設計計算部

平成29年の道路橋示方書改定は、昭和47年に道路橋示方書が制定されて以来、最も大きなものとなっています。この中で、橋脚の設計に関連する主な項目としては、以下が挙げられます。
1.部分係数の導入
2.耐荷性能に関する部材の設計（限界状態に応じた照査項目）
3.耐久性能に関する部材の設計（内部鋼材の防食、部材の疲労）
この中で1の改定に伴い、従来の割増係数を考慮した許容応力度は廃止され、応力度の制限値として新たに規定されました。また、2の改定により、基本的な照査方法が応力度による照査から断面力の制限値による照査へと変更されています。

（1）永続/変動作用支配状況

はり、柱、フーチング部材について、耐荷性能および耐久性能の照査を行います。
はりがコーベルの条件を満たす場合は、コーベルとしての耐荷機構を考慮した照査を行います。
安定計算については、耐荷性能および基礎の変位の制限について照査を行います。
※直接基礎以外の安定計算は、連動する基礎製品側で行います。

考慮可能な荷重	安定計算	はりの設計	柱の設計	フーチングの設計
躯体自重	○	○	○	○
地震時慣性力	○	○(橋軸方向)	○
躯体浮力	○		○	○
土砂自重	○			○
土砂慣性力	○
土砂浮力	○			○
風荷重	○		○
流水圧	○		○
地震時動水圧	○		○
過載荷重	○			○
上部工反力	○	○	○
地盤反力/杭反力				○
任意荷重	○	○	○	○(鉛直力)

耐荷性能(部材)	限界状態	はりの設計	柱の設計	フーチングの設計
曲げモーメント・軸力	1	○	○	○
	3	○	○	○
せん断力	1	○	○	○
	3	○	○	○
ねじりモーメント	1		○
	3		○
端接合部曲げモーメント	1	○
	3	○

耐荷性能(部材)	限界状態	はりの設計	柱の設計	フーチングの設計
曲げモーメント・軸力	腐食	○	○	○
	疲労	○	○	○
せん断力	腐食	3と同じ	3と同じ	3と同じ
	疲労	○	○	○
ねじりモーメント	腐食		○
	疲労		○
端接合部曲げモーメント	腐食	○
	疲労	○

安定計算(直接基礎)	基礎の変位の制限	耐荷性能
		限界状態1	限界状態3
鉛直荷重	○	○	1と同じ
水平力	○	3と同じ	○
転倒モーメント	○	○	1と同じ

（2）偶発作用支配状況(レベル2地震動)

はり、柱、フーチング部材(直接基礎)について、耐荷性能の照査を行います。
はりがコーベルの条件を満たす場合は、コーベルとしての耐荷機構を考慮した照査を行います。
安定計算については、耐荷性能について照査を行います。
※杭基礎・深礎基礎の安定計算及びフーチング部材の照査は、連動する基礎製品側で行います。

考慮可能な荷重	安定計算	はりの設計	柱の設計	フーチングの設計
躯体自重	○	○	○	○
地震時慣性力	○	○(橋軸方向)	○
躯体浮力	○		○	○
土砂自重	○			○
土砂慣性力	○
土砂浮力	○			○
風荷重	○		○
流水圧	○		○
地震時動水圧	○		○
過載荷重	○			○
上部工反力	○	○	○
地盤反力/杭反力				○
任意荷重	○(死荷重)	○	○(死荷重)	○(鉛直力)

耐荷性能(部材)	限界状態	はりの設計	柱の設計	フーチングの設計
曲げモーメント・軸力	1	○	○	○
	2		○(耐荷性能2)
	3	○	○(耐荷性能1)	○
せん断力	1	3と同じ	3と同じ	3と同じ
	2		3と同じ
	3	○	○	○
端接合部曲げモーメント	1	○(選択)
	3	○

（3）落橋防止作動時の荷重状態に対する照査

• 直接基礎について、⑩D+EQ(レベル1地震時相当)の方法を準用した安定計算を行うことができます。
• 柱部材において、塑性化を考慮できる部材として、H29道示Ⅴ8.4に準じた照査を行うことができます。
• フーチング部材において、⑪D+EQ(レベル2地震時相当)と同様に、耐力の照査を行うことができます。
  ※杭基礎時は、連動する杭基礎プログラム側で耐力の照査を行うことができます

（4）その他の特殊条件

• 直接基礎および深礎基礎製品連動時は、フーチング下面に段差のある形状を設定することが可能です。
  地表面に傾斜を設けることが可能です。

（5）付属設計

• 橋座の設計（橋座部の耐力照査、支圧応力度の照査）を行うことが可能です。

偶発作用（レベル2地震動）が支配的な状況における、耐荷性能に関する柱部材の設計では、従来より用いられてきた地震時保有水平耐力法が元となっていますが、部分係数の導入に加え、照査内容が一部変更されています。

