JP5883336B2 - 設計支援システム及び道路補強構造体 - Google Patents

Description

本発明は、道路を補強する道路補強構造体及びその設計支援システムに関するものである。

道路には、円滑に車両を走行させるために平坦性が要求される。車両が走行する道路は例えば、路体、路床、路盤、舗装を積層させた層状の構造を成し平坦性を確保している。その一方、地震時等においては、道路下の地盤に段差が発生することで道路の平坦性が失われ、車両の走行が妨げられる場合がある。更に、道路と橋梁等の接続部や地中に埋設物が埋設されている場所では、道路に段差が生じるとの報告があり、この段差によって車両の走行が妨げられる場合がある。特に地震等の災害時においては、人的被害や物的被害を最小限に留める必要があるので、道路においては消防車や救急車等の緊急車両の迅速かつ円滑な走行を確保する必要がある。また、災害後においても、食料等の物資を被災地に迅速かつ円滑に届けることが必要であるので、トラック等の運搬車両の円滑な走行を確保する必要がある。

従来、上記のような道路の段差や凹凸を緩和するために、曲げ剛性を有する補強構造体を路面下に設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の補強構造体は、補強支持層と当該補強支持層を上下に挟む挟持シートとで構成されている。

特開２０１０−９０５３４号公報

しかしながら、特許文献１の補強構造体の構造においては、補強支持層や挟持シートの仕様を適切に設定しないと、段差を緩和する効果が十分に得られない。例えば、道路下の地盤に発生した段差に対して補強構造体の変形が過度に追従したり、上記段差に起因して補強構造体自体が破壊されたりすれば、結局のところ車両の円滑な走行を確保することが困難になる。よって、この種の補強構造体にあっては、車両走行を確実に確保することができるような設計が求められる。

上記課題に鑑み、本発明は、地震直後において車両走行を確実に確保するための道路補強構造体の設計を可能にする設計支援システム及びその道路補強構造体を提供することを目的とする。

本発明の道路補強構造体の設計支援システムは、道路の路面の下に埋設され、圧縮力に抵抗する改良土層と当該改良土層の上面及び下面に設けられ引張力に抵抗するシート状の補強材とを有し、下方の原地盤に段差が発生したときに路面に発生する段差を緩和するための道路補強構造体の設計を支援する設計支援システムであって、原地盤の段差に起因して変形し傾斜した道路補強構造体の平均勾配が所定の限界勾配を超えないとする第１条件から、道路補強構造体の仕様に関する所定の仕様パラメータの下限値又は上限値の一方を算出する第１限界値算出手段と、原地盤の段差に起因して変形した道路補強構造体の補強材に作用する引張応力により補強材が破壊されないとする第２条件から、仕様パラメータの下限値又は上限値の他方を算出する第２限界値算出手段と、第１及び第２限界値算出手段で得られた下限値と上限値とを提示する仕様パラメータ範囲提示手段と、を備え、仕様パラメータは、改良土層のヤング率（Ｅｃ）と補強材のヤング率（Ｅｇ）との比を表すパラメータであることを特徴とする。

また、本発明の道路補強構造の設計支援システムは、道路の路面の下に埋設され、圧縮力に抵抗する改良土層と当該改良土層の上面及び下面に設けられ引張力に抵抗するシート状の補強材とを有し、下方の原地盤に段差が発生したときに路面に発生する段差を緩和するための道路補強構造体の設計を支援する設計支援システムであって、改良土層の仕様に関する改良土層仕様情報と、補強材の仕様に関する補強材仕様情報と、原地盤に発生する段差の想定量を示す想定段差量と、を入力させる条件入力受付手段と、条件入力受付手段で得られた改良土層仕様情報と、補強材仕様情報と、想定段差量と、に基づいて、原地盤の想定段差量分の段差に起因する道路補強構造体の傾斜の平均勾配値を算出する勾配算出手段と、勾配算出手段で得られた平均勾配値が所定の許容限界勾配値を超えないとする第１条件から、道路補強構造体の仕様に関する所定の仕様パラメータの下限値又は上限値の一方を算出する第１限界値算出手段と、条件入力受付手段で得られた改良土層仕様情報と、補強材仕様情報と、想定段差量と、に基づいて、原地盤の想定段差量分の段差に起因して道路補強構造体の補強材に作用する最大引張応力値を算出する最大引張応力値算出手段と、最大引張応力値算出手段で得られた最大引張応力値が、補強材仕様情報として入力された補強材の引張強度を超えないとする第２条件から、仕様パラメータの下限値又は上限値の他方を算出する第２限界値算出手段と、第１及び第２限界値算出手段で得られた下限値と上限値とを提示する仕様パラメータ範囲提示手段と、を備え、仕様パラメータは、改良土層のヤング率（Ｅｃ）と補強材のヤング率（Ｅｇ）との比を表すパラメータであることを特徴とする。

