2020 Fiscal Year Research-status Report
長周期型橋梁に作用する連鎖地震荷重のメカニズム解明とその視覚化
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19K21983
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
庄司 学 筑波大学, システム情報系, 教授 (60282836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市村 強 東京大学, 地震研究所, 教授 (20333833)
牧 剛史 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60292645)
長山 智則 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80451798)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 長周期型橋梁 / 強震動 / 地表断層変位 / 地盤変状 / 連鎖地震荷重 / 被災リスク / ハザードマップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度には「典型的な長周期型橋梁」として熊本地震の際に被災した大切畑大橋と桑鶴大橋の2橋を選定した上で，設計図面や周辺地盤の地質情報を土木研究所により収集した上で本研究においてデジタル化し，3次元有限要素（FE）モデルの構築を試みた．大切畑大橋は鋼5径間連続鈑桁の高架橋で1次固有周期が1.5秒弱と推定される長周期型橋梁である．強震動，地表断層変位，及び，南側斜面の崩壊に伴う地盤変状が重畳して作用した結果，橋脚躯体，積層ゴム支承，及び，橋台部の落橋防止ケーブルに甚大な損傷が発生し桁には大きな残留変位が生じた．桑鶴大橋は2径間連続鋼斜張橋の長周期型橋梁であり，強震動にくわえ支持地盤の変状により，桁の変位，主塔の傾斜，橋台部における支承や落橋防止構造の損傷が発生した．
これらに基づき，第1には，周辺地盤も含め大切畑大橋全体を包含する東西285m×南北145m×上下50m の空間領域を3次元CADでデータ構築した．床版，鋼桁，積層ゴム支承，落橋防止ケーブル，橋台，橋脚，及び，基礎に対して，設計時に想定されていた材料物性を定義し，1次の5面体並びに6面体ソリッド要素でモデル化した．周辺地盤に対しては9種類の複雑な地層構造を忠実に再現し，同様のソリッド要素でモデル化した．以上，大切畑大橋の下部構造―周辺地盤系の3次元FEモデルを構築した．第2に，得られたモデルのP2橋脚及びP2基礎の全節点に対して，西原村役場の強震加速度を等価な慣性力として作用させ，線形時間増分解析を行った．西原村役場の加速度時刻歴において，時刻5.64 sで7.70 m/s2の加速度を示すパルスをおよそ1/2周期分抽出し作用させた．これより，大切畑大橋P2橋脚及びP2基礎に生じた最大応答変位の空間的なコンターを把握し，前述したような大切畑大橋の上・下部構造間で生じた被害形態を説明し得るか考察を行った．
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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
「研究実績の概要」に示したように，研究目的の第1段階として，熊本地震の際に強震動，地表断層変位，及び，地盤変状が連鎖して作用し被害が生じたと考えられる大切畑大橋並びに桑鶴大橋を選定した上で，大切畑大橋については下部構造－周辺地盤の大規模連成系の3次元FEモデルのプロトタイプを構築し，連鎖荷重の効果の中の強震動パルスによる応答について定性的に把握することができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究目的に対して，令和2年度に構築した3次元FEモデルに基づき，強震動パルスによる応答に加え，地表断層変位並びに地盤変状の複合的連鎖荷重の長周期型橋梁に対する作用メカニズムの逆同定と類型化を試みる予定である．その際に，研究代表者並びに分担者各々の研究フィールドの強みを活かして，対象とする大切畑大橋並びに桑鶴大橋に作用し得た強震動パルス，地表断層変位，地盤変状の第1段階のネスティングに対する超高速・高精度・大規模FEM演算を研究分担者の市村が担当し，橋梁サイトにおける橋梁－添架設備－周辺地盤の連成系への第2段階のネスティングを研究代表者の庄司並びに研究分担者の牧（大切畑大橋），同じく研究分担者の長山（桑鶴大橋）がそれぞれ担当するような研究体制で強力に研究推進をはかるものとする．
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| Causes of Carryover |
令和2年度においては，熊本地震の際に強震動，地表断層変位，及び，地盤変状が連鎖して作用し被害が生じたと考えられる大切畑大橋並びに桑鶴大橋を選定し，大切畑大橋については対象橋梁並びに周辺地盤で形成される3次元有限要素モデルを構築するとともに連鎖荷重の効果の中でも強震動パルスによる応答特性について定性的に把握することができた．
このような研究枠組みにおいて，研究分担者の牧は大切畑大橋のP2，P3橋脚（矩形断面中空RC橋脚）の強震動及び地盤変状の連鎖荷重に対する応答特性に特に着目して分析を進めることとなった．その際，縮尺模型に対する載荷実験を検討していたが，コロナ禍による実験遂行自体が困難となったため，既往研究で得られた実験データを精査することで代替することとなり，当初申請していた研究経費を部分的に執行するに至らなかった．
令和3年度においては，対象とする橋梁サイト並びに周辺地盤を包含した3次元FEモデルで高負荷な数値計算をさらに進めていく予定であるので，これらの研究を遂行するに当たっての物品費及び人件費・謝金が必要となる．さらに，令和元年度から令和2年度において得られた研究成果の発表や橋梁サイトに関わる研究資料並びに研究情報の収集を主たる目的として旅費が同様に必要となる．
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Research Products
(7 results)
