い、または少ない工事の特徴を把握した。
調査・設計業務ついては、地方整備局等がプロポーザル方式・総合評価落札方式・価格競争で発注した業務を対象に、発注方式選定表に示された発注方式との2）設計・技術協力業務の期間の設定

適合率、入札・契約方式と成果品質との関係を経年的設計・技術協力業務の期間について、提案の自由度に整理し、業務内容に応じた適切な発注方式選定のたを広げず、設計変更の考え方を受発注者間で合意する

めの現状、課題を整理した。発注方式の違いが成果品ことで、短い設計期間に対処した工事があった。一方質に及ぼす影響は必ずしも大きいものではなく、発注で、十分な期間を確保した工事では、追加調査や協議方式の選定は、手続きの効率性の観点を含め、総合的の実施、比較的自由度の高い提案の設計への反映が可に検討される必要があることを確認した。

能になっていることが確認された。これらを踏まえ、工事の緊急度、提案の自由度等の工事特性を踏まえた、設計・技術協力の設定期間の例を整理した。

［成果の活用］(2)事業促進 PPP

建設生産・管理システムのあり方に関する懇談会の資本研究の成果は、発注者責任を果たすための今後の
近年、国土交通省直轄の大規模災害復旧・復興事業、料等に反映された。

大規模事業において、調査・設計等の上流段階から官

また、技術提案・交渉方式の検討成果は、国土交通省

民双方の知識・技術・経験を融合させることにより、効

直轄工事における技術提案・交渉方式の運用ガイドラ

率的な事業マネジメントを行う事業促進 PPP の適用がイン（令和 2 年 1 月）に反映された。

広がっている。必要な時に速やかに事業促進 PPP を導入しやすい環境を整えるため、事業促進 PPP を導入する際に参考となる実施方法や業務内容等を明確にした「国土交通省直轄の事業促進 PPP に関するガイドライ

26

CIM 展開のための３次元データ利活用の高度化に関する調査
Research on advanced utilization of 3D data for CIM development（研究期間

社会資本マネジメント研究センター室長

社会資本情報基盤研究室

Head

平成 29～令和元年度）

池田 裕二
IKEDA Yuji

Research Center for Infrastructure Management 主任研究官

青山 憲明

Information Platform Division

Senior Researcher

AOYAMA Noriaki

主任研究官
Senior Researcher

井上 直
INOUE Tadashi

研 究 官
Senior Researcher

郭 栄珠
KWAK Young-Joo

研 究

寺口 敏生

官

Researcher

TERAGUCHI Toshio

交流研究員
Guest Research Engineer

坂藤 勇太
SAKAFUJI Yuta

To improve the quality of infrastructure maintenance work and to prevent design errors on the Building /Construction Information Modeling, Management (BIM/CIM) at the design stage, our division developed theprototype of the 3D simulation for construction inspection and modified standard documents of the BIM/CIM utilizing
in a practical research application. This report proposed the basic perspective of data management on the BIM/CIM
utilizing based on 3D model for dissemination of BIM/CIM.
(2) BIM/CIM を活用した点検シミュレーションの評価［研究目的及び経緯］
国土交通省では、インフラの安全安心と建設生産性整理した利用場面及び機能要件をもとに、プロトタの向上を図るために、３次元データを活用した建設生イプを開発し、その機能の有効性を評価する。道路管産システムを構築し、公共調達の品質向上、コスト縮

理者、点検業者、橋梁診断者を対象に点検シミュレー

減、維持管理の高度化を達成することを目標として、ションの利用シナリオ案を作成し、ヒアリング調査に

BIM/CIM の導入普及に取り組んでいる。また、計画・設伴うデモンストレーションを実施し、点検シミュレー

計から維持管理に至る全体の建設生産プロセスにおいションの有効性の評価を行う。

て、3 次元モデルを基軸とする ICT 基盤の建設生産・管2. ３ 次 元 モ デ ル を 利 活 用 し た 施 工 及 び 点 検 記 録 の 一理システムの開発に取り組んでいる。

元管理方法

本調査では、建設生産プロセス全体で３次元データ(1) 施工及び点検記録等を BIM/CIM 上に登録する方法

利活用の高度化に向けた技術開発のため、点検シミュの検討

レーションの機能要件の整理と維持管理における施工

本調査では、維持管理で必要な情報と、その利用頻及び点検記録結果等の一元管理（登録、参照）方法を開度を明らかにする。次に、維持管理における施工及び発することを目指している。

