阪神高速道路第 53 回技術研究発表会論文集

鋼管集成橋脚を対象とした計測・モニタリング
技術による性能検証手法の提案
服部匡洋1・赤松伸祐1・青木康素2
1

阪神高速先進技術研究所 調査研究部
2 技術部技術推進室

要約
阪神高速道路では，1995年兵庫県南部地震の教訓から，耐震性に優れ，容易かつ短時間で復旧できるような橋脚の構造形式を目指し，鋼管集成橋脚の研究・開発に取り組んでおり，海老江ジャンクション
や西船場ジャンクションでは実際に適用し，既に供用を開始している．このように現場実装された新技術については，設計で想定したとおりの挙動を示しているかどうか検証しておく必要があることから，本検討ではその一方法として計測・モニタリング技術を用いた性能検証手法の提案を行い，鋼管集成橋
脚を対象としたモニタリング計画の策定を行った．

キーワード: 鋼管集成橋脚，モニタリング，性能検証

１．はじめに阪神高速道路では， 1995 年兵庫県南部地震において橋脚が倒壊または大きな損傷を受け，復旧までに多くの時間を要した教訓から， RC 橋脚や鋼製橋脚に比べ同等以上の耐震性を有し，また容易にかつ短時間で復旧できるような橋脚の構造形式の開発を目指し，2002年から“鋼管集成橋脚”の開発に取り組んできた例えば1)～7)．
鋼管集成橋脚は，鋼管 4 本組を基本単位とし，履歴減衰機能を有するせん断パネルを組み込んだせん断リンクにより，鋼管を互いに接合することで単一の柱とした構造であり，死荷重や活荷重などの鉛直荷重を鋼管柱で支持し，地震時慣性力などの水平荷重をせん断パネルで抵抗させる4)．レベル
2 地震動のような大きな地震動が作用した場合に，せん断パネルに損傷を集中させることで，主部材である鋼管柱が健全に保たれ，地震後速やかな復旧が可能になる．また，フーチングを省略することで，鋼管柱基部に生じるひずみを低減させ，せん断パネルがより効果的に機能できる “杭基礎一体型鋼管集成橋脚 ” を提案し，技術コンセプトの実現
可能性については縮小模型実験やパラメトリック
解析等により確認している4),5)．
表-1に阪神高速における鋼管集成橋脚の適用事例を示す．現在では海老江ジャンクションや西船場ジャンクション（以下，JCT ）において鋼管集成
橋脚の試験施工が実施され，既に供用が開始されているが，これらの鋼管集成橋脚はこれまでレベル 2 地震動を超えるような大きな地震動を受けたことがないなど，実構造に適用された鋼管集成橋脚
が設計コンセプトに従って挙動しているかどうか，
実際に検証できていないのが実状である．今後阪神高速道路の新規路線においても採用される可能性があることから，これまで海老江 JCT や西船場
JCT で試験的に適用された鋼管集成橋脚を対象に，鋼管集成橋脚の安全性を適切に評価しておくことが求められている．
そこで，本検討では，まず計測・モニタリング
技術を用いた性能検証手法を提案した．さらに，
鋼管集成橋脚を対象に，その構造特性を踏まえ，地震時等の鋼管集成橋脚に求められる性能やその疑義について整理し，計測項目及び計測箇所を抽
表-1
適用

鋼管集成橋脚の適用事例
海老江JCT

西船場JCTフーチング型
杭基礎一体型

構造

建設年

2013年

橋梁形式

鋼5径間連続鋼床版箱桁

直線橋・曲線橋
施工基数

曲線橋(R=60m)
1基

上部構造との接続

剛結構造

橋脚高さ
(地表面-橋脚天端)
パネル段数
基礎形式

2020年
鋼単純合成箱桁(RC床版)
鋼3径間連続鋼床版箱桁
直線橋
3基
9基
遊間を有するストッパー構造(地震時水平力にのみ抵抗)

29.0m

約10m

4段
ケーソン型

2段+地中梁1段
フーチング型
杭基礎一体型

出した上で，性能検証のためのモニタリング計画を策定した．

スタート

対象構造の構造特性の整理

２．性能検証手法の提案

構造特性を踏まえた各部材の評価指標と測点の検討

本稿では，計測・モニタリング技術を用いた性能検証として，図-1に示す手順で検討することを提案する．

実現可能な測定方法の検討(1) 対象構造の構造特性の整理
対象構造の構造特性について調査し，その構造の技術コンセプトについて整理する．また，その構造特性を踏まえ，想定する作用の状況に対し，その構造に求められる性能について整理する．

