第４章

損傷影響分析

４．１

概要

第３章までに示したとおり、鋼道路橋では桁端部の限られた領域での腐食が突出して悪化する傾向にあり、さらに腐食形態も多くの場合代表的な数パターンに近似する傾向にある。
一方、従来より鋼橋の腐食が耐荷力に及ぼす影響については、比較的疲労範囲が全体的に腐食する場合について検討がなされているものの、本検討で明らかになった代表的な腐食形態である桁端の極限られた範囲で集中的に腐食が進行するような場合について明らかにされていない。そこで本章では、代表的な腐食パターンによる板厚減少などの鋼部材の損傷が生じる場
合、橋の性能にどのような影響が生じるのかを明らかにするためにモデル損傷を設定して数値解
析により耐荷力への影響について検討を行った。
図 4.1 に解析のフローを以下に示す。

ソールプレートの影響

腐食の形態による影響事例を基にした腐食パターン

その１ ソールプレートの効果をモデル化

その２ 腐食範囲との関係

解析ケース図-4.2 参照

その３ 部材の破断解析

解析

荷重方向 ３種類

荷重方向 １種類（鉛直方向,橋軸方向,橋軸直角方向）（橋軸方向）

検証

検証

座屈固有値

座屈固有値

応力性状

応力性状

図-4.1

解析のフロー

４．１．１． 解析方法
解析は、汎用 FEM 解析プログラムである COSMOS

Ver2.85 を使用した FEM 解析を実施した。
解析モデル詳細の設定及び評価方法ついては、４．２以降の各影響の分析ごとに示す。

3133

４．２ 腐食形態の違いによる影響
代表的な腐食形態毎に、その進行が橋の性能にどのような影響を及ぼすのかについて検討する。ここでは代表的な腐食パターン毎に板厚減少量を仮定し、支承条件、ソールプレートと腐食領域の関係などとの組み合わせ条件に着目して数値解析を実施した。

４．２．１． 解析モデルの設定
第 3 章で整理した腐食事例の中から、桁端部の比較的多い腐食パターンである図-4.2 の腐食パターンについて解析を行うこととした。解析ではこれらの腐食パターンそれぞれについて、腐食部位の板厚減少率を 25%（腐食進行度小）、50%（腐食進行度中）、75%（腐食進行度大）の 3 段階に分けてシェル要素でモデルを作成した。
なお、桁端部に著しい腐食が見られる橋梁では、ソールプレートと支承の間にも腐食が見られ、多くの場合、設計上可動条件であっても可動機能が保証されない状態となっていることが点検結果からは疑われる。したがって、本解析では、支承は固定状態として解析を実施した。
板厚減少率25％50％75％

腐食解析モデル

腐食モデル 1（A1）A1-25 A1-50 A1-75

腐食モデル 2（A2）A2-25 A2-50 A2-75

腐食モデル 3（A３）A3-25 A3-50 A3-75

図-4.2

腐食解析モデル一覧

3234４．２．２

解析モデルと荷重の設定

解析は、鉛直方向、橋軸方向、橋軸直角方向の 3 方向それぞれの載荷状態を解析する。
鉛直方向、橋軸方向荷重については、主桁単体のみを取り出した単純梁モデル、橋直方向荷重については、4 主鈑桁の桁端部だけのモデルで解析を行う。
主桁単体のみを取り出した単純梁モデルは、図-4.3 の寸法とし、全てシェル要素でモデル化し着目する桁端部周辺の要素サイズは 25×25mm 程度を基本とした。
（図-4.4）支点部の拘束条件の設定方法については、支点位置（桁端から 500mm の位置）の下フランジ幅方向の全節点を全方向拘束とする。
4 主鈑桁の桁端部だけのモデルにおいても、全てシェル要素でモデル化し、着目する桁端部周辺の要素サイズは 25×25mm を基本とした。
支点部の拘束条件の設定方法については、支点位置（桁端から 500mm の位置）の下フランジ幅方向の全節点を全方向拘束とする。中間対傾構が取り付く位置には橋軸直角-鉛直平面に対して対称条件を設定する。
（図-4.9）
本研究では、腐食条件毎の耐荷力特性などの相対比較を行うため溶接ひずみなど部材の初期不整については全て無視することとした。
荷重強度は、健全モデルと各腐食モデルの結果について相対関係をあきらかにするためを相対評価で判断する為、単位荷重とする。各荷重方向に対する解析モデルの一覧を図-4.10に示す。
局部座屈位置については、荷重方向毎に図-4.11 のような位置を想定した。
21,000500

