2021/3/3(公社)日本技術士会 建設部会3月度WEB講演会

2021.3.6

インフラメンテナンスの課題と技術者の果たす役割

略歴
S52(1977). 3. 広島大学大学院工学研究科土木工学専攻修了
S52(1977). 4. 川田工業（株）技術本部
S54(1979). 4. 広島大学（工学部）
H29(2017). 3. 広島大学 退職

H29(2017). 4. 広島大学名誉教授

資格：工学博士，技術士（建設部門）

広島大学名誉教授
藤井 堅

専門：橋梁工学，維持管理工学，鋼構造，複合構造
因島⼤橋

雨もまた楽し講演を始める前に・・・・
インフラの維持管理の基本は，鋼構造もコンクリート構造も共通点は⽔内容

1. インフラの維持管理の現状
2. そもそも維持管理とは
3. 未来へ向けて
これからの技術者の役割
4. 橋梁の残存強度評価解析からみえてくるること1

2021/3/3

急速に進むインフラの高齢化

インフラの維持管理の現状

インフラマネジメントシンポジウム2020「未来につなげるインフラメンテナンス」講演資料,2021.2.26

50年以上を経過するインフラの推移

建 設 後 50年 以 上 経 過 す る 社 会 資 本 の 割 合
1.建 設 年 度 不 明 橋 梁 の 約 23万 橋 に つ い て は 、 割 合 の 算 出 に あ た り 除 い て い る 。
2.建 設 年 度 不 明 ト ン ネ ル の 約 400本 に つ い て は 、 割 合 の 算 出 に あ た り 除 い て い る 。
3.国 管 理 の 施 設 の み 。 建 設 年 度 が 不 明 な 約 1,00施 設 を 含 む 。 （ 50年 以 内 に 整 備 さ れ た 施 設 に つ い て は 概 ね 記 録 が 存 在 し て い る こ と か ら 、 建 設 年 度 が 不 明 な 施 設 は 約 50年 以 上 経 過 し た 施 設 と し て 整 理 し ている。）
4.建 設 年 度 が 不 明 な 約 2万 ｋ ｍ を 含 む 。 （ 30年 以 内 に 布 設 さ れ た 管 き ょ に つ い て は 概 ね 記 録 が 存 在 し て い る こ と か ら 、 建 設 年 度 が 不 明 な 施 設 は 約 30年 以 上 経 過 し た 施 設 と し て 整 理 し 、 記 録 が 確 認 で き る
経過年数毎の整備延長割合により不明な施設の整備延長を按分し、計上している。）
5.建 設 年 度 不 明 岸 壁 の 約 100施 設 に つ い て は 、 割 合 の 算 出 に あ た り 除 い て い る 。

https://www.mlit.go.jp/sogoseisaku/maintenance/02research/02_01.html

一方で膨大する維持管理・更新費用

国⼟交通省所管の社会資本を対象として，過去の投資実績等を基に今後の維持管理・更新費を推計
・今後の投資総額の伸びが2010年度以降対前年度⽐0％で，維持管理・更新に従来どおりの費⽤の⽀出を継続すると，2037年度には維持管理・更新費が投資総額を上回る
・2011年度から2060年度までの50年間に必要な更新費(約190兆円)のうち，約30兆円(全体必要額の約16％)の更新ができない
維持管理・更新費の推計：平成21年度国⼟交通省⽩書らかhttp://www.mlit.go.jp/hakusyo/mlit/h21/2

2021/3/3

現在の道路・橋梁・トンネルの管理者別分類

技術職員の減少，土木費の減少• 橋⻑２ｍ以上:70万橋• ⾼速道路：2％• 直轄国道：4％• 都道府県道:19％• 市町村道：68％
約70％の橋梁は地⽅⾃治体が管理しており，厳しい経済状況から「⾒ない」「⾒過ごし」「先送り」の状態であった．
＞＞長寿命化修繕計画
策定事業費補助制度 (H19年度)により点検が実施されている
インフラマネジメントシンポジウム2020「未来につなげるインフラメンテナンス」講演資料,2021.2.26