地震時に道路補強構造体の下方の原地盤に段差が発生したときに、路面における車両走行を確実に確保するためには、変形・傾斜した道路補強構造体の勾配を許容できる範囲（許容限界勾配値）内に抑えること（第１条件）と、補強材が破壊されないこと（第２条件）と、が必要である。そして、上記第１及び第２条件が満たされるためには、原地盤の段差に起因する道路補強構造体の変形挙動が適切な範囲にあることが必要である。

本発明者らは、上記のような道路補強構造体において、改良土層のヤング率（Ｅｃ）に対する補強材のヤング率（Ｅｇ）の比（Ｅｇ／Ｅｃ）がある限定された範囲内の値のときに、上記第１及び第２条件に対応する好適な道路補強構造体の変形挙動が発揮されることを見出した。

この知見に基づいて、上記の設計支援システムでは、Ｅｇ／Ｅｃを表す仕様パラメータを導入し、上記の第１条件と第２条件とから、仕様パラメータの上限値及び下限値を算出し、提示することができる。よって、この上限値及び下限値に基づいて設計された道路補強構造によれば、地震によって原地盤に段差が発生したときに、変形・傾斜した道路補強構造体の勾配が許容できる範囲に抑えられ、かつ、補強材が破壊されないといった設計が可能になる。すなわち、地震直後においても車両走行を確実に確保するための道路補強構造体の設計が可能になる。

また、具体的には、勾配算出手段は、原地盤に想定段差量分の段差が発生したときに段差部を跨いで延びる道路補強構造体の変形挙動を、段差部に相当する一方の固定支点と、低くなった側の原地盤上の一箇所に相当する他方の固定支点と、で両端支持されると共に、上方に存在する道路構成層の重量と自重量とを合わせた重量に対応する等分布荷重を受ける両持ち梁の変形挙動としてモデル化し、想定段差量を両持ち梁のスパンで除した値を平均勾配値として算出することとしてもよい。

また、最大応力値算出手段は、原地盤に想定段差量分の段差が発生したときに段差部を跨いで延びる道路補強構造体の変形挙動を、段差部に相当する一方の固定支点と、低くなった側の原地盤上の一箇所に相当する他方の固定支点と、で両端支持されると共に、上方に存在する道路構成層の重量と自重量とを合わせた重量に対応する等分布荷重を受ける両持ち梁の変形挙動としてモデル化し、両持ち梁に生じる最大引張応力の値を、補強材に作用する最大引張応力値として算出することとしてもよい。

本発明の道路補強構造体は、道路の路面の下に埋設され、圧縮力に抵抗する改良土層と当該改良土層の上面及び下面に設けられ引張力に抵抗するシート状の補強材とを有し、下方の原地盤に段差が発生したときに路面に発生する段差を緩和するための道路補強構造体であって、改良土層のヤング率（Ｅｃ）に対する補強材のヤング率（Ｅｇ）の比（Ｅｇ／Ｅｃ）が、原地盤の段差に起因して変形し傾斜したときの平均勾配が所定の限界勾配を超えないとする第１条件に対応する下限値よりも大きく、原地盤の段差に起因して変形したときに補強材に作用する引張応力により補強材が破壊されないとする第２条件に対応する上限値よりも小さいことを特徴とする。

この道路補強構造体によれば、改良土層のヤング率（Ｅｃ）に対する補強材のヤング率（Ｅｇ）の比（Ｅｇ／Ｅｃ）が上記の範囲内に設定されることで、第１及び第２条件に対応する好適な道路補強構造体の変形挙動が発揮され、その結果、地震直後においても車両走行を確実に確保することができる。

