JP2004205467A - 構造物の被災度推定方法および構造物の被災度推定表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地震動に対する構造物の被害推定ができ、異なる特性の地震動や、対象の構造物の構造条件が異なる場合や、地盤条件が過去と異なる場合でも正確に被害推定ができる構造物の被災度推定方法および推定表示方法を提供する。
【解決手段】工学的基盤面上に多数の地震動を作成する工程と、地表面応答波形を作成する工程と、地表面応答波形より算出した地表面加速度応答スペクトルから計測震度を推定する工程と、各計測震度に対応した多数の地震動のうち、特性の異なる地震動を複数抽出する工程と、計測震度毎に選定した複数の地震動に基き、地盤条件、構造条件を考慮して解析的手法により各種構造物の耐震検討を実施する工程と、計測震度階に対応した被害判定を行う工程とを含む構造物の被災度推定方法および構造物の被災度推定表示方法である。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気象庁震度階などの計測震度階に対応したライフライン構造物の地震被災度の推定方法および被害想定に基いたライフラインの点検優先箇所、点検項目および想定被害を図示したマップ等により表示する構造物の被災度推定表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の地震動による構造物の耐震診断手法として、大きく別けて次の二つの方法がある。
まず、第１の方法として、特定の発生機構（断層）とマグニチュードから地震動を設定し、被害推定を行おうとする方法がある。
しかしながら、この方法では設定した地震動に対する当該地点の震度階は一つであり、他の震度階における構造物の被害程度を推定することはできないものであった。また、他の発生機構（断層）や異なるマグニチュードに対する被害推定はしていなかった。
【０００３】
また、第２の方法として、過去に発生した地震の震度と被害事例との関係から、被害推定を行う方法がある。
しかしながら、この方法では、同じ震度階であっても、過去の地震動と異なる特性の地震動に対する被害推定は出来ないものであった。また、耐震診断を実施しようとする構造物の構造条件や、構造物が位置する地盤条件が過去の被災事例と異なる場合に、被害推定ができない、あるいは推定精度が悪くなると言う問題点があった。
【０００４】
ところで、地中のライフライン構造物の被災度推定に関連する先行する技術には、計測器等のセンサーを対象構造物に予め設置しておき、地震発生時あるいは発生後において情報を収集・分析し、それらの情報に基き被災度を推定する方法（事後対応型）と、地震発生前に被災度を推定するロジックを構築しておき、想定地震や地震時発生時のデータから被災度を解析的に推定する方法（事前対応型）に大きく分類される。
【０００５】
前記の事後対応型には、震災等の異常事態の発生時に、ライフラインの輸送管の異常範囲を検出するシステムとして、地中埋設輸送管にセンサーを設けその検出情報データをアンテナにより無線伝達する、地中埋設輸送管の管理用センシングシステムが開示されている（特許文献１参照）。
しかしながら、この特許文献１のような事後対応型のシステムでは、地震発生時にアンテナ等の設備の破損からデータを集めることができず適切な対応が実行できない可能性が残る点で問題点がある。
【０００６】
一方、前記事前対応型のシステムとしては、水道管路、ガス管路、地下通信管路等の地震時被害推定を行う推定装置に関し、被害推定に用いるパラメータの逐次更新が可能な技術を提供する、地震被害推定装置が開示されている（特許文献２参照）。また、他の前記事前対応型のシステムとして、水道管路を対象として、地震被害推定を行い、被害を受ける管路を抽出し、断水率や断水人口の比較を行うシステムが開示されている（特許文献３参照）。
しかしながら、前記特許文献２や特許文献３の技術は、地震動に対する他の震度階、他の発生機構あるいは異なるマグニチュードにおける構造物の被害推定ができず、また、過去の地震動と異なる特性の地震動や、被害推定の対象の構造物の構造条件が異なる場合や、地盤条件が過去の被災事例と異なる場合に被害推定ができない等の問題を解決できる技術ではないものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３５１７１号公報
