JP2016200460A - 断層横断埋設管路の挙動推定方法及び断層横断埋設管路の挙動推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大掛かりなシミュレーション装置を用いず簡易に精度が得られる断層横断埋設管路の挙動推定方法を提供する。【解決手段】断層変位により管路を構成する特定耐震継手の屈曲角度が基準許容屈曲角度αを超える場合に実行され、断層変位超過量δに対する特定耐震継手のずれ量δｊの比率を示す変位影響度ｋを、数量化理論１類に基づいて定めた少なくとも２つの目的変量Ｐ１及びＰ２に対する各カテゴリの係数Ｐ１ｉ，Ｐ２ｉを用いた推定式で求める変位影響度推定ステップと、変位影響度ｋに基づいて想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θを算出し、算出した屈曲角度θに基づいて耐震継手の挙動を推定する耐震継手挙動推定ステップと、を含む断層横断埋設管路の挙動推定方法。【選択図】図６

Description

本発明は、基準許容屈曲角度α、最大許容屈曲角度βの耐震継手を介して複数の管が接合される断層横断埋設管路の挙動推定方法及び断層横断埋設管路の挙動推定装置に関する。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、耐震継手ダクタイル鉄管等、耐震継手を介して複数の管１が接合された管路が埋設された地盤に地盤沈下や地割れが発生した場合に、一つの継手の伸縮量や屈曲角が限界に達しても、隣の継手が挙動することで大きな地盤変位が吸収される。

図１（ｃ）には、このような耐震継手ダクタイル鉄管の一例であるＮＳ形ダクタイル鉄管の継手部の伸縮挙動が示されている。上段は標準状態、中段は収縮状態、下段は伸長状態がそれぞれ示されている。図中、符号２は受口、符号３は挿口、符号４はゴム輪、符号５はロックリングを示している。当該耐震継手の伸縮量は管長の±１％であり、引抜耐力は３Ｄ（ｋＮ）、Ｄは呼び径ｍｍ、基準許容屈曲角度αは約４．９°、最大許容屈曲角度βは約８°である。

特許文献１には、メカニカル継手を含む配管系の不等沈下に対する健全性の評価が可能な維持管理方法として、メカニカル継手を有する地中埋設配管路に沿って、地盤の沈下分布を地表で計測し、沈下分布から局所的な相対沈下量δｒと、その発生範囲の長さＬとを求め、発生範囲に含まれるメカニカル継手の最大曲げ角度θｍａｘをθｍａｘ≦２ａｒｃｔａｎ（２δｒ／Ｌ）として、最大曲げ角度θｍａｘとメカニカル継手の許容曲げ角度とを比較することにより、配管系の健全性を評価する維持管理方法が提案されている。

特開平７−２４８１００号公報

上述した配管系の健全性を評価する維持管理方法によれば、地表で計測された地盤の沈下分布に基づいてメカニカル継手の曲げ角度を算出し、算出した曲げ角度と許容曲げ角度とを比較することにより既設の配管系の健全性を評価することができる。

しかし、地震の活動期に入ったといわれている我が国では、断層横断埋設管路の挙動を推定して健全性を評価することの必要性が認識されながら、大掛かりなシミュレーション装置を用いて評価する方法以外に、未だそのための実用的な挙動推定方法が無い。また、既設の管路のみならずこれから敷設する計画管路に対しても、断層横断埋設管路の挙動を推定して十分な安全性を見込んで設計するために断層横断埋設管路の挙動推定方法が求められている。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、大掛かりなシミュレーション装置を用いず簡易に精度が得られる断層横断埋設管路の挙動推定方法及び断層横断埋設管路の挙動推定装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による断層横断埋設管路の挙動推定方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、基準許容屈曲角度α、最大許容屈曲角度βの耐震継手を介して複数の管が接合される断層横断埋設管路の挙動推定方法であって、断層変位により前記管路の一部の耐震継手の屈曲角度が基準許容屈曲角度αを超える場合に実行され、断層変位超過量δに対する前記一部の耐震継手のずれ量δｊの比率を示す変位影響度ｋを、数量化理論１類に基づいて定めた少なくとも２つの目的変量Ｐ１及びＰ２に対する各カテゴリの係数Ｐ１ｉ，Ｐ２ｉを用いた推定式
ｋ＝Ｐ_１ｉ・ｘ_１ｉ＋Ｐ_２ｉ・ｘ_２ｉ （ｘ_１ｉ，ｘ_２ｉは０または１）
で求める変位影響度推定ステップと、前記変位影響度推定ステップで推定された変位影響度ｋに基づいて想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θを算出し、または、推定式で得られた変位影響度ｋに基づいて耐震継手が最大許容屈曲角度β以下の所定の屈曲角度θとなる断層変位量を算出し、算出した屈曲角度θまたは断層変位量に基づいて耐震継手の挙動を推定する耐震継手挙動推定ステップと、を含む点にある。