計測結果の評価方法の検討

データ収受と記録方法の検討

エンド(2) 構造特性を踏まえた各部材の評価指標と測点の検討
図-2に各部材の評価指標と測点の検討イメージを示す．設計で想定されている挙動を列挙し，それぞれの挙動に対して実構造物において実際に起こっている可能性がある挙動，すなわち想定と異なる挙動（疑義）を抽出する．抽出した疑義を検証するために捉えるべき項目について検討し，計
測部位・計測項目を整理する．
(3) 実現可能な測定方法の検討
計測期間を想定し，(2)で整理した項目を計測するための機器を検討する．多数の点数で計測できれば，計測機器の不具合等の計測リスクを抑えられ，計測結果の評価も容易になるが，計測に費用が掛かる．このため，計測プランを複数作成し，各プランのメリット・デメリットを整理した上で，適切な計測プランを選定する．

図-1

性能検証手法の流れ設計で想定される状況
設計で想定している挙動
計測計画
どちらが本当？

設計想定を確認するために捉える項目

実際に起こっている可能性がある挙動

図-2

何をどう捉えれば検証できるか？

計測部位

計測項目

各部材の評価指標と測点の検討

３．鋼管集成橋脚を対象としたモニタリング
計画の策定などの鉛直荷重を一次部材である鋼管柱で支持し，地震時慣性力などの水平荷重を二次部材であるせん断パネルで抵抗させることにより一次部材である鋼管柱の損傷を抑制することで，速やかな復旧が可能となる構造である．
b) 海老江JCTおよび西船場JCTの鋼管集成橋脚の構造特性の違い表-1に示すとおり，海老江 JCT と西船場 JCT の鋼
管集成橋脚では，上部構造との接続条件，基礎形式が大きく異なる．
・上部構造との接続条件
海老江 JCT では，鋼 5 径間連続鋼床版箱桁橋を支持する橋脚のうちの 1 基が鋼管集成橋脚であり，箱桁と剛結されているのに対し，西船場 JCT では “ 対震橋脚 ” として地震時水平力のみに抵抗し，常時の死荷重を支持しないよう，上部構造と鋼管集成橋
脚に遊間が設けられた構造である．
・基礎形式
海老江JCT の鋼管集成橋脚はケーソン基礎であるのに対し，西船場JCT の鋼管集成橋脚は，全12基のうちの 3 基がフーチング型， 9 基が杭基礎一体型である．

(1) 対象構造の構造特性の整理
a) 鋼管集成橋脚の技術コンセプト
上記のとおり，鋼管集成橋脚は死荷重や活荷重(2) 構造特性を踏まえた各部材の評価指標と測点の検討
表-2に海老江JCTおよび西船場JCTにおける鋼管(4) 計測結果の評価方法の検討得られた計測結果の評価方法について検討する．
また，評価を行うにあたり求める計測精度およびデータ取得頻度について検討し，計測計画書に計測頻度および計測期間を記載する．データ量が大
きくなることが想定される場合，または微小な計
測値を除去したい場合にはトリガの設定を検討し，適切な判定値を設定する．
(5) データ収受と記録方法の検討
データの計測頻度や路下条件等を鑑み，データ
収集・記録装置の構成を検討する．

表-2

鋼管集成橋脚の各部材の評価指標と測点の一覧（a）海老江ジャンクション
計測計画

対象構造物

計測で主に想定される状況

設計で想定している挙動

実際に起こっている可能性がある挙動

設計想定を確認するために捉える項目
計測部位

海老江ジャンクション

1

活荷重
風荷重
温度荷重

【耐荷性能】
4本の鋼管が一体で挙動

2

活荷重
風荷重
温度荷重

【耐荷性能】
全ての部材が構造的に弾性域

死荷重
活荷重

3
常時
4

5

6

【耐荷性能】
鉛直荷重に対して、4本の鋼管が均一に抵抗

各鋼管の挙動にバラつきが発生

鋼管対角距離計測項目

横つなぎ材部断面

対角距離

溶接部の残留応力や仕口取付部が応力集中に
構造弾性体であること
より部分的に塑性化

橋脚天端
橋脚基部

変位
(周期変化)

構造非対称・偏載荷により、各鋼管の負担す各鋼管が負担する鉛直荷重のバラつき
る鉛直荷重が不均等

鋼管上部

鉛直方向ひずみ(鉛直荷重)

曲線橋のため、各鋼管の負担する水平荷重が
各鋼管が負担する水平荷重のバラつき
不均等(ねじりが発生)