【特許文献２】
特開平１１−８４０１７号公報
【特許文献３】
特開２０００−３３１５５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の点に鑑み、地震動に対する被害推定を様々な地震発生機構、マグニチュード、地震動特性を反映した構造物の被害推定ができ、過去の地震動と異なる特性の地震動や、被害推定の対象の構造物の構造条件が異なる場合や、地盤条件が過去の被災事例と異なる場合に正確に被害推定ができる構造物の被災度推定方法を提供することを課題とする。
また、被災度推定方法による被害推定を構造物と明確に対応付けて表示可能にして地震時に重点的に点検するべき構造物とその箇所を表示できる構造物の被災度推定表示方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、被害想定対象構造物が位置する地点の地震危険度、および地震動特性に基き、工学的基盤面上に多数の地震動を作成する工程と、作成した地震動を用いた地盤応答解析により、前記地点での地表面応答波形を作成する工程と、地表面応答波形より地表面加速度応答スペクトルを算出し、この応答スペクトルから計測震度を推定する工程と、各計測震度に対応した多数の地震動のうち、特性の異なる地震動を複数抽出する工程と、計測震度毎に選定した複数の地震動に基き、地盤条件、構造条件を考慮して解析的手法により各種構造物の耐震検討を実施する工程と、計測震度階に対応した被害判定を行う工程とを含むことを特徴とする構造物の被災度推定方法である。
本発明において、推定した計測震度が気象庁震度階であることが好適である。
【００１０】
本発明の地震時被災度の推定方法は、地震発生前において震源データ（マグニチュード、震源距離および震源深さ）、構造物位置における地盤条件および構造物の諸元データを基に、地震動作成技術、計測震度算定技術、地盤応答解析技術および耐震構造解析技術などの構造要素技術を用いた被災度推定のロジックを構築しておき、そのロジックにしたがって推定された地中ライフライン施設の被災度を、計測震度例えば気象庁震度階と結びつけた形で提示するものである。しがって、本発明は前述した「地震事前対応型」に相当・関連する技術思想である。そして、事前推定手法で地中ライフライン施設を対象にした従来技術は２件あったが、１件（特許文献３）は水道管路に特化された技術である。また、他の１件（特許文献２）は地中にライフライン施設を対象としたものであるが、地震情報としてマグニチュード、震源距離および震源深さが必要であり、本発明のように計測震度階と被災度を関連付けて被災度を推定および表示する方法ではない。さらに管路被害率の算定は基盤最大速度に基づく回帰式を用いており、過去の地震の被害データが存在することが前提となるが、本発明ではそのような被害データを必要としない。
したがって、地震動に対する被害推定を様々な地震発生機構、マグニチュード、地震動特性を反映した構造物の被害推定ができ、過去の地震動と異なる特性の地震動や、被害推定の対象の構造物の構造条件が異なる場合や、地盤条件が過去の被災事例と異なる場合に正確に被害推定ができる。
【００１１】
本発明は、前記に記載の構造物の被災度推定方法により求めた計測震度階に対応した被害判定などの耐震検討結果に基き、対象構造物の図示ルート上に優先的点検箇所を表示したことを特徴とする構造物の被災度推定表示方法である。
本発明において、前記に記載の構造物の被災度推定方法により求めた対象構造物ごとの判定した被害状況に応じた点検箇所、点検項目および詳細点検要否の判断基準などの情報を表示するようにしたことが好適である。
上記の表示方法によれば、ルート上に被害の有無（優先点検箇所）のみでなく、被害構造物の被害モード、点検項目および詳細点検要否などの情報を模式図として併用して記載可能になる。したがって、専門知識を持たない点検者においても、迅速かつ適確に地震後の設備の点検が可能なる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の構造物の被災度推定方法の実施形態に係る気象庁震度階に対応した耐震診断手法の概略説明フローチャートである。図２は前記実施形態に係るライフライン管路構造物の耐震診断検討概要図、図３は前記実施形態に係るマンホール浮き上がりに対する被害判定方法例、図４は前記実施形態に係る橋台裏込盛土部の沈下に対する被害判定方法例、図５は本発明の構造物の被災度推定表示方法の実施形態に係る地震時優先点検マップの表示方法例、図６および図７は同じく具体的な地区における地震時優先点検マップの表示方法例の説明図である。
