【研究分野】構造工学・地震工学・維持管理工学

【研究領域課題番号】15656110 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / 断層 / 交通施設 / 震災対策 / 耐震設計 / 地震動 / 台湾・集々地震 / トルコ・ボル地震

【研究成果の概要】

断層による高速鉄道の走行安全性を検討するため、噴火活動に伴う地殻変動により被災した橋梁の損傷を解析し、断層変位に関する情報が与えられれば橋梁の損傷を解析できることを示した。また、基礎免震を用いることにより、断層変位よる杭基礎の損傷を低減できることを明らかにした。
断層モデルを用いて米国Landers地震と模擬的な断層による地震動特性を断層破壊の速度や断層による永久変位に着目して解析し、その特性を明らかにした。また、高速走行車両が走行直角方向に地震動を受ける場合を対象として、高速走行車両の振動特性をボギーと車体の弾性固定とダンパー特性、レールと車輪の非線形接触条件と車輪フランジのレール乗り上げに着目して検討し、断層変位を含む任意の地震動に対して動的解析可能な非線形履歴モデルを提案し、開発した。従来のモデルが、正弦波に対する線形系の車両の安定性を検討できるだけだったことに比較し、本モデルは断層変位を含む任意の地震動に対するレールと車輪の非設計接触条件を考慮して解析できる点で、大変ユニークなモデルである。
このモデルを用いて、米国Landers地震や模擬的な地震断層による地震動の他、1995年兵庫県南部地震で観測された断層近傍地震動を作用させて、断層横断部における高速走行車両の安全性を解析した。この結果、高速走行車両はロッキング振動が卓越し、車輪がレールから浮き上がった状態でレールが車両走行方向とは直角に移動すると容易にレールに対するフランジによる車輪の相対変位拘束機能が失われ、高速走行車両は脱線するというメカニズムを明らかにした。さらに、路面走行時よりも橋梁走行時の方がはるかに高速走行車両の脱線が生じやすいことも明らかにした。本解析モデルは、今後、断層横断箇所を走行する高速車両の地震安全性を検討するために、有効に活用できると考えられる。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】構造工学・地震工学

【研究領域課題番号】13450184 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / 断層 / 交通施設 / 震災対策 / 耐震設計 / 地震動 / 台湾・集々地震 / トルコ・ボル地震 / 橋梁 / 地震対策 / 鉄筋コンクリート / 免震設計 / 新技術

【研究成果の概要】

首都圏に代表されるように、近年の都市機能の円熟化と複雑化にともない、大地震時といえども都市機能の停止が許されない時代を迎えており、インフラストラクチャーの地震被害に対して、いつまでも大地震時には損傷はやむを得ないといった発想ではなく、積極的に地震被害を受けず、地震後の復旧も必要としない構造物を開発することが求められるようになってきている。本研究は、このような背景の下に、大地震時に要求される曲げ変形特性を有しつつ、地震によって損傷せず、従って地震時にも機能を確保できると同時に、地震後に復旧が不要な橋脚を開発しようとするものである。
このため、橋脚の曲げ塑性変形によって損傷を生じるのは塑性ヒンジ領域と呼ばれるわずかな領域でしかないことに着目し、この領域に高性能ゴム等の復元力特性に富み、高面圧に耐えられる新材料を用いると同時に、高強度の鋼棒等によって軸方向にプレストレスを導入する等によって、目標とする4%ドリフトまでの橋脚変形に対して、塑性ヒンジ部の損傷を大幅に軽減できる橋脚の開発を目指した。
本研究では、塑性ヒンジ部に設置可能な材料の選定からスタートし、高面圧下での繰り返し載荷実験等から、免震支承に使用される高減衰ゴムがこれにふさわしいことを明らかにした。次に、塑性ヒンジ領域に高減衰ゴムをどのように設置するかについて、基本設計法を開発し、これに基づいて5体の1/8模型(断面400mm×400mmの正方形、有効高さ1.35m)を用いた繰り返し載荷実験を行った。この結果、ゴム層と橋脚躯体およびフーチングは固定する必要のあること、橋脚躯体とフーチング間の過度なせん断変形を防止するためにせん断キーが有効であること、これらを与えることにより開発目標とする4%ドリフトの変形に耐える構造とできること等を明らかにした。さらに、ファイバー要素解析に基づいて、軸方向鉄筋やコンクリートの損傷特性を分析した。こうした結果に基づいて、改良版の橋脚模型の設計方法を明らかにし、新たに6体の1/8模型に対する繰り返し載荷実験を行い、塑性ヒンジ区間にアンボンドのPC鋼棒による引張抵抗メカニズムやゴム層厚等の効果を検討した。この結果、開発目標とする4%ドリフトまで損傷を軽減した橋脚を建設可能であることを明らかにした。ただし、今後の課題として、塑性ヒンジ区間では、一般の鉄筋ではなく、より変形性能の高い鋼材を使用することが求められることも明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】13,600千円 (直接経費: 13,600千円)

【研究分野】構造工学・地震工学

【研究領域課題番号】12555134 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / 断層 / 交通施設 / 震災対策 / 耐震設計 / 地震動 / 台湾・集々地震 / トルコ・ボル地震

【研究成果の概要】

我が国では多数の内陸活断層が存在し、道路、鉄道等の線状ライフライン施設はどこかでこうした活断層を横切らざるを得ない宿命にあることから、近い将来、断層変位による線状ライフライン施設の被害が生じ、これに対する対策が求められるようになると考えられる。本研究は、このような背景の下に始められたものであり、本研究の結果、以下の成果が得られた。
1)過去の大地震(濃尾、北丹後、北伊豆、兵庫県南部、トルコイズミット、トルコドウセ、台湾集集、の7地震)における断層変位を整理した結果、断層沿いの各点で観測された断層変位は、Mwが7程度の地震ではほとんどの場合には3m以内であること、Mwが7.5程度の地震では70%程度の場合には3m以内であること、を確認した。また、断層直上での地震動強さを推定するために、福井地震の地震動シミュレーションおよび距離減衰式の見直しを行った。
2)2000年鳥取県西部地震の際に賀祥ダムに生じた本体の変位を解析し、本体が数十cmほど変位し、貯水池の水位が急低下したことを明らかにした。この実地調査結果を数値シミュレーションし、伏在震源断層の断層運動によって震源域に地盤変位が生じ、それが原因となって、ダムの変位や貯水位の低下が生じたことを明らかにした。
3)1999年トルコ・ドュツェ地震によって被災したボル高架橋を対象に、断層変位によって杭基礎で支持された橋に生じる被災メカニズムを明らかにした。この結果、杭の被害は断層変位が生じる面の上下3m程度の範囲で生じ、曲げ破壊とせん断破壊が生じることを明らかにした。
4)地下免震工法によって断層変位による杭基礎の損傷を低減させる工法を提案し、その適用性を明らかにした。この結果、杭基礎周辺に発泡スチロールからなる免震層を設けることにより、杭の損傷は低減されること、フーチングを介して地盤から杭に作用する地震力に対する配慮が重要であること、杭径の数倍程度の深さまで免震層を配置しないと、免震効果が得られないことを明らかにした。
5)有珠山噴火に伴う地殻変動により損傷を受けた多径間ラーメン橋を対象とし、地殻変動を断層変位と見立てた解析を行った。地殻変動を強制変位としてプッシュオーバーアナリシスにより解析した橋脚の損傷は実際の被害とよく一致し、解析手法の妥当性が検証された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】12,600千円 (直接経費: 12,600千円)