柔構造樋門の設計では、「河川構造物の耐震性能照査指針(案)・同解説平成19年3月」に準拠した耐震性能の照査に適用しています。この解説書には本体縦方向に関する詳細な耐震性能の照査方法が記載されておらず、本製品の本体縦方向の設計に関しては設計方法が記載している「計算事例-09」を用いていますが、この計算事例を確認すると地震時地盤変位の載荷方法は地盤の上限値(鉛直荷重は鉛直土圧、水平荷重は最大周面摩擦力、受働土圧)を設けることが記載されている為に荷重として載荷すると解釈しました。

■図1　柔構造樋門3D図

しかし、耐震性能のモデル化方法が函体を梁部材として函体には地盤バネとしてモデル化する為、強制変位で載荷したいとお客様よりご要望としてお受けし本製品では地盤変位の載荷方法の取り扱いに「荷重」と「強制変位」の計算スイッチを設けています。この計算スイッチは下図を確認するとご理解頂くことができますが、解析する際には「強制変位」の方が「荷重」と比較すると収束しやすい(発散しにくい)ことが解ります。

■図2　地震時地盤変位の載荷方法計算スイッチ

本来、地盤バネのバイリニア曲線は、第1勾配曲線内で決定されることが好ましいと考えておりますが、第1勾配を超えて第2勾配区間で決定された場合には、発散して計算が正常に終了しないか、または非常に大きな変位量を算出致します。

この原因は、地盤バネの第2勾配によるものであり、この第2勾配は「道路橋示方書・同解説 �X耐震設計編」P337に記載している「完全弾塑性型のモデルにおいては、二次剛性K2は本来零であるが、数値解析上発散してしまうので、一次剛性に対する二次剛性の剛性比γ2（K2/K1）として10^-5程度の小さな値を与えておくのがよい」を参考にしています。しかし、上記の値は橋脚等に用いる値ですので、地中構造物(土が抵抗している)にこのまま設定してよいかの疑問が浮かんでくると考えられますが、本製品においては「地盤バネの一次剛性に対する二次剛性の剛性比」としてこの第2勾配の設定も可能としています。

■図3　地盤バネの一次剛性に対する二次剛性の剛性比 入力

■図4　地盤バネ状態図

「荷重」指定時の変位図

■図5　荷重設定変位図

「強制変位」指定時の変位図

■図6　強制変位設定変位図

※今回ご紹介した内容は、基準書及び設計書等に記載された内容でない為に最終的には設計者ご自身でご判断頂きたいと存じます。また今回ご紹介した「計算事例-09」は、現在でもインターネット等から取得することができず、「河川構造物の耐震性能照査指針・解説平成24年2月」発行後においても詳細な設計事例が発刊・発行されていないことをお伝え致します。