正・負曲げを受ける合成桁の終局強度に関する実験的研究

１． はじめに建設構造研究室

Phan Quy Thanh

主査

教授

長井正嗣

さて，当研究室を含む研究グループでは，橋梁建設コストの削減のため連続合成桁

これまで，終局強度評価に関する実験，解の建設数が増加する傾向にあるが，現状，析的検討を行ってきた．そこでは，EC や許容応力設計法が採用されている．しかし，

AASHTO-LRFD で与えられる断面区分の今後一層のコストダウンを達成するために規定や Ductility 条件が安全側なる結果がは，塑性設計の導入が欠かせないと考えら得られている．ただ，試験結果が２体と限れ，そのための準備を行う必要がある．

定されていることから，本研究では，新た合成桁の終局曲げ強度は，合成断面の塑に合成桁の正・負曲げ試験の２体の追加を性中立軸(PNA)がコンクリート床版にある行い，終局曲げ強度を明らかにし，区分式場合，塑性モーメントとなる．一方，PNAや条件式の新たな推定を目指す．

が腹板内にある場合，Dp/Dt(Dp：床版コンクリート上縁から PNA までの距離，Dt：0.85f´ cd

合成桁のコンクリート床版を含む総高)が-EC(ユーロコード)では 0.15 以上，また

D cp-P.N.AAASHTO-LRFD(アメリカの荷重係数抵抗+tw-設計法)では，0.1 以上では，コンクリートｆ ｙ-の圧壊が先行して（Ductility 条件）塑性モ+

Dp
Dtーメントが達成できないとされている．その場合，Dp/Dt に応じて塑性モーメントを低

図-１

Dp,Dt,Dcp の定義減させる表あるいは評価式が与えられている．

２． 実験概要

また，合成桁正曲げ部におけるコンパクト断面の規定が下記のように規定されている．
AASHTO/LRFD（米国）

2 Dcptw≤ 3.76Eσy（１）EC（ヨーロッパ）

2 Dcptw≤ 2.84Eσy（２）

図-２

合成桁の正曲げ試験概要図

示し，図-5 は Mu/Mp と Dp/Dt の関係で Ductility
条件を示す．
表-１．正曲げ試験の実測値と計算値の比較

図-３２重合成桁の負曲げ試験概要図

Mu/Mp

Mｐ/Mｙ5026

0.901

1.221

4890

1.12

1.187

MyMu

Mp

KNｍ

KNｍ

KNｍ

計算

4115

4526

実測

4120

5480

Mu/Mp
1.2

本実験
FE Analysis

1３． 合成桁の正曲げ載荷試験結果と考察
3.1

正曲げ試験結果

JH,KHI
技大共同研究（１９９６）

0.8

AASHTO-LRFD

以下は正曲げ試験のモーメント−変位関係とEC(S420,S465)

0.6

床版圧壊状況の写真を示す．

0.4
MpとMyの計算値と実測比較

モーメント(KNｍ)

6000
M0.2uMp
5000

My04000

第６サイクル
第７サイクル
解析値3000
2000
1000

図-５00

図-４

2040
変位(ｍｍ)

6000.10.2

0.3

0.40.5Dp/Dt

正曲げ試験＿Mu/Mp と Dp/Dt の関係

80

合成桁の正曲げの実測値と計算値比較

図-４により，合成桁の正曲げ試験の際，終局強度が全塑性モーメントに達することがわかる．なお，実測値の変位が解析値より大きいのは残留応力の影響と考えられる．
EC(ユーロコード)によれば，Dp/Dt が 0.15 以上，
AASHTO-LRFD(アメリカの荷重係数抵抗設計法)では 0.1 以上で塑性モーメントが達成できないとされている．しかし，本研究の正曲げ実験では Dp/Dt が 0.24 で塑性モーメントが達成できており,従って Ductility 条件の見直しが必要と考えられる．
また，コンパクト断面，ノンコンパクト断面の区別について，表-２に示すように本実験の

写真-１
3.2

正曲げ試験体の圧壊状況

合成桁・正曲げ試験考察

正曲げ試験の実測値と計算値の比較を表-1 に

2Dcp/tw は EUROCODE，AASHTO-LRFD 及び提案式のコンパクト断面条件を満たし，塑性モーメントが達成できた．さらに，本実験の Mu/Mp は1.12 であり，図-5 を見ると EUROCODE 基準，4.2合成桁・負曲げ試験考察

AASHTO-LRFD 基準により大きい値が得られた．

負曲げ試験の実測値と計算値の比較を表-3 に従って，コンパクーと，ノンコンパクト断面の区示し，図-7 は Mu/Mp と Dp/Dt の関係で Ductility

別の基準の見直しが必要と考えられる.

条件を示す．

表-2.

コンパクト，ノンコンパクト断面の区別

D p (mm)342

D cp (mm)150

2Dcp/tw50

D cp/D t

0.106

D t (mm)1412

t w (mm)6

D p/D t0.24

M u/Mp1.122 Dcp

EUROCODEtw

AASHTO-LRFD

2 Dcp
tw
2 Dcp

PROPOSED≤ 2.84twEσy≤ 4.28

E
σyCompact
91.5

MyMu

Mp

KNｍ

KNｍ

KNｍ

Mu/Mp

Mp/MyCompact

計算

4201

4239

5038

0.965

1.230

104.4

実測

4179

4213

4529

0.930

1.084

Compact

４． 合成桁の負曲げ載荷試験結果と考察
4.1

負曲げ試験の実測値と計算値の比較

69.5

Eσy≤ 3.76

表-3

Mu/Mp
1.2

本実験

負曲げ試験結果

JH,KHI
技大共同研究（１９９６）FE Analysis

以下は負曲げ試験のモーメント−変位関係と床版圧壊状況の写真を示す．

10.8

AASHTO-LRFD
EC(S420,S465)