20 @ 1000 = 20,000

1,600500

橋軸方向固定橋軸方向固定断面長5,500

10,000

5,500

上フランジ

400×10400×20400×10

ウェブ

102010

下フランジ

400×10400×20400×10

図-4.3

主桁単体モデルの断面構成

要素サイズ：100×100（mm）

要素サイズ：50×50（mm）

要素サイズ：25×25（mm）

図-4.4 主桁単体モデルの解析モデル図3335

橋軸方向（X）：拘束
橋直方向（Y）：拘束鉛直方向（Z）：拘束500mm
図-4.5 主桁単体モデルの拘束条件（下からの視点）

4500
4 @ 1000
橋軸方向対称条件500

側面図

補剛材：Ｌ型鋼材
100mm×100mm×10mm×10mm
端対傾構部

対傾構：Ｌ型鋼材
100mm×100mm×10mm×10mm
中間対傾構部
正面図
図-4.6 ４主桁モデルのモデル図（上：側面図

3436下：断面構成）

要素サイズ：100×100（mm）

要素サイズ：50×50（mm）
要素サイズ：25×25（mm）

図-4.7

主桁単体モデル解析モデル図（左：上から橋軸方向（X）：拘束橋直方向（Y）：拘束
鉛直方向（Z）：拘束500

図-4.8 拘束条件（下からの支点）

橋軸方向（X）：拘束橋直軸回転（RY）：拘束
鉛直軸回転（RZ）：拘束

鉛直方向

橋軸方
図-4.9 対称条件（下からの視点）

3537

右：拡大図）

Vs：鉛直方向荷重(支点上)：主桁単体モデル
支点直上の上フランジに集中荷重を載荷
載荷面積0.4m×0.2m=0.08m2
分布荷重強度 100kN/0.08m2=1.25N/mm2

V：鉛直方向荷重(全体)：主桁単体モデル
桁全長にわたり上フランジに線分布荷重を載荷
分布荷重強度 1kN/mm2

L：橋直方向荷重用：桁端部モデル
床版端部（もしくは上フランジ）に線分布荷重を載荷
分布荷重強度 1kN/mm2

A：橋軸方向荷重用：主桁単体モデル
桁全長に渡り上フランジに線分布荷重を載荷
分布荷重強度 1kN/mm2

図-4.10

各荷重方向に対する解析モデル3638

鉛直方向荷重載荷時

橋軸方向荷重載荷時

橋直方向荷重載荷時

図-4.11 着目部位
４．２．３ 耐荷力の評価方法
腐食のない健全な状態（以下、健全モデル）の FEM 解析も同時に行い、各腐食モデルの解析結果は、健全モデルの解析結果との相対評価により判断を行う。評価内容としては、
以下の３項目とした。
①座屈固有値の低下率
弾性座屈解析により、健全モデルと各腐食モデルの座屈固有値を比較し、その低下率を耐荷力の評価基準にする。
②座屈位置
弾性座屈解析により、健全モデルと各腐食モデルの座屈位置を比較し、評価基準にする。
③作用応力の上昇率
静的弾性解析により、同じ荷重強度の載荷条件に対する健全モデルと各腐食モデルの作用応力を比較し、その上昇率を耐荷力の評価基準にする。また、座屈解析で局部座屈が発生した位置について、健全モデルと各腐食モデルの作用応力性状を比較する。

3739700600
500400300200100

最大主応力増加率

204060800100

座屈
固有値減少率座屈位置

載荷方法

健全モデルに対する座屈固有値減少率(%)

健全モデルに対する
最大主応力増加率(%)

00255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3

板厚減少率
25% 局部座屈（A1:垂直補剛材
A2,A3:ウェブ）
50% 〃75% 局部座屈(A1～A3:下フランジ）

載荷面積0.4m×0.2m=0.08m 2
分布荷重強度
100kN/0.08m 2=1.25N/mm 2

健全モデルに対する
最大主応力増加率(%)