風荷重
温度荷重

【耐荷性能】
水平荷重(温度変化・風荷重)に対して、4本の鋼管が均一に抵抗

鋼管基部

鉛直方向ひずみ(水平荷重)

活荷重【耐久性能】
溶接部の振幅応力を疲労限以下とするため、 最大の振幅応力が想定より大きい可能性（過 鋼管-横つなぎ材部の振幅応力
積載車の影響）
疲労の影響は受けない

溶接部(柱-上部工)(柱-横つなぎ)ひずみ(応力)【耐久性能】
鋼管内は密閉空間であるため、腐食しない損傷が発生や結露の繰り返しにより、水が浸鋼管内の状態
入する可能性

鋼管内部

内部状態
温度
湿度

各鋼管の挙動にバラつきが発生

横つなぎ材部断面

対角距離

溶接の残留応力等による塑性域が、部分的に構造弾性体であること
拡大

橋脚天端
橋脚基部

変位
(周期変化)
残留変位

曲線橋のため、各鋼管に作用する水平荷重が負担する水平荷重のバラつき
不均等(ねじりが発生)

橋脚全体

鉛直方向ひずみ
Ｍ分布

せん断パネル塑性化後は、各鋼管の挙動にバ
鋼管対角距離ラつきが発生横つなぎ材部断面

対角距離

鋼管が部分的に塑性化
横つなぎ材仕口側の溶接部に割れが発生

鋼管が構造弾性体であること

橋脚基部
橋脚天端
せん断パネル

変位
ひずみ
残留変位

一断面で対角するせん断パネルの累積塑性変各パネルの累積塑性変形倍率
形量が不均一環境作用

7【耐荷性能】
4本の鋼管が一体で挙動

8 L1地震時【耐荷性能】
全ての部材が構造的に弾性域【耐荷性能】
水平荷重(地震荷重)に対して、4本の鋼管が
均一に抵抗

9

10

【耐荷性能】
4本の鋼管が一体で挙動

11【耐荷性能】
せん断パネルに塑性化が集中

12 L2地震時【耐荷性能】
せん断パネルが安定してエネルギーを吸収

鋼管対角距離せん断パネル

対角距離
(目視)

13

【耐荷性能】
せん断パネルの降伏が鋼管の降伏よりも先行 せん断パネルの降伏点が想定よりも大きくな 鋼管とせん断パネルの損傷順序
り，鋼管の降伏が先行して発生
して発生

鋼管基部
鋼管天端
せん断パネル

ひずみ
対角距離

14

【耐荷性能】
地盤(0.2)や鋼管(0.03)の減衰を考慮した振動

せん断パネルを適用した構造物において、そ下部工の加速度
れらの減衰が有効に機能しない

橋脚天端
橋脚基部

加速度

【耐荷性能】
L2地震時と同じ

L2地震時と同じ

L2地震時と同じ【耐荷性能（復旧性）】
せん断パネルのみの取り換えが可能

仕口間の変形が残り、取り換えが困難

せん断パネルの損傷状況

15 L2を超える地震
時(最大級シナリ
16 オ地震動等)--

横つなぎ材部
断面

対角距離
(目視)

（b）西船場ジャンクション
計測計画
対象構造物

計測で主に想定される状況

設計で想定している挙動

実際に起こっている可能性がある挙動

設計想定を確認するために捉える項目
計測部位

西船場ジャンクション

活荷重
風荷重
温度荷重

1
常時
2

環境作用

【耐荷性能】
4本の鋼管が一体で挙動

4 L1地震時【耐荷性能】
全ての部材が構造的に弾性域【耐荷性能】
水平荷重(地震荷重)に対して、4本の鋼管が
均一に抵抗

6

【耐荷性能】
4本の鋼管が一体で挙動

7【耐荷性能】
せん断パネルに塑性化が集中

8【耐荷性能】
せん断パネルが安定してエネルギーを吸収

9
L2地震時
10

計測項目

遊間
ブラケット
(ゴム)

遊間長
面圧

損傷が発生や結露の繰り返しにより、水が浸鋼管内の状態
入する可能性

鋼管内部

内部状態
温度
湿度

各鋼管の支持力のバラつきにより、各鋼管の鋼管対角距離挙動にバラつきが発生

横つなぎ材部断面

対角距離

溶接の残留応力等による塑性域が、部分的に構造弾性体であること
拡大

橋脚天端
橋脚基部

変位
(周期変化)
残留変位

各鋼管の地盤の水平バネのバラつきにより、負担する水平荷重のバラつき
水平荷重が不均等

鋼管上部

周方向ひずみ(水平荷重)

