2015 Fiscal Year Annual Research Report
Assessment of Earthquake Disasters Based on Multiple-Earthquake Scenarios for Next Gen-eration Urban Area Model
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25220908
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
堀 宗朗 東京大学, 地震研究所, 教授 (00219205)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市村 強 東京大学, 地震研究所, 准教授 (20333833)
Maddegedar a.L. 東京大学, 地震研究所, 准教授 (20426290)
長尾 大道 東京大学, 地震研究所, 准教授 (80435833)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 都市シミュレーション / 地震防災・減災 / 高性能計算 / モデル自動構築 / 地理情報システム（GIS) |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の目的は，前年度に構築された東京の次世代型都市モデルを使って多数地震シナリオIESを行い，その計算結果を使って分析方法を模索し有効な方法を開発することである．メタモデリング理論に基づき，ソリッド要素モデル・フレーム要素モデルといった線形／非線形有限要素法モデルから，線形／非線形多質点系モデルまでの解析モデルが道路橋ネットワーク等，社会基盤施設に自動構築が可能となった．このような多様な解析モデルを含む次世代都市モデルを使うシミュレーションである．
本年度の研究開発の鍵は，1,000を目安とした多数地震シナリオの生成である．理学的手法で計算される地震波は地殻モデルを使うため，空間分解はキロメートルであり，この結果，2Hz程度より高い周波数の成分の精度は低い．一方，低周波成分の振幅特性から高周波数成分の振幅特性へ外挿する理学的方法は確立されている．この外挿により，低周波成分までを計算しておきば，100程度の位相特性をランダムに変えた高周波成分を生成し，それを付加することで高周波数成分を持つ地震動を計算することが可能である．10程度の妥当な震源過程を考えることで1,000の地震シナリオを作成することを試行している．
上記の方法で生成された多数地震シナリオIESは，計算結果はペタバイトのファイルが作られる．この大規模計算結果の分析も本年度の研究開発の課題であった．被災度の構造物毎の平均は構造物間の相関を計算するという統計処理を行いつつ，地震動・地盤・構造物の固有周期を考慮することで物理的にも合理的な分析手法の考案を試行した．線形応答にした場合，固有周期の一致を考慮することで，最大応答の空間分布を予測することがは可能である．非線形応答への拡張を検討している．膨大な計算結果をできるだけ活用できるする効果的な分析手法を模索する．
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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
本研究の技術的研究課題は，１）次世代都市モデルの構築手法の開発，２）多数地震シナリオIESの分析手法の開発，の二つであり，この開発成果を活かして，多数地震シナリオIESに基づいた防災・減災に有効な被害推定，を実施することが研究目標となる．
第一の技術的研究課題である，次世代都市モデルの構築手法に関しては，構造物の地震応答解析モデルの構築に関する基礎理論を確立したため，従来に比べ遥かに柔軟に，多様な構造物の地震応答解析モデルを構築できるようになった．基礎理論は，連続体力学に基づくメタモデリング理論であり，連続体力学のモデルと整合する多様なモデルが構築可能であることを示したものである．この理論により，構造物に対し，ソリッド要素モデルや，柱・梁・板・シェル要素を使う構造要素モデル，さらには，構造物を多質点系に置き換えて導かれるバネ－質点モデルが構築可能となった．利用できる都市のディジタル情報の質と量に応じて，適切な地震応答解析モデルを選択できることが可能となった．さらに，その地震応答解析モデルを自動構築できるモデュールも開発され，実際に東京を対象とした次世代都市モデルが構築されている．
第二の技術的研究課題である，多数地震シナリオIESの分析手法の開発に関しては，次世代都市モデルを使った多数地震シナリオIESの実行を可能とした．次世代都市モデルでは，構造物によって詳細かつ大規模な地震応答解析モデルを使い，1,000を目途とした多数時シナリオに対するシミュレーションを行うため計算負荷が大きいが，解析プログラムの大規模化・高速化により，この課題を解決している．現在，計算結果を使って分析手法の開発に取り組んでいる．平均・分散・相関を使う統計的分析の他，地震動・地盤・構造物の固有周期という物理特性に着目し，より効果的に被害の集中等が推定できるような分析の開発を検討している．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の残された技術的研究課題は，多数地震シナリオIESの分析手法の開発，のである．既に開発された次世代都市モデルの構築手法と合わせて，研究目標である，多数地震シナリオIESに基づいた防災・減災に有効な被害推定，を実施する予定である．
多数地震シナリオIESの分析手法に関しては，さまざまな地震シナリオに対して，都市内の各地域での，平均的な被害やその分散，さらには，地域間での被害の度合いの相関を分析することが第一歩となる．この分析は統計的分析であるが，大小さまざまな地震シナリオに対応する「被害の幅」を提示することになる．都市モデルの物理シミュレーションを使った「被害の幅」の提示は,高性能計算を利用する全く新しい試みであると考えている．
統計的分析の他，地震動・地盤・構造物の固有周期という物理特性に着目した被害の分析も進めることが重要である．地盤の固有周期に近い固有周期を持つ構造物に対し，地盤の固有周期とほぼ一致するような卓越周期を持つ地震動が入力すると，その構造物の線形応答は増加するため，損傷の可能性は高い．一方，損傷によって構造物が非線形化すると，その固有周期は長くなり，逆に，地震動の卓越周期や地盤の固有周期とはずれることになる．単純に地震動・地盤・構造物の固有周期の一致した事例を分析するだけでは不十分で，損傷によって構造物の固有周期が変化していく過程も考慮した分析するが必要となる．
多数地震シナリオIESに基づいた防災・減災に有効な被害推定は，都市の地震シミュレーションを，大規模数値計算を使った被害推定として終わらせるのではなく，実際に防災・減災に結び付けることを模索することを意図している．分析手法と関連するが，地盤の固有周期と，固有周期がずれるように構造物が設計されると，都市の地震被害が相応に減少することが期待される．定量的にこの効果を示すことが模索の具体的方針である．
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