本発明によれば、地震直後においても車両走行を確実に確保するための道路補強構造体の設計を可能にする設計支援システム及びその道路補強構造体を提供することができる。

本発明の設計支援システムにより設計支援される道路補強構造体を含む道路の断面図である。 図１の道路において原地盤に段差が生じたときの状態を示す断面図である。 本発明の設計支援システムの構成の一例を示すブロック図である。 図３の設計支援システムの物理的な構成の一例を示すブロック図である。 図３の設計支援システムによる処理を示すフローチャートである。 図２の状態における道路補強構造体の変形挙動をモデル化した両持ち梁を示す図である。 （ａ）は、ヤング率比ｎと平均勾配値との関係を示すグラフの一例であり、（ｂ）は、ヤング率比と、補強材に生じる単位幅当たりの最大引張力と、の関係を示すグラフの一例である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る道路補強構造体及び設計支援システムの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、路面下に埋設された道路補強構造体５１によって補強された道路５０の断面図である。図１の紙面の左右方向が、道路５０の走行方向である。道路５０においては、原地盤５３（路床）の上に道路補強構造体５１が敷設され、更に道路補強構造体５１の上に砕石からなる路盤５７が形成されている。更に、路盤５７の上に、基層５９と表層６１とが積層されている。なお、以下では、補強構造体５１の上方にある路盤５７、基層５９及び表層６１を合わせて「道路構成層６３」と呼ぶ場合がある。

補強構造体５１は、地震時に発生する路面５０ａ（表層６１の上面）の段差や凹凸を緩和するために、道路５０を補強すべく路面下に埋設されるものである。すなわち、地震時には、図２に示すように、補強構造体５１の下の原地盤５３に段差が生じ、道路５０の各層が変形する場合がある。このとき、発生した段差部５４を跨いで延びる補強構造体５１は、ある程度の曲げ剛性と強度とを有しているので、上方にある道路構成層６３の重量に抵抗する。そして、補強構造体５１及び道路構成層６３は、原地盤５３の段差形状に完全に追従して変形することなく緩やかな形状に撓む。これにより、原地盤５３の段差に起因して路面５０ａに現れる段差や凹凸が緩和され、地震後においても道路５０の車両走行を確保することができる。以下、段差部５４を境界として、相対的に低くなった側の原地盤を「原地盤５３ａ」と称し、相対的に高くなった側の原地盤を「原地盤５３ｂ」と称する。

補強構造体５１は、上記のような曲げ剛性と強度とを実現するため、改良土層７１と、改良土層７１の上面及び下面に設けられたシート状の補強材７３とで構成されている。改良土層７１は、例えば、土とセメントとを混合し硬化させたセメント改良土からなる層であり、主に圧縮力に抵抗する。補強材７３は、例えば、織布からなるシート状の部材であり、主に引張力に抵抗する。すなわち、補強構造体５１は、圧縮力に抵抗する改良土層７１を、引張力に抵抗するシート状の補強材７３で挟み込んだ構造により、曲げ剛性と強度とを備えている。なお、上下２枚の補強材７３を区別して呼ぶ必要がある場合には、上の補強材を「補強材７３ａ」とし、下の補強材を「補強材７３ｂ」とする。

補強材７３としては、例えば、ジオテキスタイル（例えば、織布、不織布、土木シート、ジオグリッド等）、鋼材、高強度シート等を採用することができる。土木シートとしては、一般的に入手容易なポリエステル製やポリエチレン製のものが好適である。鋼材としては、一般的に入手容易な平織金網、エキスパンドメタル、鉄筋金網、細線溶接金網、鉄板等が好適である。高強度シートとしては、全芳香族ポリアミド繊維や炭素繊維等で構成されるシート等がある。また、補強材７３としては、ジオグリッドと織布との組み合わせ、ジオグリッドと不織布との組み合わせ、ジオグリッドとシートとの組み合わせといったように、各材料を組み合わせたものであってもよい。

上述のような補強構造体５１の機能を確実に発揮させるためには、想定される原地盤５３の段差等の諸条件に応じて、補強構造体５１の仕様を適切に設計する必要がある。そこで、図３及び図４に示す設計支援システム１は、本発明に係る設計支援システムの一実施形態であり、補強構造体５１の設計を支援するものである。図３は、本発明の一実施形態に係る設計支援システム１の構成を示す図であり、図３は、設計支援システム１のハードウエア構成を示す図である。

