JP6883509B2 - Structure damage judgment method and structure reinforcement method selection method - Google Patents
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Description
本発明は、構造物の被害判定方法及び構造物の補強工法選定方法に関する。より具体的には、津波や河川の増水による橋梁の被害判定に関するもの、橋梁の新規設計時に被害予想するための判定方法に関するもの及び橋梁の補強設計に関し、どの補強工法を選択するかを決定する選定方法に関する。 The present invention relates to a method for determining damage to a structure and a method for selecting a method for reinforcing a structure. More specifically, it is decided which reinforcement method to select regarding the damage judgment of the bridge due to the tsunami or the flooding of the river, the judgment method for predicting the damage at the time of new design of the bridge, and the reinforcement design of the bridge. Regarding the selection method.
従来、流体によって構造物に対して発生する流体力を算出する手法としてモリソン式等を用いて評価する判定方法が知られている(特許文献1)。ここで、モリソン式とは、構造物が流体から受ける水平流体力を算出する方法であって、次式を用いて算出される。 Conventionally, as a method for calculating the fluid force generated for a structure by a fluid, a determination method for evaluation using a Morrison equation or the like is known (Patent Document 1). Here, the Morrison equation is a method of calculating the horizontal fluid force that the structure receives from the fluid, and is calculated using the following equation.
また、モリソン式などを用いて得られた水平流体力を構造物である橋梁の橋桁、橋脚及び支承部等が受けた場合のこれらの構造物の破壊耐力の算定方法が知られている。さらに、地震や津波による被害を防止するための橋梁の落橋防止工法や耐震・津波補強工法が知られている(特許文献2及び3)。 Further, there is known a method for calculating the breaking strength of these structures when the horizontal fluid force obtained by using the Morrison method or the like is received by the bridge girders, piers, bearings, etc. of the bridges which are the structures. Further, bridge collapse prevention methods and seismic / tsunami reinforcement methods for preventing damage caused by earthquakes and tsunamis are known (Patent Documents 2 and 3).
しかしながら、モリソン式による判定方法では、桁高が高く、橋桁の上下流で水位差が生じる場合に橋梁が受ける水平力が過小に評価されており、判定精度が低く適切な評価が困難であった。また、橋桁、橋脚及び支承部等における部位ごとの被害判定方法については、個別に評価することが可能であったが、橋梁全体で橋桁の流出や橋脚の破壊などを適切に評価する判定方法は知られていない。 However, in the Morrison method, the horizontal force received by the bridge when the girder height is high and the water level difference occurs upstream and downstream of the bridge girder is underestimated, and the judgment accuracy is low and appropriate evaluation is difficult. .. In addition, it was possible to evaluate the damage judgment method for each part of the bridge girder, pier, bearing, etc. individually, but the judgment method that appropriately evaluates the outflow of the bridge girder and the destruction of the pier for the entire bridge is unknown.
さらに、地震や津波による橋桁の流出や橋脚の破壊に対して橋桁の流出を防止する橋桁流出補強工法や橋脚を補強する橋脚補強工法は知られているが、橋梁に津波が来襲した場合に想定される増水量や流速に応じて、いずれの補強工法を適用すべきであるか評価することができる方法は知られていなかった。 Furthermore, there are known bridge girder outflow reinforcement methods that prevent the outflow of bridge girders and bridge pier destruction due to earthquakes and tsunamis, and pier reinforcement methods that reinforce piers. There was no known method that could evaluate which reinforcement method should be applied according to the amount of water increase and the flow velocity.
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、津波や河川の大雨などによる増水に対する橋梁の被害軽減や、早期復旧を実現するために、事前に被害の有無や損傷部位を特定するといった、被害判定を実施可能な被害判定方法及び、既設の橋梁などの構造物に対し、優先的に対策すべき構造物の選定や橋桁流出補強工法及び橋脚補強工法を適切に選定することができる補強工法選定方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and in order to reduce damage to bridges due to flooding caused by tsunamis and heavy rains in rivers, and to realize early restoration, the presence or absence of damage and damaged parts are specified in advance. It is possible to appropriately select a damage judgment method that can perform damage judgment, a structure that should be prioritized for existing structures such as bridges, a bridge girder outflow reinforcement method, and a pier reinforcement method. The purpose is to provide a method for selecting a reinforcement method.