0.6
Mp＿My計算値と実測値比較

0.46000

Mp(計算値)=5038KNm

0.2モーメント（KNｍ）

5000

My(計算値)=4201KNm

04000

解析値
第1ｻｲｸﾙ
第2ｻｲｸﾙ
第3ｻｲｸﾙ
第4ｻｲｸﾙ
第5ｻｲｸﾙ
第6ｻｲｸﾙ

3000
2000
1000

図-7

図-6102030
変位（ｍｍ）

0.1

0.2

0.3

0.40.5Dp/Dt

負曲げ試験＿Mu/Mp と Dp/Dt の関係

負曲げ載荷試験の結果に基づいて，鉛直変位と0004050

合成桁の負曲げの実測値と計算値比較

曲げモーメント関係の計算値と実測の結果を比較すると，合成桁の負曲げ試験における全塑性モーメント（Ｍｐ＝4760KNｍ）が達成できなかったことが分かる．また，床版圧壊の状況はかぶりコンクリートが一部圧壊し剥離した．しかし，床版圧壊状況によると，かぶりコンクリートが剥離したが，床版の桁軸方向鉄筋や帯鉄筋がほとんど変形していないと分かる．さらに，ひび割れ及びコンクリート破壊状況に着目し，水平方向破壊だと見られ，この現象によりスタッドは要因だと考えられる．よって，スタッドは今回の負曲げ試験

写真-2

負曲げ試験体の圧壊状況

における全塑性モーメントが達成できなかったことの一つの要因だと考えられる．

表-4. コンパクト，ノンコンパクト断面の区別③Dp (mm)480

Dcp (mm)347

2Dcp/tw87

D cp/Dt

0.236

について，正曲げ試験の 2Dcp/tw は EUROCODE，

Dt (mm)1472

t w (mm)

8Dp/Dt0.327

M u/Mp0.930

EUROCODE

2 Dcp

AASHTO-LRFD

PROPOSEDtw≤ 2.84

2 Dcp
tw
2 Dcp
tw

EσyE
≤ 3.76σy≤ 4.28E
σy73.1
Non-Compact
96.2

109.8

基準，AASHTO-LRFD 基準により大きい値を得

Compact

コンパクト断面の基準を満たさないが，AASHTO-LRFD 基準及び提案式のコンパクト断面基準を満たする．さらに，本実験の Mu/Mp は0.930 であり，図-7 を見ると EUROCODE 基準，AASHTO-LRFD 基準により大きい値を得られ，JH,KH 技大共同研究(1996)の値に近い．従って，コンパクーと，ノンコンパクト断面の区別の基準の見直しが必要と考えられる．
結論
本研究では，合成桁の正・負曲げ試験を行い，正・負モーメントが作用する合成桁の終局曲げ強度特性を明らかにする．本研究で得られた結論を要約すると以下のようになる．
我が国の合成桁の設計では，終局曲げ強度は下フランジが降伏点の強度に達する場合と定義されている．しかし，本研究の合成桁の正曲げ試
験では降伏強度よりかなり高い強度すなわち塑性モーメントが達成できたことを明らかにした．
今後一層のコストダウンを達成する上で塑性設計の導入が欠かせないと考えられる．

②

件を満たし，塑性モーメントが達成できた．さらに，本実験の Mu/Mp は 1.12 であり，EUROCODEいて，負曲げ試験体の 2Dcp/tw は EUROCODE の①AASHTO-LRFD 及び提案式のコンパクト断面条

Compact

コンパクーと，ノンコンパクト断面の区別につ5.

コンパクト断面，ノンコンパクト断面の区別

Ductility 条件に関して，EC(ユーロコード)

により，Dp/Dt が 0.15 以上，AASHTO-LRFD(アメリカの荷重係数抵抗設計法)では 0.1 以上で塑性モーメントが達成できないとされている．しかし，本研究の正曲げ実験では Dp/Dt は 0.24 で塑性モーメントが達成できている．そのため，Ductility 条件の見直しが必要と考えられる．

られた．従って，コンパクーと，ノンコンパクト断面の区別の基準の見直しが必要と考えられる.
④

本研究の２重合成桁の負曲げ試験において，全塑性モーメントに達成できなかったが，床版の圧壊状況に着目すると水平軸方向破壊と分かる．
この現象により，スタッドは今回の負曲げ試験における全塑性モーメントが達成できなかったことの一つの要因だと考えられる．よって，今後の課題として２重合成桁のスタッド設計，配置方法などについて検討する必要があると考える．

参考文献
1）色部誠, 河角誠, 安達洋：コンクリート構造物の塑性解析, 丸善, 1985
2）JSSC 合理化設計法部会資料：2 重合成 2 主連続桁(コンパクト断面)の検討，平成 16 年 11 月
3）中井博，北田俊行：鋼橋設計の基礎

4）長井正嗣：橋梁工学，共立出版，1994．
5）北川

将士：長岡技術科学大学建設工学専攻

修士論文

合成桁の終局曲げ強度特性の解明に関する研究

平成 17 年 2 月

6）中川治士：長岡技術科学大学建設工学専攻

修士論文

連続合成桁の初期ひび割れ性状の解明に関する実験的研究

平成 17 年 2 月

7）(社)日本橋梁建設協会：PC 床版を有するプレストレスしない連続合成 2 主桁橋の設計例と解説，
平成 13 年 7 月8）PC 床版連続合成２主桁橋の合理的設計，施工法の開発研究、平成１２年９月

大垣賀津雄

9）経済性・耐久性を目指した次世代橋梁の開発 PC 床版連続合成２主桁橋の設計・施工
Ver.2.0 平成１０年４月

川崎重工業株式会社