部分係数設計法の適用性拡大に関する調査検討
Study on improvement of applicability of partial factor design method（研究期間 平成 23～25 年度）

道路研究部 道路構造物管理研究室
Road Department Bridge and Structures Division
主任研究官
中洲 啓太
Senior Researcher
Keita Nakasu
研究官
野村 文彦
Researcher
Fumihiko Nomura

室長
玉越 隆史
Head
Takashi Tamakoshi
研究官
横井 芳輝
Researcher
Yoshiteru Yokoi
交流研究員
氏本 敦
Guest Research Engineer Atsushi Ujimoto

NILIM studied on bridge performances for the current specifications by broadening subjects ofbridge scales, focused members, and focused section forces, and studied on effects of differences of
uncertainty conditions of load and resistance sides on partial factors Moreover, in order to establish
setting methods of partial factors to be used for repair and reinforcement design of existing bridges,
trial calculations on effects of changes of design working life and characteristics of the regions wereconducted.
橋梁、将来の動向も考慮して橋長が長い橋梁等を対象［研究目的及び経緯］
道路橋の設計基準である道路橋示方書について、現とした。図-1に、検討フローを示す。

在、許容応力度設計体系から部分係数設計法を基本とする体系への転換作業が進められている。
過年度までに、これまでの道路橋示方書で考慮されていた外力等の作用の特性を最新の統計データ等に基づいて再評価するとともに、代表的な橋梁形式の主要部材において許容応力度設計による場合に確保されていた耐荷力性能について、設計供用期間との関係における非超過確率等の信頼性の観点からの分析を行った。
今年度は、橋梁規模や着目部材、着目断面力等の分析対象を広げ、現行道路橋示方書による橋の性能につ

図-1

試設計の検討フロー

いて分析を行うとともに、作用側（外力等）及び抵抗

図-2に、過年度に着目した形式以外の代表的な橋梁

側（材料品質や強度特性等）の不確実性の条件の相違（2径間連続非合成桁）及び橋長が長い橋梁（3径間連が部分係数に及ぼす影響について検討を行った。また、

続ラーメン箱桁橋）を対象とした、部分係数設計法を

既設橋の補修補強設計に用いるための部分係数の設定

用いた試設計結果と現行設計結果との比較例（設計断方法を確立するために、設計供用期間や地域特性等を面力及び荷重組合せ内訳）を示す。図-2(a)の端支点せパラメーターとして、その変化が荷重係数に及ぼす影ん断力の場合、現行同等規模の断面を実現する荷重効響についての試算を行った。

果の内訳は荷重シミュレーションで抽出された部分係［研究内容及び研究成果］

数による場合とほぼ一致するのに対して、図-2 (b)の

1．部分係数設計法を用いた道路橋の試設計

中央径間曲げモーメントでは、両者で荷重効果のシェ

部分係数化の影響を把握するため、現行の道路橋示

アに明らかな相違が見られる。このように、許容応力方書による詳細設計が完了している橋梁（計24橋：鋼度設計体系の現行基準において実現している部材断面

橋16橋、PC橋8橋）を対象に、過年度までの試算におい等の安全余裕は、橋梁規模や形式のみならず、部材種て、現行の道路橋示方書に近い応答が得られる可能性

類、位置、着目する応答によっても、設計供用期間にが高いものとして仮設定した部分係数を用いて設計しおいて発生することの確からしさの観点からは、統一た場合の比較を行った。試設計の対象橋梁は、代表的的な基準で整理できない状況にあることがわかる。

な形式等の橋梁のうち、過年度に着目した形式以外の- 54 -

また、現行の道路橋示方書において荷重組合せ毎に

2．部分係数法を用いた道路橋の補修補強設計に関する

せん断力（kN）

1000
800

基礎的試算

凡例

600

SW
L
D

400
200

現行の道路橋示方書による詳細設計が完了している橋梁（計12橋：鋼橋8橋、PC橋4橋）を対象に、補修補

0
許容応力度設計法（現行）

部分係数設計法

強設計で部分係数法を適用することを想定し、新設設

曲げモーメント（kN・m）(a)2径間連続非合成鈑桁、端支点計の基本ケース（設計供用期間100年、大型車混入率
50.4％）として仮設定した部分係数をそのまま用いた

80000
凡例

60000

場合の試設計結果に対して、設計供用期間や風荷重のT
PS+CR+SH
L+I
D

40000
20000

条件変化を想定して設定される部分係数を用いた場合の試設計を行い、両者の比較を行った。

0

許容応力度設計法（現行）

図-4に、設計供用期間（100年、25年、5年）及び風

部分係数設計法

荷重の特性（基本風速Ｕ10が45m/s（Ｃ）、40m/s（Ｂ）、(b)3径間連続ラーメン箱桁、中央径間

図-2

部分係数設計法を用いた試設計結果と現行設計

及び35m/s（Ａ））の違いによる荷重係数の感度の試算

結果の比較（設計断面力及び荷重組合せ内訳）例を示す。
図-4(a)では、
設計供用期間の変化に応じて、異なる値が考慮される安全率や許容応力度の割増係数

地震荷重及び活荷重の荷重係数が顕著に影響を受けるが、作用側及び抵抗側の信頼性とどのような定量的関ことがわかる。また、年最大値がほぼ同規模となる活係にあるのかについては明確ではない。そこで、許容荷重に比べ、地震荷重では荷重係数がばらつく可能性

応力度の割増係数を作用側と抵抗側のそれぞれに全てがあることがわかる。図-4(b)において、風荷重特性の考慮した場合に部分係数がどのように影響を受けるの相違を考慮した場合、同時に発生する可能性が比較的かについて試算を行い、現行基準の安全率の特徴につ高い地震荷重との組み合わせによって両者の係数が大いて検討した。

きくばらつく可能性がある。このように、道路橋につ

図-3に、下部工における現行基準断面力の非超過確

いて実際に生じ得る設計状況をできるだけ忠実に表現

率及び信頼性指標βの試算結果の例を示す。断面決定

する方法による部分係数化によって、様々な設計条件に支配的となる荷重の組合せパターンによって信頼性に応じた合理的に荷重強度を設定でき得ることが示さ（安全余裕）が異なる傾向が見られ、割増係数相当のれた。

安全余裕を荷重側と抵抗側のどちらで考慮するのかにかかわらず、現行の道路橋示方書で考慮されている荷重組み合わせの状況は、非超過確率（設計供用期間にそういった状況が生起しない確率）の観点からは大きな幅を持つ可能性があることが確認できた。
非超過確率[%]

100①決定ケースD, D+L

80①決定ケースDLT

60①決定ケースDLW

40①決定ケースDLTW①決定ケースD+EQ

20
0
0.0

1.0

2.0

3.0
4.0
5.0
信頼性指標β6.0

7.0(a)割増係数を作用側で考慮した場合

非超過確率[%]

100
80②決定ケースD, D+L

60②決定ケースDLT②決定ケースDLW

40②決定ケースDLTW

20②決定ケースD+EQ

図-4

0
0.0

1.0

2.0

3.0
4.0
5.0
信頼性指標β6.0

7.0

係数の感度の試算例(b)割増係数を抵抗側で考慮した場合

図-3

設計供用期間及び風荷重特性の違いによる荷重［成果の活用］
道路橋示方書等、技術基準改定のための基礎資料と100 年最大値分布における現行基準断面力の非超過確率及び信頼性指標βの傾向分析例（下部工）

して活用されるものである。

- 55 -

構造解析手法に応じた安全率設定手法に関する調査検討
Study on safety factors setting method depending on the structural analysis model（研究期間 平成 23～25 年度）
道路研究部 道路構造物管理研究室
Road Department Bridge and Structures Division
主任研究官
中洲 啓太
Senior Researcher
Keita Nakasu
研究官
横井 芳輝
Researcher
Yoshiteru Yokoi
交流研究員
氏本 敦
Guest Research Engineer Atsushi Ujimoto

室長
玉越 隆史
Head
Takashi Tamakoshi
研究官
石尾 真理
Researcher
Mari Ishio
交流研究員
吉川 卓
Guest Research Engineer Taku Yoshikawa

In order to apply the FEM model to the new design of the highway bridges, the condition of models and therelations with the result is under consideration. In this term, girder bridges, arch bridge, truss bridges, andprestressed concrete box-girder bridges are conducted trial calculations use several way by FEM and compared
the result and the standard value.
PC 箱桁橋を対象として、FEM と棒モデルによる比較［研究目的及び経緯］
道路橋示方書などの設計基準では、許容値などの規を行った。解析は、図-2 に示す橋梁諸元を基本の構造

定が、はりや格子等の単純化された解析モデルによっとし、上床版に対するウェブ厚・下床版に対するウェて求まる計算値との照合を前提として、定められていブ厚・ハンチ勾配をパラメータとし、全 12 ケースで実ることが多い。そのため、実務において FEM 等の精緻施した。また、FEM では各ケースで曲げモーメント、な解析モデルを用いても、計算した結果を直接的に技