上記課題を解決するための本発明にかかる構造物の被害判定方法は、想定水位及び想定流速を決定する工程と、前記想定水位及び前記想定流速を用いて、構造物に対して作用する水平流体力及び鉛直流体力を求める工程と、前記鉛直流体力を用いて、前記構造物の支承・落橋防止の破壊耐力を求める工程と、前記構造物の橋脚の破壊耐力を求める工程と、前記水平流体力と前記支承・落橋防止の破壊耐力を比較する工程と、前記水平流体力と前記橋脚の破壊耐力を比較する工程と、を備えることを特徴とする。 The method for determining damage to a structure according to the present invention for solving the above problems is a step of determining an assumed water level and an assumed flow velocity, and a horizontal flow acting on the structure using the assumed water level and the assumed flow velocity. The step of obtaining the physical strength and the lead DC physical strength, the step of obtaining the breaking resistance of the structure to support and prevent the bridge from falling, the step of obtaining the breaking resistance of the pier of the structure, and the horizontal flow. It is characterized by including a step of comparing physical strength and the breaking resistance of the support / bridge fall prevention, and a step of comparing the horizontal fluid force and the breaking strength of the pier.
また、本発明に係る構造物の補強工法選定方法は、想定水位及び想定流速を決定する工程と、前記想定水位及び前記想定流速を用いて、構造物に対して作用する水平流体力及び鉛直流体力を求める工程と、前記鉛直流体力を用いて、前記構造物の支承・落橋防止の破壊耐力を求める工程と、前記構造物の橋脚の破壊耐力を求める工程と、前記水平流体力と前記支承・落橋防止の破壊耐力又は前記橋脚の破壊耐力とを比較して構造物の補強工法を選択する工程とを備えることを特徴とする。 Further, in the method for selecting a reinforcement method for a structure according to the present invention, a step of determining an assumed water level and an assumed flow velocity, and a horizontal fluid force acting on the structure and a lead DC using the assumed water level and the assumed flow velocity are used. The step of obtaining the physical strength, the step of obtaining the breaking resistance of the structure to support and prevent the bridge from falling using the lead DC physical strength, the step of obtaining the breaking strength of the pier of the structure, the horizontal fluid force and the support. of-girder prevent breakdown strength or by comparing the breaking strength of the previous SL pier, characterized in that it comprises the step of selecting the reinforcing method of the structure.
また、本発明に係る構造物の補強工法選定方法において、前記水平流体力が前記支承・落橋防止の破壊耐力よりも大きい場合に、橋桁流出補強工法を選択すると好適である。 Further, in the method for selecting the reinforcement method for the structure according to the present invention, it is preferable to select the bridge girder outflow reinforcement method when the horizontal fluid force is larger than the fracture strength for preventing the bearing / collapse.
また、本発明に係る構造物の補強工法選定方法において、前記水平流体力が前記橋脚の破壊耐力よりも大きい場合に、橋脚補強工法を選択すると好適である。 Further, in the reinforcing method selecting method of a structure according to the present invention, when the horizontal fluid force is greater than the breakdown strength of the previous SL pier, it is preferable to select a pier reinforcement method.
本発明に係る構造物の被害判定方法によれば、鉛直流体力を用いて、構造物の支承・落橋防止の破壊耐力を求め、構造物の橋脚の破壊耐力を求める工程を備えているので、鉛直方向の流体力である揚力、浮力及びダウンフォースを加味した抵抗力算定を行うことができ、従来のモリソン式を用いた判定方法では適切な評価が難しかった桁高が高い橋桁を有する橋梁についても適切な被害判定を行うことが可能となる。 According to the method for determining damage to a structure according to the present invention, there is a step of obtaining the breaking strength of the bridge pier of the structure by using the vertical DC physical strength to obtain the breaking strength of supporting the structure and preventing the bridge from falling. It is possible to calculate the yield strength by adding the lift, buoyancy and down force, which are the fluid forces in the vertical direction, and it is difficult to make an appropriate evaluation by the judgment method using the conventional Morrison method. It is possible to make an appropriate damage judgment.
また、本発明に係る構造物の補強工法選定方法によれば、想定される水位や流速に対して構造物がどのような補強工法を必要とするか精度よく被害判定を行うことができるので、この判定結果に基づいて適切な工法を選定することが可能となる。 Further, according to the method for selecting a reinforcement method for a structure according to the present invention, it is possible to accurately determine what kind of reinforcement method the structure requires for the assumed water level and flow velocity. It is possible to select an appropriate construction method based on this determination result.
以下に、本願発明の実施形態にかかる構造物の被害判定方法及び補強工法選定方法について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the method for determining damage to the structure and the method for selecting the reinforcing method according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、橋梁に加わる流体力を説明するための図であり、図2は、本実施形態に係る構造物の被害判定方法及び補強工法選定方法のフロー図であり、図3は、橋梁の橋桁の流出を説明するための図であり、図4は、橋梁の橋脚の破壊を説明するための図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining a fluid force applied to a bridge, FIG. 2 is a flow diagram of a method for determining damage to a structure and a method for selecting a reinforcement method according to the present embodiment, and FIG. 3 is a flow diagram of a bridge. It is a figure for demonstrating the outflow of a bridge girder, and FIG. 4 is a figure for demonstrating the destruction of a pier of a bridge.