Vs(鉛直荷重・支点上）健全モデルに対する
座屈固有値減少率(%)
700600500400300200100020406080

100以上の条件で解析した結果を、図-4.5 に示す。
詳細な結果は、【付録１】に添付する。

0070060050040030020010002040608010000255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3モデルA1～A3板厚減少率
25% 局部座屈(横構）50% 〃75% 局部座屈(下フランジ）

分布荷重強度
1kN/1m 2=1kN/mm 2A（橋軸直角方向）

図-4.12 解析の条件及び結果（１）255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3モデルA1～A3板厚減少率
25% 横倒れ座屈50% 〃75% 局部座屈(下フランジ）

分布荷重強度
1kN/1m 2=1kN/mm 2Ｖ（鉛直方向）

健全モデルに対する座屈固有値減少率(%)

健全モデルに対する最大主応力増加率(%)

４．２．４ 解析結果

健全モデルに対する座屈固有値減少率(%)
健全モデルに対する
最大主応力増加率(%)

40700
600
500
400
300
200
100020406080

10000255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3モデルA1～A3板厚減少率
25% 局部座屈(下フランジ）
50% 〃75% 〃

分布荷重強度
1kN/1m 2=1kN/mm 2L(橋軸方向)

41

VonMises
応力増加率

直応力増加率

最小
主応力増加率

700
600
500
400
300
200
100700
600
500
400
300
200
100

700
600
500
400
300
200
100000255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3700600500
400300200100700600500
400300200100700600
500
400
300200100

健全モデルに対する最小主応力増加率(%)

健全モデルに対する
橋軸方向直応力増加率(%)

健全モデルに対する
Von Mises応力増加率(%)

健全モデルに対する最小主応力増加率(%)

健全モデルに対する
橋軸方向直応力増加率(%)

健全モデルに対する
Von Mises応力増加率
(%)

載荷方法

載荷面積0.4m×0.2m=0.08m 2
分布荷重強度
100kN/0.08m 2=1.25N/mm 2255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

700
600
500
400300200
100700600500400300200100700600500
400300200100000255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3

分布荷重強度
1kN/1m 2=1kN/mm 2A（橋軸直角方向）

図-4.12 解析の条件及び結果（２）000A1A2A3

分布荷重強度
1kN/1m 2=1kN/mm 2Ｖ（鉛直方向）

健全モデルに対する
最小主応力増加率(%)
健全モデルに対する
橋軸方向直応力増加率(%)

健全モデルに対する
Von Mises応力増加率(%)

Vs(鉛直荷重・支点上）

700
600
500
400
300
200
100

700
600
500
400
300
200100700600
500
400
300
200100健全モデルに対する
最小主応力増加率(%)

健全モデルに対する
橋軸方向直応力増加率(%)
健全モデルに対する
Von Mises応力増加率(%)

000255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3255075
板厚減少率（％）

A1A2A3

分布荷重強度
1kN/1m 2=1kN/mm 2L(橋軸方向)

（１）鉛直方向
鉛直方向荷重載荷各々の解析結果をまとめると、以下のような項目が挙げられる。
（ⅰ）鉛直方向荷重（支点上） 腐食モデル 2 と腐食モデル 3 は、板厚減少率 75%未満における座屈固有値の低下はほとんどなく、座屈位置も健全モデル同様主桁ウェブにおいて局部座屈が生じている。
一方、腐食モデル 1 では、板厚減少率に沿って着実に座屈固有値が低下しており、局部座屈は垂直補剛材に起きている。
このことから鉛直荷重状態については、垂直補剛材の腐食範囲が広い場合には耐荷力低下が大きくなる場合があると考えられる。


腐食パターンの違いによる座屈固有値の相違よりも、板厚減少率の影響が支配的になっている。これは、垂直補剛材の断面積の増減が局部座屈に大きく影響するためである。実橋では垂直補剛材の溶接による主げたウエブの初期ひずみ、上下フランジとの接合条件なども座屈耐荷力に影響が大きいと考えられ、実橋に対する精度の高い評価を行うには今後それらの影響についても検討が必要である。

（ⅱ）鉛直方向荷重（桁全長）いずれの腐食モデルにおいても、板厚減少 75%未満では桁全体の横倒れ座屈が優先して起きている。その時の座屈固有値を比較しても、健全モデルと各腐食モデルでほとんど差が生じていない。このことから、この荷重状態については、桁端部のみの局部的な腐食が耐荷力低下に及ぼす影響は小さい。
いずれの腐食モデルにおいても、板厚減少が 75%で下フランジに局部座屈が起きている。