【００１３】
実施形態においては、図１に示す各工程（ステップ１〜６）により気象庁震度階に対応した耐震診断を行う。
また、図２には、診断対象となる電力送電のライフラインとしてＰＯＦケーブル（管型油入ケーブル）１０を山間部等からの架空線の送電路１に繋がる変電所１２Ａから都市部の変電所１２Ｂに設けた例を示し、ＰＯＦケーブル１０により、一方の変電所１２Ａから直埋め部１４、シールド洞道１６、橋梁添架部１８、開削洞道２０を通って他方の変電所１２Ｂに電力を伝達する。なお、実施発生時の被災として考慮すべき点は、前記直埋め部１４ではマンホール２２の液状化発生に伴うマンホール２２の浮き上がりによる影響を検討すると共に、液状化発生に伴う周辺地盤沈下よる影響を検討する必要がある。また、シールド洞道１６では、地盤変位を用いた縦・横断の検討の必要がある。また、橋梁添架部１８では、橋台裏込盛土部２４に対して液状化発生に伴う裏込盛土沈下に伴う影響検討を行う。また、開削洞道２０では、地盤変位を用いた縦・横断の検討を行う。
【００１４】
図１および図２により前記実施形態に係る耐震診断手法を説明する。
（ステップ１）：被害想定をする対象構造物が位置する地点の地震危険度、および地震動特性を考慮して、工学的基盤面上に多数の地震動を作成する。
この工学的基盤面上に多数の地震動を作成することは、図２に示す耐震診断検討概要図で地震の特性を反映させた工学的基盤３０位置（一般には沖積層３０Ａと洪積層３０Ｂの境界が考え得る）における地震動を推定することに相当する。
【００１５】
ここで、地震の特性とは、地震の大きさ（地震マグニチュードＭ）、震源から構造物地点までの距離（震源距離Ｒ）および震源の深さ（Ｈ）を意味する。
ある震度階に相当する地震動を作成するために、仮定した最大加速度を有する地震動３２を工学的基盤面３０で多数（例えば１００波）作成する（要素技術Ａ）。
これらの地震動はぞれぞれ上記の地震マグニチュードＭ、震源距離Ｒおよび震源の深さＨが対応している。更に、他の大きさの最大加速度を有する地震動も作成し、ある震度階に対して１００波を数セット作成する。以下では仮に気象庁震度階「６弱」に対応する地震動を作成するものとする。
【００１６】
（ステップ２）：作成した地震動を用いた地盤応答解析により、当該地点での地表面応答波形を作成する。
図２では、工学的基盤面３０上入力波形から地表面応答波形を推定するところに相当する。
前記ステップ１で作成した工学的基盤面上における１００波×数セットの地震動と構造物地点の地層構成から、既往の地盤応答解析技術を用いて、地表面３１における地震動波形を推定する（要素技術Ｂ）。
【００１７】
（ステップ３）：地表面応答波形より地表面加速度応答スペクトルを算出し、計測震度を推定する。
前記ステップ２で推定した１００波×数セットの地表面地震動波形に対応する計測震度を算定する（要素技術Ｃ）。
【００１８】
（ステップ４）：各気象庁震度階に対応した多数の地震動の打ち、特性の異なる地震動を複数抽出する。
図２では、地表面応答波形を気象庁震度階に区分するところに相当する。
小数値で表される計測震度が５．５０〜５．９９になるものを気象庁震度階の「６弱」として選定する。選定したものから計測震度のばらつきや地震動の性質（マグニチュードＭ、震源距離Ｒおよび震源の深さＨや継続時間および周期特性）を考慮して、同種のものばかりにならないように地震動を複数（例えば６波）抽出する。
【００１９】
（ステップ５）：気象庁震度階ごとに選定した複数の地震動を基に、地盤条件、構造条件を考慮した解析的手法により各種構造物の耐震構造解析を実施する。
図２では、工学的基盤入力波形と地盤条件および構造条件から、マンホール、シールド洞道、橋台裏込盛土部および開削洞道等の耐震検討を行うところに相当する。
前記ステップ４で抽出した複数の地震動（６波）に対応する工学的基盤面３０上に地震動、地盤条件および構造条件を用いて、各種の構造物ごとに対し構造解析を実施する（要素技術Ｄ）。したがって、気象庁震度階「６弱」に対して、各種構造物毎に６ケースの構造解析結果が得られる。構造解析で得られる応力・歪値と許容値との比較から判定結果（ＯＫ（良）かあるいはＮＧ（不良）か）を得る。
