2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of Mechanisms of Death and Injury by Falling During Massive Earthquake Based on Postural Control Model Considering Neural System of Human
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19H02399
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
肥田 剛典 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (60598598)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 毅士 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 安全研究・防災支援部門 リスク情報活用推進室, 室長 (10302762)
糸井 達哉 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (60393625)
永野 正行 東京理科大学, 理工学部建築学科, 教授 (60416865)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 振動台搭乗実験 / 地震 / 人的被害 / 人体モデル / フィードバック制御 / 倒立振子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，被験者を振動台に登場させて地震波加振を行う実験（以降，振動台搭乗実験）のデータに基づき，人体の地震応答解析モデルを構築した．振動台搭乗実験における被験者には負傷防止のためのヘルメットやプロテクター等を装着させたうえで，モーションキャプチャー用のマーカーを身体各部位に貼付した．実地震時に地表または原子力発電所内で観測された強震記録を振動台に入力し，複数台のビデオカメラで被験者の加振の最中の挙動を撮影した．被験者のマーカーをモーションキャプチャーで分析し，身体各部位の変位データを取得した．
二重倒立振子により人体の地震応答解析モデル（以降，人体モデル）を構築した．本モデルは，フィードバック制御を用いて揺れの最中の人体の立位姿勢制御による挙動を再現するものである．人体モデルの挙動が振動台搭乗実験時の被験者の挙動と対応するよう，フィードバックゲインを調節した．
さらに，人体の転倒限界に関して調査された既往の研究を参照し，人体の転倒を再現するモデルを構築した．人間が足を踏み出す際の最大踏み出し幅に制限値を設け，人体モデルの踏み出し幅がこれを逸脱した場合に制御力をゼロとする．これにより，人体モデルは不安定な体勢を立て直すことが出来ず，床に向かって転倒する．人体モデルの腰部または頭部が床に衝突した時点でモデルは転倒したと判断することとした．
次に，建物の地震応答解析により得られた床応答を人体モデルに入力し，地震時における建物内の人間の転倒を評価した．建物モデルはせん断型多質点系とし，4～10層RC造の非免震建物と6層RC造の免震建物とした．その結果，免震建物では人間の転倒は発生しにくく，非免震建物では人間の転倒の有無と床応答の最大速度および等価周期の間にある程度の傾向が見られた．このことから，人間の転倒を床応答の卓越周期と最大速度により簡易的に評価可能であることが示唆された．
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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
当初の研究計画では，2020年度に人体の地震応答解析モデルを構築することとしていた．本年度は計画通り人体モデルを構築し，さらに，地震の揺れの最中における人体の転倒を再現可能なモデルとした．また，このモデルを用いて，免震建物と非免震建物内での人間の転倒の有無について検討した．当初の計画に対し追加の検討を行っており，おおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，振動台搭乗実験における複数名の被験者の地震時挙動を分析し，個人差による挙動の差異を考慮した人体モデルを構築する．また，振動台搭乗実験における被験者の歩行実験のデータを分析し，地震の揺れの最中における避難行動等による歩行時の人体挙動を分析し，これを考慮可能な人体モデルを構築する．さらに，超高層建物におけるパルス地震動入力時の人体挙動や転倒・負傷の有無等，様々な建物や状況での人的被害シミュレーションを実施し，地震時の室内人的被害発生メカニズムについて検討する．
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Research Products
(7 results)
