平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

高じん性モルタルを用いた
実大橋梁耐震実験の破壊解析
ブラインド解析結果
株式会社フォーラムエイト
甲斐義隆
1

平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

チーム構成
••••
•
•

甲斐義隆
青戸拡起
松山洋人
Brent Fleming
安部慶一郎
吉川弘道

：株式会社フォーラムエイト：A-Works 代表：株式会社フォーラムエイト：同上：同上：東京都市大学 総合研究所 教授2平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

解析モデル

3

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解析概要•使用プログラム：Engineer’s Studio ver.1.03.00 (HPFRCC追加版)
株式会社フォーラムエイト•対象：C1-6橋脚試験体および端部橋脚を含む全体系モデル

試験体写真※Engineer’s Studioモデル※兵庫耐震工学研究センターHP加振実験映像(http://www.bosai.go.jp/hyogo/movie.html)の”20100302 n.wmv”より4

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解析手法• ファイバー要素を用いた立体骨組解析• Newmarkβ法(β=1/4)• 振動台上での計測波(加速度)を水平2方向+鉛直方向，合計3方向同時入力• ΔT=0.005秒• 大変位解析(適合条件：非線形)

5平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

解析モデル概要

・節点数：586
・弾性梁要素 ：735
・Fiber要素 ： 7・バネ要素： 86平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

橋脚のモデル化
弾性梁要素
ファイバー要素
普通コンクリート
ファイバー要素高靭性繊維補強セメント複合材料(HPFRCC)
弾性梁要素7

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ファイバー要素のメッシュ分割

1断面あたり2512セル

8

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ヒステリシスHPFRCC：
製品版にはないため，今回εcc=6425 μ急遽下図のような簡易モデルを実装した。圧縮側を「Hoshikuma」，引張側を「バイリニア」でモデル化。骨格についてはHPFRCCの繰返し
試験結果より，試験結果を包 Edes=4920 N/mm2絡するように決定。横拘束効果は評価しない。

Ec=8257 N/mm2

σcc=45.600 N/mm2σccは実験当日の結果
Edesについては下記文献しか記載がなく，その他のパラメータと試験を揃えるため下記文献を参考にした
Richelle Zafra, Kazuhiko Kawashima, Manabu Nakayama and Koichi Kajiwara : Compression, Tension
and Cyclic Loading Experiments on Polypropylene Fiber Reinforced Cement Composites

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ヒステリシスコンクリート：
圧縮側を「Hoshikuma」，引張強度考慮。
εce=7080 μεcc=2000 μEdes=10000 N/mm2

σcc=50.800 N/mm2

かぶりコンクリート

εce=12400 μεcc=3520 μEdes=4950 N/mm2

σcc=55.236 N/mm2

コアコンクリート

σccは実験当日の結果
10

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ヒステリシス
鉄筋：圧縮側，引張側ともにトリリニアモデル。
内部履歴は修正MP(堺-川島)モデル。
σy=386.3 N/mm2

E1=196500 N/mm2

11平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

減衰• 要素別剛性比例型を使用• ファイバー要素の粘性減衰定数はゼロ• 各要素の粘性減衰定数は以下のとおり
桁
コンクリート(弾性)剛部材
支承：2%：5%：0%：0%12平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

初期損傷の評価方法
Engineer’s Studioでは，解析中の支承条件変更および重量の変更はできないため，正確に実験での条件と整合させることは不可能である。
よって，以下の仮定，検討を行った上で，解析を実行した。
【基本モデル(本加振，100%入力)に対して】• 免震支承から固定支承へ荷重支持条件が変更となるが，免震構造での橋脚躯体への損傷を伴う応答はないもの仮定し，基本モデルに対しては初期損傷なしとして解析を行う。
• 加速度波形を2回連続入力した結果，1回目と2回目では最大振幅に大きな差は認められない。
• 以上より，本ケースに対しては初期損傷は無視して加速度波形を2回連続入力し，100%2回目の結果を評価する。
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初期損傷の評価方法【付加マスモデル(付加重量あり，125%入力)に対して】• 基本モデルの100%を2回入力した結果と，付加マスモデルに対して90%入力した結果，応答波形がほぼ同等の振幅となった。(トライアル計算)• 付加マスモデルに対して90%入力を行った後に100%入力した結果と，100%入力を1回解析した結果では，事前に90%入力した結果の方が最大振幅が大きい。
• 90%→100%→125%×2回と125%×2回では結果に大きな違いは認められなかった。
• 以上より，125%入力の結果に着目する場合，それ以前の影響は小さいため，初期損傷は無視して加速度波形を3回連続入力し，125%2回目の結果を評価する。
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解析結果

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橋脚天端の変位履歴
本加振，100%，1回目【最大値】
解析：56.776 mm (5.965s)

Displacement (mm)80

鉄筋降伏：3.565秒

60
40200-20

解析結果-40-60【最小値】
解析：-48.890 mm (8.970s)-80
05TR(橋軸直角方向)

101520Time (sec)【最大値】
解析：73.737 mm (6.835s)

Displacement (mm)806040200-20

解析結果

-40

鉄筋降伏：3.565秒-60【最小値】
解析：-65.280 mm (6.140s)-800LG(橋軸方向)

5101520Time (sec)16平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

鉄筋降伏時の曲率分布
本加振，100%，1回目
解析にて柱基部の鉄筋が降伏した3.565秒時の曲率分布6柱基部からの高さ H(m)543LGまわりTRまわり210-0.001