インフラマネジメントシンポジウム2020「未来につなげるインフラメンテナンス」講演資料,2021.2.26

インフラ老朽化対策が強く求められている背景

インフラ構造物の維持管理戦略• 各種構造物（施設）において老朽化による危険生が顕在化しつつある．

維持管理の目的：安全・安心の担保，インフラの長寿命化とLCCの低減• 限られた財源の範囲で不測の事態が発生するリスクを可能な限り低減しなくてはならなくなった．
2012の笹子トンネル天井板落下事故も契機となる

事後保全から予防保全へ損傷が大きくなる前に対処する?損傷を予測して対処する?

性能

そこで長寿命化対策

長寿命化
LCC

そして，メンテナンス元年
インフラ長寿命化基本計画が策定された．
平成25年(2013年)11月

予防保全型の維持管理戦略が推進される

LCCの低減計画寿命
耐用年数

時間32021/3/3

さらに生産年齢人口減少の危機
我が国の65歳以上の⼈⼝は2010年には23.0％であったが、2060年予測では39.9％と世界のどの国でもこれまで経験したことがない少⼦⾼齢化が進むことが⾒込まれている11。
また、15〜64歳の⽣産年齢⼈⼝は2013年10⽉時点で7,901万⼈と32年ぶりに8,000万⼈を下回ったことに加え、2013年12⽉時点では7,883万⼈まで減少しており、今後の予測では2060年には4,418万⼈まで⼤幅に減少することが⾒込まれている。
（総務省HP）

減少する生産年齢人口
1930:6445万⼈
2007:12777万⼈
2055:8993万⼈
・労働者⼈⼝の減少
2060年には，・総⼈⼝は1950年（戦後⼈⼝）とほぼ同じだが，労働⼒⼈⼝は終戦後よりも少なくなる
・⾼齢者（65歳以上）は，2020年以降は，徐々に減少するがあまり変化しない
・労働⼒⼈⼝（15歳〜64歳）は，⼈⼝の1/2に減少
・労働⼒⼈⼝は，現在の約1/2に減少
統計局HP http://www.mhlw.go.jp/seisakunitsuite/
総務省HP http://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/h26/html/nc141210.html
から転記

統計局HP http://www.mhlw.go.jp/seisakunitsuite/

インフラ老朽化への国の取り組み

要するに何が言いたいのかというと?
例え，予防保全型であっても・・・・• 労働力人口の減少• 一層厳しくなる財源• 技術力の低下

2012

社会資本メンテナンス戦略小委員会設置

2012

笹子トンネル天井板落下事故

2013

メンテナンス元年

2013

インフラ長寿命化基本計画

2014

橋梁定期点検要領（5年に一度の近接目視点検の義務化）

2014-2019

安全なくらしができなくなるだけで無く，国力の低下をまねく
従来の維持管理姿勢では破綻の危機
したがってさらに効率的な維持管理が必要
ひと（人材），もの（技術），かね（財源）2016

SIP(戦略的イノベーション創造プログラム第1期)

インフラメンテナンス国民会議設立① 革新的技術の発掘と社会実装 ② 企業等の連携の促進 ③ 地方自治体への支援④ インフラメンテナンスの理念の普及 ⑤ インフラメンテナンスへの市民参画の推進

2017

道路橋示方書の改訂（供用期間:100年を基準，適切な維持管理）

2018

インフラメンテナンス国民会議「ちゅうごく」発足

2019

橋梁定期点検要領の改訂（点検作業が一巡，点検の一層の効率化）

2021

防災・減災，国土強靱化のための5カ年加速化対策（15兆円

うち国交省9.4兆円)

1)激甚化する風水害や切迫する大規模地震当への対策(26対策)（12.3兆円 うち国交省7.7兆円)
2)予防保全型インフラメンテナンスへの転換に向けた老朽化対策(12対策) （2.7兆円 うち国交省1.5兆円)
3)国土強靱化に関する施策を効率的に進めるためのデジタル化等の推進(24対策)（0.2兆円 うち国交省0.13兆円)

