JP2003161783A - 地震被害予測システムの被害推定方法 - Google Patents

地震被害予測システムの被害推定方法

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JP2003161783A
JP2003161783A JP2001362446A JP2001362446A JP2003161783A JP 2003161783 A JP2003161783 A JP 2003161783A JP 2001362446 A JP2001362446 A JP 2001362446A JP 2001362446 A JP2001362446 A JP 2001362446A JP 2003161783 A JP2003161783 A JP 2003161783A
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earthquake
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seismic
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Hiroshi Niwa
博志 丹羽
Hiroshi Katayama
洋 片山
Shigeru Fujimoto
滋 藤本
Yasuhiko Aida
安彦 相田
Masataka Nakajima
政隆 中島
Atsuo Iso
敦夫 礒
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 解析モデルを使用することなく、小地域など
の限定された地域の地震被害や影響を、その地域に設置
された観測手段の観測情報から短時間で地震被害を推定
できる地震被害予測システムの被害推定方法を提供する
ことである。 【解決手段】 観測された地震データを構造物の応答に
影響する周波数帯域（固有振動数帯域）のみとなるよう
にフィルタ処理した後に、その最大値によって被害状況
を推定する。また、入力エネルギを評価することで構造
物の被害推定を行う。さらに、構造物の振動特性に着目
して地震時の変化を捉えることによって被害推定する。
これにより、構造物の解析モデルを用いることなく迅速
に構造物の被害推定が行える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地震発生時の地震
動による影響を推定評価し対応を支援する防災システム
である地震被害予測システムの被害推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】地震発生時の地震動による影響を推定評
価し、その地震動の対応を支援する防災システムとして
地震被害予測システムがある。この地震被害予測システ
ムでは、観測手段としての地震計を地表面に設置し、そ
の地震計により観測された地震動を計算機に入力して、
計算機により構造物の地震被害を推定するようにしてい
る。
【０００３】この場合、計算機では、あらかじめ構造物
をモデル化した上で、観測された振動波形をそのモデル
に入力し、応答計算を行い許容値と比較することにより
地震被害を推定することが行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
地震被害推定方法では応答計算に時間がかかるので、地
震後即時の被害推定に支障をきたす恐れがある。また、
構造物のモデル化に大きな手間を要したり、モデル化が
出来たとしても、その精度が悪い場合には実情と異なっ
た被害推定を行う恐れがある。
【０００５】このように、従来の地震被害予測推定シス
テムの被害推定方法においては、被害推定結果の出力に
時間を要したり、一般の住宅、オフィスビル、工場など
のように耐震解析モデルの無い構造物については新たに
解析モデルを作成する手間を必要としている。
【０００６】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
ためになされたものであり、構造物の解析モデルを必要
とせず、小地域などの限定された地域の地震被害や影響
を、その地域に設置された地震計の観測情報から短時間
で評価できる地震被害予測システムの被害推定方法を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る地
震被害予測システムの被害推定方法は、地表面に設置さ
れ地震動を観測する観測手段と、前記観測手段で観測し
た地震動データを収集して保存すると共に地震動データ
を分析処理し分析結果を表示する計算機とを有した地震
被害予測システムにより、構造物の地震被害を推定する
地震被害予測システムの被害推定方法において、地震動
検知時に観測された地震動データを収集して保存し、構
造物の固有振動数に対応したフィルタ条件で前記地震動
データをフィルタ処理し、フィルタ処理した地震動デー
タの最大値に基づいて前記構造物の被害状況を推定し、
その被害推定結果を管理者に通知することを特徴とす
る。
【０００８】請求項２の発明に係る地震被害予測システ
