平成１８年度長周期地震動対平成１８年度長周期地震動対策に関する調査策に関する調査

土木構造物編土木構造物編

・地域および地震動の選択・地域および地震動の選択・橋梁（斜張橋）の耐震性能の検・橋梁（斜張橋）の耐震性能の検討討・タンクのスロッシングの検討・タンクのスロッシングの検討・まとめと今後の課題・まとめと今後の課題

西村　昭彦　（株）ジェイアール総研エンジニアリング

地域および地震動の選択

①① 関東平野　　　　　　東海・東南海地震関東平野　　　　　　東海・東南海地震　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 19231923 年関東地震タイ年関東地震タイ

プ　プ　②② 濃尾平野　　　　　　東海・東南海地震濃尾平野　　　　　　東海・東南海地震③③ 大阪平野　　　　　　東南海・南海地震大阪平野　　　　　　東南海・南海地震④④ 仙台平野　　　　　　想定宮城沖地震仙台平野　　　　　　想定宮城沖地震⑤⑤ 石狩・勇払平野 石狩・勇払平野 20032003 年十勝沖地震タイプ年十勝沖地震タイプ

応答スペクトルの作成応答スペクトルの作成

地震動部会より提供された地震波から地震動部会より提供された地震波から ①① 弾性応答スペクトル弾性応答スペクトル　　　　　　②損傷度②損傷度 ((DIDI)) スペクトルスペクトル　　を算定す　　を算定す

る。る。

巨大地震（長周期地震）による構造物の巨大地震（長周期地震）による構造物の

損傷度に及ぼす継続時間の影響評価方法損傷度に及ぼす継続時間の影響評価方法

『 損傷度指数 DI 』を用いる

『 損傷度指数 DI (Damage IndexDamage Index ) 』とは

dEP

DDDIuyu

max21

uδyP

ここに maxδ 最大応答変位 終局変位降伏荷重 部材諸元に依存した

パラメータ

D1 ：最大変位による損傷を定義する項

D2 ：繰り返しによる損傷を定義した項

現在の耐震診断では塑性率で部材の損傷を定義していることから、この D1 の項を扱っていることに相当する。

Damage IndexDamage Index の時刻歴計算例の時刻歴計算例

神戸神戸 JMAJMA の方がの方が DD11 による損傷指標は大きいが、による損傷指標は大きいが、 DD22 が小さく、が小さく、損傷に対しては最大変位に起因する影響が支配的になって損傷に対しては最大変位に起因する影響が支配的になっているのに対し、浜岡ではいるのに対し、浜岡では DD22 がが DD11 を上回っており、最大変位とを上回っており、最大変位と同時に繰り返しによる損傷進展が大きな要因になっている。同時に繰り返しによる損傷進展が大きな要因になっている。

50 100 150 2000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

DI

time(sec)

DI=D1+D2 D1 D2

50 100 150 200-1000

0

1000

Acc

(gal

)

time(sec)

Hamaoka

0 50 100 1500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

DI

time(sec)

DI=D1+D2 D1 D2

0 50 100 150-1000

0

1000

Acc

(gal

)

time(sec)

KobeJMA神戸海洋気象台

　最大加速度

　 NS 成分　818gal

浜岡（東海想定波）

　最大加速度

　 NS 成分　865gal

損傷度スペクトルによる地震動の比較損傷度スペクトルによる地震動の比較長周期成分の大きい地震動（長周期成分の大きい地震動（周期周期 55秒で秒で Khy(DI)=0.1Khy(DI)=0.1程度程度 ))

0 100 200 300-200

0

200kme-nankai008-rokkog-acc-ns.out

最大加速度 :103.2(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.01

0.05

0.1

0.5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

六甲アイランド（南海）ＮＳ成分

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル

0 100 200 300-100

0

100 kme-nankai008-osk006-acc-ns.out最大加速度 70.8(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.01

0.05

0.1

0.5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

堺（南海）ＮＳ成分

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル

0 100 200 300-300

0

300trg-TNN-YAE-acc-ns.out

最大加速度 :243.2(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.05

0.1

0.5

1

5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

弥栄（東南海＋南海）ＮＳ成分

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

1000

5000

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル

六甲アイランド（南海） NS 成分

堺（南海） NS 成分

弥栄（東南海＋南海） NS 成分

長周期成分では六甲アイランド（南海） NS 成分の地震動が大きいが、六甲アイランドは埋め立てられた人工的な地盤であるため、大阪地区では堺（南海） NS成分の地震波を用いて耐震性能照査をすることが推奨される。しかし短周期成分の強度が小さいので、長周期構造物以外の土木構造物に与える影響が小さいことを考えると、弥栄（東南海＋南海） NS 成分の地震波を用いることも考えられる。