（２）橋軸直角方向
橋軸直角方向荷重載荷の解析結果をまとめると、以下のような項目が挙げられる。


いずれの腐食モデルにおいても、板厚減少 75%未満では横構の座屈が優先して起きている。そのときの座屈固有値を比較しても健全モデルと各腐食モデルとでほとんど差が生じていない。このことからこの荷重状態については、桁端部の腐食が耐荷力低下に及ぼす影響は小さいと推測される。



いずれの腐食モデルにおいても、板厚減少 75%で下フランジに局部座屈が起きている。
また、板厚減少率に対する座屈固有値の低下が少なく、板厚減少 75%においても健全モデルに対して 50%程度しか座屈固有値が低下していない。この荷重状態については、対傾構や横構によって荷重が他の腐食を想定していない桁に分配しているため耐荷力があまり低下していないためである。なお実橋では不可避な初期不整や不均等な荷重分担の影響が考慮されていないため実橋との対比は今後さらに詳細な検討が必要である。

（３）橋軸方向いずれの腐食モデルにおいても、板厚減少にともなって座屈固有値が低下しており、

42

局部座屈も全て下フランジに起きている。また、板厚減少率に対する座屈固有値の低下が著しく、板厚減少 75%では健全モデルに対して 5%程度まで座屈固有値が低下している。このことから、この荷重状態については、下フランジの腐食が耐荷力低下に大きく影響し、その板厚減少率も重要な要因であるといえる。

４．２．５ まとめ
①支点上の載荷重に対しては、支点部の柱構造で形成している垂直補剛材に大きな腐食がある場合には比較的少ない板厚減少であっても耐荷力が低下する可能性がある。
②橋軸方向載荷以外の載荷ケースにおいて、板厚減少率 50％程度では、健全モデルと変わらない座屈固有値を有しているが、ある一定以上の減少率に達すると座屈固有値が急減する。
③橋軸方向載荷においては、板厚減少率 50％においても座屈固有値が減少し、板厚の減少に対して敏感であることが分かった。
④腐食の進行による耐荷力への影響としては座屈耐荷力の低下が支配的になると考えられる。したがって実橋の耐荷力を精度よく評価するためには、実橋で不可避な、溶接ひずみなどの初期不整や部材の荷重分担の不均等などを考慮することが必要である。

43

４．３ ソールプレートの影響解析
４．３．１ ソールプレート影響解析（その１ ソールプレートの効果）（１）解析モデルの設定
４．２における腐食形態の違いの解析では、拘束条件は解析モデル両端の垂直補剛材と下フランジが接続する線を始点位置とし、このライン上の節点を全方向拘束していた。ここではソールプレートについてもモデル化して解析を実施した。なお、荷重ケースは橋軸方向荷重載荷とし、ソールプレートを全て２層のソリッド要素でモデル化した。
解析モデルを図-4.14 に示す。
板厚減少率

腐食解析モデル

腐食モデル 1（B1）

腐食モデル 2（B2）

腐食モデル 3（B３）

25％

50％

75％

B1-25

B1-50

B1-75

B2-25

B2-50

B2-75

B3-25

B3-50

B3-75

図-4.13 腐食解析モデル一覧

ソールプレート
全方向拘束図-4.14 下フランジ解析モデル図（上からの視点）（２）荷重の載荷方法
載荷荷重は、４.２腐食形態による影響解析において、橋軸方向載荷において、板厚減少率 50%においても座屈固有値が減少し、板厚の減少において敏感であることから、橋軸方向のみの載荷とした。

44

主桁上フランジ中心に橋軸荷重（1.0 kN/m2）を桁全長に渡り載荷。

（腐食形態の違いによる影響：橋軸方向荷重用と同様）

図-4.15 橋軸方向荷重載荷方法（３）耐荷力の評価方法
健全モデルの FEM 解析も同時に行い、各腐食モデルの解析結果は、健全モデルの解析結果との相対評価により判断を行う。評価項目としては、以下の３項目とした。