ムの被害推定方法は、地表面に設置され地震動を観測す
る観測手段と、前記観測手段で観測した地震動データを
収集して保存すると共に地震動データを分析処理し分析
結果を表示する計算機とを有した地震被害予測システム
により、構造物の地震被害を推定する地震被害予測シス
テムの被害推定方法において、地震動検知時に観測され
た地震動データを収集して保存し、地震動検知時に観測
された地震動データに基づいて地震による構造物への入
力エネルギを計算し、計算した入力エネルギとあらかじ
め各構造物に対して設定した破壊に至るまでの限界エネ
ルギと比較することによって構造物の被害状況を推定
し、その被害推定結果を管理者に通知することを特徴と
する。
【０００９】請求項３の発明に係る地震被害予測システ
ムの被害推定方法は、地表面に設置され地表面の地震動
を観測する第１の観測手段と、構造物に設置され構造物
の地震動を観測する第２の観測手段と、第１の観測手段
および第２の観測手段で観測した地震動データを収集し
て保存すると共に地震動データを分析処理し分析結果を
表示する計算機とを有した地震被害予測システムによ
り、構造物の地震被害を推定する地震被害予測システム
の被害推定方法において、地震動検知時に観測された地
震動データおよび構造物の地震動データを収集して保存
し、地震動検知時に観測された構造物の地震動データの
応答から構造物の固有振動数や減衰比を求め、健全時の
構造物の固有振動数および減衰比とを比較し、その変化
を評価することによって構造物の被害状況を推定するこ
とを特徴とする。
【００１０】請求項４の発明に係る地震被害予測システ
ムの被害推定方法は、請求項３の発明において、大地震
が発生した後の余震による地表面の地震動データおよび
構造物の地震動データを収集して保存し、余震時に観測
された構造物の地震動データの応答から構造物の固有振
動数や減衰比を求め、直近の大地震により同定された構
造物の固有振動数および減衰比とを比較し、その変化を
評価することによって構造物の被害状況を推定すること
を特徴とする。
【００１１】請求項５の発明に係る地震被害予測システ
ムの被害推定方法は、請求項３または４の発明におい
て、観測された地震時の地表面の地震動データに対する
構造物の地震動データから構造物の伝達関数を求め、そ
の伝達関数から構造物の固有振動数や減衰を同定するこ
とを特徴とする。
【００１２】請求項６の発明に係る地震被害予測システ
ムの被害推定方法は、請求項３ないし５のいずれか１項
の発明において、複数個の第１の観測手段および第２の
観測手段で観測された地震動データ間の時刻差を修正し
て保存することをと特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる地震被
害予測システムの被害推定方法の動作ステップを示す流
れ図であり、図２は第１の実施の形態に係わる地震被害
予測システムの被害推定方法を実現するための地震被害
予測システムのハードウエア構成図である。
【００１４】図２に示すように、構造物（建家）４の敷
地１内の地表面に、地震動の観測手段２として地震計が
一台設置されており、観測手段の出力は計算機３に取り
込めるように有線もしくは無線により接続されている。
地震が発生すると観測手段２が信号を出力し、計算機３
に振動波形が収録される。計算機３は収録した振動波形
を基に各種の計算を行い、対象とする構造物の被害を計
算してその結果を表示し管理者に伝える。
【００１５】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
地震被害予測システムの被害推定方法の動作ステップを
示す流れ図である。観測手段２により地震動が観測され
ると（Ｓ１）、地表面の振動波形が収集され（Ｓ２）、
計算機３に収録される（Ｓ３）。まず、被害推定を行う
第一の構造物４が選択され（Ｓ４）、その構造物４の固
有振動数ｆ０がデータベース５より呼び出され、この固
有振動数ｆ０に対応したフィルタ条件が選択される（Ｓ
５）。
【００１６】そして、観測された地表面の振動波形にフ
ィルタ処理を行い（Ｓ６）、フィルタ処理された振動波
形の最大値を抽出し（Ｓ７）、その最大値と構造物の減
衰値とから構造物の応答値を推定する（Ｓ８）。そし
て、データベース５の許容値ｆ１と比較することにより
（Ｓ９）、構造物の被害を推定する（Ｓ１０）。
【００１７】被害推定すべき構造物が他にもある場合は
この作業を繰り返す（Ｓ１１）。すべての構造物につい
て被害推定を終了したら、その結果を表示して管理者に
通知し（Ｓ１２）、処理を終了する。
【００１８】このように、第１の実施の形態では、地震
動を観測する観測手段２と、観測した地震動データを収
集し保存すると共に観測データを分析処理し表示する計
算機３とを有し、計算機３は、地震動検知時に観測され
た応答データを適正にフィルタ処理し、その最大値によ
り構造物の被害状況を推定し管理者に通知する。従っ
て、構造物のモデルを必要とせず、しかも短時間で地震
被害を推定できる。
【００１９】次に本発明の第２の実施の形態を説明す
る。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る地震被害