42021/3/3

道路メンテナンス年報
点検1巡目の結果(2019.9 Press Release)2014年度から5年に1度の近接⽬視点検が義務づけられ，2018年度に1巡⽬の点検が完了した．
• 1巡⽬で判定区分Ⅲ(早期に措置)またはⅣ(緊急措置)と診断された橋梁で，2019年度までに着⼿した割合は，国交省(69％)以外の管理者では30~40％と少ない• 2014年度の点検で，判定区分Ⅰ・Ⅱの橋梁のうち2019年度にⅢ・Ⅳへ遷移した割合は，全体で5％• 撤去あるいは廃⽌された橋梁255橋と増加• ドローン等の点検⽀援技術の活⽤はまだまだ少ない
https://www.mlit.go.jp/report/press/content/001362988.pdf
https://www.mlit.go.jp/road/sisaku/yobohozen/pdf/h30/R1_03maint.pdf
インフラマネジメントシンポジウム2020「未来につなげるインフラメンテナンス」講演資料,2021.2.26

国交省の方針判定区分Ⅲ・Ⅳを修繕し，区分Ⅱの状態で予防保全を実施し，長寿命化を図る．

https://www.mlit.go.jp/report/press/content/001362988.pdf

52021/3/3

962021/3/3

1413

国交省における橋梁の予防保全の狙い• 道路橋の健全性診断の区分ⅢとⅣに対して，措置を講じ，予防保全により区分ⅠとⅡを保つ（区分Ⅲ以上にはしない）

そもそも維持管理とはしかし，対応は十分には進んでいないのが現状
予防保全のための蓄積データは未だ不十分？

7

2021/3/3

そもそも維持管理とはそもそも維持管理とは要求される期間（耐用年数）
構造物の保有性能が要求性能を常に上回るように保つ行為

保有性能R＞要求性能S

・生活の中で使っていれば，悪くなったときにすぐわかる（点検）
・愛情を持って，きれいに掃除し，大事に使っていれば(継続)，長持ちする．
（長寿命化）

重要!

ただし・観ていない箇所は，悪くなってもわからない

したがって，予防保全のためには事後保全「起こりうる損傷の因果関係を知り，損傷を把握するための点検・計測を行って，対策する」という姿勢が重要上の条件が満たされるとき，構造物は健全（安全）であると判断される維持管理で必要なもの
起こりうる損傷の因果関係を知る(基礎知識)
そのための点検・計測と対策
損傷許容で飛んでいる飛行機

外れたとき(想定外)予防保全が可能事後保全しかできない予防保全とは？
起こりうる損傷に対して，損傷が軽微なうちに対策することによって，健全性を保つこと
結果的にLCCの低減と長寿命化が可能
しかし「予防保全」は「想定内」でないとできない．
今後は防止策は，豊富な経験と応用力「想定内」の範囲を拡大していくことが不可欠

8

2021/3/3

長寿命化とは？といいつつも，やっぱり愛情でしょ！

設定されている要求寿命を超えて要求性能を満たすようにすること• 維持管理の原点は大切に使う思い，愛着，慈しみ• 金が無いからメンテが必要「予算がないからメンテできない」はダメ• みんなで大事に使いましょう！

経年にともなって，必ずどこかに損傷が現れます．
そして，それを新設時の状態にもどすのは不可能「損傷を許容しつつインフラとうまく付き合う」ことが重要
しかし寿命は必ず訪れる

未来へ向けて（私見）• 将来の急激な労働力人口の減少は，経済力のみならず技術力の低下を招き，国力そのものが低下する危険をはらむ．したがって，いま以上のメンテナンスの効率化，国民全体の意識改革，産官学民全体の協働体制，が必要

