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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

研究課題

研究課題/領域番号 19K21983
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分22:土木工学およびその関連分野
研究機関筑波大学

研究代表者

庄司 学  筑波大学, システム情報系, 教授 (60282836)

研究分担者 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), 教授 (80451798)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード長周期型橋梁 / 強震動 / 地表断層変位 / 連鎖地震荷重 / 作用メカニズム / 地震応答の視覚化 / 地盤変状 / 被災リスク / ハザードマップ / 液状化
研究開始時の研究の概要

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.

研究成果の概要

熊本地震で被災した大切畑大橋と桑鶴大橋の長周期型橋梁-地盤系に対して3次元有限要素モデルを構築し,連鎖地震荷重として強震動及び地表断層変位等の支持地盤の変状に焦点を当てて,連鎖荷重の作用メカニズムの解明を試みた.大切畑大橋については,強震動により,床版・橋桁の水平方向のずれや積層ゴム支承のせん断破壊,P4橋脚の塑性化や傾斜が支配的に生じ,連鎖する地表断層変位によりP2-P4橋脚間でのそれらの地震応答が助長された可能性が明らかとなった.桑鶴大橋については,橋台部の支承機能の損失によって桁端部に浮き上がりが生じ,ケーブルの応力抜けと桁端部の橋壁への衝突が連鎖的に生じる損傷過程が明らかとなった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

連鎖地震荷重として強震動及び地表断層変位等の支持地盤の変状に焦点を当てて,熊本地震で被災した大切畑大橋と桑鶴大橋に対する未解明であった連鎖地震荷重の作用メカニズムを推定できた点に大きな学術的意義が認められる.長周期型橋梁を構成する構造要素や地盤の連成する複雑な地震応答を時刻歴波形だけでなく3D CADを活用して3次元的に視覚化できた点においても有用な知見を示し得ており大きな社会的意義が認められる.

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 8件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] コンクリートの損傷指標を用いたRC部材の三次元耐荷機構の数値解析的評価2022

    • 著者名/発表者名
      牧剛史,土屋智史,斉藤成彦,渡邊忠朋
    • 雑誌名

      土木学会論文集E2(材料・コンクリート構造)

      巻: Vol.78, No.1 ページ: 121-137

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The resilience of ‘peripheral’ lifeline systems - damage analysis and implications for seismic design based on the anti-catastrophe concept2021

    • 著者名/発表者名
      Shoji, G. and Honda, R.
    • 雑誌名

      Structure and Infrastructure Engineering

      巻: Vol. 17, Issue 4 号: 4 ページ: 481-493

    • DOI

      10.1080/15732479.2020.1843502

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 破壊尤度の制御による道路橋の崩壊シナリオデザイン設計法の提案2021

    • 著者名/発表者名
      大住道生,中尾尚史,石崎覚史,庄司学
    • 雑誌名

      土木学会論文集A1(構造・地震工学)

      巻: Vol.77, No.4

    • NAID

      130008067150

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large-Scale Stabilized Multi-physics Earthquake Simulation for Digital Twin2021

    • 著者名/発表者名
      Kusakabe Ryota、Ichimura Tsuyoshi、Fujita Kohei、Hori Muneo、Wijerathne Lalith
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 2021 ページ: 3-15

    • DOI

      10.1007/978-3-030-77964-1_1

    • ISBN
      9783030779634, 9783030779641
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural system identification under seismic excitation via Markov chain Monte Carlo method2021

    • 著者名/発表者名
      Yang, Y., Nagayama, T.
    • 雑誌名

      AI・データサイエンス論文集

      巻: 2 号: 2 ページ: 34-45

    • DOI

      10.11532/jsceiii.2.2_34

    • NAID

      130008118237

    • ISSN
      2435-9262
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] DISPLACEMENT ESTIMATION OF NONLINEAR SDOF SYSTEM UNDER SEISMIC EXCITATION USING KALMAN FILTER FOR STATE-PARAMETER ESTIMATION2020

    • 著者名/発表者名
      Yang, Y., NAGAYAMA, T., SU, D.
    • 雑誌名

      AI・データサイエンス論文集

      巻: 1 号: 1 ページ: 1-10

    • DOI

      10.11532/jsceiii.1.1_1

    • NAID

      130007940728

    • ISSN
      2435-9262
    • 年月日
      2020-11-11
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      畠山大治,庄司学,永田茂,吉見雅行
    • 雑誌名

      土木学会論文集A1(構造・地震工学)

      巻: Vol.76,No.4

    • NAID

      130007897872

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of regional simulation of seismic ground‐motion and induced liquefaction enhanced by GPU computing2020