予測システムの被害推定方法の動作ステップを示す流れ
図である。なお、第２の実施の形態に係わる地震被害予
測システムの被害推定方法を実現するための地震被害予
測システムのハードウエア構成は、図２に示した地震被
害予測システムのハードウエア構成と同一である。
【００２０】観測手段２により地震動が観測されると
（Ｓ１）、地表面の振動波形が取り出され（Ｓ２）、計
算機３に収録される（Ｓ３）。次に、収録された地表面
の振動波形により構造物４に加えられる入力エネルギス
ペクトルを計算する（Ｓ４）。この入力エネルギは、た
とえば1自由度振動系を考えることにより、次のように
求めることができる。
【００２１】
【数１】 ここで、 Ｅｉ：入力エネルギ ｙ：質点の相対変位 ｚ：地動変位 ｍ：質点の質量 ｃ：粘性減衰係数 ｋ：ばね定数 （１）式の質点の質量ｍ、ばね定数ｋを適当に変化させ
ることにより、１自由度系の固有振動数ｆ０ｉを変化さ
せ、各固有振動数ｆ０１〜ｆ０ｎに対応する入力エネル
ギーを（１）式を用いて求めて横軸を固有振動数、縦軸
を入力エネルギとして整理して入力エネルギースペクト
ルを計算する。
【００２２】そして、被害推定を行う第一の構造物４が
選択されると（Ｓ５）、その構造物４の固有振動数ｆ０
がデータベース５より呼び出され、入力エネルギースペ
クトルの固有振動数ｆ０に対応する入力エネルギＥｉが
選択される（Ｓ６）。また、データベース５より第一の
構造物の許容限界エネルギＥ１が呼び出され、入力エネ
ルギースペクトルの固有振動数ｆ０に対応する入力エネ
ルギＥｉと許容限界エネルギＥ１とが比較されることに
より（Ｓ７）、構造物の被害推定を行う（Ｓ８）。被害
推定すべき構造物が他にもある場合はこの作業を繰り返
す（Ｓ９）。すべての構造物について被害推定を終了し
たら、その結果を表示して管理者に通知し（Ｓ１０）、
処理を終了する。
【００２３】この第２の実施の形態では、地震動を観測
する観測手段２と、観測した地震動データを収集し保存
すると共に観測データを分析処理し表示する計算機３と
を有し、地震動検知時に観測された地震動から地震によ
る構造物への入力エネルギを計算し、あらかじめ各構造
物に対して設定した破壊に至るまでの限界エネルギと比
較することによって構造物の被害状況を推定し管理者に
通知する。従って、構造物のモデルを用いることなく迅
速に構造物の被害推定が行える。また、構造物の地震動
データから構造物の固有振動数や減衰比を求めるので、
より精度が向上する。
【００２４】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図４は本発明の第３の実施の形態に係わる地震被害
予測システムの被害推定方法の動作ステップを示す流れ
図であり、図５は第３の実施の形態に係わる地震被害予
測システムの被害推定方法を実現するための地震被害予
測システムのハードウエア構成図である。
【００２５】図５において、構造物（建家）４の敷地１
内の地表面に第１の観測手段２ａとしての地震計が一台
設置されており、また、構造物４の上部に第２の観測手
段２ｂとしての地震計が各構造物４にそれぞれ一台ずつ
設置されている。第１の観測手段２ａ、および第２の観
測手段２ｂの出力は計算機３に取り込めるように有線も
しくは無線により接続されている。地震が発生すると地
震計２ａ、２ｂが信号を出力し、計算機３に振動波形が
収録される。計算機３は収録した振動波形を基に各種の
計算を行い、対象とする構造物４の被害を計算して表示
し管理者に伝えるようになっている。
【００２６】図４は本発明の第１の実施の形態に係る地
震被害予測システムの被害推定方法の動作ステップを示
す流れ図である。観測手段２ａ、２ｂにより地震動が観
測されると（Ｓ１）、地震動が観測されると地表面の振
動波形および構造物４の振動波形が収集され（Ｓ２）、
計算機３に収録される（Ｓ３）。この場合、地表面の振
動波形と構造物４の振動波形とは、観測データ間の時刻
の差を修正された上で計算機３に収録される。
【００２７】次に、収録された地表面の振動波形に対す
る被害推定の対象である構造物４の振動波形を取り出し
（Ｓ４）、その構造物４の伝達関数を計算する（Ｓ
５）。そして、計算機３内部に組み込まれた振動特性同
定ルーチンを呼び出し（Ｓ６）、この振動特性同定ルー
チンにより、ステップＳ５で計算した伝達関数に基づい
てその構造物４の固有振動数ｆ１および減衰比γ１が計
算される（Ｓ７）。
【００２８】計算された固有振動数ｆ１と減衰比γ１
は、データベース５に蓄積されたその構造物の固有振動
数ｆ０と減衰比γ０とそれぞれ比較される（Ｓ８）。両
者にあらかじめ設定したばらつきｄより大きな差がある
かどうかで構造物４の被害を推定する（Ｓ９）。
【００２９】被害推定すべき構造物が他にもある場合は
この作業を繰り返す（Ｓ１０）。すべての構造物４につ
いて被害推定を終了したら、その結果を表示して管理者
に通知し（Ｓ１１）、処理を終了する。また、観測され
た地震から同定された固有振動数ｆ１と減衰比γ１はデ
ータベース５に新たなデータとして蓄積され、各構造物
４の振動特性のばらつきｄを更新する。