図３に示すように、設計支援システム１は、条件入力受付部３と、勾配算出部５と、下限値算出部（第１限界値算出手段）７と、最大引張応力算出部１５と、上限値算出部（第２限界値算出手段）１７と、補強仕様パラメータ範囲提示部９と、を備えている。

図４に示されるように、設計支援システム１は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）２０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、ハードディスクなどの補助記憶装置２０４、ネットワークカードなどのデータ送受信デバイスである通信モジュール２０５、外部記憶媒体からの情報を読み出す外部記憶媒体読取装置２０６、キーボードやマウスなどの入力デバイスである入力装置２０７、ディスプレイ装置などの出力デバイスである出力装置２０８などのハードウエアにより構成されるコンピュータである。

図３に示す条件入力受付部３、勾配算出部５、下限値算出部７、最大引張応力算出部１５、上限値算出部１７、及び補強仕様パラメータ範囲提示部９等の各構成要素の機能は、設計支援システム１が、コンピュータソフトウエアである設計支援プログラム２１０に従って動作することにより実現される。すなわち、上記各要素の機能は、図４に示すＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２などのハードウエア上に設計支援プログラム２１０を読み込ませることにより、ＣＰＵ２０１の制御のもとで外部記憶媒体読取装置２０６、入力装置２０７、出力装置２０８などを動作させるとともに、ＲＡＭ２０２や補助記憶装置２０４におけるデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現される。なお、例えばＤＶＤ等の外部記憶媒体２１１に電子情報として格納された設計支援プログラム２１０を、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して補助記憶装置２０４やＲＡＭ２０２に読み込ませる（インストールする）ようにしてもよい。

続いて、図３に示す設計支援システム１の各構成要素の機能について説明する。

条件入力受付部３は、ディスプレイ装置などの出力装置２０８（図４）に入力画面を表示し、キーボードやマウス等の入力装置２０７（図４）からのユーザのデータ入力を受け付ける。ここでは、道路５０の道路幅、舗装構成（各層の厚み）等の幾何学的条件や、表層６１、基層５９、路盤５７、及び改良土層７１の単位体積重量等が入力される。また、ここでは、地震時に発生が想定される原地盤５３の段差量（以下「想定段差量」といい「Δ」で表す；図２参照）が入力される。

さらに、条件入力受付部３からは、補強構造体５１を構成する材料の条件として、改良土層７１の仕様を示す改良土層仕様情報Ｄ７１と、補強材７３の仕様を示す補強材仕様情報Ｄ７３と、が入力される。改良土層仕様情報Ｄ７１には、改良土層７１の圧縮強さ、改良土層７１のヤング率（Ｅｃで表す）、改良土層７１の層厚等の情報が含まれる。補強材仕様情報Ｄ７３には、補強材７３の引張強度、補強材７３のヤング率（Ｅｇで表す）補強材７３の厚さ等の情報が含まれる。また、条件入力受付部３からは、補強構造体５１の仕様に関する仕様パラメータとして、ヤング率比ｎが入力される。ヤング率比ｎは、補強材７３のヤング率Ｅｇを改良土層７１のヤング率Ｅｃで除した値として定義される（ｎ＝Ｅｇ／Ｅｃ）。

勾配算出部５は、原地盤５３で想定段差量Δの段差が発生したと仮定したときに、補強構造体５１がどの程度傾斜するかを、条件入力受付部３から入力された情報に基づいて算出する。ここでは、図２に示すように、撓んだ補強構造体５１が原地盤５３ａに接地する箇所を接地箇所５３ｓとし、接地箇所５３ｓと段差部５４との水平距離をＬとすれば、水平距離Ｌで想定段差量Δを除した値が、平均勾配値ｉとして算出される（ｉ＝Δ／Ｌ）。この平均勾配値ｉが、補強構造体５１の傾斜の程度を示す指標となる。

最大引張応力算出部１５は、図２に示すような補強構造体５１の撓みにより補強材７３に発生する最大引張応力値σｔを、条件入力受付部３から入力された情報に基づいて算出する。

下限値算出部７は、勾配算出部５で得られた平均勾配値ｉが所定の許容限界勾配値ｉｐを超えないとする条件（以下「第１条件」という）から、ヤング率比ｎの下限値ｎ１を算出する。上記の許容限界勾配値ｉｐとは、道路５０を車両走行可能とするために、平均勾配値ｉとして許容される最大の値を示すものである。許容限界勾配値ｉｐは、例えば１０％などの固定値であってもよく、条件入力受付部３からユーザに入力させてもよい。