せん断パネル塑性化後は、各鋼管の挙動にバ
鋼管対角距離ラつきが発生横つなぎ材部断面

対角距離

鋼管が部分的に塑性化
横つなぎ材仕口側の溶接部に割れが発生

鋼管が構造弾性体であること

橋脚天端

残留変位

各パネルの累積塑性変形量が不均一

各パネルの累積塑性変形倍率

遊間に異常が発生し、荷重を分担

鋼管柱の分担荷重分担構造との遊間

せん断パネル

ひずみ【耐荷性能】
せん断パネルの降伏が鋼管の降伏よりも先行 せん断パネルの降伏点が想定よりも大きくな 鋼管とせん断パネルの損傷順序
り，鋼管の降伏が先行して発生
して発生

鋼管基部
せん断パネル

ひずみ
対角距離【耐荷性能】
杭基礎一帯型鋼管集成橋脚において，鋼管と 鋼管と杭基礎の剛性差が大きく，接合部で局 変形モード
所的な応力が発生（橋脚・基礎含む）
杭基礎の接合部でしなやかに変形

鋼管

変位【耐荷性能】
地中梁は弾性範囲内に留まる

11

地盤の不確実性に伴い，橋脚に大きな変位が地中梁の損傷状況
生じ地中梁が塑性化する

地中梁(対角距離)

12【耐荷性能】
地盤の液状化が発生しても橋脚の残留変位は 地盤の液状化により過大な残留変位が生じる 地盤の状態
残留変位
制限値の範囲内に収まる

橋脚天端
(地盤)

残留変位
(水圧)

13

【耐荷性能】
地盤(0.2)や鋼管(0.03)の減衰を考慮した振動

せん断パネルを適用した構造物において、そ下部工の加速度
れらの減衰が有効に機能しない

橋脚天端
橋脚基部

加速度

【耐荷性能】
L2地震時と同じ

L2地震時と同じ【耐荷性能（復旧性）】
せん断パネルのみの取り換えが可能

仕口間の変形が残り、取り換えが困難

14

15 L2を超える地震
時(最大級シナリ
オ地震動等)

フーチング型【耐久性能】
鋼管内は密閉空間であるため、腐食しない

3

5

杭基礎一体型【耐荷性能】
荷重を分担しない

L2地震時と同じ-

横つなぎ材部断面-

対角距離

集成橋脚の各部材の評価指標と測点の一覧を示す．
ここで，設計で想定している作用の状況として，常時，レベル 1 地震時，レベル 2 地震時，最大級シ
ナリオ地震動などレベル 2 地震動を超える地震時があり，計測ではこれらの状況ごとに対応を整理した．また，(1)に示したとおり，海老江JCTと西船場
JCT では，鋼管集成橋脚と上部構造の接続条件，基礎形式が異なることから，それぞれの鋼管集成橋
脚に対し整理を行うものとした．
a) 海老江JCT
ここでは，表-2(a)に示す海老江 JCT の鋼管集成
橋脚の検証項目のうち，代表例として「4本の鋼管が一体で挙動」するか，「せん断パネルの降伏が鋼管の降伏よりも先行して発生」するかの評価指標と測点の検討について示す．
鋼管集成橋脚は， 4 本の鋼管をせん断パネルにより接続した構造であり，設計上は死荷重や活荷重，
温度荷重などの常時の作用に対して 4 本の鋼管が 1本の橋脚のように挙動することを，設計では想定している．一方で，海老江JCT の鋼管集成橋脚は曲線桁と剛結された構造であり，常時の作用に対する挙動が複雑であると予想され，鋼管が一体でな
くそれぞれ独立して挙動している可能性も考えられる．このような疑義に対しては，鋼管同士の対角距離を計測し，対角距離が大きく変化しないことを確認することにより， 4 本の鋼管が一体で抵抗していることを検証できると考えられる．
また，鋼管集成橋脚は，地震時の作用に対して，4 本の鋼管を接合するせん断パネルを損傷させ，地震エネルギーを吸収させることで，鋼管柱を健全に保つことをコンセプトとする．これを実現する
ため，鋼管柱よりも先にせん断パネルが降伏するよう設計されている．しかし，実際には想定以上にせん断パネルの降伏点が高く，鋼管柱がせん断
パネルよりも先に降伏する可能性も考えられる．
この疑義に対しては，せん断パネルの対角距離および鋼管基部のひずみを計測することにより，鋼管とせん断パネルが降伏するタイミングを捉える
ことで，降伏順序の入れ替わりがないか検証できると考えられる．
表-3
パターン

