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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

Research Project

Project/Area Number 19K21983
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

庄司 学  筑波大学, システム情報系, 教授 (60282836)

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)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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 / 液状化
Outline of Research at the Start

2016年熊本地震において被災した長周期型橋梁を取りあげ,対象とする構造系の3次元有限要素モデルを構築した上で,本モデルに対して,強震動による過渡応答と地表断層変位及び斜面流動による強制変位応答の配分をパラメトリックに作用させ,被災モードに合致する連鎖荷重のパターン群を逆同定し類型化する.これらに基づき地震応答スペクトルを確率論的に求め,長周期型橋梁の連鎖荷重による被災リスクの評価指標とする.以上より,日本全国の活断層周辺に位置する斜面隣接の長周期型橋梁を抽出し,これらの空間情報に上記の評価指標をリンクさせ,視覚的に参照可能なGISで「全国長周期型橋梁群被災リスクマップ」を構築する.

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.

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.

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.

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(14 results)

All 2020 2019

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 6 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] 2016年熊本地震における下水道埋設管路の地表断層変位による被災メカニズムの考察2020

    • Author(s)
      畠山大治,庄司学,永田茂,吉見雅行
    • Journal Title

      土木学会論文集A1(構造・地震工学)

      Volume: Vol.76,No.4

    • NAID

      130007897872

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of regional simulation of seismic ground‐motion and induced liquefaction enhanced by GPU computing2020

    • Author(s)
      Kusakabe Ryota、Fujita Kohei、Ichimura Tsuyoshi、Yamaguchi Takuma、Hori Muneo、Wijerathne Lalith
    • Journal Title

      Earthquake Engineering & Structural Dynamics

      Volume: 50 Pages: 197-213

    • DOI

      10.1002/eqe.3369

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] DISPLACEMENT ESTIMATION OF NONLINEAR SDOF SYSTEM UNDER SEISMIC EXCITATION USING KALMAN FILTER FOR STATE-PARAMETER ESTIMATION2020

    • Author(s)
      Yang, Y., NAGAYAMA, T., SU, D.
    • Journal Title

      Intelligence, Informatics and Infrastructure

      Volume: 1(1) Issue: 1 Pages: 1-10

    • DOI

      10.11532/jsceiii.1.1_1

    • NAID

      130007940728

    • ISSN
      2435-9262
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structure system estimation under seismic excitation with an adaptive extended kalman filter2020

    • Author(s)
      Yang Yaohua、Nagayama Tomonori、Xue Kai
    • Journal Title

      Journal of Sound and Vibration

      Volume: 489 Pages: 115690-115690

    • DOI

      10.1016/j.jsv.2020.115690

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Prediction of Joint Shear Deformation Index of RC Beam-Column Joints2020

    • Author(s)
      Gombosuren Dagvabazar、Maki Takeshi
    • Journal Title

      Buildings

      Volume: 10 Pages: 176-176

    • DOI

      10.3390/buildings10100176

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Analysis on the Seismic Damage Data of Flat Roads in the 2011 Off the Pacific Coast of Tohoku Earthquake2020

    • Author(s)
      庄司学,中嶋千穂子,吉成健人
    • Journal Title

      J. of JAEE

      Volume: 20 Issue: 3 Pages: 3_70-3_83

    • DOI

      10.5610/jaee.20.3_70

    • NAID

      130007818545

    • ISSN
      1884-6246
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Data-Driven Approach to Inversion Analysis of Three-dimensional Inner Soil Structure via Wave Propagation Analysis2020

    • Author(s)
      Takuma Yamaguchi, Tsuyoshi Ichimura, Kohei Fujita, Muneo Hori, Lalith Maddegedara, Naonori Ueda
    • Journal Title

      Lecture Notes in Computer Science

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Element-by-Element Kernel Algorithms in Unstructured Finite-Element Solvers for Many-Core Wide-SIMD CPUs: Application to Earthquake Simulation2020

    • Author(s)
      Kohei Fujita, Masashi Horikoshi, Tsuyoshi Ichimura, Larry Meadows, Kengo Nakajima, Muneo Hori, Lalith Maddegedara
    • Journal Title

      Journal of Computational Science

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A robust structural parameter estimation method using seismic response measurements2020

    • Author(s)
      Muge Kuleli, Tomonori Nagayama
    • Journal Title

      Structural Control and Health Monitoring

      Volume: Volume 27, Issue 3

    • DOI

      10.1002/stc.2475

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 2018年北海道胆振東部地震による道路構造物の被害把握2019

    • Author(s)
      吉成健人,庄司学
    • Journal Title

      JCOSSAR 2019論文集

      Volume: Vol.9 Pages: 292-297

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Research and Implementations of Structural Monitoring for Bridges and Buildings in Japan2019

    • Author(s)
      Yozo Fujino, Dionysius M Siringoringo, Yoshiki Ikeda, Tomonori Nagayama, and Tsukasa Mizutani
    • Journal Title

      Engineering

      Volume: 5(6) Pages: 1093-1119

    • DOI

      10.1016/j.eng.2019.09.006

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Seismic Response Characteristics of a Long-Period and Long-Span Bridge Based on Recorded Waveforms2020

    • Author(s)
      Utsunomiya, H. and Shoji, G.
    • Organizer
      17th World Conference on Earthquake Engineering (17WCEE)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Image Analysis for Road Structure Damage Due to the 2018 Hokkaido Iburi Tobu Earthquake Road2020

    • Author(s)
      Yoshinari, K. and Shoji, G.
    • Organizer
      17th World Conference on Earthquake Engineering (17WCEE)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 東北地方太平洋沖地震の際に長周期インフラ構造物に入射した地震波の特徴2020

    • Author(s)
      宇都宮大治,庄司学
    • Organizer
      第10回インフラ・ライフライン減災対策シンポジウム, 土木学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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