せん断力、斜引張応力度について、それぞれ処理方法

術基準の許容値等と対比して照査することが難しい場を設定し、比較した。

合がある。また、基準との対比のために計算結果を処

橋長130,000
55,00037,000

理する方法によって、評価が異なる可能性もある。
本研究では、FEM 等の代表的な数値解析手法による計算結果と技術基準の許容値との関係を明らかにし、

37,000
M
P3

M

M
P1

P2

F
P4

解析手法に応じて適切に基準との対比が行える方法に
9,925

ついて検討する。平成 23 年度は、代表的な道路橋形式

2,400（鋼桁、コンクリート箱桁、鋼トラス、鋼アーチ橋）の FEM 解析で得られる計算結果に対して、許容値と対比するために行う（例えば、局部応力の平均化方法なG1どの）処理方法の違いが、評価結果に及ぼす影響につ

1,025

いて検討した。

図-1

G2鋼桁橋では、FEM と格子モデルによる比較を行った。

G4

単位:ｍｍ

950

基本とする橋梁諸元（3 径間連続鋼鈑桁橋）［研究内容］（１）鋼桁橋G3

3×2,650

設計条件
形
式：3径間連続非合成4主I桁
支 間 長：37m＋55m＋37m
有効幅員：8.875m
床
版：t=230mm

2,000 6,000
4,000

桁長41,000（支間40,000）
24,000曲げ半径 R=10.0ｍ

6,000 2,000500

解析は、図-1 に示す３径間連続鋼 I 桁橋を基本の構造
PCより線(12S) 12.7mm

床版の有効幅・二次部材の有無をパラメータとし、全法で比較した。
（２）ＰＣ箱桁橋- 56 -

2,550

150

350

支間中央部

設計条件
形 式：PC箱桁橋
支間長：40,000mm
幅 員：11,600mm

250

された要素ごとの応力について、７パターンの処理方

11,6006,500

350

20 ケースで実施した。また、FEM では各ケースで算出

支点部
2,550
2,550

2,000

とし、フランジ厚・ウェブ厚・桁高・床版との合成・

図-2基本とする橋梁諸元（PC 単純箱桁橋）

単位：ｍｍ

［研究成果］

予め橋梁形式や評価内容に応じてこのような処理方（１）鋼桁橋法の適用条件の関係が種々の条件に対して用意されれ

ウェブ厚・桁高をパラメータとした解析ケースを、

ば、FEM などの精度の高い解析を用いた場合でも基準

表-1 に示す。せん断応力度を図-3(a)に示す抽出位置の許容値と従来と同等の対比が行えることがわかる。

で比較すると、同(b)に示すとおり、FEM ではウェブ高（２）ＰＣ箱桁橋

さ位置に応じて変化しており、格子モデルとは分布形

ウェブ厚を 400,600,800mm と変化させ、棒モデルと状が異なることがわかる。また、表-2 に示すとおり、

FEM で支間中央曲げモーメントを算出した結果を、図

主桁ウェブ厚(tw)に対して主桁フランジ厚(tf)が厚く-5 に示す。床版厚に対してウェブ厚が薄くなると、FEMなるほど、ウェブに発生する最大せん断応力度は大きで算出した曲げモーメントと棒解析における応力度とくなることがわかる。このように、同じ位置の応力分もに小さくなっているのがわかる。このとき曲げモー布が構造によって大きく異なり、それらを忠実に出力

メントは、図-6 に示すような支間中央断面における直する FEM 解析では、抽出対象要素の取り方や範囲によ応力に対して、要素ごとに作用する軸力を断面方向にって評価が大きく左右されることがわかる。

積分し算出している。この処理方法を用いると、棒モ

そこで、主桁と横桁の接合部や中間支点上など応力デルで解析した場合と絶対値に差はあるものの、曲げ集中が生じる部位の FEM 解析応力の処理方法を変えて、モーメントに関しては、床版厚に対するウェブ厚との格子モデルとの比較を行った。図-4 に、支点からの距関係は同様の傾向で評価できることがわかった。

離を変えたウェブ断面①-1,2,3（支点から桁高の 0.13
倍,0.2 倍,0.43 倍それぞれ離した地点）の最大応力を［今後の課題］

算出した結果を示す。なお、せん断断面積比 Af/Aw とし実橋計測や対象を拡大した試算等を行い、解析レベて無次元化している。断面①-1,2 では、構造が急変すルに応じた性能評価手法（モデル化方法、解析結果のる部位近くであることから格子モデルよりも大きなせ

評価方法）を検討していく予定である。

ん断応力となり、せん断断面積比による応力の変化傾

［成果の発表］国総研資料及び各種論文で発表予定。

向も異なる。一方、断面①-3 では、せん断応力は格子［成果の活用］

モデルと近い評価が行える結果となった。

省内委員会等における参考資料とする。

解析ケース

パラメー ﾌﾗﾝｼﾞ厚 web厚指標
桁高h(m)タ
tf(mm) tw(mm)(Af/Aw)
40

桁高
変化

+

ウェブ高さ(mm)

抽出位置

40

2400
2100
1800
1500
1200
900
600
300
0

(a)抽出位置

2.4

12

2.4
2.0

2.0

0.66
0.88
1.17
0.88
1.05

+
0
0.13h
0.2h
0.43h

FEM(tw=12mm)
格子(tw=12mm)

20
40
60
80
せん断応力度(N/mm2)100(b)抽出位置の要素応力表-2 ウェブ厚とせん断応力の関係①-1(0.13h)
1.5①-2(0.20h)①-3(0.43h)

1.0
0.5
0.6

1.0

ウェブせん断応力
FEM解析
棒解析

130000125000120000115000110000105000100000
95000
90000
0.38

図-5

0.8

(b)断面位置に応じたせん断応力比

せん断応力コンター図

16mm(tf/tw=0.75)

Af/Aw
1.2

0.0

(a)断面位置

図-3 中間支点上 Web のせん断応力
ウェブ厚(tw)

h：桁高

図-4

0

0

16
12
9

①-2 ①-1

曲げモーメント(kN.m)

ウェブ厚
変化

①-3

FEMτmax／格子τmax

表-1

0.50

0.75

曲げモーメント比較結果（支間中央）-10.2 N/mm2

12mm(tf/tw=1.0)

N1,N2,...Nx.
断面図心軸

Y1,Y2,...Yx.

※基本ケース

9mm(tf/tw=1.3)

1.73 N/mm2

図-6- 57 -

算出処理方法

単位：N/mm2

耐久性を喪失させる要因分析及び設計・施工時の対処方法に関する調査検討
Study on investigation into cause of durability loss and the measures in design and construction stages（研究期間 平成 21～23 年度）

道路研究部 道路構造物管理研究室
室長
Road Department Bridge and Structures Division
Head
主任研究官
中洲 啓太
主任研究官
Senior Researcher
Keita Nakasu
Senior Researcher
研究官
横井 芳輝
研究官
Researcher
Yoshiteru yokoi
Researcher
交流研究員
吉川 卓
Guest Research Engineer Taku Yoshikawa

玉越 隆史
Takashi Tamakoshi
星野 誠
Makoto Hoshino
石尾 真理
Mari Ishio

In order to improve accuracy of durability deterioration prediction for bridge and structures, NILIM
conducted statistic analysis on chloride damage of reinforced concrete, using the periodic inspection
data and the site survey data. Also use the beam specimens of PC, measure the displacement andinternal stress caused by creep and shrinkage, and clarified the effect of restraint by thereinforcement.
て、道示の塩害地域区分Ｂに位置する橋梁の塩害調査［研究目的及び経緯］
道路橋の設計基準である道路橋示方書（以下、｢道結果を示す。図中の曲線は、1km 換算飛来塩分量を用示｣という。）は，経済的かつ合理的に所要の性能が実いたフィックの拡散方程式に基づく理論曲線であり、現されるよう，過去から時代を経て改定がなされてき昭和 59 年塩害対策指針（案）の規定によるかぶり 70mm、ている。耐久性については，信頼性の高い定量的な照W/C=60%の曲線と、平成 14 年道示の規定によるかぶり

査手法を規定するために必要な知見が十分ではないも90mm、W/C=50%の曲線である。図から、かぶり 70mm、のがほとんどであり，設計上の目標期間として 100 年

W/C=60%とした理論曲線より左上に位置する橋梁にお程度を念頭において，構造細目や板厚などの仕様を満いて、塩害による損傷が発生している傾向が伺える。

たすことで、供用期間中の耐久性を確保するとした手

一方、平成 14 年道示により設計された橋梁については、法が中心となっている。

現時点では、10 年程度以下の経過年数であり、塩害に本研究では，耐久性の評価手法における信頼性の向よる損傷を受けた調査データはほとんどなかった。今上のため，耐久性に影響を与える様々な外力，環境条

後も、必要な時期に調査を行っていく必要があると考件，施工品質と耐久性の関係を明らかにし，それらのえている。

要因を定量的に設計で考慮するなど，合理的で信頼性

100の高い耐久性設計が行える手法の確立を目標としてい90る。平成 23 年度は，下部構造および擁壁やボックスカ

70

供用年数 （年）80

ルバート，ロックシェッド等における鉄筋コンクリー
ト部材の塩害による損傷を対象として，現地調査と定期点検結果等の分析を行い，これらの構造物における塩害の影響要因との関係を把握した。また，PC 橋にお

60
50
40
30
20
10
0

ける持続荷重・収縮に関する試験を開始し，短期での

0.01

0.1

海岸からの距離 （km）

1

クリープ・収縮と影響要因との関係を把握した。

塩害損傷あり塩害損傷なし［研究内容及び研究成果］

かぶり70mm W/C=60％（S59塩害指針）

かぶり90mm W/C=50％（H14道示）（１）下部構造の塩害に関する調査

10

図-1 海岸からの距離-供用年数の関係(地域区分Ｂ，下部構造)