耐震継手の屈曲角度が基準許容屈曲角度αを超える場合に断層により変動する地盤と管路がずれ、そのずれの程度が変位影響度ｋで推定される。数量化理論１類に基づいて予め求められた目的変量の各カテゴリに対する係数に基づいて、変位影響度推定ステップにより変位影響度ｋが算出され、変位影響度ｋに基づいて屈曲角度θまたは断層変位量が算出される。従って、高価なシミュレーション装置でその都度解析する必要が無く、極めて容易に屈曲角度θまたは断層変位量が算出されるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記Ｐ１は管の呼び径であり、前記Ｐ２は管の長さ、断層の傾き、耐震継手の位置の何れかまたは組合せである点にある。

目的変量として管路の安全評価のための設計項目である呼び径、管の長さ等で変位影響度ｋが算出されるので、管路の挙動推定の結果に基づいて設計値を変更する必要がある場合でもその変更指針を定めやすくなる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記一部の耐震継手は断層影響範囲と非影響範囲との境界近傍に位置する特定耐震継手である点にある。

断層影響範囲と非影響範囲との境界近傍に位置する特定耐震継手が大きく屈曲するため、効果的に安全評価できるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記耐震継手挙動推定ステップで算出される特定耐震継手の屈曲角度θは、断層影響範囲側に隣接する耐震継手と特定耐震継手との間の管角度と、非影響範囲側に隣接する耐震継手と特定耐震継手との間の管角度との差で求められる点にある。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、変位影響度ｋは、所定の耐震継手モデルに対するシミュレーション結果である断層変位量に対する継手屈曲特性と、断層変位量に対する継手の変位影響度ｋに基づいて算出した断層変位量に対する継手屈曲特性とが略一致するように回帰分析法で求められた値である点にある。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、算出された想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θが最大許容屈曲角度βを超えないように目的変量のカテゴリを求め、または、算出された屈曲角度θが最大許容屈曲角度βとなる場合の断層変位量が想定断層変位量となるように目的変量のカテゴリを求める点にある。

同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、管が耐震継手ダクタイル鉄管である点にある。

本発明による断層横断埋設管路の挙動推定装置の第一の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、基準許容屈曲角度α、最大許容屈曲角度βの耐震継手を介して複数の管が接合される断層横断埋設管路の挙動推定装置であって、数量化理論１類に基づいて定めた少なくとも２つの目的変量Ｐ１及びＰ２に対する各カテゴリの係数Ｐ１ｉ，Ｐ２ｉを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された目的変量のカテゴリを選択入力する入力部と、前記一部の耐震継手の屈曲角度が基準許容屈曲角度αを超える場合に実行され、前記入力部で入力された目的変量のカテゴリの係数を前記記憶部から読み出して、変位影響度ｋを推定式
ｋ＝Ｐ_１ｉ・ｘ_１ｉ＋Ｐ_２ｉ・ｘ_２ｉ （ｘ_１ｉ，ｘ_２ｉは０または１）
で求める変位影響度推定演算部と、前記変位影響度推定演算部で算出された変位影響度ｋに基づいて想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θを算出し、または、推定式で得られた変位影響度ｋに基づいて耐震継手が最大許容屈曲角度β以下の所定の屈曲角度θとなる断層変位量を算出し、算出した屈曲角度θまたは断層変位量δに基づいて耐震継手の挙動を推定する耐震継手挙動推定演算部と、前記耐震継手挙動推定演算部による演算結果を表示する表示部と、を含む点にある。

同第二の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記Ｐ１は管の呼び径であり、前記Ｐ２は管の長さ、断層の傾き、耐震継手の位置の何れかまたは組合せである点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、大掛かりなシミュレーション装置を用いず簡易に精度が得られる断層横断埋設管路の挙動推定方法及び断層横断埋設管路の挙動推定装置を提供することができる。

