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第二回第二回 コンクリート橋の力学（その１）コンクリート橋の力学（その１）

• プレストレストコンクリート橋の構造形式

• プレストレストコンクリート橋の架設

• 橋を壊す荷重

• 設計手法

• 設計思想

• 橋の断面について

• 設計現場から

１．コンクリート橋の構造形式ラーメン橋

有ヒンジラーメン橋上路式アーチ橋

中路式アーチ橋 下路式アーチ橋

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斜張橋

斜張橋

エクストラドーズド橋

吊床版橋

上路式吊床版 張弦梁

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アーチと吊床版の複合構造波形ウェブ橋

複合トラス橋

複合トラス橋

フィーレンデール橋

支保工架設

２．コンクリート橋の架設

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張出し架設 張出し架設

押出し架設 ロアリング架設

クレーン一括架設 回転架設

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スパンバイスパン架設

３．橋と荷重（橋を壊すもの、使用性を損なうもの）

重力

重力地震力

風力 風力

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高減衰ゴム 注目すべき橋の崩壊事例

橋名 形式 想定原因 落橋年 間隔

ティー橋（英） トラス橋 ねじれ不安定性 1847年 ---

テイ橋（英） トラス橋 風 1879年 32年

ケベック橋（加） トラス橋 トラス材の座屈 1907年

タコマ橋（米） 吊橋 空力的不安定性 1940年

ミルフォード橋（英）

箱断面桁橋 鋼板の座屈 1970年

橋は何故落ちたのか（ヘンリー・ペトロスキー）より

28年

33年

30年

船舶の衝突 洪水

洪水

スイスの事例

洪水（洗掘）日本の場合：河川阻害率（５％）

橋脚形状の制約

スイスの事例

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波力 波力

波力

浮き上がりのメカニズム

歌津大橋（1972年）落橋した桁

水門

山

国土交通省国土地理院ホームページ被災地域の空中写真(正射画像データ)

津波

( )

A1

A2

P1

P2P3 P4 P5 P6 P7

P8P9

P10

P11

仙台・石巻方面

気仙沼方面

ポステンT桁橋－2連

プレテン T桁橋－5連

ポステンT桁橋－5連

人による振動

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人による振動TMD

ダンパー

事後対策

ハリウッド映画から４．設計手法について

許容応力度法：設計荷重による応力度が許容

値(弾性領域)以下であることを確認する。

σ ≦ σa ( σa = σy / SF )限界状態設計法：供用限界状態、終局限界状

態 疲労限界状態などの限界状態における変態、疲労限界状態などの限界状態における変

位や応力が制限値や耐力(塑性領域)以下であ

ることを確認する。

ασ / γσy ≦ 1.0 ( α=1.0、

γ=1/SF とすると許容応力度法と同じ)性能設計法：要求される性能を満足するかどう

かを確認する。

５．設計思想について

設計とは・・・

「設計耐用年数内で要求性能を満たすものを造ること」

力学的安全性の確保：破壊や崩壊が生じない

使用性の確保：使用性を損なわない

耐久性の確保：損傷や劣化をおこさない

設計思想には、 示方書の設計思想（大部分）

設計者が決める設計思想 がある。

設計思想を十分理解していなかった例 ・・・ 回転ドアの事例

回転ドアの事例

日本に導入後アルミからステンレスへ

設計思想の欠落

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示方書が決める設計思想の事例（耐震設計）

許容されるレベル終局レベル

せん断破壊の事例（現示方書ではこのタイプの破壊をさせない）

設計者が決める設計思想の事例（流氷による破壊設計者が決める設計思想の事例（流氷による破壊モード）

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設計者が決める設計思想の事例（地震時の挙動）

基礎の構造 基礎の施工

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設計者が決める設計思想の事例（温度変化時の挙動、景観）

コンペの案

橋の見え方

250m

性能の創造とは

M

Mu

My

実挙動

材料、構造等で設計者が「創造」できる

ピンポイントの 「性能≧機能」 が性能照査

φ

y

Mc

φc φy φu

設計値＝性能

できる．

機能１

機能２

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設計の本質ベッシー橋（マイヤール、スイス） （写真提供：T Engineering）

建設時（1936年） 補修、補強時（ 2000年）

設計の本質

• 設計とは本来は創造的な行為．本規準はその本来の姿へ回帰しようというものである。

• 「性能創造」とは、材料を決め、構造を特定し、断面の補強法を考えることである。

• 性能の創造は、設計者の特権である。性能の創造は、設計者の特権である。

• 設計者は性能の創造を常に意識すべきである。

Small mind and small rules stifle creativity.Small mind and small rules stifle creativity.

(J. Breen)(J. Breen)

「見識の狭さやがんじがらめの規準は、創造的な発想を封じ込める。」

６．橋の断面について

断面二次断面No.

A(m2) I (m2)

モーメント断面積

下縁

断面係数 応力

上縁 下縁上縁

1

2

10.5 -10.5

22.1 -22.1

7.781 -7.781

30.000 22.500

7

7.440 11.671

3

4

5

6 5.403 5.721

5.940

-12.8

9.8 -21.5

12.3 -30.2

11.5 -37.0

5.795 4.510

8.236

15.000

7.335

7.105

5.027 3.424

6.783 9.743

-2.777

-15.000

5.198 -2.115

4.812 -1.496

-14.6

10.2

-4.474

Zo(m3) Zu(m3)

9.2

-5.828

6.089

σo(N/mm2)σu(N/mm2)

曲線を使った断面の例

三角形断面の例

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一般的な箱桁

ストラット付き床版 リブ付き床版

開断面（張出し床版がない例）箱桁内ストラット

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ダブルデッキ

広幅員断面の例

コンクリートストラット

斜張橋の例（１） 斜張橋の例（２）

コンクリートトラス

（アプローチ部）

（斜張橋部）

斜張橋の例（３）

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斜張橋の例（４）

曲線橋の例

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非対称断面の例

下路橋の例

曲線吊橋の例（一番難しい）

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箱桁の変形

７．解析モデル 箱桁断面のモデル化

橋軸方向

橋軸直角方向

実物と解析モデルの差異を理解することが重要

箱桁の骨組みモデル例（橋軸方向）

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箱桁の骨組みモデル例（橋軸直角方向）

示方書にない新しい構造を実施する場合は・・・

・実験により破壊モードを確認する。（どこが弱いか）・設計法を確立する。（破壊に対する安全度の把握）

８．設計の現場から

バタフライウェブ

補剛コンクリート

載荷

要素実験

補剛ｺﾝｸﾘｰﾄ耐荷力曲線

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

水平方向変形量 mm

水平

載荷

荷重

　kN

解析値：Pmax=860kN 実験値：Pmax=866kN

解析値：Pmax=1602kN

実験値：Pmax=1657kN

斜材あり

斜材なし

接合面梁実験

載荷

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25 30

載荷点鉛直変位(mm)

載荷

荷重

(kN

)

実験値解析値

バタフライウェブ橋（田久保川橋、NEXCO九州）

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究極の設計とは・・・

レオンハルトのパスコケネヴィック橋

今日のキーワード今日のキーワード

• 設計手法には、許容応力度設計法・限界状態

設計法・性能設計法がある。

• 設計とは安全性と耐久性を追求するもの。

• 設計思想は重要である。

• 箱形断面は合理的な構造である。

• 曲線桁や吊構造は特に力の流れが重要。

• 構造解析のほとんどは線形骨組モデル。