図-1 に、海岸線からの距離と供用年数とを関連づけ- 58 -

横筋の鉄筋量が大きいケース 5 では，収縮量への顕著（２）擁壁等構造物の塩害に関する調査
擁壁，ボックスカルバート，ロックシェッドの塩害な影響はみられなかった。このように，クリープひずによる損傷状況を計 50 箇所現地調査したところ，各構

みには軸筋の拘束が影響していることが確認された。

造物ともに，塩害による損傷が認められた。図-2 に、

また，鉄筋量の偏った配筋のケース 4 では，鉄筋量の供用年数が判明した構造物について，海岸からの距離違いによる収縮の差に起因して，鉛直変位量が大きくと供用年数とを関連づけて調査結果を示す。図より、変化しており，クリープひずみの予測において留意す

かぶり 70mm、W/C=60%とした曲線（昭和 59 年塩害対策

る必要性のあることが確認された。また，FEM を用い指針（案））より左上に位置する構造物において、塩害た変位算出解析を行い，各ケースの計測結果と同様なによる損傷が発生している傾向が見られ、下部構造と変位が解析で再現できることを確認した。

同様な状況であった。擁壁等構造物の種類や構造は多表-1 持続荷重の試験ケース様であるため，合理的なかぶり値の設定のためには，

Case

緊張力

軸筋鉄筋量

横筋鉄筋量

1
2
3
4

569kN(0.6Pu)
285kN(0.3Pu)
569kN(0.6Pu)
569kN(0.6Pu)

0.5%
0.5%
3.4%
上段 3.4%
下段 0.5%

0.6%
0.6%
0.6%
0.6%

5
6
7

569kN(0.6Pu)
569kN(0.6Pu)
0kN(0Pu)

0.5%
3.4%
0.5%

1.9%
1.9%
0.6%

統一的な評価基準による定期的な調査データを増やす必要がある。

80
60
40

側

20
50

0

D13

PC鋼棒 φ32

海岸からの距離 （km）

10

50

300

海岸からの距離-供用年数の関係
断（地域区分Ｂ，擁壁等構造物）

面[ CASE 1 ]
D10

220
300

アルミテープ

アルミテープ

40 2@100=200 40

試体側面を脱型直後にアルミテープで密閉することに2.0となるように配慮した(図-3)。持続荷重は，供試体のクリープ係数

軸方向のシース内に設置したＰＣ鋼棒を緊張して与えた。試験ケースは，持続荷重の作用応力，軸筋及び横筋の鉄筋量の違いに着目した７ケースとした(表-1)。
今年度は，緊張後 106 日までの計測である。

大きいケース 3 では顕著に減少していた(図-4)。一方，

Case3

1.4

道示式

道路橋示方書の規定値

1.2
1.0
0.8

軸筋鉄筋量 0.5%0.6

軸筋鉄筋量 3.4%

0.0
0

燥収縮によるひずみ値を差し引いて算出した。クリー

一般的な鉄筋量(ケース 1)でも異なり，軸筋鉄筋量の

Case1

1.6

0.2

ールドゲージにより計測された全体のひずみ値から乾プ係数と道示の規定値を比較すると，ＰＣ橋における

1.8

0.4

持続荷重によるクリープひずみは，供試体内部のモ

続荷重による応力度の比を乗じて求めた。このクリー

40 4@50=200 40

図-3 持続荷重の供試体

より横方向に連続する実橋の部材と同程度の乾燥条件

プ係数は，算出したクリープひずみにヤング係数と持

D19

D10
40

供試体は，280mm×300mm×2500mm の梁部材とし，供

D19

PC鋼棒
φ32

70

体を製作し，持続荷重試験を行った。

D13

PC鋼棒
φ32

70
2@80=160

よる部材内部の応力状態の経年的把握に着目した供試

図
280
45 4@47.5=200 45

D13

ＰＣ橋における持続荷重・収縮の影響を把握するた150[ CASE 3 ]280
40 2@100=200 40（３）ＰＣ 橋の持続荷重の影響
め，ＰＣ橋の実橋環境を模擬して，持続荷重・収縮に

Case1:D10×3本
Case3:D19×5本

2200
2500

150

45

図-2

1

RC擁壁 塩害被害なし
RC‐BOX 塩害被害なし
ロックシェッド 塩害被害なし
かぶり90mm W/C=50%（H14道示）75
Case1:D10×3本
Case3:D19×5本

CL

210
300

0.1

図

45

0.01

RC擁壁 塩害被害あり
RC‐BOX 塩害被害あり
ロックシェッド 塩害被害あり
かぶり70mm W/C=60%（S59塩害指針）

面

15@150=2250

75

40

供用年数 （年）-

100

20

40

60
80
載荷後日数（日）100

120

図-4 配筋がクリープ係数へ与える影響［成果の発表］国総研資料及び土木学会等の論文で発表予定。
［成果の活用］
橋梁の耐久性に関する項目として点検・評価・設計等の基準に反映予定。

- 59 -

ボックスカルバートの耐震性能に関する検討
Experimental and numerical study on seismic capacity for concrete box culvert（研究期間 平成 22～23 年度）

道路研究部 道路構造物管理研究室
Road Department, Bridge and Structures Division

室 長
玉越 隆史
Head
Takashi Tamakoshi
主任研究官
中洲 啓太
Senior Researcher Keita NAKASU
研究官
北村 岳伸
Researcher
Takenobu Kitamura

In order to propose a seismic design method for large scale concrete box culverts over 6.5m width and
5m height, NILIM carried out cyclic loading tests of the culvert models and numerical analyses.
The results indicate that seismic behavior of the box culverts depend on structure details
intricately, and that it is not simply applicable to the existing design method of piers, girders, and so on.
負繰り返し回数は３回とした．

［研究目的及び経緯］

載荷終了時のひび割れ発生状況の例（ケース１）
を，

近年，道路盛土に，従来の標準的な寸法を大幅に超える大断面や 2 連など特殊構造のボックスカルバート

写真-1 に示す．

（以下「カルバート」という．
）の採用が検討される例

ケース１の例では，カルバートの側壁と頂版との接がある．一方，これらのカルバートの大規模地震時の合部のハンチ部および頂版の主鉄筋段落とし部付近に，挙動については不明な点も多く，耐震性能の照査につ顕著なひび割れが生じていた．ケース２，３でのハン

いては統一的な方法が確立していない．

チ部で卓越したひび割れも踏まえると，これらの破壊本研究では，カルバートの耐震性能を明らかにする形態には，ハンチ部の剛性と配筋方法，頂版部の鉄筋とともにその評価方法を確立するため，縮小模型を用の段落としの有無などの配筋方法が大きく影響していいた正負交番載荷実験と数値解析を行い，地震時挙動る可能性のあることがわかった．土中構造部であるカについて検討した．

ルバートの場合，耐震性能の観点からは，頂版を支持［研究内容及び成果］

する側壁や中壁が鉛直荷重支持性能を失わないことに
表-1（１）交番載荷試験

供試体一覧（実構造）単位 m

表-1 に示す土かぶり,断面形状，中間構造をパラメータとした３ケースのカルバートを想定し,道路土工－カルバート工指針（H22 日本道路協会）に準じて常時設計を行い,実物の構造寸法を決定した.この実物の構造寸法を相似則に基づき 1/3 に縮尺し，供試体の構

1 - 1

800
6@117=700

50

1

3

233
351633584

50打ち方式の一連カルバートを参考に，主鉄筋とハンチ筋は引張鉄筋比，配力筋は主鉄筋に対する比率，幅止D10

め鉄筋は断面積比が実物とほぼ同じとなるように調整

3 - 3(段落とし断面）2633
2167
8@250=2000

100

2

2 - 2

200
5213035

造寸法を決定した．供試体の配筋は，「国土交通省制定
土木構造物標準設計第１巻（平成 12 年度版）」の場所

断面図

側面図

D10

233
8435163 35

D10

100

D10

2433
2000
8@250=2000

した．ケース１を例として，実験供試体断面図を図-1に示す.
載荷方法を図-2 に示す．床面に設置された支持治具
D10重を頂版面に与えた状態での，水平力載荷アクチュエーターによる正負交番載荷である．載荷は，一定振幅変位増幅法により行い，同一水平変位振幅における正- 60 -

2

3

D6

図-1

D10
233
35 16319

を介して供試体底版を固定し，土圧に相当する上載荷

1D10実験供試体断面図(ｹｰｽ 1)

D10加えて，頂版そのものの大変形や崩壊によって内空断のモデル化方法や剛域の設定条件により，解析結果が面が侵されないことが，被災後の利用や機能回復の点大きく異なる場合があるため，設計法の確立と併せてで重要と考えられる．

解析方法の確立も必要である．

また，構造特性によっては点検困難な側壁外側（盛（３）構造細目の違いによる耐震性能評価

土側）や側壁内部に顕著なひび割れが生じる可能性が（１），（２）を踏まえて，配筋条件やハンチ形状

あり，カルバートとしての耐震性能が満足され，かつ，などの構造細目の違いが損傷形態に及ぼす影響を把握

性能状態が点検可能な破壊形態に確実に誘導できるたするため，図-4 に示す方法により，図-5 に示す切り出めの配筋条件などの設計方法を確立する必要のあるこ

し部分モデルの交番載荷実験を実施した．

とが確認された．
上載荷重：
水平載荷

図-2

３点集中載荷実験載荷状況図(ｹｰｽ 1)