（ａ）は耐震継手で接合された管路の地盤沈下時の挙動説明図、（ｂ）は同地割れ時の挙動説明図、（ｃ）は耐震継手の伸縮動作説明図 （ａ）は活断層の変位量分布図、（ｂ）は断層の傾きによる地表面への影響範囲を示すモデル説明図 （ａ）は継手ばね及び地盤ばねの説明図、（ｂ）〜（ｆ）は継手ばね及び地盤ばねの特性図 （ａ）は解析モデル説明図、（ｂ）は断層による継手の挙動説明図 （ａ）は固定側境界部の継手屈曲角の解析結果説明図、（ｂ）は変位側境界部の継手屈曲角の解析結果説明図、（ｃ）は複数の解析条件に対する解析結果説明図 （ａ）は継手屈曲角が基準許容屈曲角度αの前後の管路の挙動の解析結果説明図、（ｂ），（ｃ）は幾何学モデルの説明図 幾何学モデルに基づき屈曲角度を算出する際の座標算出説明図 （ａ）は継手屈曲角の解析結果と推定結果の対比特性図、（ｂ）は継手屈曲角の解析結果と推定式からの算出結果の対比特性図 （ａ）は変位影響度ｋを求めるため目的変量の説明図、（ｂ）は目的変量とカテゴリの係数の説明図 断層横断埋設管路の挙動推定装置の機能ブロック構成図 挙動推定装置の動作を説明するフローチャート

以下に本発明による断層横断埋設管路の挙動推定方法及び断層横断埋設管路の挙動推定装置を、耐震継手ダクタイル鉄管の一例であるＮＳ形ダクタイル鉄管の直管を例に説明する。尚、本発明は、ＮＳ形ダクタイル鉄管に限らず、基準許容屈曲角度α、最大許容屈曲角度βの耐震継手を介して複数の管が接合される断層横断埋設管路全般に適用できる。

本発明は、継手部を含む管路をモデル化してＦＥＭ解析を行なった結果に基づいて管路挙動を幾何学的にモデル化し、その結果に基づいて継手変位及び継手屈曲角を含む管路挙動の推定式を求め、当該管路挙動の推定式に基づいて簡易的に断層横断埋設管路の挙動を推定する方法及び装置である。

以下、順に説明する。
図２（ａ）には、独立行政法人産業技術総合研究所の活断層・地震研究センターによって公開されている活断層の変位量分布が示されている。２０１４年８月時点で逆断層が約５割を占め、活断層の傾きは４５°，６０°，９０°で９割を占めている。全データの約半数が断層変位量２ｍ以下、３／４は断層変位量３ｍ以下である。これらのデータの基づき、断層変位量３ｍで傾き４５°，６０°，９０°の逆断層モデルを解析対象とした。

日本では平野部に多くの人口が集中し、多くの水道管路が埋設されている。平野部は一般に河川の堆積作用によって形成されており、このような場所に存在する活断層は堆積層(沖積層)で覆われているため、断層の動きに伴い堆積層がどのように変形するかが管路の挙動を考える上で重要になる。

そこで、図２（ｂ）に示すように、沖積層の層厚Ｈを１０ｍとし、地表面への影響範囲を同図下段の表の数値に設定した。本多啓太らによる「日本列島における沖積層の層厚分布特性」（地学雑誌１１９，ｐｐ．９２４‐９３３，２０１０）、及び鬼塚らによる「基盤の逆断層変位に伴う地盤の変形と応力について」（応用力学論文集，Ｖｏｌ．２，ｐｐ．５３３-５４２，１９９９）の各文献に基づいて算出した値である。

図３（ａ）には、継手ばねおよび地盤ばねモデルが示されている。解析対象となる耐震継手で接合される管路を弾性床上の梁(剛体)と見なし、実験に基づいて得られたばね定数に基づいて継手および地盤をモデル化した。

図３（ｂ）から（ｄ）には継手ばねの特性が示され、図３（ｅ），（ｆ）には地盤ばねの特性が示されている。継手ばねのうちの回転ばねは、受口側の管の管軸と挿口側の管の管軸が屈曲した状態となって受口側の管の継手部内面に挿口側の管の継手部外面が接触して曲がりにくくなる角度(図３（ｃ）のθａ、呼び径７５では４．９°)が設定されている。当該角度を基準許容屈曲角度αといい、呼び径に応じた角度となる。呼び径７５〜２５０のＮＳ形ダクタイル鉄管は地震時に曲がりうる最大屈曲角度が８°と規定され、８°以内で継手性能が保持される。当該角度を最大許容屈曲角度βという。尚、基準許容屈曲角度α及び最大許容屈曲角度βの値は、本実施形態に記載した値に限るものではなく、呼び径により異なる値であってもよいし、耐震継手鉄管の種類により異なる値に設定されていてもよい。

軸方向ばねは、継手部のゴム輪の静摩擦力で引張り力に耐える領域、管とゴム輪が滑り継手部が伸縮する領域、継手の抜け出し防止機構が働き伸縮が止まる領域でそれぞれ異なるばね定数が設定されている。

