背景

応用力学委員会
平成22年5月18日

力学の結晶としての橋梁瀬戸大橋から20瀬戸大橋から20年、明石海峡大橋から年、明石海峡大橋から1010年。
年。

鋼橋分野での研究と実務の乖
離東京工業大学 三木千壽

橋の技術は成熟しきったのか？
もはや研究や技術開発の余地は無いのか？
応用力学論文集
橋梁が見える研究はほとんど無し
構造 学論 集 年次講演会
構造工学論文集・年次講演会
部門A部門
A：疲労、メンテナンス、・・・が増えた
力学分野の人間をワクワクさせるような課題が無いあるいは見つからない
力学分野の研究者にとって直接的に応用が見える必要はない
それに対して橋梁の設計の世界は昔のまま（1970
橋梁の設計の世界は昔のまま（1970年代で停止しているよう）年代で停止しているよう）
これらの認識は正しいのか？？

１．造形の広がり：意匠設計への関心話題• 橋梁造形の広がり• 橋梁計画、構造設計における構造合理化、コスト縮減への寄与• 膨大なストックへの対応：メンテナンス– Designへの関心– Architect と Structural Engineer とのCollaboration» 建築分野では普通» 海外での橋梁でも普通
橋ははりの力学が支配する世界とのスリコミから脱却できない
橋梁技術者(業界）の排他的な行動
建築分野、欧米の橋梁：意匠サイドからの難しい要求に応えることで構造技術者も進歩している

Bach de Roda bridgein Barcelona, Spain
Bedford Butterfly bridge
in UK

1

Erasmus Bridge
in Netherlands
Griffiths Drive Pedestiran bridgein Canada

Bridge over the Hoofdvaart
in Haarlemmermeer, Netherlands

Lyon Airport Stationin France

Covent Garden bridge
in EnglandHamburg Boomerang
Bus stop in Germany

2２．橋梁構造に関連した技術は進化しているのか
橋の世界：材料と解析の進歩によりスパンを伸ばしてきた→性能の向上→コストダウン
結果として国際競争力のある技術、産業へ：産業進化論（生物におけるダーウィンの進化論と同じ）製造業の世界では技術の進歩

橋梁に対する要求性能：この50年ほとんど変わらず。
橋梁に対する要求性能：この50年ほとんど変わらず。
耐震・耐風のみ厳しくなった。
安心・安全・快適について考え直す必要？

日米での橋梁の重量の比較

鋼橋上部工の建設費

これに対する批判
いろいろと環境も事情も違うよ！！
米（Rice)よりはまし？

単位面積あたりのの鋼重(kg/m2)

日本の橋は高い：米国の2-3倍？

近似曲線 日本
近似曲線 アメリカ

アメリカ:
日本に比べて軽量
プレートガーダ橋がスパン100mを超える領域まで建設

橋梁と基礎、平成15年8月、特集：競争の時代

Ford City Veterans Bridge• 98+98+127
127+98m+98m• July 28, 2000
• 4 II-girder

スパン(m)

Wintergreen Gorge Bridge• 77+77+142
142+115m+115m• November 21, 2003
• 6 II-girder

3合成//非合成
合成

日本の橋を評価すれ+1968年ころ、RC床版の損傷が 100%目立ち始めた90%
ために80%
連続合成桁は70%
当分の間使わない60%
ようにとの指導+each type percentage in girder bridges

連続合成箱桁橋
連続箱桁橋
単純合成箱桁橋

50%

単純箱桁橋

40%

連続合成鈑桁橋

30%連続鈑桁橋20%

単純合成鈑桁橋

10%

単純鈑桁橋2005

2002

1999

1996

1993

1990

1987

1984

1981

1978

0%

どうすればいいのか••••

梁理論、骨組み解析ベースからFEM
梁理論、骨組み解析ベースからFEMベースへベースへ
ASDからLRFD
ASDからLRFDへ
へ
新材料の適用：高強度鋼材など
設計寿命でのPerformances
設計寿命でのPerformances とCost
Costを意識を意識• Cost縮減が歓迎されるような環境にする
Cost縮減が歓迎されるような環境にする• 技術競争がビジネスにつながる環境にする（公共事業全体の問題）
示方書や便覧を無視する勇気（PBDの実現）と説明努力
示方書や便覧を無視する勇気（PBDの実現）と説明努力
技術的な根拠の提示、保証などがKey
技術的な根拠の提示、保証などが
Key Issue
構造技術者、力学分野の研究者が関与する余地ば重たくて高いなぜそうなったのか
活荷重はほとんど変わらない
上部構造には地震は関係しない
いまだに非合成構造が支配的
なぜ？
どのようにすれば良いのか？