詳細計測

2

詳細計測

3

詳細計測

4

簡易計測
(荷重車)

5

計測なし*

(3) 実現可能な測定方法の検討
a) 測定方法の検討(2) で抽出した評価指標と測点に対して実現可能な測定方法の検討を行う．なお，本検討では計測
期間を 5 年間と比較的長期的な計測を想定し，検討を進めた．
・鋼管の対角距離およびせん断パネルの相対変位
実構造物を対象とした計測は屋外での計測となるため，雨水や風により計測機器が劣化し，計測精度が低下したり，計測自体が困難となる場合がある．また，対角距離を計測する場合，計測機器
側と対象物側が相対的に変位する可能性があり，
レーザー変位計の計測精度の低下が懸念されたため，本検討ではワイヤ式変位計を採用した．なお，
ワイヤ式変位計は防水ボックスに収納し，計測機器の劣化に配慮した．
・鋼管のひずみ
変位計と同様に，屋外の計測になるため，実験室レベルで使用するひずみゲージを使用した場合，計測レベルによるメリット・デメリット

計測方法
海老江JCT 西船場JCT1その他にも，鋼管と上部構造の接続部における疲労，減衰特性，鋼管内部の密閉状況について検証するため，鋼管のひずみ，せん断パネルの対角
距離，橋脚天端の加速度，温湿度等の計測が必要であると考えた．
b) 西船場JCT
表-2(b)より，西船場 JCT の鋼管集成橋脚は，対震橋脚として地震時の水平力のみに抵抗する構造であるため，常時の作用に対する評価指標は海老江JCT のものと比べ少ない．一方で，設計想定どおり対震橋脚として常時には抵抗せず，地震時にのみ抵抗することを検証するため，ブラケット間の変位の計測が望ましいと考えられる．また，柱下端に生じるひずみの低減を目的とする杭基礎一体型鋼管集成橋脚が採用されているため，鋼管集成
橋脚全体の変形モードや地中梁の変形の計測が望ましいと考えられる．さらに，西船場JCT の周辺地
盤は軟弱地盤であるため，地盤の液状化により橋脚に過大な残留変位が生じないことを，残留変位の計測により検証する必要がある．

メリット

デメリット

・死荷重を受ける橋脚としての挙動を計
測可能
・フーチング型の挙動を計測可能
・計測費用が最も高い
詳細計測
・杭基礎一体型の挙動を計測可能
・路下条件が悪い(西船場)
・計測リスクが低い(常時，地震時とも計測可能)
・死荷重を受ける橋脚としての挙動を計
測可能
・簡易計測により杭基礎一体型の挙動 ・杭基礎一体型の連続的な挙動を確認
簡易計測を確認可能(離散的)できない(3Dスキャナ)・フーチング型の挙動を計測可能
・計測費用が比較的高い
・計測リスクが低い(常時，地震時とも計測可能)
・死荷重を受ける橋脚としての挙動を計
測可能
計測なし
・フーチング型の挙動を計測可能
・杭基礎一体型の挙動を確認できない・常時，地震時とも計測可・計測費用が比較的低い
・杭基礎一体型の挙動を計測可能
・計測費用が比較的高い
詳細計測 ・代替計測により常時の挙動を確認可 ・路下条件が悪い
・地震計設置済み(海老江)・計測リスク高い(常時計測が不可)
・杭基礎一体型の挙動を計測可能
・常時挙動の計測が不可
詳細・計測費用が比較的低い・路下条件が悪い
・地震計設置済み(海老江)・計測リスク高い(常時計測が不可)

表-4
プラン

計測プラン比較（海老江 JCT）
Aプラン

Bプラン

Cプラン

設置位置

・計測リスクが低い
・変形，ひずみの分布が把握可能
・全てのせん断パネルの損・計測費用が低い
・全てのせん断パネルの損 傷把握が可能
傷把握が可能・疲労影響の把握が可能
・分布が把握できない・分布が把握できない
デメリット ・計測費用が高い
・疲労影響の確認が不可
・疲労影響の確認が不可
・計測リスクが高い
メリット

