お客様の挑戦
これまで、水平方向に曲がった橋がどのように地震に対応するのか、土木技術者の知見は限られていました。米連邦道路局（FHWA）が資金提供している、高速道路システムの耐震性を研究する大規模プロジェクトの一環として、ネバダ大学リノ校NEES 設備サイト（UNR-NEES）を利用して、地震条件下での曲線橋セグメントの挙動を徹底的に特徴づけることができました。この研究の目的は、大地震に耐えうる曲線橋を設計するためのガイドラインを確立することでした。
曲線橋はその不規則な形状に起因して、大規模な地震シミュレーションには独特の要件があります。強固な床下のトレンチに設置された従来の一軸試験システムでは、これらの試料を収容するための位置決めの柔軟性がありません。FHWA が UNR-NEES の研究プロジェクトに資金提供した時点では、試験ラボで曲線橋を対象とした大規模な構造地震シミュレーションが行われたことはありませんでした。
UNR-NEES は、長さ 44.1 メートル（145 フィート）、中心線の半径 24.4 メートル（80 フィート）の 3 スパン曲線橋の 2/5 スケールモデルを使って、地震の影響を調査することにしました。
「今回の試験は、これまでに行った橋梁試験の中でも最大規模のもので、高い積載量と大型で独特の形状をした試料を使用しました。」 UNR-NEES の大型構造物実験マネージャである Patrick Laplace 博士はこう述べています。「私たちにとっての大きな課題は、この規模の曲がった橋の上で発生する地震を正確にシミュレートする方法を見つけることでした。このようなスケールモデルは一度しか作ることができないので、最初からすべてが正しいものでなければなりませんでした。 」
Laplace 博士は、FHWA が曲線橋の研究に UNR-NEES を選んだ理由も知っていました。その理由は、大型で特殊な形状の試料にも対応できる、これまでにない柔軟性を持った試験設備だからです。「このプロジェクトを受注したのは、必要な負荷と運きをラボの床のどこにでも発生させることができる唯一の実験施設だったからです。
MTS のソリューション
20 年以上にわたり、UNR-NEES は MTS と密接に協力し、主に橋梁や橋梁部品を対象とした大規模な高負荷の地震試験のために複数の振動台システムを統合してきました。
現在、この施設には 3 台の 2 軸振動台があり、2009 年には 4 台目の 6DOF 振動台が追加されました。各テーブルの大きさは約 4.25 メートル（14 フィート）四方で、445 kN（50 トン）の負荷量を有し、2 台の天井クレーンを備えたハイベイラボの 780 平方メートル（8,400 平方フィート）の強固な床の上に設置されています。また、 MTS は振動台の静圧軸受を別注設計し、溝を必要とせずに隆起、ロール、ピッチ、ヨーを防ぐことができ、これらのシステムを強固な床に直接設置することが可能となりました。
振動台は、独立して、あるいは他の台と同位相に、あるいは差動的に操作することができ、試料の独特なスペース要件に対応して配置することができます。曲がった橋の地震シミュレーションには、2軸モードに設定した 6DOF の台を含め、4つの台すべてを使用しました。
「それこそが、UNR が望んでいたことです。複数の振動台をフロア上で移動させて、個別に、あるいは連動して動作させることができます」と Laplace 博士は述べています。「私の知る限り、大型の振動台をこのような配列で使用したのは、私たちの研究室が初めてです。」
この配列されたポータブルな構成により、UNR-NEES は曲線橋のスケールモデルをこれまでにない数多くの方法で試験することができました。6 種類の試験が行われ、様々な構成部材が地震の影響を受けていることが確認されました。試験内容は、従来の柱を使用した場合と使用しない場合の柱の設計、裏込めを使用した場合と使用しない場合の橋台の設計、応答修正を使用した場合と使用しない場合の免震構造、上部構造の表面にトラックを配置した場合と配置しない場合の活荷重などです。
「微動を調べることで、曲がった橋の地震試験の長年の空白を埋めることができました。」、とLaplace 博士は述べています。「例えば、地震の波がある桟橋に先にぶつかることや、ある桟橋が土の上に、ある桟橋が岩の上にあることなどをシミュレーションできるようになりました。このような臨場感は、どんなに大きな台であっても1枚の台では実現できません。」
お客様のメリット
FHWA のための UNR-NEES 地震試験は、9 ヶ月間の継続的な実験活動を経て 2012年3月に完了し、地震条件下での曲線橋の挙動に関する豊富な試験データを米国政府に提供しました。この記事を書いている時点で、FHWA は業界の設計ガイドラインを確立し、世界中の土木技術者や市民に恩恵を与えていました。
UNR-NEES は現在、大規模な拡張工事を行っており、既存の施設の隣に 2 つ目のより大きな試験施設を建設しています。3,658 平方メートル（12,000 平方フィート）の拡張工事では、4 台の振動台がすべて設置され、既存の施設を他の大規模なフロア試験のために開放します。MTS は、新しいラボの油圧エンジニアリング、振動台の移設、現行システムのアップグレードを再び提供しています。
UNR-NEES の研究者は、常に可能性の限界に挑戦しています」、と研究助教授でNEES サイトオペレーションマネージャーのSherif Elfass 博士は述べています。このように未知の領域を開拓する自信を持つことができたのは、 MTS とのパートナーシップが大きく貢献していると考えています。
「私たちの姿勢は、『はい、できます』と言って、MTS と協力して一緒に方法を考えようというものです」と Elfass 博士は述べています。「このように MTS の専門知識のバックアップがあることは、特に私たちが拡大していく上で重要です。我々は MTS を成功の柱と考えており、私たちの将来はこの継続的な関係に結びついています。」
Laplace 博士も同意します。「MTS は鍵を渡したら、それで終わりというわけではありません。」「アップグレードやメンテナンス、技術的な質問など、常に多くのやり取りが行われています。MTS には、様々な分野で非常に知識豊富な人がたくさんいます。こんなに幅広く、応用の利く知識は他では得られません。」
