Transcript 長周期地震動対策に関する調査報告書 土木構造物編

平成１８年度長周期地震動対策
に関する調査
土木構造物編
西村 昭彦 （株）ジェイアール総研エンジニアリング
・地域および地震動の選択
・橋梁（斜張橋）の耐震性能の検討
・タンクのスロッシングの検討
・まとめと今後の課題
地域および地震動の選択
①関東平野
②濃尾平野
③大阪平野
④仙台平野
⑤石狩・勇払平野
東海・東南海地震
1923年関東地震タイプ
東海・東南海地震
東南海・南海地震
想定宮城沖地震
2003年十勝沖地震タイプ
応答スペクトルの作成
地震動部会より提供された地震波から
①弾性応答スペクトル
②損傷度(DI)スペクトル を算定する。
巨大地震（長周期地震）による構造物の
損傷度に及ぼす継続時間の影響評価方法
『 損傷度指数 DI 』を用いる
『 損傷度指数 DI (Damage Index )』とは
 max 
DI  D1  D2 

dE

 u Py  u
ここに δmax 最大応答変位 δu 終局変位
 部材諸元に依存した
Py 降伏荷重
パラメータ
D1：最大変位による損傷を定義する項
現在の耐震診断では塑性率で部材の損傷を定義していることから、
このD1の項を扱っていることに相当する。
D2：繰り返しによる損傷を定義した項
Damage Indexの時刻歴計算例
1000
1000
神戸海洋気象台
Acc(gal)
Acc(gal)
最大加速度
Hamaoka
KobeJMA
0
0
NS成分 818gal
1
最大加速度
DI
NS成分 865gal
0.8
0.6
50
time(sec)
100
150
-1000
50
1
DI=D1+D2
D1
D2
0.8
DI
浜岡（東海想定波）
-1000
0
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
50
time(sec)
100
150
0
50
100
time(sec)
150
200
150
200
DI=D1+D2
D1
D2
100
time(sec)
神戸JMAの方がD1による損傷指標は大きいが、D2が小さく、
損傷に対しては最大変位に起因する影響が支配的になって
いるのに対し、浜岡ではD2がD1を上回っており、最大変位と
同時に繰り返しによる損傷進展が大きな要因になっている。
50500
50
50
100
損傷度スペクトルによる地震動の比較
10100
10
5 50
0.10.1
5 50
0.10.1
10
Period(sec)
Period(sec)
Period(sec)
長周期成分の大きい地震動（周期5秒でKhy(DI)=0.1程度)
Period(sec)
Period(sec)
1
5
10
0.50.5 1 1
DI
Khy
0.50.5 1 1
DI
0.5
Khy
0.5
5 5 1010
Khy
0.5
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
55
1010
5
0.1
0.5
DI
5
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
1
0.1
0.1
0.05
0.05
0.5
0.01
0.1
0.5
1
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
5
0.1
10
Period(sec)
六甲アイランド（南海）NS成分
0.01
0.1
0.5
1
5
10
Period(sec)
堺（南海）NS成分
0.05
0.1
0.5
1
5
10
Period(sec)
弥栄（東南海＋南海）NS成分
長周期成分では六甲アイランド（南海）NS成分の地震動が大きいが、六甲アイランドは
埋め立てられた人工的な地盤であるため、大阪地区では堺（南海）NS成分の地震波を
用いて耐震性能照査をすることが推奨される。しかし短周期成分の強度が小さいので、
長周期構造物以外の土木構造物に与える影響が小さいことを考えると、弥栄（東南海＋
南海）NS成分の地震波を用いることも考えられる。
1
現在の設計基準の損傷度スペクトル
10 100
10100
0.5
1
5
10
Period(sec)
5 50
0.10.1
0.50.5 1 1
55
1010
Period(sec)
Period(sec)
5 500.1
0.1
0.5 0.51
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
1
0.5
0.5
0.5
0.1
0.1
0.1
1
5
10
Period(sec)
スペクトルⅡ（G2地盤）
0.05
0.1
0.5
1
10
Period(sec)
Period(sec)
5
0.1
0.5
5
10
Period(sec)
スペクトルⅡ（G5地盤）
DI
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
1
0.5
510
5
1
0.05
0.1
5
道路橋示方書 Ⅴ耐震設計編
DI
5
1
Khy
DI
Khy
Khy
鉄道構造物等設計標準 耐震設計
5
10
0.05
0.1
0.5
1
5
10
Period(sec)
Ⅰ-Ⅲ-Ⅰ(1983 TSUGARU BRG)
「鉄道構造物等設計標準 耐震設計」
G2地盤とは表層が洪積層である良好な地盤であり、
G5地盤は表層の地盤の固有周期が0.75～1.0秒の軟弱地盤である。
「道路橋示方書 Ⅴ耐震設計編」
プレート境界型地震を想定したタイプⅠ地震動と、内陸直下型地震を想定した
タイプⅡ地震動があり、それぞれⅠ種（良好）～Ⅲ種（軟弱）に分類。
1
10
-450
設計基準と提供地震動の比較
5
10
Period(sec)
堺（南海）NS成分
DI
5005000
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
0.05
速度応答スペクトル
加速度応答スペクトル
