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2020 年度 実績報告書

ヒトの神経系姿勢制御モデルに基づく超巨大地震時の転倒による死傷メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H02399
研究機関茨城大学

研究代表者

肥田 剛典  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (60598598)

研究分担者 高田 毅士  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 安全研究・防災支援部門 リスク情報活用推進室, 室長 (10302762)
糸井 達哉  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (60393625)
永野 正行  東京理科大学, 理工学部建築学科, 教授 (60416865)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード振動台搭乗実験 / 地震 / 人的被害 / 人体モデル / フィードバック制御 / 倒立振子
研究実績の概要

本研究では,被験者を振動台に登場させて地震波加振を行う実験(以降,振動台搭乗実験)のデータに基づき,人体の地震応答解析モデルを構築した.振動台搭乗実験における被験者には負傷防止のためのヘルメットやプロテクター等を装着させたうえで,モーションキャプチャー用のマーカーを身体各部位に貼付した.実地震時に地表または原子力発電所内で観測された強震記録を振動台に入力し,複数台のビデオカメラで被験者の加振の最中の挙動を撮影した.被験者のマーカーをモーションキャプチャーで分析し,身体各部位の変位データを取得した.
二重倒立振子により人体の地震応答解析モデル(以降,人体モデル)を構築した.本モデルは,フィードバック制御を用いて揺れの最中の人体の立位姿勢制御による挙動を再現するものである.人体モデルの挙動が振動台搭乗実験時の被験者の挙動と対応するよう,フィードバックゲインを調節した.
さらに,人体の転倒限界に関して調査された既往の研究を参照し,人体の転倒を再現するモデルを構築した.人間が足を踏み出す際の最大踏み出し幅に制限値を設け,人体モデルの踏み出し幅がこれを逸脱した場合に制御力をゼロとする.これにより,人体モデルは不安定な体勢を立て直すことが出来ず,床に向かって転倒する.人体モデルの腰部または頭部が床に衝突した時点でモデルは転倒したと判断することとした.
次に,建物の地震応答解析により得られた床応答を人体モデルに入力し,地震時における建物内の人間の転倒を評価した.建物モデルはせん断型多質点系とし,4~10層RC造の非免震建物と6層RC造の免震建物とした.その結果,免震建物では人間の転倒は発生しにくく,非免震建物では人間の転倒の有無と床応答の最大速度および等価周期の間にある程度の傾向が見られた.このことから,人間の転倒を床応答の卓越周期と最大速度により簡易的に評価可能であることが示唆された.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の研究計画では,2020年度に人体の地震応答解析モデルを構築することとしていた.本年度は計画通り人体モデルを構築し,さらに,地震の揺れの最中における人体の転倒を再現可能なモデルとした.また,このモデルを用いて,免震建物と非免震建物内での人間の転倒の有無について検討した.当初の計画に対し追加の検討を行っており,おおむね順調に進展している.

今後の研究の推進方策

今後は,振動台搭乗実験における複数名の被験者の地震時挙動を分析し,個人差による挙動の差異を考慮した人体モデルを構築する.また,振動台搭乗実験における被験者の歩行実験のデータを分析し,地震の揺れの最中における避難行動等による歩行時の人体挙動を分析し,これを考慮可能な人体モデルを構築する.さらに,超高層建物におけるパルス地震動入力時の人体挙動や転倒・負傷の有無等,様々な建物や状況での人的被害シミュレーションを実施し,地震時の室内人的被害発生メカニズムについて検討する.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 その他

すべて 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 前後方向の非対称性を考慮した人体の地震応答解析モデルに基づく人間の地震時転倒評価2020

    • 著者名/発表者名
      肥田剛典,連 惇,松本雄馬,糸井達哉,高田毅士
    • 学会等名
      日本地震工学会
  • [学会発表] 振動台搭乗実験に基づく人体の地震時転倒可能性評価に向けた立位姿勢保持に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      連 惇,松本雄馬,肥田剛典,糸井達哉,高田毅士
    • 学会等名
      日本建築学会
  • [学会発表] 人体の非線形地震応答解析モデルを用いた超高層建物の地震時負傷評価法 その1 人間の簡易負傷評価法の提案2020

    • 著者名/発表者名
      肥田剛典,唐津啓樹,永野正行,糸井達哉,高田毅士
    • 学会等名
      日本建築学会
  • [学会発表] 人体の非線形地震応答解析モデルを用いた超高層建物の地震時負傷評価法 その2 2016 年熊本地震のデータによる簡易負傷評価法の検証2020

    • 著者名/発表者名
      唐津啓樹,肥田剛典,永野正行
    • 学会等名
      日本建築学会
  • [学会発表] 個人差を考慮した人体の非線形地震応答解析モデルの構築2020

    • 著者名/発表者名
      松本雄馬,肥田剛典,高田毅士,糸井達哉
    • 学会等名
      日本建築学会
  • [学会発表] Seismic Fragility Analysis of Human Injury Using Seismic Response Analysis Model of Human Bodies2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsumoto, T. Hida, T. Takada, T. Itoi
    • 学会等名
      The Seventh Asian-Pacific Symposium on Structural Reliability and Its Applications (APSSRA2020)
    • 国際学会
  • [備考] 茨城大学大学院理工学研究科都市システム工学専攻 建築構造・防災研究室HP

    • URL

      http://dprl.civil.ibaraki.ac.jp/index.html

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公開日: 2022-12-28  

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