点検記録の管理方法と、３次元モデル上の検索・参照［研究内容］

方法を検討する。また、施工及び点検記録の属性とし

1. 設計段階における BIM/CIM を活用した点検シミュて BIM/CIM 上で効率的に管理する方法(データの紐付け方式、ファイル管理方式)を検討する。 調査の対象

レーションのプロトタイプの開発

は、「橋梁点検」とする。

(1) 点検シミュレーションの機能要件に関する調査
設計段階で「橋梁を確実に近接目視できる」「支承(2) BIM/CIM を活用した施工及び点検記録等の管理（登を確実に交換できる」こと等を確認するため、「点検録、参照）の有効な利用場面の調査

シミュレーション」に必要な機能要件と有効な場面を施工管理および点検データを３次元モデルに登録し明らかにする。そのために、どのようなシミュレーシ

利活用する有効な利用場面を検討する。有効な利用場ョンを実施し、実際の設計の品質向上や点検計画立案面として、点検業者が点検結果等を BIM/CIM 上に登録に役立つのかを検討し、必要な機能要件を整理する。

して管理者が参照する一連の作業を点検業者及び管理者の視点で抽出する。

27

紐付け方式（直接・間接参照）、データ管理方式（構施工モデル

 施工写真、ミルシートや品質記録表等の施工管理データは、参照する頻度・ニーズが少ないため、検索性は低いが登録時間が短い間接参照方式/工事契
約単位で管理する。
 施工段階の3次元モデルは、工事契約単位に分割されたモデルを作成する。

造全体、構成要素単位、各部材、ピンおよびテクスチャ※ファイル管理方式（フォルダ形式による管理方式、ファイル名詳細設定方式、オブジェクトストレージ方式）は、考慮していない

単位等）、ファイル管理方式（フォルダ形式、ファイル

施工モデル

名詳細設定、オブジェクトストレージ管理）等の計 80

上部工工事

通りの組み合わせうち、ニーズが高い利用場面（表-1）のデータ登録および参照にかかる手間やデータ検索のハイパーリンク※①

容易さ等の時間を計測する試行シナリオを作成し、実直接参照方式
間接参照方式

下記のフォルダをリンクで参照データを用いて候補となる計 13 通りの有効な利用場

3次元モデル：新野積橋（詳細設計業務）
施工写真

面案を試行する。
表-1

初期変状や材料試験時の写真等※施工写真は、工事契約単位で管理されていることを前提

施工及び点検管理の有効な利用場面※留意事項※① ソフトウェアの仕様上、モデルからフォルダへのハイパーリンクを設定できないため中間ファイル（フォルダへのハイパーリンクを記載したExcelファイル）を介して対象フォルダを参照

帳票（PDF）

有効な利用場面
対象情報①画像からひび割れを検出して CAD デー 点検時の写真、点検
タを自動的に作成し、時系列で比較
調書（損傷図）②点検結果を条件に色分け表示等で描画 点検調書
点検 し、修繕計画の要否や修繕範囲を判断
管理 ③対象部材の変状が進展しているかを確 点検調書（変状図）
認するため、過去の変状図を並べて比較④劣化の進行度の高い構造物の点検結果 点検調書
推移を確認
①施工時の状況を確認
工事写真②鋼橋の各種試験結果に問題がないか確 鋼橋製作結果(ミル
認
シート等)
施工
③生コンクリートおよびコンクリート二 生コンクリート品
管理
次製品の品質記録表（骨材）を確認
質記録表（骨材）④問題が発生した橋梁と同じ骨材を用い 生コンクリート品ている橋梁を検索
質記録表（骨材）

工事契約単位図-2

品質記録表や鋼材検査証明書等

中間ファイル※品質記録表や証明書等は、工事契約単位で管理されていることを前提

橋梁構造物の点検記録等を BIM/CIM 上に登録す

る施工モデルのイメージ管理の業務効率化と維持管理に関する資料管理の効率に寄与するか、巡回等に併せて日常的に行われる点検で使いやすいか、データ作成者の手間、データ検索のしやすさの観点で定量的に評価した。具体的な評価は以下の通りである。
施工記録データ（工事写真、ミルシートや品質記録表等）の管理方法は、損傷があった場合の原因究明に必要な情報であるが、参照回数は低いので、手間をか［研究成果］

