既存アンカー耐力式の係船曲柱用アンカーへの適用性の検討

係船曲柱とは船舶を安全に係留するために岸壁に設置される付帯設備で、通常アンカーによってコンクリート基礎に固定されています（写真1）。いささか昭和のイメージではありますが、波止場で足を乗せるポーズをとるあれです。

近年の船舶の大型化に伴い、高さが1mを超える大型係船曲柱が必要になります。しかし、係船曲柱の大型化により係船曲柱に係留索を掛け外しする作業がしづらくなり、作業員にとって問題となっています。そこまで大きいと足も乗せられません。

そのため（と言っても足を乗せるためではありませんが）、係船曲柱自体の小型化が検討されるとともに、それを固定するアンカーの小型化のために、既存アンカー耐力式を係船曲柱アンカーの設計へ適用することが検討されています^1）。

その候補の1つが日本建築学会の各種合成構造設計指針・同解説^2）に示されるアンカー耐力式（以下、既存耐力式と記す）です。これはアンカー板を底面として筒状に形成されるせん断破壊面を想定した従来の耐力式と異なり、図2のようなコーン状破壊面を想定したものです。また、係船曲柱のアンカーの諸条件とは異なる実験条件下で構築されています。

コンクリート、アンカーの特性を表4に示します。コンクリートの引張破壊を先行させるため、アンカーは弾性体として破壊に至らないものとしました。今回用いた解析プログラムでは一般的なコンクリート材料を再現するように材料パラメタが自動生成されます。その中で、解析上、とくに影響が大きい引張側の軟化特性に関するパラメタをメッシュ依存性軽減のために再現ケースで調整しました。

再現ケース(1)のアンカー1本を鉛直に配置した解析モデルを図5に示します。本ケースでは1/4領域をモデル化しました。これは対称性を考慮したものであるとともに、解析に要する時間、コストをできるだけ抑えるためです。

図6に再現ケース(1)のダメージ指標分布を示します。ダメージ指標は、材料モデルの仕様により一部修正された相当塑性ひずみを用いて算出される指標です。アンカー先端からダメージ指標が最大値に達して引張破壊面（赤色の帯）が形成されていることが分かります。既存耐力式適用時の45度のコーン状破壊面より緩い破壊面ですが、「ヘッド近辺では約45度の急勾配であるが、コンクリート表面に近づくに従い緩勾配の曲線となる。」と文献^3）に記載があり、結果と調和的でした。

図7に再に再現ケースの各ケースの実験結果（読取値）、FEM解析結果、既存耐力式による算出値をアンカー間隔に対してプロットしました。本図より実験結果、FEM解析結果、耐力式算出値はいずれも調和的であること、解析で概ね実験を再現できたことが分かります。

図8に実物ケースのケース(7)についてダメージ指標分布を示します。アンカーが実物形状であること、アンカーを斜めに配置することにより、破壊面の形状が鉛直配置と異なり、とくに立ち上がりの角度が右側、左側ともに鉛直アンカーの場合よりも緩い結果となりました。