図-4(a)ハンチ部
写真-1(b)頂版部

部分模型実験載荷方法

ハンチ端部において、頂版内側の鉄筋を 2 割増加させる

ハンチ 1：3 に大きくする

ひび割れ発生状況(ｹｰｽ1)（２）載荷実験の再現解析
上記実験で確認されたカルバートの構造条件におけるひび割れの発生メカニズムと耐震性能を確認するた（ハンチ形状を変更）

め，ファイバー要素を用いた２次元解析モデルにより，

図-5

カルバートの繰り返し水平載荷実験の再現解析を実施した．ケース１の結果を図-3 に代表として示す．

（配筋量を変更）

部分モデル供試体

頂版側の破壊よりも側壁側の破壊を先行させるとともに，側壁側の破壊形態は鉛直支持性能を失わず点検

解析 3 ケースを比較した結果，構造条件の違いによによる確認ができるよう，上部内側から水平方向に向る配筋の違いやハンチの有無などの構造細目が損傷性

かうひび割れを生じさせることを意図して，供試体は，状に影響することが確認された．ただし，接合部付近

一般的な条件に比べてハンチ形状を変更したものとハ
ンチ形状は変えず配筋量を変更した 2 ケースとした．
実験の結果，致命的な損傷となる頂版への損傷を制御し，側壁側へ損傷を誘導できる可能性が確認できた．
今後は，破壊性状の制御に関わる各設計項目の相関関係について検証を進め，設計法を確立するとともに基準等への反映を図っていく．
［成果の発表］国総研資料及び各種論文に発表予定である．
［成果の活用］
道路土工－カルバート工指針等，技術基準改定のた図-3再現解析(ｹｰｽ 1)

めの基礎資料となるものである．

- 61 -

道路構造物の津波被害メカニズムの調査及び津波に対する道路構造物の要求性能に関する調査検討
Study on damage mechanisms of tsunami on highway structuresand performance requirements of highway structures against tsunami（研究期間 平成 23 年度）

道路研究部 道路構造物管理研究室室長
玉越 隆史
Road Department Bridge and Structures Division
Head
Takashi Tamakoshi
主任研究官
大久保 雅憲
主任研究官
星野 誠
Senior Researcher Masanori Okubo
Senior Researcher Makoto Hoshino
研究官
北村 岳伸
研究官
横井 芳輝
Researcher
Takenobu Kitamura
Researcher
Yoshiteru Yokoi
交流研究員
氏本 敦
交流研究員
吉川 卓
Guest Research Engineer Atsushi Ujimoto
Guest Research Engineer Taku Yoshikawa
Highway bridges were damaged due to tsunami occured by the 2011 Great East Japan Earthquake. However,relationships between tsunami forces and the damaged conditions for the highway bridges are not uncertain.
Moreover, estimation method of tsunami forces is one of the important problems in design of highway bridges
concretely. Thus, NILIM studied on the relationships between tsunami forces acting on the highway bridges andthe damaged conditions by calculating the water depth and the velocity of tsunami at the bridge sites using
tsunami simulation.
２．数値波動水路解析による津波荷重の傾向分析［研究目的及び経緯］
平成 23 年（2011 年）東北地方太平洋沖地震では，津波により橋桁に作用する荷重傾向の把握のため、津波により東北地方から関東地方の広い範囲で甚大な

数値波動水路（断面二次元波動モデル）解析により津被害が発生した。道路橋においても、津波による上部波荷重を試算した。ポステン T 桁橋（支間長 L=30m）

構造や橋台背面土の流出、下部工の倒壊など、過去にの上部工をモデル化し、津波伝搬・遡上解析で得られあまり例のない被害がみられた。津波の作用と道路橋

た橋梁架橋位置の津波特性を入力した。

の被災状況との関係については、これまでほとんど検３．津波作用と被災状況との相関整理

討されていない。このため、道路橋の設計において具

津波伝搬・遡上解析で得られた橋梁架橋位置の津波

体的に津波の影響を評価する手法の確立が、今後の重特性を用い、津波作用力を算出した。水平方向は橋桁要な課題として浮かび上がった。

側面に作用する静水圧及び流体力を、鉛直方向は浮力

こうした状況を踏まえ、東北地方太平洋沖地震にお及び揚圧力を考慮した。

いて津波の影響を受けた橋梁を対象に、架橋位置での水平抵抗力については、図面から支承のアンカーボ

津波の特性を推算した上で、橋桁に作用する津波荷重

ルトが確認できるものはその水平耐力、不明なものはの傾向分析及び津波の作用と被災状況との相関関係の

道路橋示方書で考慮される変位制限装置の設計地震力分析を行った。

相当として算出した値、鉛直抵抗力については、上部［研究内容］

工の自重のみとした。
これらの津波の作用力及び抵抗力と被害状況との相

１．橋梁架橋位置における津波の特性の推算
橋梁架橋位置における津波の特性（流速、流向、水関関係について、橋梁形式、構造寸法、架橋条件等ご深等）を推算するため、津波による影響を受けた約 200とに分析を行った。

橋を対象に、周辺地形や構造物等を考慮した津波伝［研究成果］

搬・遡上解析を行った。解析は、非線形長波理論式

1)１．橋梁架橋位置における津波の特性の推算とし、波源モデルとして藤井・佐竹 Ver4.62)を、地形、

地震発生直後から、津波の影響を受けた橋梁の現地

構造物、粗度等は最小 10m メッシュのデータを用いた。

調査、道路管理者からの情報収集、衛星写真の分析等- 62 -

を行い、表-1 に示す津波の影響を受けた約 200 橋の被

現時点では、津波による作用力と被災状況について明災状況を把握した。この全橋に対して、個別に、津波

確な相関は得られていない。引き続き、橋梁架橋条件､伝搬・遡上解析を実施し、橋梁架橋位置の津波の水深、

周辺地形､構造諸元等からの分析を進めていく予定で

流速、流向を算出した。算出結果は、国土地理院にてある。

公表されている浸水範囲概況図や各機関及び学会等の現地調査結果による実績データと照合し、妥当性を確認した。図-1 に、浸水高と流速を実績データと比較したものの一例を示す。浸水高については、実績データと概ね整合していることが確認できた。一方、流速については、実績データを確認できる箇所が限られてお（a）水平力最大時

り、引き続き検証を行っていく予定である。
表-1
橋種（推定）
鋼橋
コンクリート橋
計図-2（b）鉛直力最大時

橋桁モデルに作用する津波調査対象橋梁
流出
41
57
98

未流出
35
70
105

計
76
127
203

注 ：橋 種に つ いて は、 衛星 写真 から の推 定を 含む 。

（a）水平力図-3（b）鉛直力数値波動水路解析による作用力の時刻歴①ＰＣ床版橋水平方向津波作用力（a） 浸水高

流出(kN)

20,00017,50015,00012,50010,000
7,500
5,000
2,500
0

流出（特異）
流出回帰
流出なし回帰y = 0.72 x
0

2,000

4,000
6,000
水平抵抗力（kN）

特異

8,000

10,000②ＰＣ-Ｔ桁橋（b） 流速解析結果と実測値の比較

水平方向津波作用力

図-1

y = 1.83 x

流出なし

２．数値波動水路解析による津波荷重の傾向分析
図-2 に、数値波動水路解析の結果のうち、鉛直力及(kN)

び水平力が最大となる時刻における津波の作用状況を、
図-3 に、橋桁に作用する水平力及び鉛直力の時刻歴を示す。これらから、水平力と鉛直力が最大となる時刻は異なり、津波の作用状況も異なることがわかった。
また、水平力は、時間とともに水位、流速が増加して大きくなっている一方、鉛直力は、津波が橋桁に衝突し、上面に覆い被さる（図-2(b)）
までは大きく上昇し、橋桁上面にまで津波が覆い被さると、下向きの力に変わることが分かった。

20,00017,50015,00012,50010,000
7,500
5,000
2,500
0

y = 2.33 x
y = 2.30 x流出

特異流出（特異）
流出なし
流出なし（特異）流出回帰
流出なし回帰
特異

0

2,000

4,000
6,000
水平抵抗力（kN）

8,000

10,000

図-4 解析結果と実測値の比較［成果の発表］国総研資料及び各種論文で発表予定。
［成果の活用］
今後も検討を続け、津波の影響を受ける道路橋に対する技術基準策定における参考資料とする。
［参考文献］

３．津波作用と被災状況との相関整理
図-4 に、PC 床版橋と PC-T 桁橋を例に、上部工水平1)国土交通省水管理・国土保全局海岸室，国土技術政策総合研究所河川研究部海岸研究室,平成 23 年東北

抵抗力と水平方向津波作用力との関係を示す。図には、地方太平洋沖地震による津波の対策のための津波浸流出したにも拘わらず作用力がほぼ 0 となったなどの３橋（図中に｢特異｣と区分）を除いた回帰式を示した。
PC 床版橋においては流出しなかった橋梁が下方に分