上限値算出部１７は、補強構造体５１の補強材７３に作用する引張応力により補強材７３が破壊されないとする条件（以下「第２条件」という）から、ヤング率比ｎの上限値ｎ２を算出する。なお、第２条件は、換言すると、最大引張応力算出部１５で得られた最大引張応力値σｔが、補強材仕様情報Ｄ７３に含まれる補強材７３の引張強度ｆｔを超えないとする条件である。

補強仕様パラメータ範囲提示部９は、上述のヤング率比ｎの下限値ｎ１及び上限値ｎ２に基づいて、ヤング率比ｎの範囲を提示する。ここでは、例えば、ｎ１＜ｎ＜ｎ２といった演算結果が、ディスプレイ装置などの出力装置２０８（図４）に画面表示される。ユーザは、上記のような演算結果を参照することで、上記のｎ１＜ｎ＜ｎ２の条件を満たすように補強構造体５１の設計を行うことができる。

続いて、上記の設計支援システム１による処理について図５のフローチャートを参照しながら説明する。

（条件入力）
まず、条件入力受付部３が、道路５０や補強構造体５１に関し以降の演算の前提となる諸条件をユーザに入力させる。ここでは、道路５０の道路幅、舗装構成（各層の厚み）等の幾何学的条件や、表層６１、基層５９、路盤５７、及び改良土層７１の単位体積重量等が入力される。また、ここでは、想定段差量Δが設定され入力される（Ｓ５０１）。更に、条件入力受付部３は、補強構造体５１を構成する材料の条件として、改良土層仕様情報Ｄ７１、補強材仕様情報Ｄ７３、及びヤング率比ｎ等が入力される（Ｓ５０３）。

（平均勾配値の算出）
続いて、勾配算出部５は、原地盤５３に想定段差量Δの段差が発生したときの補強構造体５１（図２参照）の変形挙動をモデル化する。ここでは、変形後の補強構造体５１を、図６に示すような両持ち梁５１’としてモデル化し、当該両持ち梁５１’の変形挙動に基づいて、変形後の補強構造体５１の平均勾配値ｉを求める。

図６の両持ち梁５１’は、固定支点５４’，５３ｓ’で両端支持され、一方の固定支点５４’に対して他方の固定支点５３ｓを、想定段差量Δだけ低い位置に強制的に移動させたものである。ここで、固定支点５４’は、高くなった側の原地盤５３ｂ（図２）の端部、すなわち段差部５４(図２）に対応する。また、固定支点５３ｓ’は、低くなった側の原地盤５３ａ上の接地箇所５３ｓ（図２）に対応し、両持ち梁５１’のスパンＬ’は、接地箇所５３ｓと段差部５４との水平距離Ｌに対応する。また、両持ち梁５１’の全長に亘って印加される等分布荷重ｐは、道路構成層６３の重量と補強構造体５１の自重量とを合わせた重量に対応する。

ここで、両持ち梁５１’（補強構造体５１）の断面二次モーメントＩｃｒは、

で表される。
但し、
ｂ ：補強構造体５１の幅
ｘ ：補強構造体５１の中立軸の位置
ｄ ：補強構造体５１の有効高さ
Ａｇ：補強材７３の有効断面積
ｎ ：ヤング率比
である。これらのｂ、ｄ、Ａｇ，ｎの値は、ユーザから前提条件として付与されるものであり、前述の処理Ｓ５０１，Ｓ５０３において条件入力受付部３から入力される。
また、中立軸の位置ｘは、

で表され、補強材７３の有効断面積Ａｇとは、補強材７３の断面積に所定の補正係数を乗じたものである。

勾配算出部５は、未知量である水平距離Ｌ（図２）を、両持ち梁５１’のスパンＬ’として算出することができる。すなわち、図６の両持ち梁５１’のモデルにおいて、固定支点５３ｓ’に作用するせん断力をゼロとする条件でスパンＬ’を決定すれば、