図1に示すように、本実施形態にかかる構造物の被害判定方法及び構造物の補強工法選定方法は、例えば、構造物としての橋梁10に津波が来襲した場合を想定して、該津波による被害を想定し、その想定される被害に応じた補強工法を選定するものである。
As shown in FIG. 1, the method for determining damage to a structure and the method for selecting a reinforcement method for a structure according to the present embodiment are based on, for example, assuming that a tsunami hits a
橋梁10は、下部工としての橋脚11と、上部工としての橋桁12とを有しており、橋桁12は、橋脚11の上部に載置された支承部14を介して橋脚11に載置された構成となっている。また、橋脚11と橋桁12とは、落橋防止装置13によって連結固定されている。この落橋防止装置13は、従来周知の種々の構成が採用される。
The
ここで、本実施形態に係る構造物の被害判定方法は、図2に示すように、想定水位H0及び想定流速V0を決定する工程(S101)と、想定水位H0及び想定流速V0を用いて橋梁10に対して作用する水平流体力Fxを求める工程(S102)と、想定水位H0及び想定流速V0を用いて橋梁10に対して作用する鉛直流体力Fzを求める工程(S103)と、鉛直流体力Fzを用いて橋梁10の支承・落橋防止の破壊耐力R桁を算出する工程(S104)と橋梁10の橋脚11の破壊耐力R柱を算出する工程(S105)と、水平流体力Fxと支承・落橋防止の破壊耐力R桁を比較する工程(S106)と、水平流体力Fxと橋脚11の破壊耐力R柱を比較する工程(S107)とを備えている。
Here, the damage determination method of a structure according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the step of determining an assumed water level H 0 and assuming a flow rate V 0 (S101), assuming the water level H 0 and assuming flow velocity V 0 (S102) to obtain the horizontal fluid force F x acting on the
想定水位H0及び想定流速V0を決定する工程(S101)では、被害判定を行う対象である橋梁10の周辺環境や地震や大雨などの要因によってどの程度の増水が生じるのか、その際の流速はどの程度であるのか、を決定する。
In the step (S101) of determining the assumed water level H 0 and the assumed flow velocity V 0 , how much water increase occurs due to factors such as the surrounding environment of the
想定水位H0及び想定流速V0を用いて橋梁10に対して作用する水平流体力Fxを求める工程(S102)では、桁高が高い場合も含めて、橋梁10の形状に基づいて水平方向に働く水平流体力Fxを算出する。この算出方法については、水平方向の流体力を算出することができれば、どのような算出方法を採用しても構わないが、桁高を考慮すると、以下の数式を用いて算出されると好適である。
In the step (S102) of obtaining the horizontal fluid force F x acting on the
想定水位H0及び想定流速V0を用いて橋梁10に対して作用する鉛直流体力Fzを求める工程(S103)は、桁高が高い場合も含めて、橋梁10の形状に基づいて鉛直方向に働く鉛直流体力Fzを算出する。この算出方法については、鉛直方向の流体力を算出することができれば、どのような算出方法を採用しても構わないが、桁高を考慮すると、以下の数式を用いて算出されると好適である。
The step (S103) of obtaining the vertical DC physical force F z acting on the
鉛直流体力Fzを用いて橋梁10の支承・落橋防止の破壊耐力R桁を算出する工程(S104)は、既に算出した鉛直流体力Fzを用いて橋梁10の支承・落橋防止の破壊耐力R桁を算出する。ここで、橋梁10の支承・落橋防止の破壊耐力R桁とは、橋梁10が流体力を受けた場合に、橋梁10から橋桁12が流出しない流体力の最大値をいい、橋桁12の流出とは、図3に示すように橋梁10が流体力を受けた場合に、橋脚11は破損に至らないが、橋桁12と橋脚11を連結している落橋防止装置13が破損して支承部14から橋桁12が脱落することをいう。この支承・落橋防止の破壊耐力R桁の算出方法については、橋梁10の支承・落橋防止の破壊耐力を算出することができれば、どのような算出方法を採用しても構わないが、以下の式を用いて支承摩擦抵抗を算出し、当該支承摩擦抵抗を支承・落橋防止の破壊耐力とみなして算出すると好適である。
Calculating a fracture strength R digits of the bearing-girder prevention of
橋梁10の橋脚11の破壊耐力R柱を算出する工程(S105)は、橋梁10が流体力を受けた場合に橋脚11が破損しない流体力の最大値をいい、橋脚11の破損とは、図4に示すように、橋桁12の流出には至らないが、橋脚11が破損することをいう。この破壊耐力の算出方法については、橋脚11の破壊耐力を算出することができれば、どのような算出方法を採用しても構わないが、以下の式を用いて橋脚11が受ける曲げ・せん断耐力を算出し、当該曲げ・せん断耐力を破壊耐力とみなして算出すると好適である。
The step (S105) of calculating the breaking strength R column of the
水平流体力Fxと支承・落橋防止の破壊耐力R桁を比較する工程(S106)は、想定水位H0及び想定流速V0を用いて橋梁10に対して作用する水平流体力Fxを求める工程(S102)と、鉛直流体力Fzを用いて橋梁10の支承・落橋防止の破壊耐力R桁を算出する工程(S104)とでそれぞれ算出した水平流体力Fxと支承・落橋防止の破壊耐力R桁とを比較する。ここで、水平流体力Fxが支承・落橋防止の破壊耐力R桁よりも小さい場合には、橋桁12の流出が起こらないため、次の工程である水平流体力Fxと橋脚11の破壊耐力R柱を比較する工程(S107)を実行する。また、水平流体力Fxが支承・落橋防止の破壊耐力R桁よりも大きい場合には、津波や大雨増水によって、想定水位H0及び想定流速V0による流体力を橋梁10が受けると橋桁12が橋脚11から流出するという被害判定を行うことができる。