【H24道示】

地震時慣性力≦地震時保有水平耐力

Pa≧0.4・C2z・W（動的解析を行う場合）

【H29道示】

水平変位≦水平変位の制限値（耐荷性能）

せん断力≦せん断力の制限値（耐荷性能）

Pa≧0.4・C2z・W（構造細目）

※従来は動的解析を行う場合に別途必要とされてきた最低限の耐力を確保するための照査が、構造細目として規定。

▲曲げ破壊型の耐荷性能

▲永続／変動／偶発（衝突）画面

▲偶発（レベル2地震動）画面

柱設計時のレベル2地震時動水圧

検討方向ごとに地震時動水圧を考慮でき、非線形動的解析モデルエクスポート時には、下図のように地震時動水圧作用区間への節点質量としてモデル化します。
※動的解析については、「Engineer’s Studio®」をご利用下さい。

当社の非線形動的解析プログラム「Engineer's Studio®」へのデータエクスポートに対応しています。橋脚の3次元形状や柱の配筋状態を忠実に再現したモデルを自動的に生成し、非線形動的解析を強力にサポートします。また、震度連携機能と併用することで全体系のモデルも容易に作成可能です。

▲Engineer's Studio®画面

▲Engineer's Studio®照査用詳細入力画面

部分係数設計-橋脚変位照査

H29道路橋示方書V耐震設計編の変位による照査を行います。

部分係数設計-橋脚残留変位照査

部分係数設計-橋脚残留変位照査
H29道路橋示方書Ⅴ耐震設計編および、「海洋架橋・橋梁調査会 既設橋梁の耐震補強工法事例集 H17.4」、「前原康夫 鉄筋コンクリート橋脚の設計例とチェックポイント」を参考にした残留変位の照査を行います。
現在は、下記の条件で生成されたモデルをエクスポートします。

・基本モデル：Takeda(M-φ)

・M-φモデル：バイリニア

・Myの算出方法：My=Mls

「落橋防止システムの設計・3D配筋（部分係数法・H29道示対応）」（以下、落橋防止製品）との連携機能として、下記のデータ取込みが可能です。

• 落橋防止装置の3Dモデル
• 落橋防止装置の死荷重（コンクリート部）
• 落橋防止製品の計算書

（1）については、落橋防止製品で設定した各装置を本製品の3Dモデルへ取込みます。下図は、壁式橋脚に鋼製ブラケットによる縁端拡幅部を取込んだ場合の例で、BIM/CIMにおける3Dモデルの詳細度を向上させることができます。

▲3Dモデル連携

（2）については、落橋防止壁や縁端拡幅部等の自重をその他死荷重として取込みます。その他死荷重は、偏心モーメントや地震時慣性力を自動的に考慮するため、より実状に近いモデルの作成が可能です。

▲その他死荷重

（3）については、本製品の計算書に落橋防止製品で作成済の計算書を統合します。既に対応済である「基礎の設計・3D配筋（部分係数法・H29道示対応）」や「震度算出（支承設計）（部分係数法・H29道示対応）」との計算書統合機能と併用することで、作業効率の更なる向上が可能となります。
※各データ取込には、落橋防止製品のVer.1.1.0以降が必要です。

製品メイン画面において、3Dモデル上でも形状寸法が確認できる3Dアノテーションに対応しました。これまで2D図のみの寸法表示だったため、1方向からのみの寸法しか確認できませんでしたが、3Dアノテーションに対応することにより、3Dモデルにおいて、躯体の寸法を一目で確認することが可能となります。また、3D図左上の視点変更ボタンを選択していただくことで、各方向からの寸法を確認することができます。

▲ 3Dアノテーション表示

>>「REED工法」技術紹介（前田建設工業株式会社）

ストライプHのモデル化

REED工法では、主鋼材となるストライプHを断面積の等価な3本の鉄筋に置き換えて計算します。このとき、検討方向と配置する方向に応じて、下記のようにモデル化します。

（1）強軸使用、弱軸使用：検討方向に対して強軸または弱軸となる場合は、次のように分割します。

▲強軸使用	▲弱軸使用

（2）強軸平行、弱軸平行（円弧部、面取り部のみ）：橋軸平行、弱軸平行の場合は、配置されるストライプHの角度に合わせて上記でモデル化した換算鉄筋を回転配置します。

▲強軸平行

ストライプHの引張応力度

耐久性能の照査に用いる引張応力度の算定位置は、換算鉄筋の最引張縁の位置とします。
引張応力度の制限値は「基準値｜計算用設定」画面の「ストライプH」で設定されている値を用います。

