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NEXCO設計要領第二集 改訂への対応

●改訂価格(税別) 無償リビジョンアップ UC-win/UC-1シリーズ

 はじめに
本年7月に設計要領(東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社 以下NEXCO)が改訂されました。本改訂は、先に改訂された道路橋示方書の内容を反映している以外にも多岐に渡り変更が加えられた、全面的な改訂となっています。フォーラムエイトでは本改訂に対し、各製品に影響の大きい耐震設計、下部構造及び基礎構造が記載されています設計要領 第二集(橋梁建設編)への対応に取り組んでいます。

 UC-win/FRAME(3D)の対応
動的解析に関しては、平成24年道路橋示方書V耐震設計編を基本としたM−θモデルの考え方が規定されました。トリリニア型のM−φ関係からトリリニア型のM−θ関係へ変換する式は従来とほぼ同じですが、トリリニア型のM−φ関係は、平成24年道路橋示方書V耐震設計編に規定される限界状態を用いることが新しい項目です。さらに、平成24年道路橋示方書V耐震設計編では明確に規定されていない、許容回転角θaの算出式が示されていることが従来の設計要領と異なる点です。

UC-win/FRAME(3D) Ver 6.01.00では、これらに対応しました。断面形状と配筋を行い、曲げ計算用準拠基準にて『NEXCO二集 H24(RC) 』を指定することで自動的に断面からM−φ関係を算出し、さらに、M−θ関係を算出します。許容回転角θaを自動算出するために、δyやδls2を入力する点が UC-win/FRAME(3D) Ver 5と異なる点です。

動的解析結果では、ばね要素の回転角の照査でM−θモデルが許容回転角を満足しているかどうかの一覧表が表示されます。許容回転角θaを算出するために必要なγp やL'も表形式で確認することができます。

 下部工の対応
動的照査法における下部構造のモデル化
橋梁下部工シリーズ(橋脚,ラーメン橋脚,震度算出)では、「設計要領 第二集 橋梁建設編 平成24年7月 東・中・西日本高速道路株式会社」(以下、H24設計要領)の改定に伴い、「3章 耐震設計 2-2-3 下部構造のモデル化」を参考に、動的照査法に用いる下部構造モデルのFRAME3Dエクスポートに対応しました。
エクスポートされたモデルを弊社「UC-win/FRAME(3D)」(Ver.6.0.0以降)により読み込み解析を行うことが可能です。

(1)単柱式橋脚,ラーメン橋脚(橋軸方向)モデル
H24設計要領(3-12)の「図3-2-5」を参考にしています。従来からの追加・変更点は次のとおりです。
■M-θモデル
   ・塑性化を考慮する領域上端の節点が追加
   ・塑性化領域と一般部の許容値が個別に規定
■M-φモデル
   ・塑性化の箇所が明確でない場合のモデル化が規定
   ※断面変化点以外を任意節点として入力

(2)ラーメン橋脚(橋軸直角方向)モデル
H24設計要領(3-14)の「図3-2-7」を参考にしています。従来は具体的に規定されていなかったラーメン橋脚の橋軸直角方向のモデル化について、次のように規定されました。
   ・柱上下端及びはり両端の塑性ヒンジ部を2分割
   ・柱高の1/2の位置から上側・下側の部材を6分割程度
   ・はり中央から左右の部材を6分割程度
   ・はりの非線形部の骨格曲線は非対称モデル

●H24設計要領モデル対応バージョン
   ・「橋脚の設計」(Ver.10.3.0)
   ・「ラーメン橋脚の設計計算」(Ver.10.1.0)
   ・「震度算出(支承設計)」(Ver.8.2.0)