①座屈固有値の低下率
弾性座屈解析により、健全モデルと各腐食モデルの座屈固有値を比較し、その低下率を耐荷力の評価基準にする。

②座屈位置
弾性座屈解析により、健全モデルと各腐食モデルの座屈位置を比較し、評価基準にする。

③作用応力の上昇率
弾性静解析により、健全モデルと各腐食モデルの作用応力を比較し、その上昇率を耐荷力の評価基準にする。また、座屈解析で局部座屈が発生した位置について、健全モデルと各腐食モデルの作用応力性状を比較する。

45（４） 解析結果
以上の条件で解析した結果を図-4.１6～1９に示す。
詳細な結果は、【付録 2】に添付する。

健全モデルに対する各腐食モデルの座屈固有値比率①座屈固有値
100%

B1B2B3
A1A2A380%
60%
40%
20%
0%
02550
板厚減少率（％）

75100

解析モデル 減少率 座屈固有値 解析モデル 減少率 座屈固有値
健全 - 100 100%
127
健全 - 100 100%118.6
B1 - 2599%
126
A1 - 2596%
114.2- 5065%
82.6- 5035%41.9- 7510%12.3- 755%
6.2
B2 - 2599%
125.9
A2 - 2597%
115.1- 5068%86.2- 5038%45.2- 7510%13.3- 756%
7.1B3 - 2599%
125.6
A3 - 2597%
115.3
- 50
69%
87.4
- 5039%45.9- 7511%
13.7
- 756%
7.3

図-4.16 座屈固有値の比率②座屈位置
解析モデル 座屈位置
健全 - 100 ウェブ
B1 - 25ウェブ- 50 下フランジ- 75 下フランジ
B2 - 25ウェブ- 50 下フランジ- 75 下フランジ
B3 - 25ウェブ- 50 下フランジ- 75 下フランジ

図-4.17 座屈位置

健全モデルに対する各腐食モデルの最大主応力比率③最大主応力B1B2B3A1A2A3600%
500%
400%
300%
200%
100%
02550
板厚減少率（％）

75

100

解析モデル

減少率

健全 - 100
B1 - 25- 50- 75
B2 - 25- 50- 75
B3 - 25- 50- 75

100%
94%
97%
106%
103%
106%
156%
100%
109%
159%

最大主応力
最大主応力
解析モデル 減少率
22(N/m )(N/m )
3.4
健全 - 100 100%
0.77
3.2
A1 - 25 140%
1.08
3.3
- 50 222%
1.71
3.6- 75 458%
3.53
3.5
A2 - 25 149%
1.15
3.6
- 50 255%
1.96
5.3- 75 575%
4.43
3.4
A3 - 25 152%
1.17
3.7
- 50 266%
2.05
5.4- 75 631%
4.86

図-4.18 最大主応力の比較④最小主応力健全モデルに対する各腐食モデルの最小主応力比率

400%
B1B2B3A1A2A3350%
300%
250%
200%
150%
100%
02550
板厚減少率（％）

75100解析モデル減少率

健全 - 100
B1 - 25- 50- 75
B2 - 25- 50- 75
B3 - 25- 50
- 75

100%
95%
97%
167%
92%
100%
156%
100%
118%
177%

最小主応力
最小主応力
解析モデル 減少率
(N/m2)(N/m2)-3.9
健全 - 100 100%
-2.77
-3.7
A1 - 25 131%
-3.64-3.8- 50 191%
-5.29
-6.5
- 75 353%
-9.78
-3.6
A2 - 25 131%
-3.62
-3.9
- 50 189%
-5.23
-6.1
- 75 352%
-9.74
-3.9
A3 - 25 130%
-3.6-4.6- 50 187%-5.17-6.9- 75 342%-9.48

図-4.19 最小主応力の比較
46

（５） まとめ橋軸方向荷重に着目しソールプレートの影響による検討解析の結果をまとめると、以下のような項目が挙げられる。
ソールプレートの影響を考慮した場合、腐食の範囲にかかわらず、板厚減少率 25％の場合■は健全モデルと同様、主桁のウェブで局部座屈が生じており、50％以上になると主桁下フランジにおいて局部座屈が生じている。

■

ここでの荷重条件では下フランジの座屈が先行して耐荷力喪失が生じるため、ソールプレートのモデル化の影響は、座屈固有値の減少、発生応力ともにソールプレートをモデル化しないケースに比べて大きな差異は生じない。