未来へ向けてこれからの技術者の役割（JCIM(インフラメンテナンス国民会議)がそのコアとなれば嬉しい）• 実効的な技術開発，技術革新が必要：他分野との連携，新概念の導入
日本全体が一丸となって，国際競争力を蓄える必要がある
管理者と開発者の連携，パイロット事業の試み
技術の公開・企業間の協働・協力
技術の囲い込みをやめ，民民協力体制が不可欠• 点検は一巡した．その結果に基づいた検討がなされ，具体化した次の段階が見え始めてきた．
それは，金の話ではなく，人に関する話(密接な人の連携・意識の問題で，技術力，人口）がメイン．インフラの整備は，とくに重要な役割を持っている．

369

2021/3/3

今後の取り組み(人・もの・金) （私見）

今後の取り組み(人・もの・金) （私見）

1）人

3）金

一般市民との協働・連携

新技術の適用・省力化・効率化・・・による経費縮減
運営システムの改善（PFI，PPP）
法制度の改善と整備による経費削減

一般市民の意識改革と住民参加の維持管理技術者のみならず一般市民を含めた維持管理体制の構築

人材育成（技術者育成，技術者のレベルアップ，資格制度）
国境を越えて労働力の確保

４) 国際競争力の強化

技術の輸出・水平展開

2）もの（人の仕事を省力化）新技術の開発（点検・モニタリング・計測・ロボット・UAV）

DX，情報技術（IT，AI）の応用・適用（診断・予測・データベース）
施工技術の開発（情報化施工・新補修技術・新補強技術）

37

読売新聞社説2021.2.24

地方行政とAI• 全国市区町村職員数の減少

2040年は2013に比べて10~20％減少• AIを活用した住民サービス• AIの導入率

都道府県：68％，市区町村：8％• いくつかの自治体が協同導入して経費負担の軽減，AI精度の向上を期待• AI導入：国が標準仕様を定めるべき• 国と自治体の連携を密にし，デジタル化と行政手続きの効率化を加速

38

さらに効率的な維持管理に向けて• 安全・安心の担保（残存耐荷力を基本）
残存保有耐荷力＞要求耐荷力• 部材ではなく，構造物全体を対象（構造物としての安全性）
目前に具体構造物がある• 当初設計（部材設計）とは異なる維持管理• 要求寿命を勘案した維持管理
様々な修復技術，多様な対策が可能となる
そのためには，予測が不可欠

102021/3/3

さらに効率的な維持管理に向けて• 個々の構造物に見合う維持管理
身の丈に合った維持管理，捨てる勇気

元々強い橋も弱い橋もある．橋の居住環境も影響
金持ちもいれば貧乏もいる• 損傷を許容する維持管理（予測技術）

インフラ維持管理に係わる技術者に求められていること• 損傷原因を特定する鋭い洞察力• 的確な診断力，今後どうなるかのできるだけ正確な予想力• 原因を排除するための新しい着想，発想• DXテクノロジー(AI，IOT等)の利活用
そのためには未だAIではできないあるいはまだできていない重要分野「腐食の発生はダメ」は，大きく現状と異なるし，実際無理！
老化（劣化）は必ずやってくる• 適する補修・修復
板厚が減肉したから減肉分の当て板をする

その根拠は？場合によっては無意味かも（AI結果の判断，健全性診断・予測，性能回復法，性能回復効果判断・予測）
すなわちインフラに対する強い愛情と使命感
豊富な経験：現場100回 必ず現場へ行き，周辺の環境も含めて調査，理解
気象・海象，地理，歴史，化学，経済などの幅広い教養と総合力(鋼材の歴史やコンクリートの変遷（使用され始めた年代）など)構造物の設計概念を理解できる基礎学力，力学理論に基づく検証力と判断力(破壊形式の推定，部材の役割の理解と全体への影響評価，補修・補強対策後の他部材への影響度評価など)

