孔明鋼板を剛結部に用いた上下部一体構造の力学的特性

摘要

①　 剛結部の力の伝達機構の確認鋼連続箱桁と円柱RC橋脚の剛結構造として、RC橋脚と同径の鋼管を鋼箱桁内に設け、その中にRC橋脚先端を差し込む構造を提案した。 その剛結構造として、孔明鋼板ジベル及び天板の有無を考慮した3タイプについて検討を行なった。 静的載荷実験結果より、鋼管内は下フランジ付近で鉄筋·鋼管の応力が最大で、鋼管の深さ方向に従い応力が低減する三角形分布が確認できた。 鉄筋のひずみより、コンクリートの発生応力度も下フランジ付近で最大となる三角形分布になると推定した。それに加え、TYPE2について力の伝達機構を推定し、実験的に確認を行なった。 力の伝達機構は、載荷される荷重により次のように3段階に変化すると推定できる。第1段階は、鋼管及び孔明鋼板シアープレートの付着力が主体的に力の伝達を行なう時期でほぼ設計荷重が載荷する状態である。 次に第2段階は、鋼管と孔明鋼板シアープレートの付着力が切れ、孔明鋼板ジベルのせh断力が主体的に力の伝達を行なう時期で、設計荷重から橋脚の主鉄筋降伏に至るまでの状態である。 そして、第3段階は、RC橋脚の主鉄筋に降伏を伴った力の伝達の状態である。 ②　 剛結部の耐荷力及び変形性能の確認実験結果より、TYPE1～3すべて、降伏荷重が設計荷重に比べ4.7～5.0倍と高い値であることが確認できた。 また、最大荷重についても、TYPE3、TYPE2、TYPE1の順に大きく、設計荷重に比べ6.1～6.8倍の値であり高い耐荷力を有していることが確認できた。 また、交番繰り返し載荷実験より、TYPE1は、鋼管とRC橋脚の付着が切れRC橋脚が抜け出し、3.0δでは初期降伏時の水平荷重を下回り、変形性能が失われスリップ型のループを描くことから、大地震を想定すると適さない構造である。 TYPE2、TYPE3の変位荷重曲線は、トリリニア型のループを描き、5．0δyまで初期降伏時の水平荷重を下回らず、高い変形性能を確保していることが確認できた。 ③　 合理的な剛結部の設計法の提案TYPE2における天板と孔明鋼板ジベルの荷重分担率について、FEM解析による検討を行なった結果、設計荷重時の軸力のみ載荷時から設計荷重に相当する軸力·曲げモーメント載荷時の過程において、鉛直方向圧縮力に関する天板と孔明鋼板ジベルの荷重分担率を求めた。 その結果、今回の構造においては設計法として鉛直方向圧縮力の天板と孔明鋼板ジベルの分担を50％：50％とすることを提案した。 なお、この分担率は今回の構造条件によるものであり、鋼管等の寸法、形状が異なる場合、同様のモデル化を行ないFEM解析を実施することによって分担率を算出することができると考えられる。 また、ずれ止めと天板との分担率を前述と仮定し、TYPE2,3について経済性の検討をおこないTYPE2が有利であることを示した。 今回の実験ではRC橋脚の主鉄筋降伏による塑性ヒンジの発生を想定したが、今後、コンタリート充填鋼管の中のコンファインド効果が、孔明鋼板ジベルのせh断力に影響を与えるか検討を進めていく必要がある。