水シミュレーションの手引き,平成 23 年 7 月2)http://iisee.kenken.go.jp/staff/fujii/OffTohok

布したものの、PC-T 桁橋ではほぼ同じ回帰式となり、- 63 -

uPacific2011/tsunami_ja.html

道路事業における総合評価落札方式の技術評価の改善に関する検討
Study for the application of Overall Evaluation Bidding Method with Technical Proposal（研究期間 平成 15～23 年度）

総合技術政策研究センター 建設マネジメント技術研究室
Research Center for Land and Construction Management
Construction Management Division

室長 森田 康夫
Head, Yasuo MORITA
主任研究官 岡野 稔
Senior Researcher, Minoru OKANO
研 究 官 多田 寛
Researcher, Hiroshi TADA
部外研究員 工藤 匡貴
Researcher, Masataka KUDOU

The overall evaluation bidding method with technical proposal has merits such as improvement ofquality of infrastructures through the competition not only by price bidding but also by advantage oftechnical proposal. The objective of this study is to develop measures for generalization and smoothapplication of the bidding.
用すべき総合評価方式のタイプ・評価方法等の改善(案)［研究目的及び経緯］
国土交通省直轄工事における総合評価落札方式の適用の検討を行った。

については、平成11年度より大規模かつ難易度の高い工事を対象に試行してきたが、平成17年度には「公共工事の品［研究成果］

質確保の促進に関する法律（以下、「品確法」という。）」の施行を受け、より規模の小さな工事やより難易度の低い工事を含め、原則すべての工事に適用するために、総合評（１）主な効果の検証と課題の整理①主な効果の検証概要
導入目的や改善目的が達成されたかを、成績評定価のタイプ分類の改善を行い品質確保に努めてきたとことの比較を通して検証を行った。

ろである。

＜実施率と工事成績評定点の変化＞

平成23年度の直轄工事における総合評価落札方式の適総合評価の普及・拡大に伴って工事成績評定点

用率はほぼ100%であり、「品確法」施行から７年が経過し（平均点）が年々高くなっており、工事の品質向上て、導入効果が適切に得られているか把握することが求めに繋がっている可能性がある。

られた。本調査は、実施状況より具体的な適用効果を把握＜落札者の動向＞
入札参加者の動向は、WTO（標準型）において平し、結果を踏まえて改善方策の検討を行うものである。

成 20 年度 10 社程度から平成 22 年度 20 社程度まで倍増している。また、落札者に占める技術評価点最［研究内容］
国土技術政策総合研究所においては、平成 21 年 11 月

高得点者の割合は増加傾向、最低価格者の割合は減に「総合評価方式の活用・改善等による品質確保に関す

少傾向となっている。さらに、技術評価点の取得動る懇談会」を設置し、総合評価方式の活用・改善や入札・向は、WTO（標準型）では１位同点者数は増加し、契約に関する諸課題への対応に向けた検討を行っている。

１位と 2 位の得点差は平成 20 年度以降急激に差が今年度は、総合評価落札方式の品質確保への寄与度につ縮小している。

いて、総合評価のタイプ・評価項目等による影響を分析して効果の検証と課題を整理し、その結果を踏まえ、適- 64 -

簡易型では、
簡易な施工計画の得点率が 80～100%に集中している。

術者の能力での評価を基本とするが、必要に応じ②課題の整理○競争参加者の増加、技術提案を求める工事の拡技術提案を求める場合には可・不可で評価し、参大、透明性確保のための技術提案採否の通知など、加者数が多い場合には、段階選抜や配置予定技術

技術提案・審査に係わる競争参加者・発注者の負者に対するヒヤリングを活用することも可能であ担が増加している。

り、受発注者の手間の簡素化を図るものである。

○高度技術提案型の適用率の低下により、民間の○技術提案評価型（仮称）は、工事難易度が高く

技術力活用の理念から乖離している。

企業の高度な技術力を有効活用する場合、企業の○手持ち工事量や地域貢献の評価要望により評価

能力を評価するため技術提案を求めるものである。

項目が複雑化し、品質確保の理念から乖離していタイプとしては、「施工上の工夫等に係わる提案」
を求めるＳ型（従来の標準型（Ⅰ型相当））、設計

る。

の提案や変更と施工方法の提案を求めるＡ型（従（２）総合評価落札方式の改善(案)来の高度技術提案型）に分類される。段階選抜や①改善の方針総合評価落札方式の目的を踏まえ、上記(1)②の課

配置予定技術者ヒヤリングの適用については、Ｓ

題を改善するために、建設業許可、競争参加資格審型（WTO 対象工事は除く）は必要に応じて活用し、査、競争参加資格要件設定との適切な役割分担のもＡ型は必須事項となっており、技術提案内容を点と以下の４点の改善方針をまとめた。

数化して評価するものである。
＜技術評価点の配点方針＞○施工能力の評価と技術提案の評価に二極化

技術評価点の加算点の項目は、ｱ)技術提案、企業○施工能力の評価は大幅に簡素化○技術提案の評価は品質の向上が図られることをの能力等、ｳ)配置予定技術者の能力等として、工事重視

目的物の品質確保等に関する配置予定技術者の能力○評価項目は原則、品質確保、品質向上の観点にの寄与度が大きいと考えられることから、企業と配特化

置予定技術者の配点割合は同じとした。
また、地域精通度・貢献度等については、ｲ)企業②改善方策(案)の能力の中で評価し配点は 10 点を上限とした。

工事目的物の品質は、企業の能力だけでなく、配＜企業・技術者等の能力の評価方針＞

置予定技術者の能力の影響も大きいと考えられることから、配置予定技術者の評価の重みを重視した。

企業及び技術者の能力等の評価項目は、施工実績、

また、手間の大幅な簡素化や品質向上を図る工事を

工事成績及び表彰を必須として、必要に応じて能力明確にするために総合評価タイプの二極化（案）をが判断できる項目を適宜設定できるものとした。
また、地域精通度・貢献度等の評価項目は、社会検討した。

資本整備・管理に関係のある項目を必要に応じて設＜総合評価タイプの二極化＞

定し企業能力の中で評価し、設定は各地方整備局の現在の総合評価落札方式は、全てのタイプにおい判断に委ねることとした。

て技術提案を求め評価を行い、落札者を決定している。しかし、効果の検証結果から「簡易型」等の工事難易度が低い工事においては、競争参加者におけ［成果の発表］る「簡易な施工計画」等の得点率が高く技術力の選「総合評価方式の活用・改善等による品質確保に関す別の観点から有効に機能していない、また、当該タる懇談会」（第５回：平成２３年９月２６日、第６回：平イプは発注件数が多く受発注者の手間も小さくない。

成２４年２月２８日開催）において公表。
（http://www.nilim.go.jp/lab/peg/index.htm）

これらを改善するため、基本的に技術提案を求めない「施工能力評価型（仮称）」と、技術提案を求める「技術提案評価型（仮称）」の２タイプに大きく分［成果の活用］

類し、技術提案を求めないものと求めるものを明確に整理した。

検討成果は、上記懇談会の資料に反映された。また、各地方整備局等において平成２４年度より試行される予○施工能力評価型（仮称）は、企業と配置予定技

定である。

- 65 -

３次元ＣＡＤデータに関する検討
Research on an exchange standard of 3-D CAD data format（研究期間 平成 21～25 年度）
重高 浩一

高度情報化研究センター 情報基盤研究室
Information Technology Div. Research Center

室長
Head

for Advanced Information Technology

主任研究官
Senior Researcher
研究官
Researcher

Kouichi Shigetaka
青山 憲明
Noriaki Aoyama
井星 雄貴
Yūki Iboshi

In the field of civil engineering, advanced product system using 3D-CAD needs for productivity improvement aswell as manufacture. We examined an exchange standard of 3D-CAD data as a part of CALS/EC activities in thisstudy.
［研究目的及び経緯］
建設事業は、公共事業の削減、社会資本ストックの老朽化による維持管理費の増大、技術者の高齢化と熟練者不足等の課題に加え、労働生産性が他の産業に比べて著しく低く、建設生産システムの変革が早急に求められている。また、近年、一般競争入札の導入に伴うダンピング受注の増加や、不良不適格業者の参入、体制が脆弱な発注者の存在等により、公共工事の品質低下が懸念されている。品質確保を図るためには、監督検査の強化を図る一方、オペレータの熟練度に依存しない出来形・品質管理技術の導入が求められている。
国土技術政策総合研究所は、
公共工事の調査、設計、施工、維持管理の各段階で発生する各種情報を標準化
及び電子化し、建設生産システムの全フェーズにおいて共通に利活用が図られるような電子データシステムの構築を目指しており、本研究では、情報化施工や維持管理で利用する３次元データの標準化技術、３次元
データ可視化技術の開発等を対象としている。
［研究内容］

定
過年度に実施した橋梁工事における 3 次元データ利活用の試行結果及び関係機関との意見交換を基に、座標図製図基準や 3 次元モデルの標準仕様の素案を作成した。
また、橋梁の外形形状の 3 次元データを基盤として、監視基準点、図面、点検結果、補修履歴等と組み合わせた維持管理での利用イメージを作成した。
［研究成果］（１）2 次元で設計したデータを 3 次元化するデータ交換標準の策定
現状では、2 次元の詳細設計成果に基づき、施工段階で情報化施工に対応した 3 次元データが作成されているが、将来的には設計段階で 3 次元データが作成され流通する方針とした（図 1 参照）。
3 次元設計データ作成・修正において、特筆すべき事項として次が上げられる。