現在の設計基準の損傷度スペクトル現在の設計基準の損傷度スペクトル鉄道構造物等設計標準　耐震設計鉄道構造物等設計標準　耐震設計

0 100 200 300-900

0

900SPC2 G2.ACC

最大加速度：870.8(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.05

0.1

0.5

1

5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

Ⅱスペクトル （Ｇ２地盤）

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

1000

5000

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル

0 100 200 300-900

0

900SPC2 G5.ACC

最大加速度：691.9(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.05

0.1

0.5

1

5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

Ⅱスペクトル （Ｇ５地盤）

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

1000

5000

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル

0 100 200 300-450

0

450 1-3-1acc.ACC最大加速度 :-433.4(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.05

0.1

0.5

1

5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

Ⅰ Ⅲ－ －１（1983 TSUGARU BRG.）TR成分

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

1000

5000

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル

Ⅰ- -Ⅲ Ⅰ(1983 TSUGARU BRG)スペクトルⅡ（ G5 地盤）

スペクトルⅡ（ G2 地盤）

道路橋示方書　Ⅴ耐震設計編道路橋示方書　Ⅴ耐震設計編

「鉄道構造物等設計標準　耐震設計」「鉄道構造物等設計標準　耐震設計」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 G2G2 地盤と地盤とは表層が洪積層である良好な地盤であり、　　　　　　　　　　　　　は表層が洪積層である良好な地盤であり、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 G5G5 地盤は表層の地盤の固有周期地盤は表層の地盤の固有周期がが 0.750.75～～ 1.01.0秒の軟弱地盤である。　　　　　　　　　　　　　　　　秒の軟弱地盤である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　「道路橋示方書　Ⅴ耐震設計編」　「道路橋示方書　Ⅴ耐震設計編」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　プレート　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　プレート境界型地震を想定したタイプⅠ地震動と、内陸直下型地震を想定したタ境界型地震を想定したタイプⅠ地震動と、内陸直下型地震を想定したタイプⅡ地震動があり、それぞれⅠ種（良好）～Ⅲ種（軟弱）に分類。イプⅡ地震動があり、それぞれⅠ種（良好）～Ⅲ種（軟弱）に分類。

設計基準と提供地震動の比較設計基準と提供地震動の比較

・・堺（南海） NS 成分では周期周期 55 秒以上の秒以上のDI値においてにおいて G2G2 地盤やタイプⅡ地震動を地盤やタイプⅡ地震動を上回ったが上回ったが、ほとんどの提供波が G5 地盤やタイプⅠ地震動のⅡ、Ⅲ種地盤より小さい値となった。

0 100 200 300-100

0

100 kme-nankai008-osk006-acc-ns.out最大加速度 70.8(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.01

0.05

0.1

0.5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

堺（南海）ＮＳ成分

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル

0 100 200 300-900

0

900SPC2 G2.ACC

最大加速度：870.8(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.05

0.1

0.5

1

5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

Ⅱスペクトル （Ｇ２地盤）

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

1000

5000

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル

0 100 200 300-900

0

900SPC2 G5.ACC

最大加速度：691.9(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.05

0.1

0.5

1

5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

Ⅱスペクトル （Ｇ５地盤）

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

1000

5000

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル

0 100 200 300-450

0

450 1-3-1acc.ACC最大加速度 :-433.4(cm/sec2)

Acc

(cm

/sec

2 )

Time(sec)

0.1 0.5 1 5 105

10

50

100

500

Period(sec)

0.05

速度応答スペクトル

Vel

(cm

/sec

)

0.1 0.5 1 5 100.05

0.1

0.5

1

5

Khy

Period(sec)

DI

DI=0.2DI=0.4DI=0.6DI=0.8DI=1.0

Ⅰ Ⅲ－ －１（1983 TSUGARU BRG.）TR成分

0.1 0.5 1 5 1050

100

500

1000

5000

Acc

(cm

/sec

2 )

Period(sec)

0.05

加速度応答スペクトル堺（南海） NS 成分

スペクトルⅡ（ G2 地盤）

スペクトルⅡ（ G5 地盤）

Ⅰ- - Ⅲ Ⅰ (1983 TSUGARU BRG)

長周期地震動による橋梁の耐震性能の検長周期地震動による橋梁の耐震性能の検討討

●●橋梁諸元橋梁諸元　橋　　　長　　橋　　　長　：　：　 400m400m 　　 (100+200+100m)(100+200+100m)　　主桁形状　主桁形状　：　：　 PC3PC3室箱桁室箱桁　　主塔形状　主塔形状　：　：　 HH型型　　斜材形状　斜材形状　：　ハープ型二面吊り：　ハープ型二面吊り　　支承種類　支承種類　：　可動型ゴム支承：　可動型ゴム支承 (( 橋軸直角方向は固定）橋軸直角方向は固定）　　橋　　　脚橋　　　脚　：　　：　 RCRC 橋脚橋脚　　基礎構造　基礎構造　：　直接基礎：　直接基礎　地盤種別　　地盤種別　：　Ⅰ種地盤　　：　Ⅰ種地盤　　

