TK-1-866 改0

東海第二発電所
鋼製防護壁の接合部アンカーに関する補足説明

平成３０年６月１１日
日本原子力発電株式会社

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1

目次

鋼製防護壁の接合部アンカーに関する補足説明

１．鋼製防護壁接合部の概要及び評価方針
２．３次元解析（COM３）による妥当性評価

2

鋼製防護壁接合部の概要及び評価方針（１／２）
１．概要（背景及び確認が必要な事項）
直接定着式アンカーボルトは，道路・橋梁施設において多くの適用実績があるものの，津波荷重による水平力による大きなせん断力及び水平回転モーメントを受ける津波防護施設への適用ははじめてとなる。したがって，地震荷重及や津波荷重による６成分の設計断面力が同時に接合部へ作用した場合においても，直接定着式アンカーボルトが負担する応力が弾性範囲内に収まることを３次元解析（COM3）により確認することで，直接定着式アンカーボルトの鋼製防護壁への適用性を示す。
また，接合部の設計方法は，各３成分の設計荷重に対して，荷重分担を考慮した各構造部材の技術基準に基づく弾性設計をそれぞれ行うものであるが，これらの構造部材が一体となり，６成分の設計荷重が同時に接合部へ作用した場合においても，全ての部材の応力が弾性範囲内に収まることを３次元解析（COM3）により確認することで，接合部の設計方法の妥当性を示す。
アンカーボルトで抵抗

２．確認事項
３次元解析（COM3）結果を用いて以下を確認する。
① 直接定着式アンカーボルトの鋼製防護壁への適用性の確認② 接合部の設計方法の妥当性の確認

頂版鉄筋コンクリート，中詰め鉄筋コンクリートで抵抗３．評価方針① 直接定着式アンカーボルトの鋼製防護壁への適用性の確認• ３次元解析（COM3）により６成分の荷重が同時に作用した場合においても，アンカーボルトに生じる引張り応力が弾性範囲内に収まっていることを確認する。
【設計思想】
アンカーボルトは本来，引抜き力及びせん断力に抵抗できる部材であることから，鋼構造物設計基準（名古屋高速道路公社）の「7.2 アンカー部の設計方法」
においては，アンカーボルトに水平方向のせん断力も許容限界以下で受けもたせる設計方法となっている。
一方，鋼製防護壁においては，保守的な配慮として，接合部の水平回転モーメント（水平トルク）及び水平力によるせん断力に対するアンカーボルトの抵抗力は設計上期待せず，接合部の水平回転モーメント及び水平力によるせん断力に対しては，設計上鉄筋コンクリートのみの耐力でも，弾性範囲内で負担可能とするという設計思想である。

引抜き力に関する
荷重伝達イメージ

水平力，水平回転モーメントに関する荷重伝達イメージ

荷重伝達のメカニズム3

鋼製防護壁接合部の概要及び評価方針（２／２）② 接合部の設計方法の妥当性の確認• 接合部の設計は，各部材毎に弾性範囲内で設計するが，部材が一体となった３次元構造において６成分の荷重が同時に作用した場合においても，各部材が弾性範囲内で設計荷重を受け持つことができていることを確認する。
設計における適用基準と許容限界
許容限界
部位照査項目

曲げ軸応力
引抜き力（Ｍx，My，Ｎ）

アンカーボルトコーンせん断（鉄筋補強あり）
鉄筋応力

水平回転モーメント（Ｍｚ）

短期許容応力度※１

許容限界が弾性範囲内か保有水平耐力範
囲かの区分

適用基準

弾性範囲内

鋼構造物設計基準（Ⅱ鋼製橋脚編）

弾性範囲内

鋼構造物設計基準（Ⅱ鋼製橋脚編）

弾性範囲内

鋼構造物設計基準（Ⅱ鋼製橋脚編）

弾性範囲内

道路橋示方書・同解説(Ⅰ共通編） （SD490)
コンクリート標準示方書[構造性能照査編]

弾性範囲内

コンクリート標準示方書[構造性能照査編]
道路土工カルバート工指針

弾性範囲内

コンクリート標準示方書[構造性能照査編]
道路土工カルバート工指針

弾性範囲内

コンクリート標準示方書[構造性能照査編]
道路土工カルバート工指針

降伏応力度
引抜き力

水平力
（Ｓx，Ｓy）

上段は基準地震動，基準津波を考慮する場合
下段はT.P.+24m津波を考慮する場合

中詰め鉄筋コンクリート及び頂版鉄筋コンクリート

コンクリート応力（圧縮応力）
コンクリート応力（水平力によるせん断応力）
コンクリート応力(水平回転モーメントによるせん断応力）

短期許容応力度※１
短期許容応力度※２
短期許容応力度※１
短期許容応力度※１
短期許容応力度※３
短期許容応力度※１
短期許容応力度※２
短期許容応力度※１
短期許容応力度※２
短期許容応力度※１
短期許容応力度※２※１※２※３許容応力度の1.5倍（地震の影響を考慮する係数）の割増しを考慮する。
許容応力度の2.0倍（極めてまれな荷重を考慮する係数）の割増しを考慮する。
許容応力度の1.65倍（極めてまれな荷重を考慮する係数）の割増しを考慮する。

