2020 Fiscal Year Annual Research Report
Disaster management of structures and infrastructures affected by the anticipated Nankai Trough earthquake for resilience enhancement
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19H00813
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
秋山 充良 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00302191)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 良和 京都大学, 工学研究科, 教授 (10283623)
松崎 裕 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (10506504)
越村 俊一 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (50360847)
佐藤 靖彦 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60261327)
本田 利器 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (60301248)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 南海トラフ地震 / 地震ハザード / 津波ハザード / フラジリティ / リスク / レジリエンス / 災害廃棄物 / 緊急仮設構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
南海トラフ地震による強震動と津波の影響を受ける地域にある橋梁の信頼性評価結果によると，そのハザードレベルの過酷さから，2011年東北地方太平洋沖地震と同等，あるいはそれ以上の深刻な被害が見込まれている．一方，構造物被害を起因とする経済的損失額や道路ネットワークの機能回復に要する日数の算定は，被害の全体像の把握には役立つものの，そのリスク低減や，復旧・復興に要する時間の短縮，つまりレジリエンス強化に貢献するハード的対策の研究例は少ない．
従来，構造物の被害を軽減するためのアプローチは，新設構造物に対しては高度化した耐震設計法を適用することであり，既存構造物に対しては耐震補強を施すことである．しかし，南海トラフ地震による強震動の影響を受けると予想される地域にある既存構造物は，特に市町村レベルにおいて耐震補強が施されていない構造物の割合が高く，昨今の地方自治体の財務状況からも大幅な改善は期待できない．また，津波の影響を受ける地域に置かれる構造物の対津波設計法や既存構造物の補強技術は，まだ開発途上にある．
この背景のもと，南海トラフ地震による強震動と津波により，既存橋梁が相当数，損傷・倒壊することを前提として，被災後の状況下でも早期架設が可能な緊急仮設橋をプレキャスト製の鉄筋コンクリート（RC）にて実現するための研究に取り組んだ．開発にあたり，橋梁の急速施工 (Accelerated Bridge Construction，ABC)に関わる米国での技術開発などを参考にした．ABCでは，橋梁建設時にプレキャスト部材を活用することで，施工期間の短縮化や施工により生じる交通渋滞や施工コストの抑制，さらには，現場作業の安全性向上を目指した技術開発が行われている．本研究では，これら既存研究に対して，プレキャスト製のRCブロックを使用し，被災後の状況でも簡易に連結可能な桁構造の開発を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
南海トラフ地震による強震動と津波による被害は極めて甚大なものであると試算されており，そこからの早期復旧・復興を可能にする一層のレジリエンス強化が求められている．本研究では，これまでの研究活動，および地震・津波被災地の調査経験から，
【1】地域ごとの災害廃棄物量の予測と，それに応じた処理プロセスの事前検討
【2】地域ごとの損壊インフラ構造物数の予測と，それに応じた緊急仮設構造の事前製作
がレジリエンス強化に特に有効であると考え，南海トラフ地震の影響地域への実装を進めることを本研究の目的としている．構築してきたマルチハザード下にある構造物のリスク評価手法を応用することで，南海トラフ地震による災害廃棄物量および構造物の損壊数のリスクカーブを市町村別に作成し，それに応じた廃棄物処分場の最適配置や処理マニュアルの作成，あるいは，急速施工を可能にする緊急仮設構造の提案とその必要数の提示，までを行うことを当初の研究目標としている．
2021年度は，研究業績に示したように，【2】についての成果を得ることができた．2020年度に得られた成果とあわせ，次年度は，【1】と【2】の各項目の高度化を図る．これらは，当初に想定した通りのスケジュールであり，「おおむね順調に進捗している」と自己評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
以下の2項目に対する検討を2022年度は実施予定である．
・確率論的アプローチにより，地震動と津波の発生から，それを受ける構造物の耐震・対津波安全性評価，被害を受ける構造物から生じる災害廃棄物量の推定，損傷する道路構造物の損傷と復旧を考慮した道路ネットワークを介した廃棄部の輸送，およびその処理完了までを再現する一連の数値シミュレーションを行うことで，南海トラフ地震発災時に災害廃棄物がどこにどれだけ発生し，どのルートで輸送され，いつ処理されるのかを予測し，災害廃棄物量処理に要する時間を推定できる手法を提案する．2011年東北地方太平洋沖地震の再現解析により，提案手法の妥当性を検証した上で，推定される処理期間に大きな影響を及ぼす数理モデルに関する考察を行い，災害廃棄物量の推定精度の向上が重要であることを示す．さらに，提案手法を南海トラフ地震の影響地域である三重県に適用することで，対象地域内で所定の期間内に処理できる災害廃棄物量やその発生確率を推定し，廃棄物処理における道路ネットワークの冗長性の重要性を考察する．
・2021年度の成果に基づき，プレキャスト橋桁部材として，鋼製シアキーおよびカプラーを用いて連結したプレキャストRCブロックの連結梁を作製し，曲げおよびせん断の四点載荷実験を行う予定である．カプラーによるブロック間の引張力伝達によって鋼製シアキーの開口挙動を抑制できるのか，コンクリートと鋼製シアキーのヤング係数の差からシアキー部と梁部の境目に応力が集中することで損傷が予定外に進展することはないか，などが主な実験時の着眼点となる．なお，小型模型を用いた予備実験，および実スケールレベルのRCブロックを用いての実験を予定している．
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[Presentation] Framework to assess risk and resilience of road networks under seismic and subsequent tsunami hazards2020
Author(s)
Ishibashi, H., Kojima, T., Akiyama, M., Koshimura, S., Frangopol, D.M., and Nanami, K.
Organizer
17th World Conference on Earthquake Engineering (17WCEE)
Int'l Joint Research
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