効率的な維持管理に配慮した新設インフラ設計

約50年経過のRC橋梁

海砂による鉄筋の腐食とコンクリート片の落下• 容易な維持管理ができる構造形式

点検が容易な構造詳細，点検が容易な付属物• 取り替え部材の採用
案内人の話「同時代に作った他の橋梁には，損傷は無かったけど，この橋だ
け・・・・」

王泊大橋のハンガーロッドの定期的破断維持管理可能単径間2ヒンジ補剛吊橋
橋長:151.75m
塔高：29.43m
完成：昭和32年

王泊大橋

112021/3/3

耐候性鋼橋梁耐候性鋼橋梁LCCとして有利LCC低減に有利

耐候性鋼材は「安定さび」を形成することで腐食による板厚減少が生じない鋼材で、これを使用した橋梁はメンテナンスフリーとなる耐候性鋼材は「安定さび」を形成することで腐食による板厚減少が生じない鋼材で、これを使用した橋梁はメンテナンスフリーとなる

この認識は間違い

この認識は間違いu

耐候性鋼材は腐食する

u

耐候性鋼材は腐食する

u

耐候性鋼橋梁ではメンテナンスは必須u

耐候性鋼橋梁ではメンテナンスは必須

耐候性鋼材は腐食速度を遅くし、期待する耐用年数を維持させる

良好でないさびの早期発見と原因の排除

耐候性鋼橋腐食事例(1)耐候性鋼材は腐食速度を遅くし、期待する耐用年数を維持させる

良好でないさびの早期発見と原因の排除

土木学会コンクリート標準示方書

コンクリート構造物の維持管理の必要性
層状剥離さび

伸縮装置からの漏水

p 設計条件はあくまでも設計時の想定であり，設計耐用期間内での状況を確実には想定しきれない条件もある．
p 現状の技術レベルでは，完成した構造物の品質を絶対的に保証できない。
p 社会情勢が変化し，構造物の用途・機能が変更された場合には，補修や補強等の対策の実施を検討する必要が生じる場合がある．
群⾺県平成27年度現場実務研修「コンクリート（構造物の維持管理）研修」
2016.2.4コンクリート構造物の維持管理と品質確保の重要性半井 健⼀郎

122021/3/3

土木学会コンクリート標準示方書

コンクリート構造物の（早期）劣化

コンクリート⽚の剥落

コンクリート構造物の効果的な維持管理

広島県内をはじめ各地で数多くの報告あり

p 供用期間中の維持管理を効果的に行なうには，定期的に診断を行い，構造物に変状や性能の低下が生じていないことを確認する

2015/1/21福⼭市⽴⾚坂⼩学校

維持管理の基本は「点検」
維持管理の「点検」
でみるべきものは「水」

2015/4/22⻩⾦橋
2015/5/15第⼆神明道路

2015/6/19平和⼤橋

コンクリート構造物の（早期）劣化

コンクリート構造物の（早期）劣化

多くの場合，コンクリート表⾯

コンクリート構造物中の鉄筋腐⾷èコンクリート⽚の剥落
è構造物の性能低下
è最悪の場合には崩壊かぶりコンクリート塩化物
イオン

⽔
酸素

鉄筋
鉄筋⼆酸化
炭素

2015/1/21福⼭市⽴⾚坂⼩学校※鉄筋のさびは数倍の体積膨張

鉄筋の健全部減少
è性能低下

コンクリート

鉄筋剥落è
第三者被害
0950

不動態被膜の破壊

鉄筋腐⾷とひび割れ発⽣ 鉄筋腐⾷とひび割れ進展132021/3/3

ところで，少しくらい錆びても強さは変わらないよ！

橋梁の残存強度評価解析からみえてくること現実，確かにそうですね．そうだとすれば・・・・• 構造全体の耐荷力は，かなりの余裕（隠れた安全率）を持っている．損傷があっても橋が壊れないのは，この余裕を食いつぶしているから!?
• 桁端に孔があくほどの損傷があると，部材の取り替えや当て板を行う．これは必要なのか?
時には防食だけで十分場合によっては改悪（新たな損傷を誘引）とはいえ腐食を甘く見てはいけない（いつかは危うくなる）ということで，腐食鋼構造物の残存耐荷力を解析してみました
初期設計時
腐食