（その他確認項目）• 設計荷重を超える荷重（T.P.+24m津波以上の荷重が作用したと仮定した状況）に対しては，荷重伝達メカニズムと３次元挙動を把握するとともに，十分な靭性を有する構造であることを確認する。

4

３次元解析（COM３）による妥当性評価（１／８）
３次元解析（COM３）の概要①３次元解析（COM３） により，接合部の一体構造の挙動を考慮した精緻な解析を行い，設計荷重（ T.P.+24 m津波と余震の重畳時）に対する各部材の応力が弾性範囲内に収まっていることを確認する。
②設計を超える荷重に対しては，十分な靭性を有する構造であることを確認し，荷重伝達メカニズムと３次元挙動を把握する。
支間部断面力の算定
一次元地盤応答解析

・上部構造，下部構造を一体でモデル化する。
・地中連続壁基礎は縦梁（構造弾性梁）とその周囲の仮想剛梁で構成し，仮想剛梁に地盤バネを設定する。
・鋼製防護壁は，支柱部・支間部に集約した構造弾性梁でモデル化する。

解析モデル作成

動的解析（余震）

地盤変位
加速度（設計震度）

３次元静的フレーム解析

START

解析モデル作成

変位・加速度

３次元静的フレーム解析

応答値の抽出
（支間部断面力）

接合部の評価
３次元解析
解析モデル作成

断面力
３次元解析

応答値の抽出（変位・応力）【評価】
・アンカーボルト応力
・鉄筋コンクリート応力
・変位履歴

NG

OK： 解析データの受渡しフローを示す

・鋼製防護壁の鋼殻をシェル要素でモデル化する。
・コンクリート部はソリッド要素にてモデル化し，頂版鉄筋コンクリートは配筋を反映した鉄筋コンクリート要素並びに無筋コンクリート要素を適用し材料非線形性を考慮する。その他の鉄筋コンクリートは，構造弾性要素でモデル化する。
・アンカーボルトはバイリニア型非線形梁要素でモデル化する。
・本震による影響を考慮するとともに，接合部の設計に対して安全側となるよう地盤バネを設定する。
・地盤の拘束度が高く，接合部の設計に対して安全側と予想される南側基礎を評価対象とする。
・３次元静的フレーム解析で算出された断面力並びに支柱部に作用する荷重を用いて３次元解析を実施する。

３次元静的フレーム解析モデルの概念図

END

検討フロー

３次元解析モデルの概念図

5３次元解析（COM３）による妥当性評価（２／８）
解析条件
・荷重条件が最も厳しくなると考えられるT.P.+24 m津波と余震の重畳時で解析を行う。

３次元解析モデル（全体図）

荷重の作用イメージ
３次元解析モデル（接続部拡大）

6

３次元解析（COM３）による妥当性評価（３／８）
解析結果－荷重～変位関係
・ 設計荷重（ T.P.+24 m津波と余震の重畳時）に対して，鋼製防護壁における各部材の発生応力が許容限界以下である状態に対応した荷重～変位関係を確認した。
波圧作用方向相対変位－地震時比率関係
波圧作用方向変位 - 荷重比率関係

1.01.00.90.90.80.80.70.7

荷重比率

荷重比率

波圧作用方向変位－地震時比率関係
波圧作用方向変位 - 荷重比率関係

0.60.50.4

断面力作用点0.30.4
中詰めコン底面に対する中詰めコン上

中詰めコン上下面の相対変位
面の相対変位

0.2

頂版中央部上端

0.1

0.50.3

鋼殻上端0.20.6頂版底面に対する頂版上面の相対変位
頂版コン上下面の相対変位

0.1

0.0

0.0
0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

0.0

1.0

津波作用方向変位(cm)

2.0

3.0

4.0

5.0

津波作用方向変位(cm)(上部構造及び下部構造を含めた全体変位)

津波作用方向変位と津波時荷重比率の関係＊荷重比率：設計荷重を１とした場合の比率

３次元解析（COM３）結果（荷重～変位関係）

変形および変形コンター

7３次元解析（COM３）による妥当性評価（４／８）
解析結果－アンカーボルトの応力（曲げ軸応力）・ 設計荷重（ T.P.+24 m津波と余震の重畳時）に対して，アンカーボルトに発生する応力（曲げ軸応力）が許容限界以下であることを確認した。
E(引張側)_1）
N_13）
1.0

0.6

E(引張側)_6）0.5

E(引張側)_7）0.4

E(引張側)_8）0.3

E(引張側)_9）0.2

E(引張側)_10）0.1

E(引張側)_11）

0.0
-100

0100

200300400

荷重比率

E(引張側)_5）

N_15）

0.8

E(引張側)_4）

0.7

N_14）

0.9

E(引張側)_3）

0.8

荷重比率

1.0

E(引張側)_2）

0.9

N_16）

0.7

N_17）

0.6

N_18）

0.5

N_19）

0.4

N_20）

0.3

N_21）

0.2

N_22）

0.1

N_23）
N_24）

0.0

E(引張側)_12）-1000200300

400

降伏(355N/mm2)

