2012 Fiscal Year Research-status Report
各種外力に伴う継手・一体構造管路の挙動解明と耐震計算法の提案
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24560584
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
野田 茂 香川大学, 工学部, 教授 (80135532)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末永 慶寛 香川大学, 工学部, 教授 (00284349)
吉田 秀典 香川大学, 工学部, 教授 (80265470)
宮本 慎宏 香川大学, 工学部, 助教 (80505694)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 継手・一体構造管路 / 擬似静的地震応答解析 / 修正伝達マトリックス法 / 地震波伝播解析シミュレーション / 地盤変状 / 耐震計算法 |
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| Research Abstract |
1）管路継手の地震時挙動を正確に把握できるように、震源過程と不規則地盤構造を与え、ボクセル型有限要素法による3次元地盤震動シミュレーションから地震入力を決めた。ダブルカップル、断層の破壊過程などから震源モデルを現実化した。管路地震入力のあり方を吟味した上で、得られた地震波を埋設管に時々刻々作用させ、管路継手が時空間的にどのように挙動して応力・歪が発生するのか、その状態を定量的に明らかにした。
2）PE管やPR管、PRロング管からなる一体構造管路については具体的な耐震計算法を確立するため、まず各管種や口径に対応した性能試験（引張圧縮試験、可とう試験、引抜性試験、偏芯偏平試験、曲げ水圧試験、負圧試験、耐圧試験、破壊水圧試験）を実施した。継手にはインコア不要・分解不要メカ形耐震ジョイントのMP継手を用いた。これより、継手の耐震性能を明らかにするとともに、継手特性のモデル化を図った。
3）修正伝達マトリックス法を用いた擬似静的地震応答解析法を用いることにより、1)で得られた地震波を上記一体構造管路に入力し、地震時挙動を分析した。各管種において検証すべき管路パターンとしては、管路構造の中心部に配置したDCIPの両端をMP継手に接続し、そのMP継手からPE管やPR管、PRロング管を延長した一体構造管路とした。曲管、T字管、直管の同様な配管パターンについて耐震計算を行い、比較検討した。また、上記MP継手で接続されたDCIPの両側にK型継手あるいはNS型継手で連結されたDCIPおよびPE管の異種管接合についても検討した。
4）異形管（T字管、曲管）、異種管路（DCIP、PE管）の挙動を直管、同一管の結果と比較分析することにより、構造の変化箇所や異形部における応力集中の発生状況を解明した。これより、合理的な地震対策のあり方を提言し、学術的な波及効果を明らかにした。
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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
平成24年度には、研究実績の概要欄に記したように、地震波動伝播シミュレーションの結果、地震波伝播による管路応答への影響が無視できないことが明らかになった。場合によっては、疑似静的地震応答解析ではなく、より複雑な動的応答解析の必要性がわかった。このため、地盤・管体・継手モデルからなる水道管を解析した結果、直管部と異形管部における管体挙動、継手特性が管体応力・歪などに及ぼす影響が明確になった。数多くのケーススタディにより、異形管部における耐震型MD・MP継手の有効性、一体構造管路の耐震性能などが定量的に詳しく検証された。
その結果、研究は平成24年度の研究計画・方法通りに進んでおり、本研究の目的である、1）地震波伝播解析シミュレーションによって時空間的地盤震動を可視化した上で、管路の追随的な動きを正確に明らかにする、2）修正伝達マトリックス法を用いた擬似静的地震応答解析法により、地震波に伴う挙動を定量的に解明する、3）各種性能試験の実施後にこれまで検証されていない一体構造管路の異形管周辺部・異種間接合部の応力・変形状態を調べることができた。
よって、交付申請書に記した本研究の目的は十分に達成できたと判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度には次の研究を実施する。
1）前年度と同様に修正伝達マトリックス法を用いた擬似静的地震応答解析法を適用することにより、一体構造管路を対象に各種外力（軟弱地盤沈下、地割れ、液状化、側方流動）による管路継手の挙動を計算する。条件設定については過去の地盤変状の観測データに基づいて決定する。また、強制加力に伴う管路挙動観測試験を行い、地盤変状時の管路追従性を評価するとともに、解析結果と比較することにより、解析法の妥当性を明らかにする。
2）1）と同様の解析ならびに観測試験を通し、各種地盤変状に伴う継手構造管路の応力・変形状態ならびに追従性を明らかにする。管路継手パターンとしては、耐震性の高い伸縮可とう・離脱防止機能付きメカニカル継手（MD継手）で接続されたDCIPの両側にK型継手あるいはNS型継手で連結された一連のDCIPを配管する。その上で、直管、曲管、T字管における異形管周辺部の挙動や可とう性継手の適用範囲についてメカニズムを解明する。これまではPE管よりなる一体構造管路の耐震実績がなかったので、1）と2）の結果を比較分析することにより、一体構造管路における耐震性の高さを明らかにする
3）水道施設耐震工法指針・解説2009年版では、簡易計算により、地盤変状に伴う継手構造管路の耐震性評価がなされている。本研究の成果と比較することにより、その精度評価を行い、本解析を用いた新たな耐震計算法を提案する。この点は従来の研究に見られない独創性や革新性を有しており、今後の実務の進展に大きな貢献をすることが期待される。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度には平成24年度の研究に引き続き解析を行うが、その他観測試験の実施も計画している。試験研究費の増額が必要となったため、次年度使用額をその分の研究費に割り当てることとした。従って、平成25年度には当初の請求研究費と合わせた上で、今後の研究の推進方策等に記した解析ならびに観測試験を計画している。
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