| 研究課題/領域番号 |
24560598
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
池田 清宏 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50168126)
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| 研究分担者 |
山川 優樹 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80324010)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 地盤と構造物 / 送電鉄塔 |
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| 研究概要 |
本研究では，地震などによる地盤変形による送電鉄塔基礎の不同変位と，それに伴う鉄塔の損傷を定量的に評価し，損傷を受けた地盤－基礎－鉄塔－送電線連成系の耐風終局強度および損傷後の健全性（補修・新設の要否や継続使用の可否等）を合理的に評価することを目的とする．地震動による典型的な地盤破壊形態を対象とし，架空線－風連成解析により鉄塔に作用する風外力を評価し，地盤－基礎－鉄塔連成系の3次元・大変形・弾塑性解析により，地震後の鉄塔の耐荷・変形性能を明らかにする．
平成24年度の研究項目は以下の(i), (ii)の通りである．
研究項目(i)：送電施設の地震被害と鉄塔・基礎の破壊状況に関する情報収集．これまでの沖地震による鉄塔・基礎の被害状況に関する現地調査や既往の文献調査に基づき，本研究の検討で対象とすべき代表的な基礎周辺地盤の破壊形態を抽出した．
研究項目(ii)：地震による繰り返し外力による地盤変形の高精度予測のための構成モデルの開発と数値実装．鉄塔は多数の細長部材で構成され，脚部基礎の微小な変位によっても著しく座屈耐荷力が低下する鋭敏な構造である．このため，地震による地盤変形を高精度に評価することが必要となる．そこで本研究では，この予測精度向上を実現するために，繰返し負荷に対する高度な弾塑性構成モデルを導入し，3次元大変形解析プログラムへの数値実装を行った．再現性の高い解析結果を得るためには，土質定数の設定が重要である．特に変形予測においては，破壊に関わる定数もさることながら，塑性変形の発展則パラメータや微小変形段階でのせん断剛性等が重要となる．そこで，パラメトリック・スタディにより各定数に対する構成モデルの応答感度を調べた．
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| 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
「研究実績の概要」に上述した通り，平成24年度に予定していた研究項目(i), (ii)ともに年度当初の研究実施計画に挙げていた内容をおおむね達成しており，研究計画全体としてもおおむね順調に進展している．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度の研究実施計画は，以下の研究項目(iii), (iv)で構成される．
研究項目(iii)：地盤－基礎－鉄塔連成系のモデル作成と解析実行プラットフォームの構築．地盤－基礎－鉄塔連成系の各構成要素の有限要素モデルを作成し，それらを統合することにより，解析実行プラットフォームを構築する．基礎としては，小型の鉄塔に対して用いられている逆T型基礎を用いる．地盤は4脚の逆T型基礎を包含する十分大きな直方体領域として設定する．下記の2種類（懸垂型・耐張型）の標準鉄塔を解析対象として採用し，梁構造物として有限要素モデル化する．なお，鉄塔は複数種の断面形状を有する多数の部材で構成され，部材間の接合方法やそれによる部材軸の偏心の再現が煩雑であるが，それらの正確な再現が部材座屈の解析結果を大きく左右することにも注意が必要である．
研究項目(iv)：鉄塔－架空線－風連成解析による鉄塔外力の評価．送電鉄塔の外力の中で，風荷重が鉄塔および基礎に対して最もクリティカルであり，近年でも強風による鉄塔の倒壊や基礎の破壊事故が発生している．本研究では，3次元的に不規則に変動する風荷重に対して架空送電線部材および鉄塔に発生する応力を評価し，各基礎に伝達される外力を明らかにする．具体的には，3本の鉄塔を架空線により繋いだ鉄塔－架空線系解析モデルを考え，中央の鉄塔のアームにどのような張力が発生し，基礎にどのような引揚げ力が発生するかを調べる．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
次年度は2種類（懸垂型・耐張型）の標準鉄塔を解析対象とし，梁構造物として有限要素モデル化する．なお，鉄塔は複数種の断面形状を有する多数の部材で構成され，部材間の接合方法やそれによる部材軸の偏心の再現が煩雑であるが，それらの正確な再現が部材座屈の解析結果を大きく左右することにも注意が必要である．そのため，注意深い作業による実在鉄塔に忠実な解析モデルの作成が必要となる．そのため，次年度の研究費は，データストレージ機器の購入，および解析モデル作成やデータ整理等の研究補助謝金と研究支援者の賃金として使用予定である．
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