土木学会東北支部技術研究発表会（平成26年度）

I-9

3 次元 FEM 解析を用いた九年橋 2 主鈑桁部の静的挙動特性の検討
岩手大学大学院工学研究科 学生会員
岩手大学工学部

正会員(株)昭和土木設計

正会員

○岩村
岩崎 正二

優希

大西 弘志 出戸 秀明
山村浩一

1．はじめに経済の長期低迷のため，老朽化した既設橋梁の更新は難しくなり，既設橋梁を維持管理しながら，いかに長寿命化させるかが問題となっている．そのため，既設橋梁の健全度調査が必要であり，岩手大学工学部では，平成 24 年 10 月に，岩手県北上市にある九年橋（9 径間 2 主鈑桁橋＋8 径間 4 主鈑桁橋）において，20tf トラックを用いた静的載荷試験を実施している．本研究では，架設後 78 年経過した 2 主鈑桁部に着目し，3 次元 FEM 解析を用いて，健全時と劣化時のモデルを作成し，鉛直方向変位と橋軸方向ひずみの解析結果と実測結果から，桁の劣化が静的挙動にどのような影響を与えるかを検討する．

2．対象橋梁と 3 次元 FEM 解析の概要
対象橋梁は，九年橋の第 8 径間を取り上げ，図-1 に示すように桁長 17.05m，支間長 16.8m，車道幅員 5.6m，桁高 1.45m の単純 2 主鈑桁橋（昭和 8 年架設）である．主桁をそれぞれ G1，G2 で表す．本研究では，汎用 FEM 解析ツール ANSYS を用いて静的解析を行った．3 次元 FEM 解析モデルは，図-2 に示すよ主桁 G1

うに，主桁，横桁，縦補剛材，補強材は Shell 要素，床版は Solid

主桁 G2要素，下横構は Beam 要素を用いてモデル化した．要素数は66923 要素，節点数は 78301 点である．
変位着目点

載荷荷重は，20tf トラック 1 台の静的載荷試験を想定し，前輪ひずみ着目点

2 点，後輪 4 点の 6 点集中荷重を橋面上に載荷させた．載荷重量は，
前輪 1 点当たり 27.73kN，後輪 1 点当たり 34.96kN とした．
載荷パターンは，橋軸方向に 20tf トラックの前側後輪を支間中図-1

対象橋梁概要(単位：mm)

総要素数 66923
総節点数 78301

央に載荷するとともに，橋軸直角方向には車道幅員の中央載荷，G2 主桁側偏心載荷の 2 パターンを採用した．
ひずみ解析位置の着目点は，図-1 に示すように G2 主桁下フラ固定側ンジの両支承 2 点，両支承近傍 4 点及び支間長の 1/8，1/4，3/8，1/2，5/8，3/4，7/8 の 7 点の計 13 点とした．
変位解析位置の着目点は，図-1 に示すように G2 主桁下フラン 主桁 G1
ジ，支間長の 1/4，1/2，3/4 の 3 点とした．

主桁 G2

解析モデルの材料特性値は，鋼材，鉄筋コンクリートのヤング係数をそれぞれ 2.0×105N/mm2，2.68×104N/mm2 と仮定した．
劣化モデルは，文献 1)を参考に G2 主桁，横桁，下横構の腐食による断面減少を想定したモデルとした．支承条件は，表-1 に示す3 つのケースを想定している．ケース 1 の支承条件により解析を行い，可動側支承に生じた橋軸方向の水平支承反力を求める．

キーワード：健全度評価

可動側3 次元 FEM 解析モデル

図-2
表-1

FEM 解析支承条件

解析ケース
固定側支承

ケース1
Fix

ケース2Fix

ケース3Fix

可動側支承
任意荷重

Fixなし

MoveなしMove
水平支承反力FEM 解析 静的載荷試験

連絡先：〒020-8551 岩手県盛岡市上田 4-3-5 岩手大学工学部

社会環境工学科 TEL 019-621-6436

土木学会東北支部技術研究発表会（平成26年度）

ケース 3 の場合，ケース 1 で求めた水平反力を減少させなが-100

ら，ケース 2 の条件で可動側支承に作用させて得られた橋軸-80承反力と考えた．

3．解析結果と考察
20tf トラック 1 台を支間中央，幅員中央に載荷した場合の健全モデルと劣化モデルの G2 主桁下フランジの橋軸方向ひずみ分布をそれぞれ図-3，4 に示す．図-3，4 を比較すると，-60