けずに紐づける方法で一元管理するのがよいと評価し(1) 点検シミュレーションの機能の有効性の評価た。そこで、工事写真、品質記録表、ミルシートや品質点検シミュレーションが具備すべき機能について、記録表等は、検索性は低いが登録時間が短い間接参照

確認項目と確認方法から「画面上の機能」と「内部処理方式を選定し、工事契約単位で管理することがよいとの機能」に大別し、維持管理への配慮事項、点検方法評価した。図-2 は、工事契約単位に分割された施工モ（直接目視の確認）、点検箇所へのアプローチ等の利用

デルに工事写真（帳票）と品質記録を間接参照方式の場面の有効性を評価した。

データとして管理するイメージを示した。

有効と評価される内、既存ソフトウェアの機能に新点検記録データ（写真・損傷図等）は、前回の記録を

規機能を追加することで、実現可能な点検シミュレー

参照するなど参照回数が多く、３次元モデル上で点検

ションのプロトタイプを開発した（図-1 を参照）
。開発

対象の構造体が損傷のある場所で紐づけて管理される

した新規機能の利用のため、現場点検で利用することと、検索・参照し易くなる。前回の記録の撮影位置と撮を想定した利用者マニュアルにとりまとめた。

影写真を確認する手間がかかっているため、モデル上
で撮影位置と撮影写真を確認可能な間接参照方式/ピ
ン単位で管理することがよい。また、点検調書は、検索性は低いが登録時間が短い間接参照方式/径間単位で管理する。さらに、時系列で損傷が見られれば尚良い。
しかし、本調査に基づいた BIM/CIM 上で活用可能な維持管理モデルのデータ作成作業は、ソフトウェア環
境に依存するため、関連ツール開発業者と継続的に調整していく等の中長期的な取り組みに推進していく必要がある。
［成果の活用］

図-1

点検シミュレーションの適用事例のプロトタ

本調査の成果の一部は、CIM 導入ガイドライン（案）

イプ一部の画面（点検車両の干渉確認）の維持管理における BIM/CIM の利用方法や維持管理のための CIM モデル作成仕様の改定に反映している。ま(2) 橋梁の施工及び点検モデルの評価た、本調査結果は、現場で試行可能な点検シミュレー

施工及び点検記録データは、土木工事における資料

ションの開発等への活用が期待される。

28

土工構造物等の要求性能に対応した変状評価、性能向上に関する調査検討
Study on deformed state evaluation according to required performance and performance
improvement of substructures（研究期間

平成 29～令和元年度）

道路構造物研究部 構造・基礎研究室
Road Structures Department

室長
Head

七澤 利明
NANAZAWA Toshiaki

Foundation, Tunnel and Substructures Division

主任研究官

伊藤 浩和

Senior Researcher

ITO Hirokazu

研究官
Researcher

佐々木 惇郎SASAKI Atsuo

With regard to road earthworks structure, technical standards were established in 2014 and the required
performance was shown, but concrete checking methods corresponding to required performance are not sufficient.
In this study, we are investigating and studying for the purpose of preparing the basic data necessary forconsidering the method of evaluating the function as roads of the section where the road earthwork structure
exists.
［研究目的及び経緯］

2 . 1 . 検 討条 件

道路土工構造物については、平成 26 年度に技術基準

本調査では、Ⅱ種地盤相当の地盤モデルを想定し(図が制定され要求性能が示されたが、要求性能に対応し-1)、想定地盤モデルに対し一次元等価線形解析を実施た具体的な照査手法は明確に示されていない。本研究し、算出された地盤の収束せん断剛性を用いて躯体周

では道路土工構造物が存する区間の道路としての機能

辺部のばね（応答変位法では節点集中ばね、応答震度を評価する手法を検討する上で必要となる基礎資料の法では有限要素の剛性）を設定した。また、各計算手法作成を目的に調査検討を行っている。

では等価線形解析において躯体の頂底版間位置の相対

本調査では、道路土工構造物のうち従来型カルバー

変位が最大となる時刻の荷重状態（変位・加速度）を想トの適用範囲を超えるボックスカルバートの性能照査定した。代表地盤モデルに対し H29 道路橋示方書に示手法を検討する上で必要となる耐震設計法に関して、されるレベル 2 地震動を与え、一次元等価線形解析に

