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建設の施工企画

CMI 報告ਥᩴᢿ㕙䎃䭭䭮䮝䬽ᱷሽ᧼ෘ’11. 6䭭䭮䮝䬽ᱷሽ᧼ෘ ਥᩴᢿ㕙

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腐食劣化した鋼 I 桁のせん断耐荷力実験㪫㫐㫇㪼㩷㪙㩿㪞㪊㪀㩷㪫㫐㫇㪼㩷㪘㩷小野ಠ଀䎃ਥᩴᢿ㕙䎃䭭䭮䮝䬽ᱷሽ᧼ෘ

秀一(㪫㫐㫇㪼㩷㪚㩿㪞㪈㪀㩷図─ 198765431(mm)ᷫ⡺ዊ䎃ᷫ⡺ᄢ䎃

鋼 I 桁の腐食分布形状

1．はじめに
鋼 I 桁橋の特徴ある腐食分布特性が耐荷力特性に与え我が国において，供用年数が積み重ねられた橋梁が増えるとともに，様々な疲労や腐食による損傷が報告る影響を検証する目的で，せん断耐荷力実験を行ったものである。

されている。上部工が受けた荷重を下部工に伝達させる重要な部位である，桁端や支承部などに見られる腐（1）実腐食部材を用いた大型せん断耐荷力試験体

食劣化もそのような損傷の一つである。このような状

鋼 I 桁橋で最も腐食しやすい構造部位はせん断力の況のなかで，橋梁の維持管理を適切かつ合理的に行っ卓越する桁端部である。よって，本実験では腐食劣化ていくためには，実際の腐食パターンや腐食量と残存した鋼 I 桁のせん断耐荷力に着目して実験を行った。

耐荷力の関係を明確にして，橋梁が有す耐荷力や耐久試験体は，写真─ 1 に示すように I 桁試験体で，長性を適切に評価する必要がある。

さ約 4 m，高さ約 2 m の大型の試験体である。試験以上のことから，本実験は過酷な腐食促進環境下で体のウェブパネルは 2 パネルとして，片側のウェブパ

約 30 年間自然曝露された鋼 I 桁橋から撤去回収したネルは実腐食部材，他方のウェブパネルは新規に製作腐食部材を用いて，腐食分布特性が耐荷力特性に及ぼした部材である。また，上下フランジにおいても新規す影響を調査する目的で，実物大スケールの主桁ウェに製作した部材を取り付けた。ここで，下フランジ厚ブに着目したせん断耐荷力実験を行ったものである。

12 mm（設計板厚），上フランジ厚は横倒れ座屈防止とまた本実験では，当研究所が所有する容量 6,000 kN

RC 床版との合成を考慮し 50 mm とした。また，支点の大型疲労試験装置を用いた。と荷重載荷点となる支間中央には垂直補剛材を設けた。

なお本実験を含めた一連の研究は，国土交通省道路局新道路技術会議「道路政策の質の向上に資する技術㐳䬤䰆⚂䰀 䰹䎃研究開発」の委託研究として，琉球大学（有住教授，下里准教授ら）と共同で実施しているもので，本報は，2．耐荷力実験方法

㜞䬤䰆⚂䯾 䰹䎃

最近実施した載荷実験の概要を紹介するものである。

試験体として使用した腐食部材の腐食減厚調査を行った結果，図─ 1 に示すような主桁位置（G1 桁，ታ⣣㘩ㇱ᧚䎃

G2 桁，G3 桁）によって腐食減厚分布形状が大きく異なるという特徴が得られた 1）。本研究ではこのような

写真─ 1

鋼 I 桁試験体

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実験は，主桁位置で腐食分布形状の異なる 4 体を対109象に行ったが，本稿では以下の 3 タイプについて概要100㸈㸋㸉㸊6000 kN䉳䊞䉾䉨㸋㸊㸉ᄌ૏⸘
㸈㸇を述べる。
Type A：健全相当タイプ（設計板厚 9 mm）
Type B：ウェブ下端部卓越腐食タイプ（G3 桁：外桁）Type C：水平補剛材＆ウェブ下端卓越腐食タイプ（G1 桁：外桁）

120 4@300=1200

150

㸇

4@300=1200ᄌ૏⸘（2）荷重載荷方法
図─ 2載荷試験は写真─ 2 の試験状況写真に示すように，計測計位置試験装置として 4,000 kN 疲労試験機（施工技術総合研究所所有；動的 4,000 kN，静的 6,000 kN）を使用した。

制御として，荷重漸増載荷とした。

試験体は 2 点支持として，桁スパン中央部の 1 点載荷

計測は，図─ 2 と写真─ 3 に示すように，桁のたとした。荷重は，載荷初期の段階では荷重制御で載荷わみ形状を計測するとともに，ウェブの面外変形量もし，荷重─変位の関係が非線形域となった以降は変位計測した。また，試験体各部にはひずみゲージを貼付し，応力状態についても計測した。