    • 著者名/発表者名
      Kusakabe Ryota、Fujita Kohei、Ichimura Tsuyoshi、Yamaguchi Takuma、Hori Muneo、Wijerathne Lalith
    • 雑誌名

      Earthquake Engineering & Structural Dynamics

      巻: 50 号: 1 ページ: 197-213

    • DOI

      10.1002/eqe.3369

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Structure system estimation under seismic excitation with an adaptive extended kalman filter2020

    • 著者名/発表者名
      Yang Yaohua、Nagayama Tomonori、Xue Kai
    • 雑誌名

      Journal of Sound and Vibration

      巻: 489 ページ: 115690-115690

    • DOI

      10.1016/j.jsv.2020.115690

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Prediction of Joint Shear Deformation Index of RC Beam-Column Joints2020

    • 著者名/発表者名
      Gombosuren Dagvabazar、Maki Takeshi
    • 雑誌名

      Buildings

      巻: 10 号: 10 ページ: 176-176

    • DOI

      10.3390/buildings10100176

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 2011年東北地方太平洋沖地震における平面道路の地震被害データに関する分析2020

    • 著者名/発表者名
      庄司学,中嶋千穂子,吉成健人
    • 雑誌名

      日本地震工学会論文集

      巻: 20 号: 3 ページ: 3_70-3_83

    • DOI

      10.5610/jaee.20.3_70

    • NAID

      130007818545

    • ISSN
      1884-6246
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Data-Driven Approach to Inversion Analysis of Three-dimensional Inner Soil Structure via Wave Propagation Analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Takuma Yamaguchi, Tsuyoshi Ichimura, Kohei Fujita, Muneo Hori, Lalith Maddegedara, Naonori Ueda
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Element-by-Element Kernel Algorithms in Unstructured Finite-Element Solvers for Many-Core Wide-SIMD CPUs: Application to Earthquake Simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Kohei Fujita, Masashi Horikoshi, Tsuyoshi Ichimura, Larry Meadows, Kengo Nakajima, Muneo Hori, Lalith Maddegedara
    • 雑誌名

      Journal of Computational Science

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A robust structural parameter estimation method using seismic response measurements2020

    • 著者名/発表者名
      Muge Kuleli, Tomonori Nagayama
    • 雑誌名

      Structural Control and Health Monitoring

      巻: Volume 27, Issue 3 号: 3

    • DOI

      10.1002/stc.2475

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      吉成健人,庄司学
    • 雑誌名

      JCOSSAR 2019論文集

      巻: Vol.9 ページ: 292-297

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Research and Implementations of Structural Monitoring for Bridges and Buildings in Japan2019

    • 著者名/発表者名
      Yozo Fujino, Dionysius M Siringoringo, Yoshiki Ikeda, Tomonori Nagayama, and Tsukasa Mizutani
    • 雑誌名

      Engineering

      巻: 5(6) 号: 6 ページ: 1093-1119

    • DOI

      10.1016/j.eng.2019.09.006

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] サイバーフィジックス空間に基づくインフラ地震被害推定システムのデジタルツイン構想2022

    • 著者名/発表者名
      皆川大雅,庄司学
    • 学会等名
      第12回インフラ・ライフライン減災対策シンポジウム講演集,土木学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] GPU-accelerated Multiphysics-based Seismic Wave Propagation Simulation and its Surrogate Model with Machine Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Ryota Kusakabe, Tsuyoshi Ichimura, Kohei Fujita, Muneo Hori & Lalith Wijerathne
    • 学会等名
      The International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region (HPC Asia 2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 2016年熊本地震で被災した大切畑大橋の下部構造-周辺地盤系の地震応答特性2021

    • 著者名/発表者名
      山本翔吾,皆川大雅,北島佑,庄司学,大住道生
    • 学会等名
      第41回土木学会地震工学研究発表会講演論文集,土木学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Displacement estimation based on measured acceleration and tri-linear hysteresis parameter optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, K., Yang, Y., Nagayama, T., Nakamura, T., Su, D.
    • 学会等名
      Proc.of the 10th International Conference on Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Seismic Response Characteristics of a Long-Period and Long-Span Bridge Based on Recorded Waveforms2020

    • 著者名/発表者名
      Utsunomiya, H. and Shoji, G.
    • 学会等名
      17th World Conference on Earthquake Engineering (17WCEE)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Image Analysis for Road Structure Damage Due to the 2018 Hokkaido Iburi Tobu Earthquake Road2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshinari, K. and Shoji, G.
    • 学会等名
      17th World Conference on Earthquake Engineering (17WCEE)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      宇都宮大治,庄司学
    • 学会等名
      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
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2023-01-30  

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