寄稿論説

橋梁の実挙動について思うこと
On Performance of Existing Bridges
九州工業大学大学院
工学研究院建設社会工学研究系

Department of Civil Engineering
Kyushu Institute of Technology

教授

山口栄輝

YAMAGUCHI Eiki

１．はじめに学生の頃から力学や構造解析法の勉強をしてきた。当初は基礎的な内容であったが，大学に勤務するようになってからは，橋梁，中でも鋼橋をその適用対象として勉強した。大学では，基本的に机上での検討，設計法などの一般的な事柄の検討が中心となる。現場を持たないため，実務での問題もなかなか知り難い。そのため，時図１

衝突による損傷状況

折，持ち込まれる実橋に関する相談事は非常にありがたく，また可能な限り現場に赴くことも心がけてきた。実るためひとつの桁だけ，図１に示すように外側に変形し際にプールで泳ぐことなく，書物からの知識のみで，水ていた。損傷発見後，橋梁の調査が行われ，下フランジ泳について意見するような類のことは避けたいと思っての面外変位が計測された。計測結果を図２に示している。

いた。そうして何らかの形で，多少なりとも関わった橋

図中，丸で囲んだ数字は，垂直補剛材を有する断面に付の中から，そのいくつかにおいて考えさせられたことをけられた番号で，29 番まである。断面⑨辺りの面外変形記してみたい。

が大きく，水平方向の最大変位はスパン長の 1/156 になる。下フランジの塗装の剥げ具合から，衝突箇所は赤矢

２．車両が衝突した跨道橋

印で示した領域と推察された。衝突幅の推定値は 540㎜

下を通る車が衝突して損傷した跨道橋に，何度か関わった。見るからに大丈夫そうな橋もあれば，見た瞬間亀裂が生じてないことも報告された。に撤去と判断せざるを得ない橋もあった。もちろん，す鉄道橋でも同様の衝突事故例があり，中山らが損傷調ぐには結論を出せない橋もある。跨道橋の工事は交通規査を行っている 1）。その調査結果における主桁面外変形制を伴うため厄介であり，避けられるなら，それに越しは最大でスパンの 1/199 であり，当道路橋の変形はかなたことはない。

り大きいことがわかる。当然のことながら，製作時部材衝突による損傷を受けた橋梁の例を示す。この橋梁は，鋼床版を有する２主桁橋で，下の道路が勾配を有してい

図２6である。また，この調査では，下フランジ溶接部などに川田技報

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精度の許容誤差 2）をはるかに上回る変形である。
横桁が主桁上方に位置していたことから，腹板の面外衝突で生じた下フランジ面外方向残留変位（mm）

変形は下部で顕著である。この腹板の変形により，図３

衝突箇所は推測できたものの，衝突荷重の大きさは不に示すように，垂直補剛材の座屈や溶接部の破断，横支明である。そこで，まず三次元非線形有限要素解析で，材と垂直補剛材のボルト接合部の破断などの損傷も生じ損傷の再現を試みた。鋼材は SM490Y であり，一軸応力ていた。一見してかなり重度の損傷であるが，鉄道橋の下では二次勾配がヤング係数の 1/100 となるバイリニア

検討結果では主桁変形による曲げ耐荷力の低下は認めら型の材料変形特性を有するとした。多軸応力下ではミーれなかったと報告されており 1），この道路橋でも損傷のゼス型の弾塑性材料で，移動硬化則に従うとした。解析影響を検討することになった。には ABAQUS 3）を用い，横支材は梁要素，他はすべてシェル要素を用いて橋全体をモデル化して解析した。
図３（c）は断面⑪の損傷の様子である。横支材と垂直補剛材の接合部が壊れ，横支材が下フランジに挟まれている。そのため横支材には圧縮力が作用し，8㎜のたわみが生じていた。別途，横支材のみの有限要素解析を行ったところ，圧縮力は 41kN と判明した。この作用力も考慮に入れ，衝突力を等分布荷重として橋の解析を行った
ところ，1 589 N/mm を衝突力として与えた時，計測された下フランジの面外変位をほぼ再現できる結果となった。解析で得られた面外変位分布を，計測結果とともに（a）垂直補剛材の座屈図４に示している。なお，衝突幅は 540㎜なので，衝突荷重は 858kN になる。設計衝突荷重 4）の 1 000kN と見合った大きさであり，この点からも，妥当な結果が得られたと考えている。

（b）垂直補剛材溶接部の破断

図４

下フランジ面外方向残留変位分布

解析で再現した損傷橋梁から，主桁を取り出し耐荷力の変化を検討した。図５に示すように，損傷が大きな箇所の両側，断面⑧と⑩の垂直補剛材上端に鉛直荷重を作用させて解析した。断面⑧と⑩の中間点の下フランジ鉛直変位と荷重の関係が，図６の曲線（DAMAGED）で あ る。 損 傷 が な い 場 合 の 解 析 も 行 い， 結 果（NODAMAGE）を同じ図に載せている。垂直補剛材の損傷（c）横支材と垂直補剛材ボルト接合部破断
図３