初期設計では，想定される破壊形式(既知)に対して安全に設計される腐食進行にともない，形状が変化する．

初期想定と異なる破壊形式
破壊初期に想定した破壊形式とは異なる破壊形式により破壊する可能性がある

残存耐荷力評価の基本• 破壊形式の推定・把握

破壊モードを考慮できる解析でないと正確な評価は不可能【例】局部座屈破壊の有限要素解析：はり要素ではダメ• 破壊を支配する指標を考慮する

破壊モードに応じた支配パラメータ（断面積，曲げ剛性，腐食凹凸）を把握する【例】座屈破壊する場合，断面積を把握してもダメ破壊モードを推定し，その支配指標を計測，解析を行う
的をはずすと危ない

142021/3/3

残存耐荷力の支配因子と計測• 評価・予測のための計測技術の開発
目的に応じた計測項目と精度

荷重状態

破壊形式

破壊の主要因

圧縮

座屈剛性

引張

降伏断面積
塑性変形
表面凹凸形状
腐食表面形状 応力集中

疲労

残存耐荷力を評価するには• 構造物をどのようにモデル化するか使用するモデルにより考慮できる破壊形式が異なる
1本のはりでは局部変形は考慮できない• 構造・材料特性をどのように仮定するか

弾性・塑性，線形・非線形（幾何学的および材料学的），・・・
境界条件（単純支持，固定支持，移動支承，バネ支持，・・・）• どのような解析を行うか

はり理論，板理論，薄肉シェル理論，FEM，・・・・
FEM: どのような要素を使うかにより変形様式等が異なる．
何でもFEMというのは労力と経費の面で割に合わない

目的に応じて適するモデルと仮定を選択

橋梁の残存耐荷力評価

現場載荷実験(Proof Load Test)

n橋梁概要
Ø構造形式：5径間単純複合箱桁橋（各橋桁は，床版がRC，ウェブおよび下フランジが溶接とリベット併用で組み立てられた開断面箱桁で，RC床版と鋼桁が合成された逆台形断面合成箱桁）
Ø橋長：258m
Ø幅員：8m（2車線）Ø支間長：50.8m
Ø床版厚：190mm（ハンチを入れた中央部では355mm）
Ø供用年：昭和39年の供用開始から約40年供用

ブロックジベル載荷条件（Case-1）

載荷条件（Case-4）15

2021/3/3

荷重条件(せん断力）

複合非線形有限要素解析

橋梁全体
表−要素・節点数
Solid要素数 26304
Shell要素数 15176
Beam要素数 39
節点数48057

橋梁断面

死荷重を作用させた後，支承部がせん断力により崩壊する荷重配置で道路橋示方書で規定されているB活荷重を増加させて終局状態まで解析した．

支承部のせん断崩壊

要素分割図

RC床版と鋼桁上フランジ間のブロックジベルの接合状態は，完全合成と仮定．

支承部のせん断崩壊の荷重条件

L = Ld + a L!

é Ld : 死荷重ù
ê
ú
：B活荷重
L
ê !
ú
êëa：活荷重倍率 úû

活荷重倍率とは，B活荷重が作用した時に，その何倍の荷重まで耐えうるかを示す指標であり，B活荷重に対する安全率とみなすことができる．

腐食による強度の低下

解析結果(健全な場合）(桁端せん断耐荷力)

終局時の活荷重倍率は腐食減肉率に関係な
く約4.3となった．これは，支承部で局部座屈が発生しても，後座屈強度と座屈後の応力再配分があるためと考えられる．

5.00
4.50
4.00

活荷重倍率

3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00

0%
40%
70%

0.50
0.00
0-100
-200-300
桁中央たわみ(m m )しかし，40%以上の減肉があると荷重が低い段階からたわみが増加することがわかる．
これは，支承部ウェブの減肉量が大きくなるにしたがって，その部分が早期に局部座屈を起こすためである．

-400

活荷重倍率−たわみ曲線• 構造全体が有する強度は，活荷重の4~6倍• 孔の開くような重篤損傷でも何とか持っている理由?