50 500
1
10
Period(sec)
5 50 5
0.1 0.1
10 0.5 0.5 1
1
Period(sec)
スペクトルⅡ（G2地盤）
DI
Khy
Khy
5
0.5
5
加速度応答スペクトル
速度応答スペクトル
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
0.05 0.05
5
5 5 10 10
Period(sec)
Period(sec)
10
5 500.1
0.1
0.5 0.51
スペクトルⅡ（G5地盤）
DI
1
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
0.5
0.5
0.5
0.1
0.1
0.1
5
10
Period(sec)
0.05
0.1
0.5
1
5
Period(sec)
Period(sec)
5
0.1
0.5
DI=0.2
DI=0.4
DI=0.6
DI=0.8
DI=1.0
1
1
5 10 10
5
1
0.5
5
Ⅰ-Ⅲ-Ⅰ (1983 DI
TSUGARU BRG)
1
0.05
0.1
速度応答スペク
500
10 100
10 100
0.01
0.1
1
Ti
・堺（南海）NS成分では周期5秒以上のDI値
100
においてG2地盤やタイプⅡ地震動を上回っ
100 1000
たが、ほとんどの提供波がG5地盤やタイプⅠ
50
50 500
地震動のⅡ、Ⅲ種地盤より小さい値となった。
0.05
0.5
200
Time(sec)
500 5000
0.050.05
1001000
0.1
100 300
Period(sec)
Vel(cm/sec)
Acc(cm/sec 2)
Khy
加速度応答スペクトル
0.5
0 200
Vel(cm/sec)
1
100 300
1 Time(sec) 5
10
Khy
0.5
-900
0 200
5
0.1
0.5
Vel(cm/sec)
Acc(cm/sec 2)
100
10
Period(sec)
0.05
0.1
0.5
1
5
10
Period(sec)
1
長周期地震動による橋梁の耐震性能の検討
●橋梁諸元
橋
長 ： 400m (100+200+100m)
主桁形状 ： PC3室箱桁
主塔形状 ： H型
斜材形状 ： ハープ型二面吊り
支承種類 ： 可動型ゴム支承(橋軸直角方向は固定）
橋
脚 ： RC橋脚
基礎構造 ： 直接基礎
地盤種別 ： Ⅰ種地盤
●照査対象地震動
弥栄（東南海＋南海）NS成分
※日本道路協会：道路橋の耐震設計に関する資料－PCラーメン橋・RCアーチ橋・PC
斜張橋・地中連続壁基礎・深礎基礎等の耐震設計計算例，1998 のモデルを使用
解析対象橋梁(斜張橋)
400m
200m
52
68m
16
時刻 (秒)
加速度 (gal)
2000
MIE006　EW
最大加速度:1735.8gal
1000
解析で用いた地震動波形
0
（長周期成分が卓越する東南海・南海地震
-1000
-20000
同時発生時におけるYAEでの推定波）
60
90
120
30
時刻 (秒)
標準加速度応答スペクトル
I種地盤
NS
Ⅱ種地盤
EW
Ⅲ種地盤
YAE　NS
最大加速度:243.2gal
200
0
-200
-4000
30
60
90
120
150 180 210
時刻 (秒)
240
270
300
330
加速度 (gal)
400
YAE　EW
最大加速度:320.7gal
200
0
-200
-4000
30
60
90
120
150 180 210
時刻 (秒)
240
270
300
330
応答加速度 (gal)
加速度 (gal)
400
2000
タイプⅡ
タイプⅠ
0
0.1
1
固有周期 (秒)
（3）YAE
10
解析結果
(YAE-NS波入力時における
曲げモーメントの主塔及び橋脚高さ方向分布)
50
高さ (m)
30
最大発生モーメント
ひびわれモーメント
初降伏モーメント
終局モーメント
20
40
主
塔
部
10
0
最大発生モーメント
ひびわれモーメント
初降伏モーメント
終局モーメント
20
主
塔
部
10
0
橋
脚
部
-10
0
30
高さ (m)
40
50
200000
400000
曲げモーメント (kN*m)
橋軸方向加振時
橋軸方向加振
橋
脚
部
-10
0
200000
400000
曲げモーメント (kN*m)
橋軸直角方向加振時
橋軸直角方向加振
橋軸方向加振時及び橋軸直角方向加振時のいずれにおいても照査を
満足しており、要求性能を確保できているといえる。
長周期地震動によるタンクのスロッシングの検討
タンクのスロッシング一般性状
波高（Sv=200kineの場合)
基本固有周期
石油・水道タンク
石油・水道タンク
LNGタンク
LNGタンク
スロッシングによる波高の検討
消防法では最大200kineでスロッシングの検討をすることになっているが、
六甲アイランドでの速度応答スペクトルは、6秒を超える周期帯で200kine
を上回り、波高は周期7秒以降において消防法の1.8倍以上にも達する。
周期毎の速度応答スペクトル(kine)
六甲アイランド（南海）における最大波高(m)
まとめと今後の課題
・提供波は、特定の地域で現基準の値を上回ることから、今後耐震
設計にあたってはそれぞれのサイトの地震動を計算し、現基準
との比較を行い、影響が大きい方の地震動を用いるとよい。
・長周期構造物（斜張橋）では、長周期成分の大きい弥栄の地震動
を作用させて影響を検討したところ、今回の解析では厳しいとこ
ろでも降伏する程度で大きく塑性域に入る応答値はなく、耐震性
能を概ね満足しており、設計地震動は適切であると考えられる。
・タンクの長周期地震動によるスロッシング波高では、六甲アイラン
ドで波高が消防法(200kine)によるものの1.8倍にも達することか
ら、サイトによっては長周期地震動を考慮する必要がある。
・地震動の設定方法については、地震動のばらつきや地域特性の
検討を行い決定する必要がある。