損傷状況も考慮しているが，初期剛性には違いが見られるものの，耐荷力の低下はほとんど認められなかった。特に大きな7寄稿論説図５

主桁への載荷状況（a）損傷状況

図６

主桁の荷重－変位関係

せん断力が作用する箇所でもないが，せん断耐荷力についても検討した。垂直補剛材の損傷により，斜張力場は変化するが，問題となるような耐荷力低下はなかった。
また，面外変形をさらに大きくした解析も行ったが，耐荷力の大きな低下は認められなかった 5）。
これらの検討結果に基づき，垂直補剛材の損傷は補修（b）貫通孔するものの，主桁の変形については特に何の手立ても講じないこととした。これにより，補修工事をかなり軽減できた。以来，15 年以上が経過したが，この橋梁には何の不具合も生じておらず，妥当な判断であったと思っている。

３．顕著に腐食した端横桁ある橋で，図７（a），（b）に示すような，腐食による大きな貫通孔が腹板に見つかった。支点に近い箇所であり，腹板に作用する力も大きいと考えられるため，安全性が懸念された。しかしながら，地方の基幹道路に位置（c）パラペット側の腐食状況（撤去時）
図７した橋で交通量も多く，適当な迂回路がないため，交通8

腐食損傷した端横桁規制は難しいとのことであった。安全性の確保は最優先通規制を行うことを条件に，当面，交通規制はしないこ事項ではあるが，社会的コストもないがしろにはできなととした。

い。とは言え，損傷が進むと路面が下がり，橋梁端部で当然のことながら，できるだけ早く補修すべきと思っかなりの段差が生じる危険性がある。関係者で議論したていたが，なかなか引き受けてくれる業者がなかったよ

結果，端横桁の下に架台を置き，万が一，路面が下がっうで，損傷発見後，約２年経ってようやく補修された。ても沈下量を最小限に留めることとし，さらに日々損傷大きな損傷であったが，この２年の間に安全性を脅かす個所を観察して，進行が認められた場合には，直ちに交ような問題は一切生じず，交通規制が議論されることも川田技報

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４．橋脚が倒壊した橋梁なかった。
補修工事に立ち会ったが，撤去された端横桁のパラ

大雨で橋脚が倒壊したとの新聞記事を見た。大正時

ペット側の腐食はひどく（図７（c）），腹板のみならず，代に作られた，３径間のコンクリート橋である（図９）。

パラペット側のフランジの板厚も，一目でわかるほど減

豪雨のたびに，橋脚が壊れて落橋したとの報道は目にす少していた。それでも，長期にわたって橋梁として問題るが，この記事の写真を見ると，橋脚が１本倒壊したになく十分な機能を有していたことに，驚きを禁じ得なもかかわらず，上部工は残っている。非常に興味をそそかった。

られ，友人と視察に行った。

この橋梁の損傷は，桁遊間が小さいためパラペット側の点検が行えなかったことに起因している。この橋梁では，幸い結果的に大きな安全性の問題に発展することはなかったが，点検ができないままに腐食が進展するような事態は，やはり避ける必要がある。新設橋であれば，点検も考慮に入れて遊間を大きくすることで対処できるが，既設橋で遊間を大きくすることは容易でない。解決策のひとつは，積極的に端横桁腹板に点検孔を設けることであろう。そのために，既設端横桁に点検孔を設ける
経済的かつ安全な工法が開発されることを願わずにはい
図９られない。ちなみに，当該橋梁では，取り換え後の端横桁腹板に点検孔を設けることになった（図８）。

橋脚が倒壊した橋梁

上部工は架かったままとはいうものの，なくなった橋
脚位置の上部工では作用モーメントが負から正に変わっているはずで，それに伴い底面に多くの亀裂が生じていても不思議ではない。そのため，恐る恐る橋梁の下に入ったが，亀裂は全く見当たらず，驚いた。詳しく検討した
わけではないが，設計では構造部材でない高欄が，実際には橋の剛性にかなり寄与したためではないかと想像している。いずれにせよ，この橋の実挙動は，設計で想定したものとは大きく異なっていると考えられる。
この橋では従前より洗堀が問題になっていたようで，現地ではその対策跡が見られた。洗堀，85 年という橋齢，

図８

新しい端横桁

また橋長が 26 m と短いことなどを考え合わせれば，こ端横桁は，横荷重のみならず，鉛直荷重にも抵抗する。の機会に橋脚をなくし，単径間の橋に架け替えられるの端横桁は，床板端部の交通荷重を受け，主桁，そして支だろうと想像していた。しかしながら，補助を受ける関点へ荷重を伝達する。腹板には，相応の力が作用する。

係で再度橋脚を建設すると聞き，驚いた。合理性に欠けそこにこのような孔が生じていると，設計で想定していた対応ではないか，と思えてならなかった。

る荷重伝達機能は期待できない。それでも，当該橋梁は，橋梁としての機能を発揮していた。橋梁工学のテキストなどに書かれているのとは異なる形で，荷重に抵抗していたと考えられる。