応答変位法及び応答震度法の二つの静的照査法によるよりカルバートの頂底版位置の相対変位が最大となる試算を行い、両照査法の比較分析を行った。

1 波を抽出し、入力地震動として選定している（選定
波：T2-Ⅰ-2）。表-2 に各計算手法における地盤及び躯体の検討条件の概要を示す。

［ 研 究 内 容及 び 研究 成 果］
1.ボックスカルバートの常時設計

Ⅱ種地盤⇒TG＝4H/Vs＝4・20/200＝0.4(s)

ボックスカルバートの常時設計計算は、表-1 に示す

単位体積
重量γ
(kN/m3)せん断波
速 度 Vs
(m/s)

19

150

＜表層＞

19

200

＜基盤面＞

19

300

CASEⅠ～CASEⅨの条件に対して実施した。常時設計は＜盛土＞

部材厚を標準的な厚さで設計した場合とやや厚めに設計した場合と 2 パターンを実施した。
CASE
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ

内空幅(m)
6.5
6.5
6.5
10.0
10.0
10.0
14.0
14.0
14.0

表-１

試算ケース

内空高(m)
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0

連数(連)
1
1
1
1
1
1
1
1
1

20m

土被り(m)
備考
0.5
従来型
1.5
従来型
5.0
従来型
0.5
1.5
5.0
0.5
1.5
5.0

図-1

地盤モデル

表-2

検討条件概要耐震計算手法地盤モデル※ 従 来 型 と は "従 来 型 カ ル バ ー ト "を 示 す

2.ボックスカルバートの耐震設計法に関する試算

強度
定数

変形
特性

土木研究
c=0kN/m2
所所報
φ =30°
153号
地盤の動
的変形特
性に関す
る実験的
--研 究 (Ⅱ )
より設定
---

線形

応答変位法

応答震度法

モデル化方法

節点集中ばね

平面ひずみ要素
収束せん断剛性より設定

ばね剛性

収束せん断剛性より設定

換算載荷幅

10 m

---

部材
ばね 直交方向
特性
部材
せん断方向

線 形
(受働破壊しないため)
バイリニア型非線形(τf=c＋σtanφ)躯体周面部にｼﾞｮｲﾝﾄ要素を付加※せん断方向は
バイリニア型非線形(τf=c＋σtanφ)

非線形(M～φﾓﾃﾞﾙ)※トリリニア型

非線形(M～φﾓﾃﾞﾙ)※トリリニア型

躯体モデル※本報告は平成 30 年度から令和元年度へと継続して実施した研究の成果を令和元年度研究成果としてまとめたものである。

29

表-4 にせん断摩擦力の上限値の設定による影響検討

2.2.検討結果

結果を示す。せん断摩擦力の上限値を低減させた場合、

2 . 2 . 1 . 各 計 算手 法 の 比 較
常時設計を実施した中から、12 断面を対象にレベル

部材の曲げ照査及び層間変形角の照査が OK となる結2 地震動に対する応答変位法及び応答震度法による耐果が得られた。つまり、低土被りのカルバートの場合、

震計算を実施し、両手法で得られた結果を比較した。

せん断摩擦力の上限値の設定が極めて重要であることが確認された。

表-3 に両計算手法における照査結果概要を示す。曲
げ照査では、CASEⅠの応答変位法のケースのみ OUT で、また、応答変位法の底面の地盤ばねは、当初盛土相応答震度法では全てのケースで OK となった。せん断照当のものを設定していたが、現地盤（表層地盤）相当の査では、ほぼ全てのケースで OUT となった。層間変形