例えば、マンホールでは、地震時の地盤の液状化による浮き上がり量が、洞道の天井厚を超えた時にＮＧと判定し、シールド洞道ではセグメントや継手ボルトの発生応力が許容応力度を超えた時にＮＧと判定し、橋台裏込盛土部ではその沈下量がＰＯＦ管と橋台間のクリヤランスを超えた時にＮＧと判定し、開削洞道では躯体コンクリートや鉄筋に発生する応力が許容応力度を超えた時にＮＧと判定する。図３には、マンホールの浮き上がりに対する被害判定の一例を示し、図４には、橋台裏込盛土部の沈下に対する被害判定の一例を示す。
【００２０】
以上のステップ１からステップ５までのプロセスを他の震度階に対して同様に実施し、気象庁震度階「５弱」から「震度７」までの５段階について、それぞれ各種構造物ごとに６ケースの判定結果を得る。最終的には、６波×５震度階＝３０ケースの判定結果が、各種構造物ごとに得られる。
【００２１】
（ステップ６）気象庁震度階に対応した被害判定を行う。
前記ステップ５で得られた各種構造物ごとの３０ケースの判定結果をもとに、ある構造物に対し小さい震度階の判定結果から順次大きい震度階の判定結果を参照して行き、６波に対して全てＯＫとなる震度階から１波に対してもＮＧとなる震度階が現れたとき、その震度階で被害が生じると判断する。
【００２２】
なお、前記ステップ１〜５における入力地震動の考え方としては、例えば、初めに、対象構造物の位置する領域の地震ハザード曲線を求める。次に、ハザード曲線を小領域に分割し、ターゲットとなる最大加速度が含まれる領域のマグニチュード、震源距離、震源深さの頻度分布を求める。上記の各パラメータの分布形状を保ちつつ任意数のサンプリングを行う。各パラメータの抽出は、影響度の大きいマグニチュードから順次決定する。したがって、震源距離Ｒと震源深さＨはマグニチュードＭと独立に選ばれるのではなく、元のハザード解析で使用した組合せの中から選ばれることとなる。
【００２３】
次に、マグニチュードＭ、震源距離Ｒ、震源深さＨの組合せを距離減衰式に代入し、工学的基盤上の加速度応答スペクトルの形状を求める。応答スペクトルに適合する人工地震を作成し、ターゲットとする最大加速度で振幅調整を行う。この地震動を入力として一次元地盤応答解析によって地表の加速度時刻歴を得る。この時刻歴から５％減衰の加速度応答スペクトルを計算し、重回帰式から計測震度を推定する。この計測震度と工学的基盤上の加速度履歴とを対応付け同様の手順で数多くのサンプルを作成する。サンプルの中から所定の震度階に対応した入力地震動を抽出する。
【００２４】
したがって、実施形態の構造物の被災度推定方法によれば、構造物が位置する地点における地震発生危険度とそれに対応した地震動特性（マグニチュードＭ、震源距離Ｒ等）を考慮した複数の地震動を用いて構造物の被害推定を行っている。また、これら被害推定に用いた地震動は、別途、気象庁震度階に対応させている。したがって、様々な地震動特性を反映するとともに気象庁の各震度階に対応した被害推定が可能となっている。
さらに、当該地点の地盤条件に基づいた地盤応答解析、診断対象構造物の構造条件によりモデル化した構造物の構造仕様、地盤条件が反映された被害推定が可能となっている。
【００２５】
図５には地震優先点検マップの表示方法例を示し、図６ではライフラインの構造物の具体例を示す。
図５の例では、例えばＰＯＦケーブル（ＰＯＦ管路）１０の橋梁添架部１８において、橋桁１８ａを支える橋台１８ｂ付近おいて、ＰＯＦケーブル１０が橋桁１８ａから橋台１８ｂを通過して直埋部１８ｃに至る部分を模式図で図示し、そのマップ図中にはルート上に地震動が生じた場合の被害の有無（優先点検箇所）だけではなく、被害構造物の被害モード、点検項目（例：油漏洩の確認）、想定被害（例：取り付け部の破損）、詳細点検要否（段差が○メートル以上の場合）などを模式図に表示するものである。図示するマップは、紙面上でも、液晶、ＣＲＴなどの表示画面上に表示することができる。
【００２６】
図６、図７には、ある地区Ａ，Ｂに設置されたライフラインにおけるＰＯＦケーブルのルートマップに、被害構造物の点検項目、想定被害、詳細点検要否などを模式図および説明文で図示して被害状況をわかりやすくし、しかも、その図示する箇所を震度階に応じた色分けで示している。例えば青：被害発生の可能性なしを表示し、被害発生の可能性を色区分するのに、赤は震度５弱で被害発生、赤と黄が震度５強で被害発生、赤と黄と緑が震度６弱で被害発生、赤と黄と緑と桃色で震度６強で被害発生を示している。