（１）2 次元で設計したデータを 3 次元化するデータ

 道路と河川では、測量から設計図面作成に至る

交換標準の策定
道路横断形状、河川堤防形状のデータ交換標準（素プロセスが異なり、河川では堤防法線（法面）

案）（以下、3 次元設計データ交換標準という）につに斜交する横断図が作成されることがある。

いて、過年度の検討結果及び関係機関との意見交換

 施工では、起工測量後に、地形とのすりつけ部分などの図面修正を行っている。

を基に修正を行うとともに、3 次元設計データに係

また、道路での現在のデータ利活用状況を整理す

る電子納品運用ガイドライン（素案）、CAD ベンダ

ると、概略・予備設計では 3 次元、詳細設計では 2への周知資料の作成を行った。
また、設計から施工へ至る過程での 3 次元設計デ

次元、情報化施工では 3 次元、維持管理では 2 次元ータの作成・修正場面、方法等を整理した現場利用

データを利用しており、事業プロセスを通じた一貫マニュアルを作成した。

したデータ流通がなされていない現状が明らかとなった。

さらに、既往文献や関係機関へのヒアリング等を基に調査、設計、施工、維持管理段階での 3 次元設（２）橋梁の 3 次元データ流通に関する標準仕様の策
定計データの利用ニーズを整理した。
（２）橋梁の 3 次元データ流通に関する標準仕様の策- 66 -

3 次元モデルの費用対効果について、「作りこみレベル・作図難度・作図者レベル」を 3 種類ずつ想定る。

し作図に係る人工を計測したところ、費用対効果は、［成果の発表］平成 24 年度に関係機関との意見交換会を予定して作りこみレベル・作図難度・作図者のレベルをうまく選択すれば 1～3 程度の効果が得られるという結おり、そこで今回の成果を報告する予定である。

果となった。

［成果の活用］

また、3 次元データを利用したコントロールポイン

本成果を基に、3 次元設計データ交換標準（案）及ト記載の標準仕様として、橋梁全体の動き・ねじれび橋梁の 3 次元データ流通に関する標準仕様（案）の等を捉えることが可能なスケルトンモデル（図 2 参作成を行う予定である。

照）の利用を提案した。
維持管理も含めた事業プロセスにおいて、3 次元デ■スケルトンモデル

ータ利活用のロードマップを整理したところ、直近
P1橋脚側面

スケルトンモデル（全体鳥瞰図）での実施可能な項目としては、2 次元図面を用いた「座標図」の運用のみであるが、低レベルな 3 次元

A1橋台

データであるスケルトンモデルを使ったコントロー
ルポイントの流通については比較的近年の運用が可能と考えられる。

P1橋脚

昨年度監視基準点を設置した圏央道平蔵川橋において再測量を行い、国道事務所と意見交換を行った

P1橋脚平面
A2橋台

P2橋脚

ところ、次の意見が出された。
 監視基準点を測量するための基準点の維持が困

黒：震災前のモデル
黒：震災前のモデル
赤：震災後のモデル
赤：震災前のモデル

難である。
図２

 災害直後の測量は現実的でない。災害を受けた橋

ｽｹﾙﾄﾝﾓﾃﾞﾙによる監視基準点の変位表示

梁の長期的な維持管理を図るためには有効であ

設計

施工

図面（平面図、縦断図、横断図）

情報化施工（TS、MC・MG）用3次元データ

施工段階で、2次元図面から情報化施工用の3次元データを作成

現状
詳細設計（2次元）

将来

詳細設計
（2次元）

3次元デー
タ作成

起工測量
設計照査

情報化施工用
3次元データ作成

情報化施工

起工測量
設計照査

3次元データの修正

情報化施工

2次元図面データ（平面、縦断、横断）設計から施工へ、2次元図面（平面、縦断、横断）+3次元データを流通させ、施工側での情報化施工用3次元データ作成をサポート＋
3次元設計データ

図１

設計から施工への 3 次元設計データの流通イメージ- 67 -

３次元設計データの効率的な利用に関する調査
Research on the effective use of three-dimensional design data
（研究期間 平成 23～25 年度）

高度情報化研究センター
Research Center for
Advanced Information Technology
情報基盤研究室
Information Technology Division

室長
重高 浩一
Head
Koichi SHIGETAKA
主任研究官
梶田 洋規
Senior Researcher Hiroki KAJITA
研究官
北川 順
Researcher
Jun KITAGAWA

We examined efficient ways to use the 3D data which is taken by Intelligent Construction Systems.
おいて実用化されている。ＴＳを用いた出来形管理を［研究目的及び経緯］
我が国は、急速な少子高齢化による本格的な人口減実施するには、図１に示す３種類のソフトウェアが必少社会を迎えつつあるが、こうした中で、社会経済に要である。ソフトウェア間のデータ交換の仕様につい新しい可能性を切り拓き、新たな活力を生み出し、人ては、国総研において XML 形式の「ＴＳによる出来形

口減少局面においても持続的発展を実現することが重管理に用いる施工管理データ交換標準(案)」（以下、「デ

要な政策課題となっている。その実現手段の一つとしータ交換標準」という）を定めている。現行のデータて、ICT（情報通信技術）を建設施工に活用して高い生交換標準は、平成 20 年３月に策定した ver.2.0 であり、産性と施工品質を実現する情報化施工がある。

「土工の出来形管理」に必要な情報しか保持すること

本研究は、情報化施工で用いるシステムに搭載するができない。しかし、現在、ＴＳを用いた出来形管理

３次元設計データの効率的な作成方法、及び情報化施は、舗装工等への工種拡大を検討しており、その為に工で取得したデータを維持・管理・修繕で利活用し、は、データ交換標準についても、舗装工に必要な情報効果を得る方法の検討を行うものである。

を保持できる仕様に修正する必要がある。そこで、データ交換標準の拡張に向けた検討を行った。その際、［研究内容・研究成果］（１）データ交換標準の拡張に向けた検討
ＴＳを用いた出来形管理技術は、ＴＳに３次元設計
データを搭載することで、出来形管理において管理箇
所の３次元座標からソフトウェア上で幅や法長を算出
し、計測と同時に設計値との差を表示することが可能となり、作業の手戻りをなくすなどの効率化や人為的ミスの防止等の効果があるものであり、現在は土工に以下の点に留意した。
① 舗装工への工種拡大だけでなく、将来的な工種拡大に対応できるように、様々な形状の表現や、管理項目の設定が可能となる構造とする。
② 出来形管理だけでなく、維持管理等で活用する可能性がある項目で、ソフトウェアによって自動で取得可能な情報は、施工者に新たな負担をかけないことから、情報を記録する構造とする。
これらを踏まえ、業界団体と意見交換を実施し、平成 23 年９月にデータ交換標準を ver.2.0 から ver.4.0に改定した。主な修正点は以下の通りである。
①多様な３次元形状を表現できる構造へ修正
舗装工等、「厚さ」を持った構造物が表現できるよ
うに、層を表現できることとした（図２）。
②管理項目の追加
管理項目について、これまでの「基準高」、「幅」、「法長」だけでなく、「厚さ」、「深さ」、「延長」、「面積」を追加した。これにより、出来形だけでなく、出来高の管理にも対応可能となる（表１）。
③履歴データの記録

図１

ＴＳ出来形管理の流れ

トレーサビリティの確保や、データの維持管理で- 68 -

の活用等を考慮し、データの修正履歴や出来形の記のヒアリング等を通じて、維持管理の実態を調査した。

録日時、ＴＳの設置位置等、作業の履歴データを保その上で、情報化施工で取得したデータを活用するこ

持し、記録を必須とする仕様とした。

とや、情報化施工機器を活用することで、業務の効率化やコスト縮減に寄与する場面を抽出した。さらに、抽出した活用方策案に対して、現場ニーズ、技術的な実現性に関して評価した。その結果、有効性が高い利活用方策として、以下のような案が抽出された。
①

完成形状の３次元情報を用いることで、復旧工事が早期化する。

②
図２
表１が簡略化する。

工種別の管理項目（主な工種を抜粋）
土工
基準高
幅
法長

出来形

前工事で利用した工事基準点や官民境界等の情報を用いることで、維持管理時に行っていた測量作業

層状構造物の表現
舗装
基準高
幅

地下埋設物

厚さ

③

擁壁
基準高
幅
法長
厚さ

が向上する。
④

これにより、切断事故の防止等に繋がることが考え
延長

延長

埋設物の出来形管理に情報化施工を用いることで精度の高い 3 次元の埋設位置を取得が可能となる。

深さ
（平坦性）
出来高
体積
面積
※赤字：ver.2.0では管理できない項目

出来形計測データを用いることで、完成図の精度られる（図３）。

面積［成果の発表］・各種学会や雑誌に投稿済み。
・平成 23 年９月に、「ＴＳによる出来形管理に用いる（２）情報化施工の維持管理での活用方策の検討
情報化施工は、ICT を用いて建設機械を制御したり、施工管理データ交換標準(案)ver.4.0」を策定し、国総研ＨＰで公表。

オペレータの技術者判断を支援する情報を提供することから、情報化施工を実施した場合には、施工時にこ［成果の活用］

れらの情報を自動的に電子データとして取得すること策定したデータ交換標準に基づきソフトが開発され、が可能である。このことから、これらの事務所職員へ

平成 24 年度より直轄工事にて活用される予定である。

図３

埋設物管理システムの実装イメージ- 69 -

情報化施工技術による埋設ガレキ等の管理技術に関する調査
Research on management skills for buried objects with Intelligent Construction（研究期間 平成 23 年度）