地盤ばねのうちの管軸方向地盤ばねは、管と地盤の滑りを考慮して管と地盤の相対変位が限界値を超えるとばね定数が小さくなるバイリニアモデルで設定され、管軸直角方向地盤ばねは、管が地盤に対し相対的に下方へ移動する場合は地盤反力を考慮し、管が地盤に対し相対的に上方へ移動する場合は地盤の崩壊を考慮して設定されている。何れも管と地盤の相対変位が限界値を超えるとばね定数が小さくなるバイリニアモデルで設定されている。

３次元骨組構造物非線形動的解析システム「ＤＹＮＡ２Ｅ」（伊藤忠テクノソリューションズ株式会社）を用いて、このような継手ばねおよび地盤ばねモデルに対して断層位置や管長を変えてＦＥＭ解析を行なった。地盤条件はＮ値１５相当の沖積層砂質地盤とし、地盤反力係数はＮ値より算出して２０，７００ｋＮ／ｍ^３と設定した。土被りの影響は無視し、管路周辺地盤の挙動は地表面の挙動と同じとした。また、管両端が断層横断部の管路挙動に影響を与えないような管路長を対象としていることを確認し、境界条件は管端部を完全拘束とした。

図４（ａ）には、断層付近の解析モデルが示されている。解析条件は、断層傾きθ＝４５°，６０°，９０°、変位量Ｖ＝３．０ｍの逆断層、呼び径７５，１００，１５０，２００，２５０、管長Ｌは定尺（５または４ｍ），定尺の１／２，１ｍである。

図４（ｂ）には境界部に継手がある場合の解析結果が例示されている。断層挙動が影響しない範囲(非影響範囲)の固定側地盤中の継手を境界に近い順にＡ１，Ａ２・・・、断層影響範囲の地盤中の継手をＢ１，Ｂ２・・・と定義する。変位側地盤との境界についても断層影響範囲の地盤中の継手をＣ１，Ｃ２・・・および非影響範囲の変位側地盤中の継手をＤ１，Ｄ２・・・と定義する。継手ｎの屈曲角をβｎとし、継手Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１から境界部までの距離をそれぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とする。同図のように境界部に継手がある場合は、境界部の継手をＡ１（またはＣ１）、隣の継手をＡ２，Ｂ２（またはＣ２，Ｄ２）と定義する。このときＬ１（またはＬ３）＝０，Ｌ２（またはＬ４）＝Ｌ(管長)となる。

図５（ａ）には、Ｌ１＝０ｍ、Ｌ３＝０．５ｍ（固定側境界部に継手が位置する）となる場合の断層変位量と継手屈曲角の特性が示され、図５（ｂ）には、Ｌ１＝１．５ｍ、Ｌ３＝０ｍ（変位側境界部に継手が位置する）となる場合の断層変位量と継手屈曲角の特性が示されている。何れも呼び径７５で管長２ｍ、断層の傾き６０°で断層位置を変えた場合の継手屈曲角の解析結果である。継手屈曲角の正負の符号は屈曲する向きを表している。何れも４．９°を超えると屈曲挙動が鈍化し、断層影響範囲と非影響範囲の境界部に継手があるときの屈曲角が最も大きく、吸収できる断層変位量が短いことが判明した（Ｌ３＝０の時２．７６ｍ）。また、呼び径や管長、断層の傾きを変えても同様の傾向が確認された。何れの呼び径、断層の傾きであっても管長１ｍでは最大許容屈曲角度β＝８°まで屈曲する継手はなかった。

図５（ｃ）には、断層変位量を異ならせた場合の解析結果の全体的な傾向が示されている。管路は概ね地盤とともに変位すること、断層影響範囲との境界部に位置する継手が大きく屈曲すること、管体発生応力は小さいことが判明した。

図６（ａ）に示すように、継手屈曲角が基準許容屈曲角度α＝４．９°までは管と地盤は同じ動きを示し、継手屈曲角が基準許容屈曲角度α＝４．９°を超えると曲げモーメントが急激に大きくなり、管と地盤の間にずれが発生することも判明した。以上の解析結果に基づいて、管路挙動を以下のように幾何学的にモデル化する。

図６（ｂ），（ｃ）に示すように、断層がＶ変位することにより断層影響範囲と非影響範囲との境界部の継手Ａ１（Ｃ１）と、隣の継手Ａ２（Ｃ２）およびＢ２（Ｄ２）が断層変位に追従して幾何学的に挙動すると仮定して継手Ａ１（Ｃ１）の屈曲角β_Ａ１（β_Ｃ１）を考える。