【００２７】
このように被害発生の震度を色分けしているので、震度の低い場合に被害発生する可能性の高い個所を一目で発見でき、かつその被害構造物の点検項目、想定被害、詳細点検項目も瞬時に把握できる。
例えばＡ１６４とＡ洞２のマンホール、Ａ１０４と１０６のマンホール、Ａ１０７〜Ａ１０９のマンホール、Ａ１１３〜Ａ１１６のマンホールでは、赤で表示され震度５弱で被害が出ることが予想され、段差がそのくらい出るなどの被害状況をルートマップに合わせて表示する。一方、○○変電所の油槽が桃色で表示され、これは震度６強で損傷し被害が「油槽の転倒による損傷」と表示される。
以上にように実施形態によれば、専門知識を持たない点検者においても、迅速かつ適確に地震後の設備の点検が可能になる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は上述のように構成したので、本発明の構造物の被災度推定方法によれば、構造物が位置する地点における地震発生危険度とそれに対応した地震動特性（マグニチュードＭ、震源距離Ｒ等）を考慮した複数の地震動を用いて構造物の被害推定を行っている。また、これら被害推定に用いた地震動は、別途、気象庁震度階に対応させている。したがって、様々な地震動特性を反映するとともに気象庁の各震度階に対応した被害推定が可能となっている。
【００２９】
さらに、当該地点の地盤条件に基づいた地盤応答解析、診断対象構造物の構造条件によりモデル化した構造物の構造仕様、地盤条件が反映された被害推定が可能となっている。
また、本発明の構造物の被災度推定表示方法によれば、専門知識を持たない点検者においても、迅速かつ適確に地震後の設備の点検が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構造物の被災度推定方法の実施形態に係る気象庁震度階に対応した耐震診断の概略説明フローチャートである。
【図２】前記実施形態に係るライフライン管路構造物の耐震診断検討概要図である。
【図３】前記実施形態に係るマンホール浮き上がりに対する被害判定方法例である。
【図４】前記実施形態に係る橋台裏込盛土部の沈下に対する被害判定方法例である。
【図５】本発明の構造物の被災度推定表示方法の実施形態に係る地震時優先点検マップの表示方法例である。
【図６】実施形態にかかる具体的な地区における地震時優先点検マップの表示方法例の説明図である。
【図７】図６に繋がる、実施形態にかかる具体的な地区における地震時優先点検マップの表示方法例の説明図である。
【符号の説明】
１０ ＰＯＦケーブル（管型油入ケーブル）
１２Ａ、１２Ｂ 変電所
１４ 直埋め部
１６ シールド洞道
１８ 橋梁添架部
２０ 開削洞道
２２ マンホール
３０ 工学的基盤
３０Ａ 沖積層
３０Ｂ 洪積層
３１ 地表面
３２ 地震動

Claims (4)

1. 被害想定対象構造物が位置する地点の地震危険度、および地震動特性に基き、工学的基盤面上に多数の地震動を作成する工程と、
   作成した地震動を用いた地盤応答解析により、前記地点での地表面応答波形を作成する工程と、
   地表面応答波形より地表面加速度応答スペクトルを算出し、この応答スペクトルから計測震度を推定する工程と、
   各計測震度に対応した多数の地震動のうち、特性の異なる地震動を複数抽出する工程と、
   計測震度毎に選定した複数の地震動に基き、地盤条件、構造条件を考慮して解析的手法により各種構造物の耐震検討を実施する工程と、
   計測震度階に対応した被害判定を行う工程と、
   を含むことを特徴とする構造物の被災度推定方法。
2. 推定した計測震度が気象庁震度階であることを特徴とする請求項１に記載の構造物の被災度推定方法。
3. 請求項１または２に記載の構造物の被災度推定方法により求めた計測震度階に対応した被害判定などの耐震検討結果に基き、対象構造物の図示ルート上に優先的点検箇所を表示したことを特徴とする構造物の被災度推定表示方法。
4. 請求項１または２に記載の構造物の被災度推定方法により求めた対象構造物ごとの判定した被害状況に応じた点検箇所、点検項目および詳細点検要否の判断基準などの情報を表示するようにしたことを特徴とする構造物の被災度推定表示方法。

Images