高度情報化研究センター
Research Center for
Advanced Information Technology
情報基盤研究室
Information Technology Division

室長
重高 浩一
Head
Koichi SHIGETAKA
主任研究官
梶田 洋規
Senior Researcher Hiroki KAJITA
研究官
北川 順
Researcher
Jun KITAGAWA

In the affected areas of the Great East Japan Earthquake that occurred on 11 March 2011, the large amounts ofdebris have become a major issue. So, how to reuse those to fill material come under review.
In this study, we examined the method for managing buried objects with the as-built management technique withtotal station.
討した。

［研究目的及び経緯］
平成 23 年３月 11 日に発生した東日本大震災の被災［研究内容・研究成果］

地では、大量に発生したガレキの処理が大きな課題と

１．TS を用いた出来形管理技術を活用した埋設物管理なっている。このガレキの処理方法の１つとして盛土のコンセプト材への再利用に向けた検討が進められている。しかし、埋設物は、工事完成後に不可視となることから、維ガレキは通常の土木材料とは性状が異なる事に加え、持管理段階において、その位置情報が把握できること

施工後は不可視となることから、施工時にガレキの埋が望まれている。現在では施工時の図面を用いて位置

設位置や埋設量を容易に把握し、維持管理段階においを管理している場合が多いが、完成後に図面に書き込てシームレスに管理できる仕組みが必要である。

む手間がある。また、情報が工事毎の紙で整理されて国土技術政策総合研究所では、３次元測量機器の TSいるため、近傍に埋設されている物件であっても、別（トータルステーション）を用いた出来形管理技術に工事で施工されている場合、別々の書類となり、後でついて研究している。この TS を用いた出来形管理技術

利用する場合、それぞれを参照する必要がある。土木は、国土交通省が推進している情報化施工技術の１つ

工事では、必ず出来形の管理が必要であることから、であり、現在は土工を中心に普及が進んでいる。この埋設物の出来形管理に TS を用いた出来形管理を活用

技術は、TS に搭載するソフトウェアに３次元の設計デすることで、埋設物の位置情報を精度の高い３次元位ータ（３次元の完成形状）を取り込むことで、①計測置情報として取得し、更に維持管理に必要な情報を付

位置への誘導、②計測と同時に設計値との差を表示、加してシステムで管理することで、事務所における埋③計測データを用いた帳票の自動作成、といったこと

設物の管理を一元化し効率化可能と考えられる。

が行える。当研究室では、この技術で用いられる３次元のデータである「施工管理データ」の仕様を定めた「TS による出来形管理に用いる施工管理データ交換
標準(案)」（以下、「データ交換標準」という）を策定しており、平成 23 年９月には、新たなデータ交換標準である ver.4.0 を策定した。従来の ver.2.0 では、土工を対象としたデータ項目しか保持することができなかったが、ver.4.0 では舗装や地下埋設物等に関わる
図１

データを保持することが可能となった。

埋設物管理の流れ

本研究では、このデータ交換標準 ver.4.0 を利用することで、TS 出来形管理技術を活用し、ガレキをはじ

２．埋設物管理ソフトウェアの開発めとした地下埋設物等を管理する為の手法について検- 70 -

１．で述べたコンセプトに基づき、施工管理データ

を用いて埋設物を管理するソフトウェアを開発した。

理者といった属性情報を用いて検索する機能と地図上

ソフトウェアには、以下の機能がある。

の位置で検索する機能を備えている。地図検索では、その位置に埋設された物件を一度に表示することが可能である。検索機能で特定の埋設物を選択すると、登①データ登録機能
埋設物の管理に必要な情報を登録する機能である。

録された詳細な情報を閲覧可能である。また、施工管直轄工事の場合には、工事の電子納品 CD から、自動的

理データは、３次元での表示とデータの出力が可能でに必要なファイルを抽出し、システムに登録可能としあり、データを現場に持ち出して TS に登録することで、てある。ただし、埋設物の管理には、位置だけでなく、埋設位置への誘導が可能である。

名称や管理者等の属性情報が必要となるが、施工管理

このように、TS を用いた出来形管理技術を活用する

データは、形状や計測時刻等しか情報を保持できない。

ことで、技術的には効率的に埋設物管理が可能になる

そこで、それらの属性情報を csv ファイルで登録すると考えられる。しかし、直轄工事ではなく占用工事を機能を搭載した。この csv ファイルは、エクセルのマ含める場合には、どのようにしてデータを取得するか

クロを活用した入力シートを用意しており、誰にでも等、運用面での調整事項が残されている。

容易に作成することを可能としてある。
［成果の活用］
今後、事務所等において活用していき、運用面の調②データ検索機能
管理者がデータを活用する時に、必要な情報を抽出する機能である。データの検索方法として、名称や管図２

整を図ることで、埋設物管理の効率化に資することとなる。

埋設物管理ソフトウェアの操作の流れ- 71 -

長大活断層地震を対象とした設計地震動の検討
Study on design earthquake motion taking account of long active faults（研究期間 平成 23～25 年度）

危機管理技術研究センター地震防災研究室
Research Center for Disaster Management
Earthquake Disaster Prevention Division

室長
Head
主任研究官
Senior Researcher
研究官
Researcher

金子 正洋
Masahiro KANEKO
片岡 正次郎Shojiro KATAOKA
松岡 一成
Kazunari MATSUOKA

Level 2 earthquake motion (Type II) for highway bridges were formulated based on strong motion
records of the 1995 Hyogo-ken Nanbu earthquake (M7.3). This study aims to investigate groundmotion during earthquakes caused by long active faults and propose design earthquake motions taking
account of long active faults that may generate earthquakes as large as M8.
を観測、記録できるように、機器の状態を良好に維持［研究目的及び経緯］
道路橋の耐震設計に用いる設計地震動に関しては、するための点検を実施した。感震器および収録装置の大規模なプレート境界地震の発生を考慮した地域区分

動作を点検するとともに、収録装置に保存されていると地域別補正係数への改定が実施される一方で、長大観測記録を回収し、数値化などの一次処理を行った。

活断層の影響は考慮されていない。長大活断層の活動

また、東北地方太平洋沖地震の際に得られた強震記

による地震は、国内の発生事例が少なく、既存の震源録を活用して、国道 45 号山田高架橋の地震応答解析をのモデル化手法および地震動の推定手法の適用性が検実施し、地震時水平力分散構造を有する橋を対象とす討されていないことから、本研究はこれらの事項につる動的解析の適用性を検討した。

いて国外での事例を参照しつつ検討し、設計地震動の４．被災橋梁地点の余震観測
長大活断層地震と同じく長大な断層面を有する東北改定案としてとりまとめることを目的とする。
23 年度は、長大活断層の活動による地震の強震記録

地方太平洋沖地震の地震動特性を検討するとともに、を収集・整理するとともに、既存の震源モデル化手法

被災した橋梁の被災メカニズムの解明等に資するため、の適用性と課題を調査した。また、強震観測施設の維

被災橋梁地点の余震による地震動の計測を実施した。

持管理を行い、強震記録の取得、活用を継続するとと［研究成果］

もに、長大な断層面を有する地震の地震動特性を検討

１．長大活断層地震の強震記録の収集・整理
国外の地震の規模は通常、モーメントマグニチュ

するため、東北地方太平洋沖地震で被災した橋梁地点
において余震による地震動の計測を実施した。

ード Mw で整理されているため、兵庫県南部地震の［研究内容］

Mw6.9 を超える内陸地震を USGS（米国地質調査所）

１．長大活断層地震の強震記録の収集・整理のカタログから抽出した。その結果、強震計の設置

活断層地震に関しては、1995 年兵庫県南部地震を超数が増加し始めた 1990 年代以降では 18 地震が抽出える規模のものが国内では 1891 年濃尾地震以来発生された。これら 18 地震の強震記録が入手可能かどうしていないことから、国外で発生した長大活断層によかを調査し、1999 年トルココジャエリ地震(Mw7.6)、

る地震の観測記録を収集・整理した。

1999 年台湾集集地震(Mw7.7)をはじめとする 7 地震

２．既存の震源モデル化手法の適用性の強震記録を収集・整理した。整理した強震記録は、

現在標準的に用いられている、地震調査研究推進本

今後、長大活断層地震に適用可能な地震動推定手法

部の震源モデル化手法を長大活断層地震に適用する際を開発する際の検証データとして活用する。

の課題を、文献に示されている事例をもとに調査した。

２．既存の震源モデル化手法の適用性
現在標準的に用いられている、地震調査研究推進本

３．強震観測施設の維持管理と記録の活用
強震観測施設が地震発生時に適切に道路施設の挙動部の震源モデル化手法では、Mw7.5 程度以上の地震の- 72 -

震源モデルの構築に問題があることが指摘されている。
具体的には、背景領域と呼ばれる、震源域のなかです
べり量が相対的に小さい領域のすべり量が負の値になる問題がある。これは、アスペリティと呼ばれる、す
べり量が相対的に大きい領域のすべりとは逆方向のすべりが背景領域で発生することになり、震源モデルとP3 橋脚上の支承の上フランジとサイドブロックの図-1