で表される。従って、勾配算出部５は、

より平均勾配値ｉを算出することができる（Ｓ５０５）。

（第１条件の判定）
ここで、前述の第１条件を満たすために、上記処理Ｓ５０５で得られた平均勾配値ｉが、許容限界勾配値ｉｐよりも小さい必要がある。以下の説明においては、一例として、道路５０を車両が円滑に走行可能であるために平均勾配値ｉを１０％未満にすることが必要であるものとし、許容限界勾配値ｉｐ＝１０％として説明する。

この場合、下限値算出部７は、

が満足されるか否かを判定し（Ｓ５０７）、不等式（５）が満足されない場合には、処理をＳ５０３に戻す。一方、不等式（５）が満足される場合には、当該不等式（５）を式（１）〜（４）に基づいて解くことで、第１条件に対応するヤング率比ｎの下限値ｎ１が求められる（Ｓ５０９）。

（最大引張応力の算出）
続いて、最大引張応力算出部１５が、両持ち梁５１’に生じる最大引張応力の値を、補強構造体５１の補強材７３に作用する最大引張応力値σｔとして算出する（Ｓ５１０）。すなわち、両持ち梁５１’における最大曲げモーメントＭｍａｘは、

で表され、
両持ち梁５１’に生じる最大引張応力値σｔは、

で表される。

（第２条件の判定）
前述の第２条件として、上記処理Ｓ５１１で得られた最大引張応力値σｔが、補強材仕様情報Ｄ７３に含まれる補強材７３の引張強度ｆｔを超えないことが必要である。よって、上限値算出部１７は、

が満足されるか否かを判定し（Ｓ５１３）、不等式（８）が満足されない場合には、処理をＳ５０３に戻す。一方、不等式（８）が満足される場合には、当該不等式（８）を式（１）〜（７）に基づいて解くことで、第２条件に対応するヤング率比ｎの上限値ｎ２が求められる（Ｓ５１５）。

（仕様パラメータ範囲提示部）
以上より、第１及び第２条件を満足するためのヤング率比ｎ（仕様パラメータ）の範囲（ｎ１＜ｎ＜ｎ２）が演算結果として得られる。続いて、仕様パラメータ範囲提示部９は、得られたヤング率比ｎの範囲（ｎ１＜ｎ＜ｎ２）を、例えば、ディスプレイ装置などの出力装置２０８（図４）に画面表示する（Ｓ５１７）。

その後、ユーザは、提示されたヤング率比ｎの範囲（ｎ１＜ｎ＜ｎ２）を満たすように、補強材７３や改良土層７１の材料選定を行えばよい（Ｓ５１９）。

続いて、上記の設計支援システム１による作用効果について説明する。

地震時に補強構造体５１の下の原地盤５３に段差が発生したときに、路面５０ａにおける車両走行を確実に確保するためには、変形・傾斜した補強構造体５１の勾配を許容できる範囲（許容限界勾配値）内に抑えること（第１条件）と、補強材７３が破壊されないこと（第２条件）と、が必要である。そして、上記第１及び第２条件が満たされるためには、原地盤５３の段差に起因する補強構造体５１の変形挙動が適切な範囲にあることが必要である。

本発明者らは、補強構造体５１において、改良土層７１のヤング率（Ｅｃ）に対する補強材７３のヤング率（Ｅｇ）の比（ヤング率比ｎ；Ｅｇ／Ｅｃ）がある限定された範囲内の値のときに、上記第１及び第２条件に対応する好適な補強構造体５１の変形挙動が発揮されることを見出した。すなわち、補強構造体５１の下の原地盤５３に段差が発生したとき、上記第１条件にヤング率比ｎの下限値が対応すると共に、上記第２条件にヤング率比ｎの上限値が対応する。

この知見に基づいて、上記の設計支援システム１では、上記の第１条件と第２条件とから、ヤング率比ｎの上限値ｎ２及び下限値ｎ１を算出し、提示することができる。よって、この上限値ｎ２及び下限値ｎ１に基づいて設計された補強構造体５１によれば、地震によって補強構造体５１の下の原地盤５３に段差が発生したときに、変形・傾斜した補強構造体５１の勾配が許容できる範囲に抑えられ、かつ、補強材７３が破壊されないといった設計が可能になる。すなわち、地震直後においても車両走行を確実に確保するための補強構造体５１の設計が可能になる。