3．実験結果図─ 3 に実験と弾塑性 FEM 解析 2）の荷重─鉛直変位関係を示す。図より，Type A（健全相当）では荷重鉛直変位（剛性）は実験と解析で異なるが，耐荷力は同等であった。Type B（ウェブ下端部卓越）では剛性および耐荷力ともに両者良好な一致となった。
Type C（水平補剛材＆ウェブ下端卓越）では実験結
写真─ 2

試験状況

果が解析結果より低い耐荷力を示した。写真─ 4 に実験終了後のせん断座屈状態を示し，図─ 4 に Type Aと Type B のウェブ面外方向変形モードを示す。これより，いずれの腐食 Type でもウェブ面に斜め張力場が形成され，その形態は Type A と Type B では対角線方向であり，Type C では斜め張力場が水平方向に傾き，アンカー位置も下方へ移動していることがわかる。図─ 5 に最大荷重とウェブ断面積減少との関係を示す。ここで，図の縦軸は健全モデルの最大荷重と各ケースの最大荷重との比を示し，横軸は健全モデル

6000

6000

(Type A)

4000
3000
2000
1000
0⸃ᨆ⚿ᨐታ㛎⚿ᨐ
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24㋦⋥ᄌ૏(mm)

6000(Type B)

5000⩄㊀P(kN)⩄㊀P(kN)

5000のウェブ断面積に対する腐食ウェブの断面積（平均値）

変位計の設置状況

5000

4000

⩄㊀P(kN)

写真─ 33000
2000
⸃ᨆ⚿ᨐ
ታ㛎⚿ᨐ

1000
0(Type C)

4000
3000
2000
1000

⸃ᨆ⚿ᨐታ㛎⚿ᨐ

0024

図─ 3

6 8 10 12 14 16 18 20㋦⋥ᄌ૏(mm)
荷重─鉛直変位

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30㋦⋥ᄌ૏(mm)70

建設の施工企画

TypeA（健全相当）

TypeB（ウェブ下端部卓越）

写真─ 4

図─ 4TypeC（HS＆ウェブ下端卓越）

せん断座屈状況（実験終了時）

100806040200-20-40-60-80-100

100806040200-20-40-60-80-100(mm)(mm)

㩿㪫㫐㫇㪼㩷㪘㪀㩷’11. 6

㩿㪫㫐㫇㪼㩷㪙㪀㩷4．おわりに本研究は，現在も進行中の研究であり，今後も異なった腐食パターンでの載荷実験や解析を行う予定である。これらの結果から，腐食劣化が認められる橋梁の耐荷力評価方法と回復工法を提案するとともに，橋梁の点検や診断などの維持管理に生かせるデータの提供に努めていきたいと考えている。

レーザー計測によるウェブ面外変形モード

ᦨᄢ⩄㊀ᲧPmax/Pmaxo

最後に，本稿作成にあたり，琉球大学の有住教授，下里准教授をはじめとする共同研究者の皆さま方にご1.05
1.00
0.95
0.90
0.85
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0.40

Type C⸃ᨆType B⸃ᨆ

協力頂いたことに感謝の意を表します。

৻᭽ᷫෘ⸃ᨆType Aታ㛎Type Bታ㛎Type Cታ㛎

1.05

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0.90

0.85

0.80

0.750.70

࠙ࠚࡉᢿ㕙ⓍᲧAweb/Awebo
図─ 5《参 考 文 献》
1）丸山，下里，有住，矢吹，玉城，小野：長期自然曝露された鋼 I 桁橋の構造部位別の腐食特性（その 2）〜鋼 I 桁橋の腐食度マップと残 存 板 厚 分 布 特 性 〜， 土 木 学 会 第 65 回 年 次 学 術 講 演 会，Ⅰ-158，pp.315-316，2010.9.
2）山田，下里，有住，矢吹，玉城，小野：長期自然曝露された鋼 I 桁橋の構造部位別の腐食特性（その 2）〜腐食特性と腐食残存耐荷力特性，
土木学会第 65 回年次学術講演会，Ⅰ-159，pp.317-318，2010.9.

最大荷重比とウェブ断面積比の関係との比を示す。また，
同図には弾塑性 FEM 解析結果 2）とそれを直線近似した耐荷力曲線を併記している。図より，実験および解析結果共にウェブ断面積減少に伴い耐荷力も低下したが，その耐荷力の低下は Type Cより Type B が低くなった。また，Type C の実験結果は解析結果より著しく低くなった。これは，水平補剛材上面の激しい腐食減厚が影響しているものと考えられる。以上の耐荷力特性より，鋼 I 桁橋のせん断存耐荷力は，ウェブ断面積減少での評価でなく，桁位置や構造部位で異なる腐食分布特性を考慮した評価が必要であると考える。

［筆者紹介］
小野 秀一（おの しゅういち）㈳日本建設機械化協会
施工技術総合研究所 研究第二部次長