ひずみゲージと対象物の接着剤の劣化，ひずみゲ
ージ自体の劣化が懸念された．このため，本検討では長期的な計測に耐えうる溶接型のひずみゲー
ジを採用した．
・橋脚の応答橋脚の加速度・速度・変位を計測するため，加速度計を設置する．なお，海老江ジャンクションにおいては，緊急時の交通管制等を目的とした速度計が既に地表面及び橋脚天端に設置されており，
これらのデータも活用できる．
b) 計測プランの作成・選定検討した測定方法により，鋼管集成橋脚の各部に計測機器を設置し多数のデータを取得し，対象構造物の挙動を詳細に分析するのが望ましいが，経済的な観点から全て計測することは現実的ではない場合が多い．このため，計測プランを作成し，それぞれのメリット・デメリットを整理すること
で，最適な計測プランの選定を行った．
表-3に各計測パターンにおけるメリット・デメ
リットを示す．ここで，ひずみゲージやワイヤ式
変位計，加速度計等を新たに設置し長期間計測するのを詳細計測， 3D スキャナや既存の計測機器を活用し断続的に計測するのを簡易計測と呼ぶ．海老江 JCT および西船場 JCT を対象に，詳細計測と簡易計測，計測なしを組み合わせると，5つのパターンが考えられる．海老江JCT の鋼管集成橋脚に着目すると，橋脚が上部構造と剛結されているため，
表-5
対象構造物

海老江ジャンクション

死荷重を支持する本来の橋脚としての挙動を計測できる．一方，西船場JCT の鋼管集成橋脚は杭基礎一体型の鋼管集成橋脚であり，フーチングを有しない特徴的な構造であるため，その挙動についても確認しておくのが望ましいと考えられた．このため，本検討では，海老江 JCT では詳細計測 (24 時
間計測 , 72 時間計測 , トリガ計測 ) を，西船場 JCT では簡易計測 ( 測点を絞ったトリガ計測と3Dスキャナを用いた変形計測)を行うパターン2を採用した．
表-4に詳細計測を行う海老江JCT の計測プランを示す．計測点数が多ければ，計測機器の不具合等によりデータが取得できなかった場合でも，近傍のデータにより補間できる，すなわち計測リスクは低くなるといえる．また，計測点数が多いと，変位やひずみの分布を捉えられるため，詳細な分析が可能となるが，表-5に示すとおり最低限の計測点数であっても，解析での評価と組み合わせる
ことで，概ね全ての検証項目の評価が可能であると考えられた．このため，本検討ではCプランを採用した．
(4) 計測結果の評価方法
表-5に各検証項目に対する計測結果の評価手順の概要を示す．各鋼管が鉛直力および水平力に対して均一に抵抗しているかどうかは，ひずみゲー
ジにより計測された鋼管頂部および基部ひずみにより直接的に評価できる．一方，常時やレベル1地

海老江 JCT における性能検証の可否と計測結果の評価手順（C プラン）
計測 で主に想定される 状況設計で想定している挙動

活荷重
風荷重
温度荷重

【耐荷性能】
4本の鋼管が一体で挙動

活荷重
風荷重
温度荷重

【耐荷性能】
全ての部材が構造的に弾性域

実際に起こっている可能性がある挙動評価の可否検証に使用するデータ

評価手順（概要）△

・鋼管の対角距離

鋼管対角距離の通年平均と各作用に対する平均または時刻歴波形を比較
し大差がないことを確認する．

溶接部の残留応力や仕口取付部が応力集中により部分的に塑性化△

・鋼管基部/上部の鉛直ひずみ
・せん断パネルの相対変位
・橋脚基部/天端の時刻歴変位・解析より得られた降伏変位

鋼管基部/上部の鉛直ひずみやせん断パネルの相対変位を確認し，局所的なひずみ/変形が生じていないか確認する．
また，橋脚天端変位から基部の変位の差をとり，降伏変位内に収まっていることを確認する．

死荷重
活荷重

【耐荷性能】
鉛直荷重に対して、4本の鋼管が均一に抵 構造非対称・偏載荷により、各鋼管の負担する鉛直荷重が不均等
抗〇・鋼管上部の鉛直ひずみ

各鋼管上部のひずみを平均し，鋼管同士のひずみに大差がないことを確
認する．

風荷重
温度荷重

【耐荷性能】
水平荷重(温度変化・風荷重)に対して、4 曲線橋のため、各鋼管の負担する水平荷重が不均等(ねじりが発生)
本の鋼管が均一に抵抗〇・鋼管基部の鉛直ひずみ