減肉率%
04070

死荷重時(α=0.0)
桁中央たわみ(mm)88.1
88.288.3

設計活荷重時(α=1.0)
桁中央たわみ(mm)128.2
128.5128.9終局時(α=αu)
桁中央たわみ 活荷重倍率=αu(mm)259.4
4.34281.3
4.29286.8
4.27

162021/3/3

Mises応力分布(0％)

老婆心ですが・・・「荷重により桁がたわむと，右の移動シューは左に動くはずなのに，実験結果は右に動いた．これはおかしい!?」0-5(40％)-12.6-10

たわみ(m m )残存耐荷力評価-14.1-16.7-23.0-15-20-25

case4-FEM （両端支承水平変位拘束）
case4-FEM （強制変位）
case4-FEM （単純支持）
case4-実験値-30-35(0％)-400(70％)

10000

20000
30000
橋軸方向距離(m m )

40000

50000

終局時のMises応力分布（桁下からみた場合）(40％)

減肉率が大きくなるにしたがって，端補鋼材の応力の高い範囲が狭まっている．これは，減肉部分が先行して降伏するために，支承部付近の部材が局部的に降伏するためである．

(70％)

終局時のMises応力分布（桁端断面）

可動支承の不具合と桁のたわみ

実験でたわみ等が小さくなったからといって，橋梁が健全であると必ずしもいえない．
健全度調査のための実験は，総合的に評価しなくてはならない．

合成桁の保有強度n橋梁概要
Ø構造形式：単純合成桁橋
Ø橋長：29.8m
Ø幅員：9.8m（2車線）Ø支間長：29.2m
Ø床版厚：210mm（ハンチを入れた中央部では335mm）
Ø竣工年：昭和52年■使用した要素Ø主桁：
4節点アイソパラメトリックシェル要素
Ø横構，対傾構：
はり要素
Ø床版，壁高欄:
8節点アイソパラメトリックソリッド要素

17

2021/3/3

フェリー渡橋の残存強度解析結果（活荷重倍率）
L-20

桁番
G1G2G3G4

B活荷重桁番
G1G2G3G407.21
7.86
7.38
7.34

1/8
7.42
8.36
8.28
7.48

支点からの距離
1/4
3/8
7.45
6.22
7.84
6.51
7.21
5.95
6.85
5.71

1/2
5.77
6.1
5.67
5.34

0
5.80
6.60
6.55
5.89

1/8
5.80
6.60
6.55
5.89

支点からの距離
1/4
3/8
5.28
4.51
5.71
4.72
5.21
4.35
4.98
4.11

1/2
4.23
4.45
4.12
3.95

渡橋で典型的な腐食損傷
海塩粒子の付着によって腐食しやす
い主桁下フランジを腐食減肉させる

B活荷重倍率とL20の活荷重倍率の比（B活/L-20）
桁番

00.80
0.84
0.89
0.80

G1G2G3G4

支点からの距離
1/8
1/4
3/8
0.78
0.710.730.790.73
0.730.79
0.720.730.790.73
0.72

1/20.730.73
0.730.74

構造形式

単純2主中路式
鈑桁橋⽀間⻑
[m]

20.0

床版

Steel

材質

SS400

解析モデルの概要

4節点6自由度アイソパラメト
リックシェル要素

断 面
A◆主桁下フランジの腐食A(ピン)腐食箇所：桁中央と桁端付近の2ケース

減肉の状態 減肉率R [%]※R=100%：フランジが無い状態

要素の大きさ：
最大50 50ｍｍ◆荷重条件◆鋼材の材料特性
弾性係数[N/m m 2]
210000

降伏応力[N/m m 2]
253.2

ポアソン比
[-]
0.3

完全弾塑性

B(吊り)
単位体積重量[kN/m 3]78.5

断 面
B(b)正面図
対象橋梁一般図

断 面
C

解析条件

u 境界条件u使用要素(a)平面図

腐食部が最も不利となる荷重配置10m

p1＝12.86[kN/m2]