【００３０】この第３の実施の形態では、地表面に設置
され地表面の地震動を観測する第１の観測手段２ａと、
構造物４に設置され構造物４の地震動を観測する第２の
観測手段２ｂと、第１の観測手段２ａおよび第２の観測
手段２ｂで観測した地震動データを収集して保存すると
共に地震動データを分析処理し分析結果を表示する計算
機３とを有し地震動検知時に観測された構造物４の応答
から固有振動数ｆ１や減衰比γ１を求め、健全時のそれ
らを比較し、その変化を評価することによって構造物４
の被害状況を推定する。従って、構造物の地震動データ
から構造物の固有振動数ｆ１や減衰比γ１を求めること
ができるので、より被害状況の推定の精度が向上する。
【００３１】次に本発明の第４の実施の形態を説明す
る。図６は、本発明の第４の実施の形態に係る地震被害
予測システムの被害推定方法の動作ステップを示す流れ
図である。なお、第４の実施の形態に係わる地震被害予
測システムの被害推定方法を実現するための地震被害予
測システムのハードウエア構成は、図５に示した地震被
害予測システムのハードウエア構成と同一である。
【００３２】一般に大地震の後には余震が続くことが多
い。
【００３３】大地震が観測手段２ａ、２ｂにより地震動
が観測されると（Ｓ１）、地震動が観測されると地表面
の振動波形および構造物４の振動波形が収集され（Ｓ
２）、計算機３に収録される（Ｓ３）。この場合、地表
面の振動波形と構造物４の振動波形とは、観測データ間
の時刻の差を修正された上で計算機３に収録される。
【００３４】次に、収録された地表面の振動波形に対す
る被害推定の対象である構造物４の振動波形を取り出し
（Ｓ４）、その構造物４の伝達関数を計算する（Ｓ
５）。そして、計算機３内部に組み込まれた振動特性同
定ルーチンを呼び出し（Ｓ６）、この振動特性同定ルー
チンにより、ステップＳ５で計算した伝達関数に基づい
てその構造物４の固有振動数ｆ１および減衰比γ１が計
算される（Ｓ７）。計算された固有振動数ｆ１と減衰比
γ１はデータベース５に蓄積される（Ｓ８）。被害推定
すべき構造物が他にもある場合はこの作業を繰り返す
（Ｓ９）。
【００３５】その後に引き続き発生する余震が観測され
ると（Ｓ１０）、余震時における地表面の振動波形と構
造物４の振動波形とが収集され（Ｓ１１）、計算機３に
収録される（Ｓ１２）。次に、収録された余震時におけ
る地表面の振動波形に対する余震時における構造物４の
振動波形が取り出され（Ｓ１３）、その構造物４の伝達
関数が計算される（１４）。
【００３６】そして、計算機３内部に組み込まれた振動
特性同定ルーチンを呼び出し（Ｓ１５）、この振動特性
同定ルーチンにより、ステップＳ１４で計算した伝達関
数に基づいてその構造物４の固有振動数ｆ１１および減
衰比γ１１が計算される（Ｓ１６）。ここで、計算され
た固有振動数ｆ１１と減衰比γ１１は、ステップＳ８で
データベース５に蓄積された直近の大地震により同定さ
れた固有振動数ｆ１と減衰比γ１と比較され（Ｓ１
７）、これによって、その構造物４の被害状況を推定す
る（Ｓ１８）。
【００３７】被害推定すべき構造物が他にもある場合は
この作業を繰り返す（Ｓ１９）。すべての構造物４につ
いて被害推定を終了したら、その結果を表示して管理者
に通知し（Ｓ２０）、処理を終了する。
【００３８】一般に大地震時に構造物は損傷するが、観
測される振動特性は損傷の生ずる前の振動特性を示すこ
とが多い。それに対して、大地震により損傷を受けた後
に発生する余震時には振動特性が変化する。この第４の
実施の形態では、あらかじめ構造物の振動特性を記録
し、大地震が発生した後の余震による構造物の地震応答
を記録し、その地震応答を分析することによって振動特
性を把握する。そして、大地震が発生したときの振動応
答と余震時の振動応答とを比較することによって構造物
の地震被害予測を行う。従って、余震による被害状況が
より精度良く推定できる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小地域などの限定された地域の地震被害や影響を、その
地域に設置された地震計の観測情報から短時間で評価す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる地震被害予
測システムの被害推定方法の動作ステップを示す流れ
図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる地震被害予
測システムの被害推定方法を実現するための地震被害予
測システムのハードウエア構成図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る地震被害予測
システムの被害推定方法の動作ステップを示す流れ図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係わる地震被害予
測システムの被害推定方法の動作ステップを示す流れ
図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係わる地震被害予
測システムの被害推定方法を実現するための地震被害予