設定で計算すると応答震度法とよく合う結果となった。

角照査では、土被りが小さいケース（土被り 0.5m）のこれにより、応答変位法において地盤ばねの値を精度

み OUT（構造安全性照査で OUT となりカルバートの要

良く設定することにより応答震度法との結果に大きな

求性能 3 を満足しない結果）となった。

差異は生じず、実用的な応答変位法も耐震設計法として選択できることを確認した。

図-2 に躯体の内空幅と層間変形角との関係を整理し表-4た。これより、同一内空幅であれば土被りが大きい程、周面せん断摩擦力に対する影響検討結果

同一土被りであれば内空幅が大きい程躯体の層間変形
角は小さくなる傾向にあることが確認された。
表-3

両計算手法の照査結果概要

土被り 内空幅 内空高
(m)
(m)
(m)
CASEⅠ

0.50

応答変位法

応答震度法

部材照査
層間変形角照査
曲げ
せん断
使用
構造
照査
照査
安全性 安全性
OUT
OUT
OUT
OUT

部材照査
層間変形角照査
曲げ
せん断
使用
構造
照査
照査
安全性 安全性
OK
OK
OUT
OUT

6.5

CASEⅡ

1.50

OK

OUT

OUT

OK

OK

OUT

OUT

CASEⅢ

5.00

OK

OUT

OK

OK

OK

OUT

OK

OK

CASEⅣ

0.50

OK

OUT

OUT

OK

OK

OK

OUT

OK

CASEⅤ

1.50

OK

OUT

OK

OK

OK

OUT

OK

OK

CASEⅥ

5.00

OK

OUT

OK

OK

OK

OUT

OK

OK

CASEⅦ

0.50

OK

OUT

OK

OK

OK

OUT

OK

OK

CASEⅧ

1.50

OK

OUT

OK

OK

OK

OUT

OK

OK

CASEⅨ

5.00

OK

OUT

OK

OK

OK

OUT

OK

OK

CASEⅠ'

0.50

OK

OK

OUT

OUT

OK

OK

OUT

OUT

CASEⅡ'

1.50

OK

OUT

OK

OK

OK

OUT

OK

OK

CASEⅢ'

5.00

OK

OUT

OK

OK

OK

OUT

OK

OK

10.0

5.0

14.0

6.5

5.0

応答変位法

応答震度法

0.030

土被り1.5m

Ⅰ’

層間変形角

3.まとめ

土被り0.5m
Ⅰ

0.025

Ⅰ
Ⅰ’
Ⅱ

1/50

0.020

Ⅳ
Ⅱ

力の上限値の設定により結果が大きく変わることが確
Ⅳ

1/100

Ⅴ

0.010

Ⅶ

Ⅲ
Ⅲ’
5

6

認されたことから、この設定方法は非常に重要である

Ⅴ

Ⅱ’

Ⅱ’

0.005

耐震計算を実施する上で、躯体周辺部のせん断摩擦

土被り5.0m

0.015

0.000

OK

Ⅵ

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Ⅲ’
5

Ⅲ

6

内空幅(m)

図-2と考えられる。一方で、今回検討したほぼ全てのケー

Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ

7

Ⅵ
8

9

10

スで部材のせん断照査が OUT の結果となったが、実カ

Ⅷ
Ⅸ
11

12

13

14

15

ルバートにおいてせん断破壊が生じた事例はほぼ確認

内空幅(m)

内空幅と層間変形角との関係されておらず、実現象と乖離した結果となっているた

2 . 2 . 2 . 低 土 被り カ ル バ ー ト の 計 算 モ デ ル の 検 討

め、実カルバートの被災事例との整合を図って行く必CASEⅠは、道路土工－カルバート工指針で示される要がある。

従来型カルバートに該当するものであるが、応答変位

今後は、実用的な応答変位法を基本として検討を行法による照査において OUT の結果が得られた。従来型

うこととし、せん断摩擦力の上限値の設定を見直し、

カルバートの地震時被災事例はほぼないため、この結既往の遠心模型実験結果や地震の影響を受けた実カル

果は実現象と乖離したものであるといえる。低土被り

バートの被災事例について再現解析を行い、耐震設計の場合、地盤からの拘束力が弱く、地震時にカルバー法の検証を進めていく。また、盛土内に構築されたカト躯体が地盤変形に追随して挙動せず、耐震計算で想ルバートに対する作用として、盛土部の地震動の作用定しているような荷重が躯体に作用していない可能性

による変形の算定方法についても検討を行い、大型カが考えられる。そこで、耐震計算結果と実現象との乖

ルバートの耐震設計法を確立していく。

離を解消する手段として、せん断摩擦力の上限値の設定に着目し、せん断摩擦力の上限値の与え方を杭基礎［成果の活用］

やケーソン基礎の安定計算にて用いられている設定方

本調査結果は、道路土工構造物技術基準に定められ法を参考にして、下記の 2 つのパターンで低減させた。

た要求性能に対応した設計法の基礎資料として活用す［1］τf＝1 N（N は N 値を示す）

る予定である。

［2］τf＝0.5（C+σtanφ）

30