各鋼管基部のひずみを平均したのち，橋軸方向・直角方向それぞれのひずみから平均分を引き，このひずみの最大最小値が鋼管間で大差がない
ことを確認する．

活荷重【耐久性能】
溶接部の振幅応力を疲労限以下とするた 最大の振幅応力が想定より大きい可能性（過積載車の影響）
め、疲労の影響は受けない

×

環境作用

【耐久性能】
鋼管内は密閉空間であるため、腐食しな 損傷が発生や結露の繰り返しにより、水が浸入する可能性
い〇・ボアホールカメラ撮影映像

内部映像を確認し，鋼管内面にさび・腐食等の変状がないか確認する．

△

・鋼管の対角距離

鋼管対角距離の通年平均と各作用に対する平均または時刻歴波形を比較
し大差がないことを確認する．

溶接の残留応力等による塑性域が、部分的に拡大△

・鋼管基部/上部の鉛直ひずみ
・せん断パネルの相対変位
・橋脚基部/天端の時刻歴変位・解析より得られた降伏変位

鋼管基部/上部の鉛直ひずみやせん断パネルの相対変位を確認し，局所的なひずみ/変形が生じていないか確認する．
また，橋脚天端変位から基部の変位の差をとり，降伏変位内に収まっていることを確認する．

【耐荷性能】
水平荷重(地震荷重)に対して、4本の鋼管 曲線橋のため、各鋼管に作用する水平荷重が不均等(ねじりが発生)が均一に抵抗〇・鋼管基部の鉛直ひずみ

各鋼管基部のひずみを平均したのち，橋軸方向・直角方向それぞれのひずみから平均分を引き，このひずみの最大最小値が鋼管間で大差がない
ことを確認する．

△

・鋼管の対角距離

鋼管対角距離の通年平均と各作用に対する平均または時刻歴波形を比較
し大差がないことを確認する．

鋼管が部分的に塑性化
横つなぎ材仕口側の溶接部に割れが発生△

・鋼管基部/上部の鉛直ひずみ
・せん断パネルの相対変位
・橋脚基部/天端の時刻歴変位・解析より得られた降伏変位

鋼管基部/上部の鉛直ひずみやせん断パネルの相対変位を確認し，局所的なひずみ/変形が生じていないか確認する．
また，橋脚天端変位から基部の変位の差をとり，降伏変位内に収まっていることを確認する．

12 L2地震時【耐荷性能】
せん断パネルが安定してエネルギーを吸 一断面で対角するせん断パネルの累積塑
性変形量が不均一
収〇・せん断パネルの相対変位

せん断パネルの相対変位からせん断ひずみを算出し，対面のせん断パネ
ル同士の最大値に大差がないことを確認する．

13【耐荷性能】
せん断パネルの降伏が鋼管の降伏よりも せん断パネルの降伏点が想定よりも大きくなり，鋼管の降伏が先行して発生
先行して発生〇・鋼管基部の鉛直ひずみ
・せん断パネルの相対変位

せん断ひずみが降伏ひずみに達していることを確認し，鋼管の降伏の発生時刻を確認することで，せん断パネルが鋼管に比べ先行して降伏していることを確認する．

14【耐荷性能】
地盤(0.2)や鋼管(0.03)の減衰を考慮した せん断パネルを適用した構造物において、それらの減衰が有効に機能しない
振動△・橋脚天端の時刻歴変位

橋脚天端応答のフーリエスペクトルを算出し卓越周期を求めたのち，卓越周期付近の波形を抽出し，RD法により減衰を算出する．算出した減衰が0.02程度であるかを確認する．

・現地の損傷状況写真

地震前後のせん断パネルの写真から，取替の可否を確認する．

1

2

3
常時
4

5

6

7

【耐荷性能】
4本の鋼管が一体で挙動

8 L1地震時【耐荷性能】
全ての部材が構造的に弾性域

910【耐荷性能】
4本の鋼管が一体で挙動

11【耐荷性能】
せん断パネルに塑性化が集中

各鋼管の挙動にバラつきが発生

各鋼管の挙動にバラつきが発生

せん断パネル塑性化後は、各鋼管の挙動にバラつきが発生【耐荷性能】
15 L2を超える地震 L2地震時と同じ

L2地震時と同じー時(最大級シナリ
16 オ地震動等)

仕口間の変形が残り、取り換えが困難〇【耐荷性能（復旧性）】
せん断パネルのみの取り換えが可能〇：計測データにより直接的に評価可能なもの△：解析等を組み合わせることで評価可能なもの