In the step (S106) of comparing the horizontal fluid force F x with the breaking strength R girder for bearing / collapse prevention, the horizontal fluid force F x acting on the
また、この場合、橋桁流出補強工法が必要であると選択することができるので、適切な構造物の補強工法を選定することができる。この場合、どのような橋桁流出補強工法を適用するかは、種々の橋桁流出補強工法を採用することができる。 Further, in this case, since it can be selected that the bridge girder outflow reinforcement method is necessary, an appropriate structure reinforcement method can be selected. In this case, various bridge girder outflow reinforcement methods can be adopted as to what kind of bridge girder outflow reinforcement method is applied.
水平流体力Fxと橋脚11の破壊耐力R柱を比較する工程(S107)は、想定水位H0及び想定流速V0を用いて橋梁10に対して作用する水平流体力Fxを求める工程(S102)と、橋梁10の橋脚11の破壊耐力R柱を算出する工程(S105)とでそれぞれ算出した水平流体力Fxと橋脚11の破壊耐力R柱とを比較する。ここで、水平流体力Fxが橋脚11の破壊耐力よりも小さい場合には、橋脚11の破損が起こらないため、想定水位H0及び想定流速V0による津波や大雨増水は発生した場合でも、橋梁の破壊は起こらず、橋梁10の補強は必要ないと判定することができる。
The step of comparing the horizontal fluid force F x and the breaking strength R column of the pier 11 (S107) is a step of obtaining the horizontal fluid force F x acting on the
また、水平流体力Fxが橋脚11の破壊耐力R柱よりも大きい場合には、津波や大雨増水によって、想定水位H0及び想定流速V0による流体力を橋梁10が受けると橋脚11が破損するという被害判定を行うことができる。
Further, when the horizontal fluid force F x is larger than the fracture strength R column of the
また、この場合、橋脚補強工法が必要であると選択することができるので、適切な構造物の補強工法を選定することができる。この場合、どのような橋脚補強工法を適用するかは、種々の橋脚補強工法を採用することができる。 Further, in this case, since it can be selected that the pier reinforcement method is necessary, an appropriate structure reinforcement method can be selected. In this case, various pier reinforcement methods can be adopted as to what kind of pier reinforcement method is applied.
このように、本実施形態に係る構造物の被害判定方法及び構造物の補強工法選定方法によれば、鉛直流体力を用いて、構造物の支承・落橋防止の破壊耐力を求め、構造物の橋脚の破壊耐力を求める工程を備えているので、鉛直方向の流体力である揚力、浮力及びダウンフォースを加味した抵抗力算定を行うことができ、従来のモリソン式を用いた判定方法では適切な評価が難しかった桁高が高い橋桁を有する橋梁についても適切な被害判定を行うことが可能となり、想定される水位や流速に対して構造物がどのような補強工法を必要とするか精度よく被害判定を行うことができるので、この判定結果に基づいて適切な工法を選定することが可能となる。 As described above, according to the method for determining damage to a structure and the method for selecting a reinforcement method for a structure according to the present embodiment, the vertical DC physical strength is used to obtain the breaking resistance for bearing the structure and preventing the bridge from falling, and the structure is used. Since it is equipped with a process to determine the breaking resistance of the bridge pier, it is possible to calculate the resistance force in consideration of the lifting force, buoyancy force and down force, which are the fluid forces in the vertical direction, and the judgment method using the conventional Morrison method is appropriate. It is possible to make an appropriate damage judgment even for bridges with bridge girders with high girder height, which was difficult to evaluate, and it is possible to accurately damage what kind of reinforcement method the structure requires for the assumed water level and flow velocity. Since the determination can be made, it is possible to select an appropriate construction method based on the determination result.