■

今後、水平方向載荷以外の荷重ケースについて評価を行い、桁端部の腐食に対する解析的検討におけるモデル化方法などさらなる検討が必要である。

47

４．３．２ソールプレート影響解析（その２ ソールプレートと腐食範囲の関係）（１） 解析モデルの設定
ここでは下フランジおよびソールプレートの腐食領域の範囲を変化させ耐荷力がどのくらい変化するかを調査した。
解析モデルはモデル３の下フランジの腐食範囲を変化させることとし、50%板厚減少と 75%板厚減少とし、腐食の範囲の長さをソールプレート内部腐食（ソールプレート内とする）、ソールプレート外部腐食（ソールプレート外とする）、モデル 3 と同じ範囲の腐食（広範囲とする）の３段階とした。

板厚減少率

腐食解析モデル

50％

75％

C1-50

C1-75

C2-50

C2-75

C3-50

C3-75

腐食モデル 1：ソールプレート内（C1）

腐食モデル 2：ソー付プレート（C2）

腐食モデル 3：広範囲（C３）
図-4.20 腐食解析モデル一覧（２） 荷重の載荷方法
載荷荷重は、４．３．１と同様の理由から、橋軸方向のみの載荷とした。

主桁上フランジ中心に橋軸荷重（1.0 kN/m2）を桁全長に渡り載荷。
（腐食形態の違いによる影響：橋軸方向荷重用と同様）

図-4.21 橋軸方向荷重載荷方法

48（３）

耐荷力の評価方法

健全モデルの FEM 解析も同時に行い、各腐食モデルの解析結果は、健全モデルの解析結果との相対評価により判断を行う。評価項目は 4.3.1.と同様に以下の３項目とした。
①座屈固有値の低下率②座屈位置③作用応力度の上昇率（４） 解析結果
以上の条件で解析した結果を図-４.22～25 に示す。
詳細な結果は、【付録 3】に添付する。

健全モデルに対する各腐食モデルの座屈固有値比率①座屈固有値

100%
80%
60%
40%

C1C2C320%
0%
025

50
板厚減少率（％）

75

100

解析モデル
健全 - 100
C1 - 50- 75
C2 - 50
75
C3 - 50
- 75

減少率
100%
101%
102%
88%
22%
69%
11%

図-4.22 座屈固有値の比率②座屈位置

解析モデル 座屈位置
健全 - 100 ウェブ
C1 - 50
ウェブ
- 75
ウェブ
C2 - 50 下フランジ- 75 下フランジ
C3 - 50 下フランジ- 75 下フランジ

図-4.23 座屈位置49座屈固有値
127128.1
129.3
112.3
28.4
87.4
13.7

③最大主応力健全モデルに対する各腐食モデルの最大主応力増加率

200%
180%
160%
140%
120%
C1C2C3100%
80%
60%
02550
板厚減少率（％）

75

100

解析モデル

減少率

健全 - 100
C1 - 50- 75
C2 - 50
75
C3 - 50
- 75

100%
106%
106%
106%
147%
109%
159%

最大主応力
(N/m2)
3.4
3.6
3.6
3.6
5
3.7
5.4

図-4.24 最大主応力の比較④最小主応力健全モデルに対する各腐食モデルの最小主応力増加率

200%
180%
160%
140%
120%
C1C2
C3

100%
80%
60%
02550
板厚減少率（％）

75

100

解析モデル

減少率

健全 - 100
B1 - 50- 75
B2 - 5075
B3 - 50- 75100%
105%
108%
115%
169%
118%
177%

最小主応力
(N/m2)-3.9-4.1-4.2-4.5-6.6-4.6-6.9

図-4.25 最大主応力の比較（５） まとめ
橋軸方向荷重に着目しソールプレートの影響による検討解析の結果および腐食範囲の影響による検討解析結果をまとめると、以下のような項目が挙げられる。



腐食範囲がソールプレートの範囲内にとどまる場合は耐荷力の低下は生じにくいが腐食範囲がソールプレート外まで及ぶと耐荷力は急激に低下し、例えば板厚減少率 50%のときは健全モデルと比べて耐荷力は 90%程度に低下し、板厚減少率 75%のとき耐荷力は 20%程度に大きく低下している。
また、板厚減少率に着目すると板厚減少 50%では腐食範囲が広範囲でも健全モデルの耐荷力の 70%程度であるが板厚減少 75%では腐食範囲がソールプレート先端を越えると耐荷力が 20%程度に低下している。
したがって、下フランジのみの局部的な腐食であってもソールプレート範囲を超える場合、板厚減少が生じると主桁の座屈が生じる危険がある。