して不自然である。

接触痕

調査の結果、動力学的な断層破壊の数値シミュレー
ション結果に基づく横ずれ断層の震源モデル化手法が2000

ごく最近になって提案されており、上記の問題は解消

１

構築される震源モデルを用いた地震動推定結果の妥当性、および縦ずれ断層の震源モデル化手法には課題があることがわかったため、今後検討を進める。
３．強震観測施設の維持管理と記録の活用

水 平 力 (k N )される見込みがある等がわかった。一方、その手法で強震観測施設の点検の結果、多くの箇所では感震器、

1000
0
等価剛性

-1000

(せん断ひずみ
175％時の剛性)

収録装置とも良好な状態で稼働していることを確認し状況に応じて修繕を行った。
山田高架橋の骨組みモデルに周辺地盤上で観測されＫＢ=5.8kN/mm

-2000
-300

た。また、不具合が見られた一部の機器については、

ＫＢ

図-2

-150
0
150
300
水 平 変 位 (mm)
積層ゴム支承の小せん断ひずみ域での水平方向剛性

た加速度波形を入力する地震応答解析を実施した結果、橋桁の応答を再現するためには、積層ゴム支承の剛性を設計値の 6 倍にする必要があることがわかった。
この理由として、変形が小さい範囲ではゴムの剛性が高いこと、支承の上フランジとサイドブロックが接触している（図-1 参照）ために剛性が見かけ上大きくなったことが挙げられる。図-2 の赤線は積層ゴム支承の初期載荷の軌跡、黒線は応力軟化現象が生じた後の軌跡を表しており、設計には通常、黒線の情報が用いられている。しかし、地震の際には、支承に大きなせん断ひずみが生じるまでは、赤線の軌跡を描くことが実験等でも確認されていることから、ゴム系支承を有する橋の動的解析に際しては、このような履歴特性の
図-3

影響を適切に考慮する必要がある。

余震観測の状況

４．被災橋梁地点の余震観測
被災橋梁地点近傍に図-3 のような観測機器を設置
し、余震による地震動を 4 ヶ月間余りにわたって観測した結果、297 地震の記録が得られた。余震の地震動から本震の地震動を推定した結果の例を図-4 に示す。
これらの記録は今後、橋梁に作用した外力および被災過程の検討等に活用する予定である。
［成果の発表］東北地方太平洋沖地震の強震記録による地震時水平力分散構造を有する高架橋の地震応答解析，土木学
会論文集 A1, Vol.68, No.4, pp. I_444-457, 2012.
［成果の活用］
次期道路橋示方書の改定に反映。

図-4- 73 -

余震の地震動（上）から推定した本震の地震動（下）道路構造物に作用する巨大地震の地震動・津波外力の検討
Study on earthquake and tsunami forces act on highway structures caused by giant earthquakes（研究期間 平成 23 年度）

危機管理技術研究センター地震防災研究室
Research Center for Disaster Management
Earthquake Disaster Prevention Division

室長
Head
主任研究官
Senior Researcher

金子 正洋
Masahiro KANEKO
片岡 正次郎Shojiro KATAOKA

Design earthquake motion for highway bridges is studied taking account of coupling of source
regions and long duration ground motions observed during the 2011 Tohoku earthquake. Tsunami
forces acted on highway structures triggered by the earthquake are reproduced by numericalsimulations of tsunami propagation and run-up using detailed terrain models.
動水槽とよばれる数値モデルの内部に対象構造物をモ［研究目的及び経緯］
東北地方太平洋沖地震は従来考慮されていなかったデル化し、上記で再現した津波を入力して対象構造物

震源域の連動により発生した巨大地震であり、継続時に作用させる数値シミュレーションを実施することに間の長い地震動と極めて大きな津波が多数の地点で観より、対象構造物に作用する津波外力を算出した。

測された。道路構造物にも甚大な被害が生じたものが［研究成果］

あることから、本課題では、道路構造物に作用する巨１．設計地震動の改定案の検討
地域別補正係数の検討にあたって発生を考慮した主

大地震の地震動・津波外力に関する検討を行った。
具体的には、震源域の連動や継続時間が長い地震動

要なプレート境界型地震の震源域を図-1 に示す。これ特性を考慮して道路橋の耐震設計に用いる設計地震動

らの地震が発生した場合の地震動分布を算出し、そのの改定案を検討するとともに、詳細な地形モデルを用

結果をもとに地域別補正係数の改定案を作成した（図いた津波伝播・遡上解析等により、道路構造物に作用-2）。ここで、強震記録の分析結果に基づき、短周期成する津波外力を算出した。

分については地震規模の上限値 Mw8.3 を設定して地震［研究内容］

動分布を算出した。改定案では、プレート境界型の大１．設計地震動の改定案の検討

規模な地震を想定したレベル２地震動タイプⅠの地域

今後発生するプレート境界型地震の規模が、震源域別補正係数 cIz が、駿河・南海トラフ～日向灘の沿岸地の連動により、昨年度までの検討で考慮していたもの

域で 1.2 に設定されており、標準（1923 年関東地震

よりも大きくなる可能性を考慮するため、千島海溝沿い、三陸沖～茨城県沖（東北地方太平洋沖地震）、駿河・南海トラフ～日向灘の３地域でモーメントマグニチュ
ード Mw9.0 の地震を想定して地震動分布を算出し、その結果をもとに地域別補正係数の改定案を作成した。
十動的照査に用いる加速度波形については、継続時間が長い地震動の特性を考慮するため、昨年度まで検討

勝

沖

・根

室

等
沖

の

連

従来繰返し発生すると考えられていた宮城県沖の地震していた 2003 年十勝沖地震(Mw8.2)に加え、東北地方
太平洋沖地震の強震記録を振幅調整して作成した。

東北地方太平洋沖地震

２．道路構造物に作用した津波外力の再現
東北地方太平洋沖地震の津波の影響を受けた道路橋、取付盛土、道路盛土を対象に、詳細な地形モデルを用いた津波伝播・遡上解析を行い、対象構造物周辺の津
海

・東

海
南

波（高さ・流速・流向）を再現した。さらに、水理模

東型実験を数値シミュレーションにより実施する数値波

図-1- 74 -

動

・南

海

・日

向

灘

連
の

動

主要なプレート境界型地震の震源域

(Mw7.9)の際の東京周辺の地震動を想定）よりも大きい
設計地震動を用いることにしている。
東北地方太平洋沖地震の強震記録をもとに作成した、動的照査に用いる加速度波形の改定案の例を、改定前と比較して図-3 に示す。これらは両者とも開北橋周辺
地盤上（石巻市）で得られた強震記録を振幅調整して作成したものであり、改定前については 1978 年宮城県沖地震（気象庁マグニチュード 7.4）の際に得られたものである。改定案は振幅の大きい 2 つの波群がみられる 240 秒間の波形となっており、従来よりも大幅に継続時間の長い地震動の影響を考慮することにしている。
２．道路構造物に作用した津波外力の再現
図-4 に例として、国道 45 号二十一浜橋を対象とした数値波動水槽解析の結果を示す。本橋は橋長約 17m
図-2の単純桁橋であり、幅員 8.3m の本線橋と 2 つの側道

地域別補正係数の改定案
(gal)

1000
500
0
-500
-1000

橋（海側は幅員 2.5m、山側は 2.7m）からなる。津波
により橋台背面土工部と海側の側道橋の桁が流出する
大きな被害が生じている。

0

1000
500

解析結果から各橋桁に作用した水平方向の津波外力

40 (s)

20

(gal)

0
-500
-1000

の時間的変化を算出したものが図-5 である。図には、桁重量から概算した桁の流出に対する耐力をあわせて

0

40

80

120

160

200

240 (s)示してある。実際に流出した海側の側道橋では、波力

図-3が耐力を大幅に超過しているのに対し、流出しなかっ（Ⅰ種地盤、上：改定前、下：改定案）

た本線橋と山側の側道橋では、波力が耐力と同程度以

側道橋
（海側）

下である。ただし、海側の側道橋の移動は本線橋に拘

動的照査に用いる加速度波形の例

本線橋

側道橋
（山側）

束されるため、水平力のみでは流出を説明できない。
側道橋は桁高に対して 2 つの主桁の間隔が小さく、モーメントが発生しやすい構造特性であるため、水平t = 18.5s

t = 20.0s

t = 24.0s

t = 28.0s

t = 38.0s

t = 47.0s

力と上揚力により発生したモーメントにより海側の支承が鉛直方向に破壊したのち、大きな水平力により陸側の支承が破断、桁の流出に至ったと考えられる。な
お、海側の側道橋が流出した後は本線橋に大きな波力が作用すると考えられるため、その影響を今後検討する必要がある。
［成果の発表］国総研・土研東日本大震災報告会において報告した。
［成果の活用］
道路橋示方書Ⅴ耐震設計編に規定される設計地震動

図-4の改定に反映された。

500

耐力

0

本線橋

1000

波力 [kN]

1000

1500

1500

側道橋
（海側）

波力 [kN]

波力 [kN]1500

橋桁周辺の津波の数値波動水槽解析結果

500
0

耐力

-500

-500
0

20

40

60

80

100

側道橋
（山側）

1000
500

耐力

0
-500

0

20

40

60

80

100

0

20

40

60

時間 [s]
時間 [s]
時間 [s]
図-5 各橋桁に作用した津波外力の時間的変化と耐力の比較（水平方向）- 75 -

80100