続いて、上記設計支援システム１の演算を用いて行う補強構造体５１の材料選定の具体的な一例について説明する。

道路５０に関して入力した条件は次の通りである。
道路構成層６３の層厚＝２０ｃｍ
道路構成層６３の単位体積重量＝２３．５ｋＮ／ｍ^３
改良土層７１の層厚＝６０ｃｍ
道路５０の幅＝５ｍ
改良土層７１のヤング率Ｅｃ＝２・１０^５ｋＮ／ｍ^２
想定段差量Δ＝４０ｃｍ
許容限界勾配値ｉｐ＝１０％
補強材７３の単位幅当たりの引張強さ＝４００ｋＮ／ｍ

（第１条件）
上述の入力条件の下、式（１）〜（４）によれば、ヤング率比ｎ（Ｅｇ／Ｅｃ）と平均勾配値ｉとの関係は、図７（ａ）に示すような曲線で示される。よって、平均勾配値ｉを１０％未満とするためのヤング率比ｎは、２０よりも大である。そして、Ｅｃ＝２×１０^５ｋＮ／ｍ^２であるので、補強材７３のヤング率Ｅｇを４ＧＮ／ｍ^２よりも大きくすればよい。

（第２条件）
また、上述の入力条件の下、式（１）〜（７）によれば、ヤング率比ｎと補強材７３の単位幅当たりに作用する最大引張力（最大引張応力値σｔに補強材７３の厚さ[ｍ]を乗じた値）との関係は、図７（ｂ）に示すような曲線で示される。よって、補強材７３の単位幅当たりの最大引張力を４００ｋＮ／ｍ未満とするためのヤング率比ｎは、３０よりも小である。これより、補強材７３のヤング率Ｅｇを６ＧＮ／ｍ^２よりも小さくすればよい。

以上より、ユーザは、補強構造体５１を設計する際に、単位幅当たりの引張強さ＝４００ｋＮ／ｍ、ヤング率４〜６ＧＮ／ｍ^２の補強材７３を選定すると共に、層厚６０ｃｍ、ヤング率２・１０^５ｋＮ／ｍ^２の改良土層７１を選定すればよい。また、このような補強構造体５１の上層に設ける道路構成層６３を、入力条件の通り、層厚２０ｃｍとすればよい。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、改良土層のヤング率（Ｅｃ）と補強材のヤング率（Ｅｇ）との比を表す仕様パラメータとして、Ｅｇ／Ｅｃを用いているが、この逆数のＥｃ／Ｅｇを仕様パラメータとしてもよい。この場合、第１条件が仕様パラメータの上限値に対応し、第２条件が仕様パラメータの下限値に対応する。また、補強構造体５１の変形挙動を求めるときに、道路５０を走行させる所望の車両の重量を更に考慮に含めてもよい。この場合、補強構造体５１をモデル化した両持ち梁５１’において、上記車両の輪荷重に対応する集中荷重を更に追加したモデルで同様の演算を行えばよい。

１…設計支援システム、３…条件入力受付部、５…勾配算出部、７…下限値算出部（第１１限界値算出手段）、９…仕様パラメータ範囲提示部、１５…最大引張応力算出部、１７…上限値算出部（第２限界値算出手段）、５０…道路、５０ａ…路面、５１…道路補強構造体、５１’…両持ち梁、５３ｓ…接地箇所、５３，５３ａ，５３ｂ…原地盤、５４…段差部、５４’…固定支点、７１…改良土層、７３…補強材、ｐ…等分布荷重、Δ…想定段差量、Ｌ’…スパン。

Claims (5)

