橋梁の冗長性評価とそれに基づく設計法

研究概要

我が国の社会情勢から，当初の想定を超えて長期間供用される社会基盤構造の数は増え続けており，労働人口が減る中では，効率よくそれらを維持し続ける必要があります。そのためには，劣化や災害などにより，構造物の一部材が損傷した場合にも，構造物全体として荷重に耐えることができる粘り強い構造の実現が必要です。この粘り強さは「冗長性（Redundancy）」と呼ばれ，近年では道路橋の構造設計においてもこの冗長性を考慮する必要性が出てきていることなどから，冗長性を評価するための手法に関する研究への期待が高まっています。

鋼橋は，多くの部材から構成されている構造物であり，かつ多様な構造形式が存在するため，まずは冗長性を高める構造要因を明らかにすることが重要となります。主要な部材が損傷した場合，部材を伝わる荷重の経路が変わることにより構造物の耐荷性能が保たれることから，当研究室では主要部材の損傷時に荷重の代替経路となりうる部材に着目し，その部材が冗長性に及ぼす影響を非線形有限要素解析を用いて研究しています。これまでに，連続多主桁橋を対象として，荷重分配機能をもつ横桁や床版が冗長性に及ぼす影響についての検討などを行っています。

また，トラス橋は暗黙のうちに冗長性が備わっている構造となっていますが，近年では国内においても老朽化によるトラス橋の部材の破断事例が確認されていることから，暗黙にまかせずにトラス橋の冗長性を積極的にコントロールしようという動きが高まっています。当研究室では，トラス橋の部材が破断した際に生じる振動に伴う動的効果を慣性力としてモデル化することにより，静的非線形解析で3次元トラスの冗長性を評価する手法の開発を行っています。一般的に，トラス橋の部材の破断による構造系の崩壊進行を再現するためには動的非線形解析を用いる必要がありますが，この方法は計算コストが大きくなることから実用性に課題がありました。一方，当研究室の開発した手法は静的非線形解析であることから，計算コストを抑えながら，精度よくトラス橋の冗長性を評価することができる実用的な方法となっています。

研究キーワード

冗長性，リダンダンシー，非線形有限要素解析，非合成連続多主桁橋，鋼トラス橋，合成効果，動的効果

研究成果

学術論文

副島理義, 平野貴大, 斉木功，床版の破壊と荷重分配を考慮した鋼連続多主桁橋の数値的冗長性評価，鋼構造年次論文報告集, 日本鋼構造協会, Vol.31, pp.200-208, 2023.
竹田翼, 斉木功, 山本剛大, 岩坪要，非合成連続多主桁橋の冗長性に及ぼすスラブアンカーの合成効果の影響，土木学会論文集A2, Vol.74, No.2, pp.I_579-I_590, 2018.
藤本真明, 斉木功, 山本剛大，鋼トラス橋の動的効果を考慮した静的非線形リダンダンシー解析，鋼構造年次論文報告集，日本鋼構造協会, Vol.26, pp.312-319, 2018.
岩坪要, 斉木功, 橋本昇憲，少数主桁鋼連続桁橋の冗長性と損傷程度との関係について，鋼構造年次論文報告集，日本鋼構造協会, Vol26, pp.357-364, 2018.
斉木功, 熊谷宏之, 岩坪要, 岩熊哲夫，非線形有限要素解析による連続非合成多主桁橋の冗長性に関する考察，構造工学論文集，土木学会，Vol.64A, pp.12-25. 2018.
斉木功, 川村航太, 岩坪要, 岩熊哲夫，非線形有限要素解析による鋼ランガー橋の冗長性に関する基礎的考察，構造工学論文集，土木学会，Vol.62A, pp.61-71, 2016.
岩坪要, 斉木功, 寺本有優美，少数主桁連続橋でのリダンダンシー解析の試み，鋼構造年次論文報告集，日本鋼構造協会，Vol.23, pp.378-385, 2015.