   Fiber M-φ M-θ
  バイリニア トリリニア1 トリリニア2 トリリニア1 トリリニア2
準拠基準 なし H24 道示 なし H24 設計要領 H18 設計要領 H24 設計要領
はり 剛体 弾性梁 剛体 剛体 剛体 剛体
柱中間部 Fiber 弾性梁 M-φ M-φ M-φ M-φ
柱基部 Fiber M-φ M-φ M-φ M-θ M-θ
フーチング 剛体 弾性梁 剛体 剛体 剛体 剛体
備考       ※ 1 ※ 2  
  ※ 1:テーパー付き橋脚など塑性ヒンジの発生箇所が明確でない場合
  ※ 2:インターロッキング式または鋼管・コンクリート複合構造橋脚の場合
■表1 単柱式橋脚のエクスポート対応モデル


鋼管・コンクリート複合構造橋脚、インターロッキング式橋脚
H24設計要領では、橋脚の保有水平耐力や許容塑性率の算定方法について、基本的に「道路橋示方書・同解説 平成24年3月 (社)日本道路協会」(以下、H24道示)に従うこととされています。
ただし、鋼管・コンクリート複合構造橋脚及びインターロッキング式橋脚については、「道路橋示方書・同解説 平成14年3月 (社)日本道路協会」(以下、H14道示)に基づき、実験結果から耐震性能が規定されていることから、設計の一部については、H14道示の考え方を適用することとなっています。
具体的には次の項目が該当します。

  1. コンクリートの応力度−ひずみ曲線
  2. 鉄筋の応力度−ひずみ曲線
  3. 水平耐力及び水平変位の算出(P-δ関係)
  4. 許容塑性率μa(安全係数αも含む)
  5. 動的解析モデル(部材のモデル化、許容回転角θa)

「橋脚の設計」では、初期入力画面の設計対象を選択することで、自動的に上記の項目については、H14道示に準じた計算及びエクスポートを行います。


■図1 塑性化を考慮する領域と許容値
 基礎工の対応
基礎工に影響する改訂内容としましては次のものが挙げられます。

1) 杭基礎のレベル2地震時照査において「変位・回転角の照査」を必ず行う
2) 深礎基礎の常時、暴風時及びレベル1地震時の許容せん断応力度の算定に軸方向圧縮力の影響は考慮しない
3) 支持層が岩盤の場合には、深礎底面の鉛直地盤反力度(レベル2地震時の場合は上限値)は、杭体のコンクリートの許容軸圧縮応力度(常時、暴風時及びレベル1地震時)または設計基準強度(レベル2地震時)を超えないものとする
4) フーチングを剛域を考慮した骨組みモデルとする

1)を除いて深礎杭に関する項目になります。

1)については、従来は、応答塑性率を照査する場合のみ変位の照査を行っていましたが、今回の改訂では常に変位の照査を行うようになっています(設計要領第二集のフローチャートに記述)。

2)のせん断照査時の軸方向圧縮力の取り扱いについては、道路橋示方書には記述が無く、現在はレベル1地震時及びレベル2地震時とも軸方向圧縮力による割増係数を考慮しています。しかし本記述により常時、暴風時及びレベル1地震時には考慮できなくなりました。なお、レベル2地震時については「考慮する」と記述されていますので従来通り軸方向圧縮力を考慮した照査となります。

3)については、道路橋示方書には記述はありませんが、従来のNEXCO設計要領には記述されていました。そのため、現在の深礎フレームVer.8でも踏襲しています。

4)のフーチングの骨組みモデルについては、道路橋示方書にも記述がありましたが、剛域の考え方を具体的に図示したものとなっています。現状でも骨組みは自由に設定できますので同様の骨組みも構築可能ですが、下部工(橋台、橋脚)との連動時には自動的に各杭頭部を直接接合する骨組みモデルとしているため、標準的な骨組みを自動生成する機能が必要と判断しております。



■図2 変位の照査スイッチと照査結果画面

画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
■図3 剛域を考慮したフーチングの骨組みモデル

 おわりに
今回発表されましたNEXCO設計要領第二集の改訂による対応についてのフォーラムエイトの基本方針は以上の通りとなります。
今後も改訂が行われた際には、いち早く対応内容をお伝えし、製品を皆様の元にお届けできるようにしたいと考えております。
(Up&Coming '12 秋の号掲載)
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