大地震時の都市地下洞道に作用する地震荷重(動土圧、変位)に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650580
• Research Institution: TOKYO METROPOLITAN UNIVERSITY
• Principal Investigator: 岩楯 敞広 東京都立大学, 工学研究科, 教授 (20264591)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土門 剛 東京都立大学, 工学研究科, 助手 (50237179) ; 西村 和夫 東京都立大学, 工学研究科, 助教授 (70128578)
• Keywords: 地震被害 / 阪神、淡路大震災 / 地下鉄構造物 / 模型振動実験 / 地震時土圧 / 大開駅 / 地盤・構造物の相互作用 / 中柱の破壊

Research Abstract

(1)兵庫県南部地震による地下鉄構造物の被害と被害原因の検討
被害を受けた地下鉄構造物の大部分は、開削工法で施工されたものであり、構造的には鉄筋コンクリート造の函型断面であり、中間に中柱がある構造である。被害形態としては、この中柱の損壊(せん断破壊,曲げ破壊)が圧倒的に多かった。これらの地下鉄構造物の破壊原因について検討した結果、支配的な要因は、水平地震動による地盤おせん断変形とそれに伴う上載土のせん断荷重が構造物に強く作用したためと考える。さらに、中柱と上下床版とが連結ヒンジ構造でなく剛結に近かったことが、この部分に応力集中し、破壊した要因の1つと考える。上沢駅、大開駅を対象に、地盤の非線形性を考慮し地震応答解析を行った結果、中柱の破壊は水平動による周辺地盤の影響を強く受け、設計値以上の水平地震力特に上載土の慣性力によるせん断荷重が大きく作用し、せん断耐力不足により破壊に至ったことが推定できた。
2.模型振動実験による地下鉄構造物の地震時挙動(動土圧と変形)の検討
せん断土槽中に厚さ1mの砂地盤を作成し、その中に1/30スケールの大開駅舎モデルを埋設して、模型振動実験を行い、地盤の基本的特性、地盤構造物の応答特性、構造物に作用する動土圧、上載土のせん断力、側壁、中柱に生ずるひずみについて検討した結果、(1)モデル地盤は、Modified Hardin-Drnevichモデルによって近似できる非線形特性を示すこと。(2)構造物の応答が地盤の応答特性の影響を強く受けていること。(3)入力レベルが小さい範囲では、せん断土圧は上載土の加速の作用方向と一致し、せん断変形を助長する方向に作用するが、側壁に作用する動土圧(直土圧)は、構造物の変形に抵抗する方向に作用すること。これに対して、入力レベルが大きくなると、側壁に作用する動土圧は両側とも構造物のせん断変形を助長する方向に働き、かつ側壁の上部、下部で位相が逆転することなどが分かった。ひずみレベルの増加に伴い地盤の非線形性の影響を構造物が強く受けていると考える。(4)構造物のひずみについて検討した結果、中柱には側壁の約5倍のひずみが生じていることが分かった。
以上により、模型実験によって、構造物は周辺地盤の挙動、特に上載土の慣性力に伴うせん断荷重の影響を強く受けること、中柱に大きなひずみが生じ破壊に至ったことなどが推定できた。
今後は、解析的にさらに検討する予定である。
これらの成果は、以下に示す論文、国内外の学会に報告した。

Research Products

• [Publications] 岩楯 敞広: "阪神・淡路大震災の地下鉄構造物の被害と被害原因の検討" 東京都立大学 総合都市研究. 第61号. 21-43 (1996)
• [Publications] 岩楯 敞広: "模型実験による地下鉄構造物の地震時挙動の検討" 第32回地盤工学研究発表会 発表講演集. 2-2. 2111-2112 (1997)
• [Publications] T.Iwatate: "Earthquake Damage and Seismic Response Analysis of Subway Station and Tunnel during Great Hanshin Awaji Earthquake" World Tunnel Congress'97 Austria Vienna. (1997)
• [Publications] T.Iwatate: "Investigation and shaking table tests of subway structure of Hyogoken Nanbu earthquake" World Tunnel Congress'98 Sao Paulo Brazil. (1998)
• [Publications] 岩楯 敞広: "模型震動実験による地下鉄構造物の地震時挙動の検討" 第24会土木学会地震工学研究発表会 講演論文集. 第1分冊. 233-236 (1997)