橋軸方向ひずみ(×10-6)方向ひずみの解析値が実測値に近似した場合を最適な水平支-40-20 0

解析結果を比較すると，健全モデル，劣化モデルに関わらず，
ケース 1 で生じた水平支承反力の 60％で実測値に近似する結果となった．

ど，支間中央より減厚した固定側支承近傍への影響が大きくなった．また，図-5，6 に示すように，解析結果と実測値を比較すると，ひずみ分布，変位分布ともに，中央載荷パターンと同等にケース 1 で生じた水平支承反力の 60％で実測値に近似する結果となった．
図-7 は，G2 側偏心載荷による G2 主桁の固定支承から橋軸方向距離 50cm 地点のウェブの橋軸方向ひずみ分布を表した

6080

固定側

可動側

橋軸方向距離(mm)

中央載荷による健全時の主桁 G2 下フランジのひずみ分布-100-80-60-40-20 02500

20406080

固定側

可動側

橋軸方向距離(mm)
中央載荷による劣化時の主桁 G2 下フランジのひずみ分布

図-4-150

解析値(Fix-Fix)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力80%)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力60%)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力40%)
解析値(Fix-Move)
実測値-125-100-75-50-25 02500

は，劣化部位で急激な圧縮ひずみの増加が見られ，支承条件ケース 2 の場合でもひずみは引張側へ増大する．ウェブの橋軸75

固定側

橋軸方向距離(mm)02500

解析値(Fix-Fix)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力60%)
解析値(Fix-Move)
実測値
50007500
10000 12500 15000-0.5-1-1.5-260％をケース 2 の可動支承に作用させた場合に下フランジの図-6

固定側

可動側

橋軸方向距離(mm)G2 側偏心載荷による劣化時の主桁 G2 下フランジの変位分布
解析値(Fix-Fix)-健全解析値(Fix-Fix)-劣化解析値(Fix-Move)-健全解析値(Fix-Move)-劣化解析値(Fix-Move＋水平支承反力60%)-健全解析値(Fix-Move＋水平支承反力60%)-劣化

1400

ルウンミーグェット，岩崎正二，大西弘志，出戸秀明，山村浩一，

佐々木遥加：フレーム解析を用いた 78 年供用 2 主鈑桁橋の静的挙動特性の検討，土木学会東北支部技術研究発表会，I－18，2014.3

鉛直方向距離(mm)12001)

15000

可動側0-2.5

参考文献

12500

G2 側偏心載荷による劣化時の主桁 G2 下フランジのひずみ分布

方向ひずみ分布においてもケース 1 で生じた水平支承反力の解析値と近似する結果となった．

1000050

図-5鉛直方向変位(mm)ている．すなわち，支承条件ケース 1 の場合の劣化モデルで750025ものである．この部位は腐食による減厚が進行しており，下フ

この影響は，図-7 に示す劣化モデルの解析結果に顕著に表れ

5000

0100

ランジから鉛直方向に 20cm までは 3mm の厚さとなっている．

解析値(Fix-Fix)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力80%)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力60%)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力40%)
解析値(Fix-Move)
実測値
50007500
10000 12500 15000

0100

橋軸方向ひずみ(×10-6)

G2 主桁への劣化の影響が大きく，可動側支承が拘束されるほ

40

図-3

図-5，6 はそれぞれ，G2 側偏心載荷による劣化モデルの G2主桁下フランジの橋軸方向分布を示している．中央載荷よりも20橋軸方向ひずみ(×10-6)

た．また，図-3，4 から分かるように，ケース 3 の支承条件の0100

劣化モデルでは，G2 主桁の固定側支承近傍ウェブは，断面減少の影響を受けて，固定側のひずみの値が増大する結果となっ2500

解析値(Fix-Fix)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力80%)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力60%)
解析値(Fix-Move＋水平支承反力40%)
解析値(Fix-Move)
実測値
5000
7500
10000 12500 15000

1000
800
600
400
200040図-7200-20-40-60-80-100-120

固定側支承から50cm地点の橋軸方向ひずみ(×10-6)

G2 側偏心載荷による劣化時の主桁 G2 ウェブのひずみ分布