×；本計測では評価が困難なもの

震時において，鋼管集成橋脚が構造弾性範囲内に収まっているかどうかは，計測結果のみでは評価が難しいことから，予め構築された解析モデルを活用し，プッシュオーバー解析により鋼管集成橋
脚の降伏変位を算出しておくことで，評価が可能となる．このように，適宜計測結果と解析結果を組み合わせる，または計測結果を詳細に分析することで性能検証を行う必要がある．
また，表-6に計測頻度と計測期間を示す．常時の計測として，活荷重は平均的な交通量と考えられる春季に 1 回，温度荷重については気温に大きく左右されるため，春季・夏季・秋季・冬季の4回，風荷重については台風など強風が予想される時期に 1 回の計測を行い，それぞれ 1 週間程度計測を行う．また，地震時については，地表面に設置する加速度計によりトリガ判定を行い，一定の加速度が生じた場合に計測が開始される．
(5) データ収受と記録方法の検討
屋外での計測となるため，データの収録機器は耐候性に優れたものを採用するものとする．また，計測機器が正常に動作していることを確認するた
め，遠隔 PC からデータをモニタリングできるよう
構成した．

４．結論
本検討では，計測・モニタリング技術を用いた性能検証手法を提案した．また，鋼管集成橋脚を対象に提案手法に基づくモニタリング計画の策定を行った．本検討により得られた知見を以下にまとめる．
・海老江 JCT と西船場 JCT の鋼管集成橋脚は，上部構造との接続条件，基礎形式が大きく異なっている．
・上記の違いを踏まえ，海老江JCT では常時・地震時ともに計測可能であることから，鋼管基部および頂部のひずみ，鋼管の対角距離，せん断パ
ネルの相対変位，橋脚の加速度など，詳細計測を行うこととした．
・一方，西船場JCT では常時計測が困難であるものの，杭基礎一体型鋼管集成橋脚の挙動を捉える
ため， 3D スキャナを用いた簡易計測を行うこととした．
なお，紙面の制約上詳述できなかったが，長期的な観測・評価を一定の水準で実施可能とするように，本稿で述べた事項を詳細に記載しとりまとめた計測計画書を作成している．現在は，写真-1に示すように海老江 JCT および西船場 JCT の鋼管集成橋脚に計測機器の設置が行われており，2021年4月以降計測計画書に基づきモニタリングが行われる予定である．
本稿は鋼管集成橋脚を対象に検討したものであるが，提案した性能検証手法はさまざまな構造物

表-6

計測頻度と計測期間想定される状況

計測回数・時期

活荷重
常時

計測期間

年1回（春季）風荷重

年1回（強風が想定される時期）

温度荷重

年4回（春季・夏季・秋季・冬季）

各1週間

レベル1地震相当
地震時

レベル2地震相当

地震発生時

地震開始から300秒

レベル2を超える地震相当

写真-1

計測機器の設置状況に展開できるものであり，今後の研究開発におけるモニタリング計画策定の一助になれば幸いである．
謝辞：鋼管集成橋脚のモニタリング計画の策定にあたり，阪神高速技術(株)坂本氏，岡本氏，山本
氏，内外構造(株)薄井氏，西芝氏にご協力いただ
いた．ここに記して謝意を表する．
参考文献
1） 金治英貞，鈴木英之，野中哲也，馬越一也：履歴型
ダンパー付き鋼管集成橋脚の損傷制御構造に関する基礎的研究，構造工学論文集Vol.50A，2004.
2） 金治英貞，林訓裕，西海健二，豊島径：モデル載荷試験による鋼管集成橋脚の力学的特性の検証，土木学会第60回年次学術講演会，2005.
3） 篠原聖二，金治英貞，鬼木浩二，木村亮：杭基礎一体型鋼管集成橋脚の構造提案と地震時応答解析，土木学会論文集C1（地圏工学),Vol.69,No.3,2013.
4） 篠原聖二，金治英貞，小坂崇，杉山裕樹，津丸徳宏，
鳥越卓志：鋼管集成橋脚の技術コンセプトと構造設
計，橋梁と基礎，2014年2月号，2014.
5） 篠原聖二，杉山裕樹，金治英貞，橋本国太郎，杉浦
邦征：鋼管集成橋脚における実大せん断パネルの損傷過程と終局モードの実験的評価，土木学会論文集
A1（構造・地震工学),Vol.71,No.3,2015.
6） 磯部公一，澤村康生，杉山裕樹，篠原聖二，曽我恭匡，小林寛，木村亮：振動台模型実験による杭基礎
一体型鋼管集成橋脚の耐震性能評価，土木学会論文集C1（地圏工学),Vol.72,No.4, 2016.
7） 後藤芳顯，海老澤健正，野中哲也，Yan XU ，金治英貞，岡上政史，安藤高士，服部匡洋：大型加振実
験によるレベル2 とこれを超える地震動に対するコ
ンクリート充填鋼管集成橋脚で支持された連続高架橋の耐震性能の解明，土木学会論文集A1(構造・地震工学),Vol.77.No.1, 2020.