1. 道路の路面の下に埋設され、圧縮力に抵抗する改良土層と当該改良土層の上面及び下面に設けられ引張力に抵抗するシート状の補強材とを有し、下方の原地盤に段差が発生したときに前記路面に発生する段差を緩和するための道路補強構造体の設計を支援する設計支援システムであって、
   前記原地盤の段差に起因して変形し傾斜した前記道路補強構造体の平均勾配が所定の限界勾配を超えないとする第１条件から、前記道路補強構造体の仕様に関する所定の仕様パラメータの下限値又は上限値の一方を算出する第１限界値算出手段と、
   前記原地盤の段差に起因して変形した前記道路補強構造体の前記補強材に作用する引張応力により前記補強材が破壊されないとする第２条件から、前記仕様パラメータの前記下限値又は前記上限値の他方を算出する第２限界値算出手段と、
   前記第１及び第２限界値算出手段で得られた前記下限値と前記上限値とを提示する仕様パラメータ範囲提示手段と、
   を備え、
   前記仕様パラメータは、前記改良土層のヤング率（Ｅｃ）と前記補強材のヤング率（Ｅｇ）との比を表すパラメータであることを特徴とする設計支援システム。
2. 道路の路面の下に埋設され、圧縮力に抵抗する改良土層と当該改良土層の上面及び下面に設けられ引張力に抵抗するシート状の補強材とを有し、下方の原地盤に段差が発生したときに前記路面に発生する段差を緩和するための道路補強構造体の設計を支援する設計支援システムであって、
   前記改良土層の仕様に関する改良土層仕様情報と、前記補強材の仕様に関する補強材仕様情報と、前記原地盤に発生する前記段差の想定量を示す想定段差量と、を入力させる条件入力受付手段と、
   前記条件入力受付手段で得られた前記改良土層仕様情報と、前記補強材仕様情報と、前記想定段差量と、に基づいて、前記原地盤の前記想定段差量分の段差に起因する前記道路補強構造体の傾斜の平均勾配値を算出する勾配算出手段と、
   前記勾配算出手段で得られた前記平均勾配値が所定の許容限界勾配値を超えないとする第１条件から、前記道路補強構造体の仕様に関する所定の仕様パラメータの下限値又は上限値の一方を算出する第１限界値算出手段と、
   前記条件入力受付手段で得られた前記改良土層仕様情報と、前記補強材仕様情報と、前記想定段差量と、に基づいて、前記原地盤の前記想定段差量分の段差に起因して前記道路補強構造体の前記補強材に作用する最大引張応力値を算出する最大引張応力値算出手段と、
   前記最大引張応力値算出手段で得られた前記最大引張応力値が、前記補強材仕様情報として入力された前記補強材の引張強度を超えないとする第２条件から、前記仕様パラメータの前記下限値又は前記上限値の他方を算出する第２限界値算出手段と、
   前記第１及び第２限界値算出手段で得られた前記下限値と前記上限値とを提示する仕様パラメータ範囲提示手段と、
   を備え、
   前記仕様パラメータは、前記改良土層のヤング率（Ｅｃ）と前記補強材のヤング率（Ｅｇ）との比を表すパラメータであることを特徴とする設計支援システム。
3. 前記勾配算出手段は、
   前記原地盤に前記想定段差量分の段差が発生したときに段差部を跨いで延びる前記道路補強構造体の変形挙動を、
   前記段差部に相当する一方の固定支点と、低くなった側の原地盤上の一箇所に相当する他方の固定支点と、で両端支持されると共に、上方に存在する道路構成層の重量と自重量とを合わせた重量に対応する等分布荷重を受ける両持ち梁の変形挙動としてモデル化し、
   前記想定段差量を前記両持ち梁のスパンで除した値を前記平均勾配値として算出することを特徴とする請求項２に記載の設計支援システム。
4. 前記最大引張応力値算出手段は、
   前記原地盤に前記想定段差量分の段差が発生したときに段差部を跨いで延びる前記道路補強構造体の変形挙動を、
   前記段差部に相当する一方の固定支点と、低くなった側の原地盤上の一箇所に相当する他方の固定支点と、で両端支持されると共に、上方に存在する道路構成層の重量と自重量とを合わせた重量に対応する等分布荷重を受ける両持ち梁の変形挙動としてモデル化し、
   前記両持ち梁に生じる最大引張応力の値を、前記補強材に作用する最大引張応力値として算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の設計支援システム。
5. 道路の路面の下に埋設され、圧縮力に抵抗する改良土層と当該改良土層の上面及び下面に設けられ引張力に抵抗するシート状の補強材とを有し、下方の原地盤に段差が発生したときに前記路面に発生する段差を緩和するための道路補強構造体であって、
   前記改良土層のヤング率（Ｅｃ）に対する前記補強材のヤング率（Ｅｇ）の比（Ｅｇ／Ｅｃ）が、
   前記原地盤の段差に起因して変形し傾斜したときの平均勾配が所定の限界勾配を超えないとする第１条件に対応する下限値よりも大きく、
   前記原地盤の段差に起因して変形したときに前記補強材に作用する引張応力により前記補強材が破壊されないとする第２条件に対応する上限値よりも小さいことを特徴とする道路補強構造体。

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