５．石橋
道路総延長の 80％以上が市町村道，2 m 以上の橋梁
約 70 万橋のうち 70％以上が市町村管理である。その多くは生活道路に位置しており，それなりの交通量もある。
古くから地元で建設された小さな橋が多いせいか，道路

9

寄稿論説

橋示方書，橋梁定期点検要領などに記載のない形式の橋と聞き，見に行った。図 11 がその石桁橋である。大きも多いようで，しばしばそうした橋に遭遇する。よく知な亀裂であったが，石桁の抜け落ちはなく，路面が沈下しられた例としては，石造アーチが挙げられよう。石造アーた様子もなかった。交通規制もなく，車両が通行していた。

チは道路橋示方書に記載はなく，新たに建設されることはあまりない橋梁形式であるが，文化財としての価値を認められている橋も少なくない。今年６月には，国の文つうじゅん化審議会が，熊本の通潤橋を国宝に指定するよう文部科学大臣に答申した。土木建造物として初めて国宝指定になる見通しである。
石橋には，切り出した石を並べただけの石桁橋もある。
橋脚も石で，図 10 がその例である。見るからに安全性が心配される橋であるが，この上を車が通っている。図10（b）の石の橋脚には亀裂まであるが，特に交通規制（a）亀裂の生じた桁はされていない。それでも，安全上の問題が生じたとは聞いていない。
石桁は，鉄筋が入っていないコンクリート桁のようなものであり，曲げを受けると亀裂発生が懸念される。そんな心配をしていたら，実際に亀裂が入った石桁がある

（b）亀裂
図 11

亀裂の生じた石桁橋

図 12 のように，石の部材を組み合わせた石橋もある。
斜材が石桁を支える構造のようであるが，剛結されてい（a）石の桁と橋脚るわけではなく，方杖ラーメン橋ではない。我々が現地に行った際には，斜材に乗っている石桁がずれて落ちかけている箇所がいくつかあり，安全性が大いに心配される状況であった。その時点で 2t 車以上は通行禁止となっていた。この規制の根拠は定かでないものの，実際問題として，この橋に特に安全上の問題が生じていたわけではなかった。
これら石橋はいずれも古く，設計図書はない。材料特性も不明である。どういう設計をして，建設されたか判然としないが，損傷があるにもかかわらず，近年でも橋としての機能を果たしている。どういうメカニズムでこ（b）亀裂を有した石の橋脚
図 1010川田技報

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石桁橋

れらの橋が安全に機能しているのか，同行者と議論したが，いずれの橋についても，明確な答えは得られなかった。

言われている。一方で，少子高齢化等により，国の財政状況は厳しい。既設橋の維持管理において，道路橋示方書の基準を常に満たすよう補修していけば，橋の安全性は担保されるが，予算という縛りの中では，それが最善の手段とは限らない。
橋梁の実挙動，安全余裕は，設計での想定と必ずしも一致しない。橋梁がどのようなメカニズムで荷重に抵抗するか，真の安全余裕はいくらかを正しく評価するのは容易ではなく，いまだチャレンジングな課題かもしれな（a）概要い。しかしながら，日本社会の現状に鑑みて，橋梁管理機関，橋梁技術者には，必要かつ十分な補修方法を選択することが，これまで以上に求められている。このチャレンジングな課題は，今後の橋梁工学で早急かつ果敢に取り組むべきテーマのひとつと思えてならない。
参考文献
1）中山太士，木村元哉，池田学，相原修司，長嶋文雄，
中松井繁之：衝突変形を受けた鋼 I 形リベット桁の 残 存 耐 荷 力 の 評 価， 構 造 工 学 論 文 集，Vol.54A，
pp.68-79，2008．

（b）部材のずれ
図 12石の部材を組み合わせた石橋

2）日本道路協会：道路橋示方書・同解説 II 鋼橋・鋼部材編，2017.
3）Dassault Systemes Simulia Corporation: User's

６．おわりに何らかの形で関わった橋において，考えていたことを思いつくままに書いてみた。総じて思うのは，橋はとてManual, ABAQUS Ver. 6.13, 2013.
4）日本道路協会：道路橋示方書・同解説

I共通編，

2017.

も安全に建設された構造物であるということである。橋

5） Eiki Yamaguchi, Takuya Amamoto: Mechanical

全体としては，設計で考えている安全余裕よりも，かな

Behavior of Steel Bridge Deformed by Collision,

り安全になっていると思われる。本稿で取り上げた橋のJournal of ce/papers, Vol.4, Issue2-4, pp.296-300, 2021.

ように，一見して安全性が懸念される橋でも，十分安全に機能している例は多いようである。その理由としては，基本的に部材ごとに安全余裕を確保していること，構造物としての橋はかなりのリダンダンシー，ロバスト性を有していることなどが挙げられると思う。ここでいうリダンダンシー，ロバスト性は，橋梁設計で想定していないメカニズムでも荷重に抵抗できるというぐらいの意味である。また，設計荷重や部材の限界値がかなり安全側に設定されていることも，橋の安全余裕を大きくしていると考えられる。
橋の高齢化が進み，今後の維持管理費用は増加すると11