アンカー応力(N/mm2)

降伏(355N/mm2)

アンカー応力(N/mm2)

100S_37）1.0

0.9

W(圧縮側)_27）

0.90.8W(圧縮側)_28）

0.80.7

W(圧縮側)_29）

0.70.6

W(圧縮側)_30）

0.6S_41）

0.5

S_42）

0.4

S_43）

荷重比率

W(圧縮側)_26）

S_38）
S_39）
S_40）

0.5

W(圧縮側)_31）

0.4

W(圧縮側)_32）

0.3

W(圧縮側)_33）

0.3

S_44）

W(圧縮側)_34）

0.2

S_45）

0.1

S_46）

0.2
0.1

W(圧縮側)_35）

0.0-1000100200300

W(圧縮側)_36）400

降伏(355N/mm2)

アンカー応力(N/mm2)

アンカー応力(N/mm2)

荷重比率

W(圧縮側)_25）
1.0S_47）

0.0-1000

100200アンカー応力(N/mm2)

300400S_48）
降伏(355N/mm2)

400350300250200150
100500-50-100

荷重比率0.5
荷重比率1.0
降伏(355N/mm2)01224
アンカー位置 ES NE NW SW

3648

頂版上端位置でのアンカー軸応力8３次元解析（COM３）による妥当性評価（５／８）
解析結果－アンカー部の応力の深度分布（引抜き力）
・ 設計荷重（ T.P.+24 m津波と余震の重畳時）に対して，アンカー部に発生する応力（引抜き力）が許容限界以下であることを確認した。

鉛直変位(mm)

最も軸応力が大きいNE角部（No.12）

鉛直変位(mm)

SE角部（No.1）
アンカー軸応力の深度分布9３次元解析（COM３）による妥当性評価（６／８）
解析結果－頂版部の鉄筋・ 設計荷重（ T.P.+24 m津波と余震の重畳時）に対して，頂版部の鉄筋に発生する応力（引張応力）が許容限界以下であることを確認した。

要素平均の最大値337μ ＜ 短期許容応力度相当の歪み478.5/200＝2392μ
荷重比率1.0における外側鉛直筋のZ方向ひずみコンター

要素平均の最大値771μ ＜ 短期許容応力度相当の歪み478.5/200＝2392μ
荷重比率1.0における内部鉛直筋のZ方向ひずみコンター
荷重比率1.0における鉛直筋のZ方向ひずみコンター

10３次元解析（COM３）による妥当性評価（７／８）
解析結果－頂版部のコンクリート・ 設計荷重（ T.P.+24 m津波と余震の重畳時）に対して，頂版部のコンクリートに発生する応力（圧縮応力）が許容限界以下であることを確認した。

最大主ひずみコンター

最大主ひずみアイソサーフェイス

最小主ひずみコンター

鉛直(Z)ひずみのコンター（コンクリート標準示方書 2017年）

下フランジ下部４要素の最大値平均902μ ＜ ε’peak/2 ＝ 1000μ

頂版部のコンクリートのひずみ状況

11３次元解析（COM３）による妥当性評価（８／８）
解析結果① 接合部の設計は，各部材毎に弾性範囲内で設計するが，部材が一体となった３次元構造において６成分の荷重が同時に作用した場合においても，設計荷重（ T.P.+24 m津波と余震の重畳時）に対して，各部材の発生応力が許容限界以下であることを確認した。
② 設計荷重（ T.P.+24 m津波と余震の重畳時）を超える荷重を仮想した場合に対しては，荷重伝達メカニズムと３次元挙動を把握するとともに，十分な靭性を有する構造であることを確認する。

部

引抜き力（Ｍx，My，Ｎ）

アンカー
ボルト

頂版鉄筋
コンクリート水平力（Ｓx，Ｓy）

水平回転モーメント
（Ｍｚ）

許容限界
N/mm2

最大発生応力N/mm2

照査値（発生応力／許容限界）
－

判定

曲げ軸応力

355

1500.42ＯＫ

引抜き力

640.67OK

コーンせん断（鉄筋補強あり）

1.815－

－－

鉄筋応力

478.5

154.20.32

ＯＫ

コンクリート応力（圧縮応力）

32

28.90.90

ＯＫ

鉄筋：300
コンクリート：0.825

－

－－

鉄筋応力
(水平回転モーメントによるせん断応力）

330

追而

鉄筋応力

478.5

422.1

コンクリート応力（圧縮応力）

32

追而

鉄筋：330
コンクリート：0.825

－

330

追而位

中詰め鉄筋
コンクリート照査項目

鉄筋応力，コンクリート応力（水平力によるせん断応力）

鉄筋応力，コンクリート応力（水平力によるせん断応力）
鉄筋応力(水平回転モーメントによるせん断応力）

0.88

－

－

＊荷重条件： T.P.+24 m津波と余震の重畳時

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