降伏曲げモーメントの特性値
引張側のストライプHの図心位置における換算鉄筋のひずみが降伏ひずみに達するときとします。
但し、上記より先に圧縮縁のコンクリートに生じる応力度が設計基準強度の2/3に達する場合は、そのときの曲げモーメントとします。

保有水平耐力
(1)塑性ヒンジ長
塑性ヒンジ長の算定に用いる軸方向鉄筋径φ'は、次式により求めます。
なお、同一かぶりに強軸と弱軸が混在する場合は、弱軸扱いとした断面二次モーメントを用います。

ここに、 φ' ： 道示V8.5で塑性ヒンジ長の算出に用いる軸方向鉄筋径(mm) φeq ： 等価鉄筋径(mm) (ただしφeq≦100) ISH ： ストライプHの断面二次モーメント(mm4)

(2)ストライプHの限界状態に相当する軸方向鉄筋の引張ひずみ
ストライプHの限界状態に相当する軸方向鉄筋の引張ひずみの算定に用いる軸方向鉄筋径φは、次式により求めます。
なお、同一かぶりに強軸と弱軸が混在する場合は、弱軸扱いとした断面二次モーメントを用います。

ここに、 φ' ： 道示V8.5で限界状態に相当する軸方向鉄筋の引張ひずみの算出に用いる軸方向鉄筋径(mm) φeq ： 等価鉄筋径(mm) (ただしφeq≦100) ISH ： ストライプHの断面二次モーメント(mm4)

(3)初降伏限界
引張側のストライプHの図心位置における換算鉄筋のひずみが降伏ひずみに達するときとします。

(4)限界状態2、限界状態3
下記の何れか先に生じる（曲率の小さい）方とする。
1)引張限界
　引張側のストライプHの図心位置における換算鉄筋のひずみが限界状態に相当する軸方向鉄筋の引張ひずみに達するときとします。
2)圧縮限界
　圧縮側の帯鉄筋位置におけるコンクリートのひずみがコンクリートの圧縮限界ひずみに達するときとします。

• 橋脚の配筋図、一般図の図面作成が可能。
• はり形状は、平面形状（矩形、8角形、小判、張り出し）、縦断面形状（矩形、しぼり、掛け違い）、正面形状（上下勾配の組合せ、ハンマー型）」に対応。
• はり天端に支承アンカーボルト穴を設け、主鉄筋・スターラップの「穴よけ処理」に対応。
• 柱形状は、断面形状（円形、小判形、矩形、矩形面取り）、正面形状（テーパー有無）に対応。
• フーチング形状は、上面形状（４方向テーパー有無）、下面形状（段差有無）に対応。
• フーチング下面には、杭配置が可能で、杭結合方法が「A 法」の場合、「底版鉄筋の箱抜き処理」に対応。
• 土木構造物設計ガイドライン 平成 11年 11月に対応。
• 橋梁下部構造の配筋に関する参考資料（案） 平成 15 年に対応。
• 土木学会「土木製図基準 平成 15 年小改訂版」に対応。
• CAD データ交換標準 SXF Ver2.0 および Ver3.0、Ver3.1 形式のファイル出力に対応。

▲はり配筋図

▲フーチング配筋図

▲矩形柱配筋図

▲小判柱配筋図

• 3D配筋シミュレーション機能（3D 配筋自動生成、表示機能）、および、3Dモデル（IFC、ALLPLAN、DWG、DXF、3DS）出力に対応。
• 3Dアノテーション（3D躯体寸法線、躯体・鉄筋属性の表示）に対応。
• 「3D 配筋 CAD」と連動した場合、「3D 配筋 CAD」上で干渉チェックが可能。
  他の鉄筋と衝突している、または、所定の間隔を満たしていない鉄筋を検出してリストに一覧表示が可能。

▲3D配筋生成画面

▲3D配筋生成画面（橋脚＋杭基礎）

▲3D配筋干渉チェック画面（杭頭補強部）

予め用意してあるテンプレートを用いて、設計条件、計算結果等を反映した設計調書の出力に対応しています。 現在は下記の書式をご用意しています。

• 下部工設計調書 橋脚躯体（永続/変動/偶発(衝突)）
• 下部工設計調書 橋脚躯体（偶発(レベル 2 地震動)）
• 下部工設計調書 はり
• 下部工設計調書 フーチング
• 基礎工設計調書 直接基礎

※設計調書の出力は、当製品と別に「調表出力ライブラリ Ver.2」をインストールする必要があります（本プログラムのみでは動作いたしません）。

▲テンプレート一覧

▲橋脚躯体 (偶発(レベル2地震動)