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土木学会第61回年次学術講演会（平成18年9月）

低降伏点鋼板を用いたせん断パネル型制震ストッパー
その１ 解析的検討について
高田機工㈱正会員 ○佐合大，谷一成㈱横河ブリッジ

正会員

谷中聡久，
小池洋平

川口金属工業㈱

正会員

鵜野禎史，
姫野岳彦

ＭＭ

１．はじめに兵庫県南部地震以降，免震支承など分散構造

F（機能分離型支承）

Ｍを用いて上部構造の慣性力の低減を図る構造が一般的となってきているが，桁遊間の増大や，常時負反力が作用する橋梁では適用ができない問題点も残されている．本研究では，制震効果が高く既設橋への適用性も良好で経済性にも優れた構造として，低降伏点鋼板を用いたせ床版

ん断パネル型制震ストッパー（以下制震ストッ

主桁制震ストッパーパー）の適用を提案する．制震ストッパーは，鉛直荷重を支持する可動支承と組合せた機能鋼製支承（可動）下部構造

分離型支承の一部で，常時およびレベル１地震時には固定，レベル２地震時には制震部材とし

図-1 制震ストッパーの適用例てエネルギーを吸収し，慣性力，移動量の低減を期待する構造で破断ある（図-1，2）．本稿では，動的解析を実施し制震ストッパーのせん断降伏

２．制震ストッパーの橋梁への適用性の検討
支間 40m の 2 径間連続 I 桁橋，3 径間連続 I 桁橋の 2 種類の橋

せん断力橋梁への適用性について検討を行った．
塑性座屈
低降伏点鋼（せん断パネル）

せん断変位
上部工水平力梁を対象に制震ストッパー設置時の効果について検討を行った．
また支承部の水平力-水平変位の比較を行うため，支承条件を①固定可動，②反力分散構造，③免震構造，④制震ストッパーとしせん断変位た．制震ストッパーの設置位置による違いを確認するために橋台

図-2 制震ストッパーの非線形特性と橋脚にそれぞれ設置した場合による比較も行った．
制震ストッパーの断面決定は，常時・レベル
1 地震動に対して固定支承として挙動し，レベル 2 地震動に対しては制震ストッパーが降伏しエネルギー吸収を行うことから，レベル 1 地震
図-3 解析モデル

動では，降伏しないように断面を設定した．

モデル化は，図-3のようにA1・A2橋台，中間橋脚，上部工を梁要素でモデル化した．上部工・橋台は線形とし，橋脚は，基部に塑性ヒンジを設け非線形回転バネ要素でモデル化し，復元力特性は武田モデルとしている．制震ストッパーは支承位置に非線形バネ要素でモデル化し，せん断降伏，せん断座屈発生を折れ点とするトリリニア型とした．なお，ウェブの塑性座屈耐力に関する評価式は，文献1)に従い算出した．
キーワード
連絡先

せん断パネル型制震ストッパー，低降伏点鋼板，動的解析，機能分離型支承〒556-0011 大阪市浪速区難波中 2 丁目 10 番 70 号
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高田機工㈱

TEL：06-6649-5170，FAX：06-6649-2439

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土木学会第61回年次学術講演会（平成18年9月）表-1 支承部の水平力-水平変位(a)Case1-2-1(A1橋台固定)
水平力(kN)

Case1-2-2(P1橋脚固定)

水平変位(m)

水平力(kN)

水平変位(m)

2径間連続 I 桁橋
Case2-2(分散支承)

Case3-2(免震支承)

Case4-2-1
Case4-2-2(A1橋台ストッパー) (P1橋脚ストッパー)

水平力
(kN)

水平変位(m)

水平力(kN)

水平変位(m)

水平力(kN)

水平変位(m)

水平力(kN)

水平変位(m)

A1橋台

15,751-

-

-

6,006

0.389

2,1710.277

7,483

0.059

-

-

P1橋脚--

9,214-

7,750

0.274

5,1350.218

-

-

7,532

0.059

(b)
Case1-3-1(A1橋台固定)

Case1-3-2(P1橋脚固定)

水平力(kN)

水平変位(m)

A1橋台

25,477

P1橋脚-

均値の比較を表-1

Case3-3-1
Case3-3-2(A1橋台ストッパー) (P1橋脚ストッパー)

水平力(kN)

水平変位(m)

水平力(kN)

水平変位(m)

水平力(kN)

水平変位(m)

--

-

7,080

0.437

2,347

0.259

11,128

0.058

-

-

-

10,733

-

7,585

0.316

4,709

0.211

-

-

10,168

0.053

0.3

水平力
(kN)

水平変位(m)8000
せん断限界変位

6000

0.2

4000

0.1

Load(kN)

Displacement(m)値について 3 波平

Case3-3(免震支承)

水平変位(m)

TypeⅡ地震動に平変位の最大応答

Case2-3(分散支承)

水平力(kN)

３．解析結果おける水平力-水3径間連続 I 桁橋

0.0

20000-2000-0.1-4000に示す．2 径間連-0.2

続 I 桁，3 径間連続-0.3

Case3-2(免震支承)
Case4-2-1(A1制震ストッパー)

0

I 桁のケースにおいて橋台に制震ストッパーを設ける

102030-6000
Case4-2-1(A1制震ストッパー)

40-8000
-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

Time(Sec)

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

Displacement(m)(a) 時刻歴応答変位(b) 荷重-変位関係

図-4 制震ストッパーの解析結果(2 径間連続 I 桁橋)と固定・可動に比べて，50％程度水平力が減少している．変位量は制震ストッパーでは最大で 60mm と，分散支承(最大 440mm)，免震支承(最大 280mm)に比べて小さくなる結果となった．中間支点に制震ストッパーを設けると，2 径間連続 I 桁橋では，固定・可動に比べて 20%程度，3 径間連続 I 桁では 5%程度と径間数が増えるに従い効果が低い結果となった．そのため，中間橋脚に制震ストッパーを設置する際には橋脚の水平耐力を十分に確保することにより制震ストッパーの効果が期待できる．
図-4(a)には 2 径間連続 I 桁の時刻歴応答変位図を示す．制震ストッパーを用いることにより変位量が免震支承に比べ非常に小さくなっていることが確認できる．しかしながら，制震ストッパーが降伏するため残留変位は 20mm 程度生じ，免震支承よりも大きい結果となった．図-4(b)には，制震ストッパーの荷重-変位関係を示し，せん断限界変位（12%せん断ひずみ）以内に収まっているのが確認できる．なお，せん断限界変位 12％という値は，建築関係で一般的に使用される変形に対して大きな値であり，低サイクル疲労耐久性が懸念されるが，文献 2)の正負交番繰り返し載荷試験を行った結果，十分な低サイクル疲労耐久性を有しており大地震に耐えることを確認している．
４．おわりに橋梁への制震ストッパーの適用を目的に動的解析を実施し，その有効性を確認した．なお，本研究は，㈱横河ブリッジ，高田機工㈱，川口金属工業㈱の 3 社共同で実施しているものである．
【参考文献】
1)高橋，品部：せん断降伏型薄鋼板の復元力特性に関する実験的研究，日本建築学会構造系論文集，第 494 号，1997.1.
2)谷中，小池，佐合，谷，鵜野，姫野：低降伏点鋼板を用いたせん断パネル型制震ストッパー その２ 正負交番
繰り返し載荷試験，第 61 回年次学術講演会，2006.9.
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