松澤和憲

限界状態設計法に向けた合成桁の耐荷力特性に関する研究

宮下剛

道路橋示方書（以下，道示という）の改定により，従来は，道路橋の設計において，許容応力度として一律な安全率を見込む設計を行ってきたが部分係数法及び限界状態設計法に移行いた．これにより，安全余裕が作用側と抵抗側ごとにばらつきを与える要因ごとに，部分係数を設定することができる．また，構造条件に応じた合理的な設計を可能とする．現行の道示では，限界状態設計法で塑性強度に対する考慮がされていない．新橋の建設ならびに既設橋の維持管理におけるコストを縮減するためには，橋梁が有する耐荷性能を最大限活用した合理的で信頼性の高い設計法を構築する必要があり，道路橋を構成する部材の一部塑性化を考慮した耐荷力評価法を確立することが望まれる．そのため限界状態設計法で，不明確な限界状態2，3を設定し，限界状態の設定に向けて耐荷力，変形能のデータ収集が必要になる．本研究では,橋の限界状態は，橋を構成する部材等の限界状態によって代表させることが可能であり今回は部材の限界状態を設定に向けて実験を行っていく.
そこで,本研究では,様々な組み合わせ断面力等に対する桁の限界状態を系統的に調べるため, 全塑性モーメントに達してから床版を圧壊させるよう設計された試験体を使用し，合成桁の曲げ耐荷力実験及び曲げ・せん断実験を実施し,鋼桁の基礎データの所得を行った.
実験結果より，塑性中立軸が上フランジ内にあった試験体では,床版にひび割れの進行とともに僅かに荷重を保持しながら鉛直変位が増加した.そして,ひび割れが床版を貫通すると同時に荷重が大きく低下した.一方で,塑性中立軸がウエブ内にあった試験体では,床版にひび割れが発生するとともにウエブの圧縮領域に座屈が発生し,荷重が大きく低下した.これにより,塑性中立軸が上フランジあるいは床版内にあるようにすれば，非弾性挙動の開始点を超えた強度が期待できる.また床版ディテールの検討を目的とした試験体では，ひび割れ発生後の荷重の低下が緩やかであり，破壊まで粘り強く緩やかな破壊形状となった．
今回の実験結果から限界状態2を部材として荷重を支持する能力の低下しているもののあらかじめ想定する能力の範囲にある限界の状態を計算値の最大荷重に設定し，限界状態3のこれを超えると部材等としての荷重を支持する能力が完全に失われる限界の状態を実験値の最大荷重に設定することが可能である．