当たり前的に使われている設計式は正しいか？
• 昔は力学分野の成果を設計に取り入れてきた。
• 一度取り入れると直すことをしない。
たとえば
１ ラ メン隅角部の設計
１．ラーメン隅角部の設計
奥村先生らの研究：Thin
奥村先生らの研究：
Thin Wall Structure,
Shear lag
２．中間ダイアフラム
坂井・長井らの研究：Warping
坂井・長井らの研究：
Warping Stress

ラーメン隅角部の設計
奥村先生の研究（1960年代）が設計式となっている
臨海大橋アプローチ橋：
橋脚と桁との接合部に隅角部の設計式を適用

Deck plate: BHS500, 55mm
これをトラフリブで補剛？

どうしてこのような設計が行われるのかが問題

4３D・FEM（シェル要素）での検討
Deck plate: 55mm
Flange, web, diaphragmBHS 86mm

聞かれたことはトラフリブ貫通におけるダイアフラムのスリットダの回し溶接をどうするか？

Deck plate 55Æ16mm
Diaphragm 86Æ16mm

Flange plate 86Æ33mm
Web plate 86Æ14mm

チョット待て、どのような構造設計をやって板厚を決めたのか。
「おかしい」と思わないのか。
技術力の無さと無関心の結果

このような設計はほかにもある。
宇治川でも経験。

このような設計が行われ、製作過程にまで行ってしまったことが問題
設計の照査はどのようになっているのか

Stress distribution

箱桁中間ダイアフラムの設計
そり・ずり応力の解析からの設計式
桁に対するダイアフラムの剛性比∞の仮定
ーー＞大型の箱桁になるほど剛性の高いダイアフラムが必要となる

Loading on one side of straight spanCase= Stiffeners: strong, Spacing of Int. Dia.: 40m

そり・ずり応力はどの程度か？
ダイアフラムの剛性に対する要求は適切か？
FEMで確認

L-live load (on one side)

Longitudinal stress component
Global distribution+60MPaBending stressDistribution in a cross-section(at the center of loaded span)-30

supports

0Warping stress

100 200 MPa

Average

Regression line

WarpingstressDistortional warping stress (DWS): Focus of discussion

トラス格点構造の設計

Distortional warping stress

DWS (MPa)

DWS (MPa)

Loading on one side of straight span Cases with strong stiffeners

39120
15 40

応力を理由としての中間ダイアフラムは不要。
施工上から決めれば良い。
Picking up
the maximum DWS

Longitudinal position

１．根拠のハッキリしない設計式（Dimension?)を無視
１．根拠のハッキリしない設計式（Dimension?)を無視するところから出発（このような設計式の存在が恥ずかしい）
t=20 x (P/b)
２．トラスはピン結合と仮定。実際は？
そのためにトラスの骨組み軸線と構造部材の軸をあわせている。
そんなことは必要か？
施工性を考えた内面ダイアフラムの配置
局部応力の低減

３．そもそもガセットの概念は？

ＦＥＭで確認5

対象橋梁
イメージCG

品川
台場

若洲

橋長760ｍ(支間長160ｍ+440ｍ+160m)
鋼3径間連続トラス・ボックス複合橋

トラスの軸線をずらすことにより構造ディテールが単純になる。
トラス軸線をずらすことによる応力の上昇は？

3．膨大なインフラのストックは力学・構造分野の研究のネタの宝庫
多くの研究が始まっているが• 興味先行の研究になっていないか？
• あるいは我田引水的研究になっていないか？
• 点検・診断・措置についての技術の確立には深い、しっかりした研究が不可欠
高強度であること
溶接性が良いことからこのような格点構造が実現

医学における病理と臨床の関係

6大規模な改築：
ブルックリン、マンハッタン、ウイリアムスバーグなどのNY
イリアムスバーグなどのNYの吊橋の吊橋が有名

Huey P. Long Bridge
ルイジアナ

Widening project
2006-2012
50000Æ70000

1935：Open
4 35 miles
4.35il1984年に疲労対策に参加

力学研究者への期待• Exciting な仕事をしよう• 自分の研究が実務に反映されることの喜びを知ろう• 自己満足の世界から脱却しよう• 未解決の問題は山積み• 現場は研究のネタの宝庫• 研究の研究のB/C
B/Cを考えようを考えよう
Science and Engineering、病理Engineering、病理と臨床

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