測システムのハードウエア構成図。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る地震被害予測
システムの被害推定方法の動作ステップを示す流れ図。
【符号の説明】
１…敷地、２…観測手段、２ａ…第１の観測手段、２ｂ
…第２の観測手段、３…計算機、４…構造物、５…デー
タベース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 滋 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 相田 安彦 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 中島 政隆 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 礒 敦夫 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5C087 AA02 AA03 AA19 BB03 BB18 BB74 DD02 EE07 FF01 FF02 FF04 FF17 FF19 GG06 GG14 GG23 GG66

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 地表面に設置され地震動を観測する観測
    手段と、前記観測手段で観測した地震動データを収集し
    て保存すると共に地震動データを分析処理し分析結果を
    表示する計算機とを有した地震被害予測システムによ
    り、構造物の地震被害を推定する地震被害予測システム
    の被害推定方法において、地震動検知時に観測された地
    震動データを収集して保存し、構造物の固有振動数に対
    応したフィルタ条件で前記地震動データをフィルタ処理
    し、フィルタ処理した地震動データの最大値に基づいて
    前記構造物の被害状況を推定し、その被害推定結果を管
    理者に通知することを特徴とする地震被害予測システム
    の被害推定方法。
  2. 【請求項２】 地表面に設置され地震動を観測する観測
    手段と、前記観測手段で観測した地震動データを収集し
    て保存すると共に地震動データを分析処理し分析結果を
    表示する計算機とを有した地震被害予測システムによ
    り、構造物の地震被害を推定する地震被害予測システム
    の被害推定方法において、地震動検知時に観測された地
    震動データを収集して保存し、地震動検知時に観測され
    た地震動データに基づいて地震による構造物への入力エ
    ネルギを計算し、計算した入力エネルギとあらかじめ各
    構造物に対して設定した破壊に至るまでの限界エネルギ
    と比較することによって構造物の被害状況を推定し、そ
    の被害推定結果を管理者に通知することを特徴とする地
    震被害予測システムの被害推定方法。
  3. 【請求項３】 地表面に設置され地表面の地震動を観測
    する第１の観測手段と、構造物に設置され構造物の地震
    動を観測する第２の観測手段と、第１の観測手段および
    第２の観測手段で観測した地震動データを収集して保存
    すると共に地震動データを分析処理し分析結果を表示す
    る計算機とを有した地震被害予測システムにより、構造
    物の地震被害を推定する地震被害予測システムの被害推
    定方法において、地震動検知時に観測された地震動デー
    タおよび構造物の地震動データを収集して保存し、地震
    動検知時に観測された構造物の地震動データの応答から
    構造物の固有振動数や減衰比を求め、健全時の構造物の
    固有振動数および減衰比とを比較し、その変化を評価す
    ることによって構造物の被害状況を推定することを特徴
    とする地震被害予測システムの被害推定方法。
  4. 【請求項４】 大地震が発生した後の余震による地表面
    の地震動データおよび構造物の地震動データを収集して
    保存し、余震時に観測された構造物の地震動データの応
    答から構造物の固有振動数や減衰比を求め、直近の大地
    震により同定された構造物の固有振動数および減衰比と
    を比較し、その変化を評価することによって構造物の被
    害状況を推定することを特徴とする請求項３に記載の地
    震被害予測システムの被害推定方法。
  5. 【請求項５】 観測された地震時の地表面の地震動デー
    タに対する構造物の地震動データから構造物の伝達関数
    を求め、その伝達関数から構造物の固有振動数や減衰を
    同定することを特徴とする請求項３または４に記載の地
    震被害予測システムの被害推定方法。
  6. 【請求項６】 複数個の第１の観測手段および第２の観
    測手段で観測された地震動データ間の時刻差を修正して
    保存することをと特徴とする請求項３ないし５のいずれ
    か１項に記載の地震被害予測システムの被害推定方法。
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