腐食範囲の影響に関する検討解析の結果、モデル A1～A3 は支点部付近から座屈しているがソリッドモデルはソールプレート先端の先が座屈している。
50

４．３．３ ソールプレート影響解析（その３ ソールプレートと局部的な断面減少の関係）（１）

解析モデルの設定

シェルモデルの解析結果より下フランジの腐食が耐荷力の低下に大きな影響を及ぼしていることが判った。ここでは下フランジの腐食領域の範囲を変化させ耐荷力がどのくらい変化するかを調査した。
解析モデルは健全なモデルに対し、垂直補剛材と下フランジ、ウェブと下フランジ、下フランジのソールプレートがなくなる界面の３種類に意図的にスリットを入れ局部的な断面減少を再現する事とした。

破断解析モデル

破断モデル 1（D1）

破断モデル 2（D2）

破断モデル 3（D３）

図-4.26 破断解析モデル一覧

51

（２）

荷重の載荷方法

載荷荷重は、４．３．１と同様の理由から、橋軸方向のみの載荷とした。
主桁上フランジ中心に橋軸荷重（1.0 kN/m2）を桁全長に渡り載荷。

（腐食形態の違いによる影響：橋軸方向荷重用と同様）

図-4.27 橋軸方向荷重載荷方法（３） 耐荷力の評価方法
健全モデルの FEM 解析も同時に行い、各腐食モデルの解析結果は、健全モデルの解析結果との相対評価により判断を行う。評価項目は 4.3.1.と同様に以下の３項目とした。
①座屈固有値の低下率②座屈位置③作用応力度の上昇率（４） 解析結果
以上の条件で解析した結果を図-4.28 に示す。
詳細な結果は、【付録 4】に添付する。

52532502001501005008006004002000最大主応力

最小主応力

3

座屈固有値

図-4.28 解析ケースと結果

L(橋軸方向)21007550250載荷方向

モデルD

1

健全モデルに対する座屈固有比率(%)
健全モデルに対する最大主応力比率(%)
健全モデルに対する最小主応力比率(%)

000100
板厚減少率(%)

板厚減少率(%)

100100
板厚減少率(%)

モデルD1モデルD2モデルD3モデルD3モデルD2モデルD1モデルD1モデルD2モデルD3（５） まとめ
水平荷重着目し腐食により亀裂（スリット）が発生した場合の検討解析結果をまとめると、以下のような項目が挙げられる。

亀裂のパターンに着目するとソールプレートエッジと下フランジの溶接部（モデル D2）に亀裂がある場合が他の亀裂パターンの場合に比べて最大主応力、最小主応力ともに大きくなっている。このことからソールプレート先端に亀裂が生じることによって応力集中を引き起こし橋梁の耐荷力低下の原因となっていると考えられる。



亀裂のパターンによる座屈固有値に着目すると健全モデルに比べると亀裂モデルは座屈固有値が低下している。同程度の腐食範囲のモデルと比較するとソールプレートエッジと下フランジの溶接部（モデル D2）は座屈固有値が大きくなっている。これは下フランジが座屈を起こす位置であるため、ここに亀裂があることによって圧縮力が分散され座屈を引き起こしにくくなっていると考えられる。

54

４．４

解析結果のまとめ3 章を踏まえた、腐食の解析結果以下の事が明らかとなった。
・ 3 章で比較的多く発生しているとされた 3 ケース（図-4.2）の腐食形態についてシェルモデルで解析を行った結果、腐食の形態よりも、腐食による板厚の減少が耐荷力に大きな影響を及ぼし、板厚の減少量が、50～75％にかけて座屈固有値を大きく低下させる事が分かった。
・ ソールプレートの影響を考慮した場合、比較的多く発生している腐食形態での影響は、ソールプレートのある場合と大きな違いは見られなかった。
・ ソールプレートによる拘束効果は、下フランジの腐食範囲が、ソールプレートを跨ぐか否かで影響が大きく現れる。
・ 腐食による亀裂を再現した場合、下フランジのソールプレートの先端に亀裂が発生したときに、応力集中等の影響により耐荷力の低下に大きく影響を及ぼすと考えられる。

55