なお、本実施形態に係る構造物の被害判定方法及び構造物の補強工法選定方法は、上記式2〜5を用いて水平流体力、鉛直流体力、支承・落橋防止の破壊耐力及び橋脚の破壊耐力を算出した場合について説明を行ったが、具体的な算出方法は、これらの数式に限定されず、種々の算出方法が適用可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 The method for determining damage to the structure and the method for selecting the reinforcement method for the structure according to the present embodiment are the horizontal fluid force, the vertical DC physical strength, the proof stress for supporting / collapse prevention, and the pier destruction using the above formulas 2-5. Although the case where the proof stress is calculated has been described, the specific calculation method is not limited to these mathematical formulas, and various calculation methods can be applied. It is clear from the description of the claims that the form with such changes or improvements may be included in the technical scope of the present invention.
10 橋梁, 11 橋脚, 12 橋桁, 13 落橋防止装置, 14 支承部。 10 bridges, 11 piers, 12 bridge girders, 13 collapse prevention devices, 14 bearings.
Claims (4)
前記想定水位及び前記想定流速を用いて、構造物に対して作用する水平流体力及び鉛直流体力を求める工程と、
前記鉛直流体力を用いて、前記構造物の支承・落橋防止の破壊耐力を求める工程と、
前記構造物の橋脚の破壊耐力を求める工程と、
前記水平流体力と前記支承・落橋防止の破壊耐力を比較する工程と、
前記水平流体力と前記橋脚の破壊耐力を比較する工程と、
を備えることを特徴とする構造物の被害判定方法。 The process of determining the assumed water level and the assumed flow velocity,
A step of obtaining the horizontal fluid force and the vertical DC physical strength acting on the structure using the assumed water level and the assumed flow velocity.
The process of obtaining the destructive strength of the structure to prevent bearings and bridge collapse using the vertical DC physical strength, and
The process of determining the breaking strength of the pier of the structure and
The process of comparing the horizontal fluid force with the breaking strength of the bearing / bridge collapse prevention,
The process of comparing the horizontal fluid force and the breaking strength of the pier,
A method for determining damage to a structure, which comprises.
前記想定水位及び前記想定流速を用いて、構造物に対して作用する水平流体力及び鉛直流体力を求める工程と、
前記鉛直流体力を用いて、前記構造物の支承・落橋防止の破壊耐力を求める工程と、
前記構造物の橋脚の破壊耐力を求める工程と、
前記水平流体力と前記支承・落橋防止の破壊耐力又は前記橋脚の破壊耐力とを比較して構造物の補強工法を選択する工程とを備えることを特徴とする構造物の補強工法選定方法。 The process of determining the assumed water level and the assumed flow velocity,
A step of obtaining the horizontal fluid force and the vertical DC physical strength acting on the structure using the assumed water level and the assumed flow velocity.
The process of obtaining the destructive strength of the structure to prevent bearings and bridge collapse using the vertical DC physical strength, and
The process of determining the breaking strength of the pier of the structure and
A method for selecting a structure reinforcement method, which comprises a step of comparing the horizontal fluid force with the fracture strength of the bearing / bridge collapse prevention or the fracture strength of the pier to select a structure reinforcement method.
前記水平流体力が前記支承・落橋防止の破壊耐力よりも大きい場合に、橋桁流出補強工法を選択することを特徴とする構造物の補強工法選定方法。 In the method for selecting a reinforcement method for a structure according to claim 2.
A method for selecting a reinforcement method for a structure, which comprises selecting a bridge girder outflow reinforcement method when the horizontal fluid force is larger than the fracture strength of the bearing / bridge collapse prevention.
前記水平流体力が前記橋脚の破壊耐力よりも大きい場合に、橋脚補強工法を選択することを特徴とする構造物の補強工法選定方法。 In the method for selecting a reinforcement method for a structure according to claim 2.
A method for selecting a reinforcement method for a structure, which comprises selecting a pier reinforcement method when the horizontal fluid force is larger than the fracture strength of the pier.
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