5m

腐食位置

p1p2

10m

腐食区間
p1＝12.86[kN/m2]
p2＝4.5[kN/m2]

Lall = Ld + α・Ll
Ld ：死荷重
Ll ：活荷重a ：活荷重倍率4mp2＝
4.5[kN/m2]

4m
p1
p2

腐食区間

腐食位置

18

2021/3/3

腐食に伴う強度低下

終局状態

桁端付近主桁下フランジ腐食

支間中央主桁下フランジ腐食

au=1.90桁端付近下フランジ腐食

支間中央下フランジ腐食

腐食している断面で終局

au=2.11
au=1.45

腐食位置
腐食位置

上フランジねじれ
座屈

元々の強度余裕は2程度しかない現象の説明（支間中央下フランジ腐食）
10000mm
5000mm塑性崩壊現象の説明（桁端付近下フランジ腐食）
10000mm

p1＝12.86[kN/m2]

p1＝12.86[kN/m2]
p2＝4.5[kN/m2]

p2＝4.5[kN/m2]

終局断面
降伏モーメ

1.2
1

終局断面

ント

1.6

全塑性モー1.4

メント

1.2
M/My0M/My00.80.6

降伏モーメ
ント
全塑性モー
メント

全断面
降伏

10.8
0.6

0.4

0.4

α=00.20

腐食している断面とは異なる断面で終局

0.2

α=000510⽀承からの距離(m)

1520

05

101520⽀承からの距離(m)192021/3/3

まとめ

そうだとすれば• 構造全体の耐荷力は，かなりの余裕（隠れた安全率）を持っている．損傷があっても橋が壊れないのは，この余裕を食いつぶしているから!?
• 桁端に孔があくほどの損傷があると，部材の取り替えや当て板を行う．これは必要なのか?
時には防食だけで十分場合によっては改悪（新たな損傷を誘引）

予測：簡単といえば至極簡単

複雑といえば極めて困難 問題は，モデルの仮定，条件が実現象と整合するか?

P0:元の耐荷力
T:年数
板厚t（元板厚t0=12mm）は毎年1mm
減少: t=12-T

Pu/P0

強度Puは断面積A(=t b，b:板幅)に比例する

実計測結果
からモデルを設定

5年目に寿命5年の塗装を1回行う

10.58

01012
劣化曲線

517T

• 一般の道路橋は，かなり大きな安全余裕がありそうだ．
• 重篤な腐食損傷があっても現状で落橋していないのはこの余裕があるから• フェリー桟橋などはこの余裕が無い（元々弱い構造物）ので注意すべき• 腐食箇所で破壊（崩壊）するとは必ずしもいえない．
腐食箇所を闇雲に補修しても強度は変わらない場合がある．
この場合補修しても効果無し

余寿命評価（予測）• この橋は大丈夫なの？（残存性能評価）

現状が健全かどうかを判断し，健全で無ければ補修・補強を実施する．
現状では，この判断基準は明確ではないようにみえる• この橋は後何年もつの？（性能予測）

今後の健全度の推移を予測し，維持管理計画を策定する．
したがって，予測は，維持管理において大変重要
いつ直して，いつ廃棄するかなどの計画

劣化曲線を求めることにほかならない202021/3/3

鋼構造物（2段構え）の劣化曲線

劣化曲線の書き方• 単なる決めごとと思えば至極単純• 実現象を正確に捉えるには極めて複雑
つまり，１）性能（損傷のグレード?や耐荷力）をどのような基準で評価するかを決め，
2)補修等の対策の基準を決める．
問題は，•そこで得られた結果が現実と合っているかが重要•他人が聴いて納得できるかどうかの説明力の有無

性能回復対策の基本
原因の除去

性能回復対策の基本概念
性能回復で何を保証するのか？
設計荷重 or 部材の全強？
要求性能の明確化が不可欠

激しく腐食した床桁目的とする耐用年数により対策法は異なる
激しく腐食した床桁

21

2021/3/322