00.0010.0020.003

曲率 φ(1/m)

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橋脚天端の変位履歴
Displacement (mm)

本加振，100%，2回目【最大値】
実験：52.647 mm (7.330s)
解析：55.822 mm (6.010s)

100806040200-20-40-60-80-100

実験結果
解析結果

05Displacement (mm)TR(橋軸直角方向)

101520Time (sec)【最小値】
実験：-48.044 mm (4.290s)
解析：-55.443 mm (4.265s)【最大値】
実験：86.637 mm (6.860s)
解析：80.192 mm (6.845s)

10080
60
40200-20-40-60-80-100

実験結果
解析結果

0LG(橋軸方向)

510Time (sec)

1520

【最小値】
実験：-38.778 mm (7.570s)
解析：-54.180 mm (6.205s)
18

平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

橋脚天端の変位履歴
付加マス後，100%【最大値】
実験：104.812 mm (7.370s)
解析： 97.107 mm (7.335s)

Displacement (mm)150
100500
実験結果
-50

解析結果

-100-15005TR(橋軸直角方向)101520Time (sec)【最大値】
実験：138.319 mm (6.825s)
解析： 76.925 mm (6.800s)

150

Displacement (mm)【最小値】
実験：-75.485 mm (4.280s)
解析：-53.534 mm (8.970s)

100500
実験結果-50解析結果-100-1500LG(橋軸方向)

510Time (sec)

1520

【最小値】
実験：-109.958 mm (7.560s)
解析：-101.314 mm (7.550s)
19平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

橋脚天端の変位履歴
付加マス後，125%，2回目【最大値】
実験：189.892 mm (8.405s)
解析：162.907 mm (8.315s)

Displacement (mm)

400
300
200
1000-100

実験結果

-200

解析結果

-300
-400
05TR(橋軸直角方向)101520Time (sec)【最大値】
実験：356.452 mm (7.065s)
解析：303.400 mm (6.980s)

400

Displacement (mm)【最小値】
実験：-180.943 mm (4.395s)
解析：-157.006 mm (4.395s)

300
200
1000-100

実験結果

-200

解析結果

-300-400
0LG(橋軸方向)

510Time (sec)

1520

【最小値】
実験：-261.264 mm (7.750s)
解析：-287.242 mm (7.705s)
20平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

橋脚天端の変位履歴
付加マス後，125%，2回目
400300

解析降伏合成変位：41mm
Displacement_TR (mm)

200
1000
実験結果
解析結果

-100-200

解析合成最大変位：331mm-300

実験合成最大変位：392mm-400-400-300-200-1000100200300

400

Displacement_LG (mm)21

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柱基部のモーメント履歴
付加マス後，125%，2回目【最大値】
実験：16683 kN.m (7.355s)
解析：17504 kN.m (8.315s)

40000

Moment (kN.m)

30000
20000
10000
0-10000

実験結果-20000

解析結果-30000-4000005TR(橋軸直角方向)

101520Time (sec)【最大値】
実験：26438 kN.m (6.990s)
解析：27363 kN.m (6.970s)

40000
30000

Moment (kN.m)【最小値】
実験：-18388 kN.m (4.320s)
解析：-19229 kN.m (4.300s)

20000
10000
0-10000

実験結果-20000

解析結果-30000-400000LG(橋軸方向)

510Time (sec)1520【最小値】
実験：-23764 kN.m (7.705s)
解析：-26449 kN.m (7.680s)
22平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

荷重変位曲線
付加マス後，125%，2回目
3000

4000

3000
2000
2000

0
実験結果
解析結果

Force_LG (kN)

Force_TR (kN)

1000
10000
実験結果
解析結果

-1000

-1000
-2000
-2000
-3000

-3000
-200

-4000
-100

0

100

Displacement_TR (mm)

橋軸直角方向200-400

-300

-200

-100

0100

200

300

400

Displacement_LG (mm)

橋軸方向

橋軸直角方向，橋軸方向とも荷重変位曲線の形状は紡錘型を呈しており，高いエネルギー吸収能力を保有していることがうかがわれる。
23平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

最大応答変位時の曲率分布
付加マス後，125%，2回目

665543φy=0.0033 (1/m)

2φm=0.0155 (1/m)

柱基部からの高さ H(m)

柱基部からの高さ H(m)解析にて橋脚天端の変位が最大を記録した6.970秒時の曲率分布(破線は降伏時)

432φm=0.0331 (1/m)

1

10000.005

0.01

0.015

0.02

曲率 φ(1/m)

橋軸回り

0.025

0.03

0.035

φy=0.0005 (1/m)

00.0050.010.015

0.020.025

0.030.035

曲率 φ(1/m)

橋軸直角軸回り24

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橋脚基部のひずみ履歴
本加振100%-1回目

ひずみ凡例

本加振100%-2回目

WS
付加マス後100%

付加マス後125%-1回目

N
E 付加マス後125%-2回目

25平成22年7月8日 平成22年度 橋梁耐震実験研究成果発表会

考察• 作用荷重レベルが大きくなるほど，解析結果と実験結果はよく一致する。
• 付加マス後，125%，2回目の解析結果は実験結果より小さい。HPFRCC部ではコアとかぶりを区分していないのが要因の一つとして挙げられる。
• 最大330mm（≒4.4％）の変位が生じたにもかかわらず，残留変位は25mm（≒0.3%）であった。
• 荷重変位曲線は紡錘型を呈しており，高いエネルギー吸収能力を有している。

26