●●照査対象地震動照査対象地震動　　　　　　弥栄（東南海＋南海） NS 成分

※※日本道路協会：道路橋の耐震設計に関する資料－日本道路協会：道路橋の耐震設計に関する資料－ PCPC ラーメン橋・ラーメン橋・ RCRC アーチアーチ橋・橋・ PCPC 斜張橋・地中連続壁基礎・深礎基礎等の耐震設計計算例，斜張橋・地中連続壁基礎・深礎基礎等の耐震設計計算例， 19981998 　のモ　のモデルを使用デルを使用　　

200m

52

16

68m

400m

解析対象橋梁解析対象橋梁 (( 斜張橋斜張橋 ))

解析で用いた地震動波形解析で用いた地震動波形（長周期成分が卓越する東南海・南海地震（長周期成分が卓越する東南海・南海地震同時発生時における同時発生時における YAEYAE での推定波）での推定波）　　

時刻 (秒)

加速度 (gal) MIE006 NS

最大加速度:1408.8gal

0 30 60 90 120-2000

-1000

0

1000

2000

時刻 (秒)

加速度 (gal) MIE006 EW

最大加速度:1735.8gal

0 30 60 90 120-2000

-1000

0

1000

2000

時刻 (秒)

加速度 (gal) YAE NS

最大加速度:243.2gal

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330-400

-200

0

200

400

時刻 (秒)

加速度 (gal) YAE EW

最大加速度:320.7gal

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330-400

-200

0

200

400

固有周期 (秒)応答加速度 (gal)

タイプⅡ

タイプⅠ

NSEW

標準加速度応答スペクトルI種地盤Ⅱ種地盤Ⅲ種地盤

（3）YAE

0.1 1 100

2000

解析結果解析結果(YAE-NS(YAE-NS波入力時における波入力時における

曲げモーメントの主塔及び橋脚高さ方向分布曲げモーメントの主塔及び橋脚高さ方向分布 ))

橋軸直角方向加振時橋軸直角方向加振時橋軸方向加振時橋軸方向加振時曲げモーメント (kN*m)

高さ (m)

橋軸方向加振

最大発生モーメントひびわれモーメント初降伏モーメント終局モーメント

主塔部

橋脚部

0 200000 400000

-10

0

10

20

30

40

50

曲げモーメント (kN*m)高さ (m)

橋軸直角方向加振

最大発生モーメントひびわれモーメント初降伏モーメント終局モーメント

主塔部

橋脚部

0 200000 400000

-10

0

10

20

30

40

50

橋軸方向加振時及び橋軸直角方向加振時のいずれにおいても照査を満足しており、要求性能を確保できているといえる。

長周期地震動によるタンクのスロッシングの長周期地震動によるタンクのスロッシングの検討検討

タンクのスロッシング一般性状タンクのスロッシング一般性状 基本固有周期基本固有周期　　

石油・水道タンク

LNG タンク

石油・水道タンク

LNG タンク

波高（波高（ Sv=200kineSv=200kineの場の場合合 ))

消防法では最大消防法では最大 200kine200kine でスロッシングの検討をすることになっているが、でスロッシングの検討をすることになっているが、六甲アイランドでの速度応答スペクトルは、六甲アイランドでの速度応答スペクトルは、 66秒を超える周期帯で秒を超える周期帯で 200kine200kineを上回り、波高は周期を上回り、波高は周期 77秒以降において消防法の秒以降において消防法の 1.81.8倍以上にも達する。倍以上にも達する。

周期毎の速度応答スペクトル (kine)

六甲アイランド（南海）における最大波高(m)

スロッシングによる波高の検討スロッシングによる波高の検討

まとめと今後の課題まとめと今後の課題・・提供波提供波は、特定の地域で現基準の値を上回ることから、今後耐は、特定の地域で現基準の値を上回ることから、今後耐

震設計にあたってはそれぞれのサイトの地震動を計算し、現基震設計にあたってはそれぞれのサイトの地震動を計算し、現基準との比較を行い、準との比較を行い、影響が大きい方の地震動を用いるとよい影響が大きい方の地震動を用いるとよい。。

・・長周期構造物（斜張橋）長周期構造物（斜張橋）では、長周期成分の大きい弥栄の地震では、長周期成分の大きい弥栄の地震動を作用させて影響を検討したところ、今回の解析では厳しい動を作用させて影響を検討したところ、今回の解析では厳しいところでも降伏する程度で大きく塑性域に入る応答値はなく、ところでも降伏する程度で大きく塑性域に入る応答値はなく、耐震性能を概ね満足しており、耐震性能を概ね満足しており、設計地震動は適切であると考え設計地震動は適切であると考えられるられる。。

・・タンクの長周期地震動によるスロッシング波高タンクの長周期地震動によるスロッシング波高では、六甲アイでは、六甲アイランドで波高が消防法ランドで波高が消防法 (200kine)(200kine) によるもののによるものの 1.81.8倍にも達する倍にも達することから、ことから、サイトによっては長周期地震動を考慮する必要があサイトによっては長周期地震動を考慮する必要があるる。。

・・地震動の設定方法地震動の設定方法については、については、地震動のばらつきや地域特性の地震動のばらつきや地域特性の検討を行い決定する必要がある検討を行い決定する必要がある。。