耐震継手ダクタイル鉄管は、屈曲角が基準許容屈曲角度α(呼び径７５の場合４．９°)に達すると継手部内部で管が接触し曲がりにくくなる。このため、例えば呼び径７５の場合、β_Ａ１（またはβ_Ｃ１）が４．９°に達するまでは管と地盤は同じ動きをするが、４．９°を超えると継手Ａ１（またはＣ１）は地盤の動きに追随せず相対変位が生じ、隣の継手Ａ２やＢ２（またはＣ２やＤ２）が屈曲し始めると考えられる。

管と地盤との相対変位量δｊ（ｊ＝Ａ１，Ｃ１）が基準許容屈曲角度α以降の断層変位超過量δに比例すると仮定して、比例定数を用いて次式のように算出した。この比例定数は、境界部の継手の動きやすさを表しており、ここでは「変位影響度」と呼ぶ。

δ_Ａ１＝ｋ_Ａ１・δ
δ_Ｃ１＝ｋ_Ｃ１・δ
但し、δ_Ａ１は継手Ａ１のずれ量、δ_Ｃ１は継手Ｃ１のずれ量、δは継手屈曲角が基準許容屈曲角度αに達した後の断層変位超過量、ｋ_Ａ１，ｋ_Ｃ１は変位影響度である。後述するように、各呼び径、管長、断層の傾き毎に解析結果との相関が大きくなり、かつ解析結果よりも安全側の挙動となるよう変位影響度ｋ_Ａ１及びｋ_Ｃ１が求められている。

変位影響度ｋ値が定まると、β_Ａ１≧４．９°となる継手Ａ１の座標が求まる。断層変位前の継手Ａ１の座標を（０，０）とすると、断層変位前後の継手Ａ１，Ａ２，Ｂ２の各座標（ｘ_Ａ１，ｙ_Ａ１）、（ｘ_Ａ２，ｙ_Ａ２）、（ｘ_Ｂ２，ｙ_Ｂ２）が求まり、次式により継手Ａ１の屈曲角β_Ａ１が算出できる。継手Ｃ１も同様である。

図７には、管路挙動の幾何学的モデルが示され、各座標（ｘ_Ａ１，ｙ_Ａ１）、（ｘ_Ａ２，ｙ_Ａ２）、（ｘ_Ｂ２，ｙ_Ｂ２）の算出式が示されている。

図８（ａ）には、代表例として、呼び径７５、管長２ｍ、断層の傾き６０°、変位側地盤との境界にある継手Ｃ１について、断層変位量に対する屈曲角の解析結果が破線で示されている。データ数は、断層変位０．０３ｍ毎の１００点である。

変位影響度ｋ値が定まると、図７を参考にして断層変位に対する継手屈曲角を推定することができる。断層変位量０．０３ｍ毎の１００点の継手屈曲角の解析結果と推定結果との残差から算出される決定係数Ｒ２が最大になるよう、回帰分析法を用いて変位影響度ｋ値を算出した。

この時、変位影響度はｋ＝０．１３３であり、決定係数はＲ２＝０．９８６であった。このｋ値から算出した断層変位に対する継手屈曲角の推定結果が図８（ａ）に実線で示されている。両者はよく一致しており、本モデルによる推定が妥当であることが裏付けられる。変位影響度ｋ値は断層影響範囲と非影響範囲との境界部にある継手の動きやすさを表す指標となり、継手の屈曲特性と地盤特性との間に相関があると考えられる。

図９（ａ）に示すように、継手の屈曲特性として管の呼び径、管長、継手部の位置、地盤特性として断層の傾き等の項目を用いることができ、管の呼び径Ｐ１（５条件：呼び径７５，１００，１５０，２００，２５０）、管長Ｐ２（２条件：定尺と定尺×１／２）、断層の傾きＰ３（３条件：４５°，６０°，９０°）および継手部の位置Ｐ４（２条件：固定側境界と変位側境界）を代表値として、全６０条件について変位影響度ｋ値を算出した。

変位影響度ｋ値は、何れも断層変位量０．０３ｍ毎の継手屈曲角の解析結果と推定結果との残差から算出される決定係数Ｒ２が最大になるよう算出した。得られた変位影響度ｋ値をもとに、図９（ｂ）に示す各項目を目的変量およびそのカテゴリとし、数量化理論Ｉ類に基づいて、次式のようにｋ値の推定式を導出した。図９（ｂ）には導出結果を一部補正した各目的変量のカテゴリスコアが併せて示されている。Ｐ_ｎｉは目的変量ｎカテゴリｉの係数、ｘ_ｎｉは０または１である。尚、これらは例示であり、カテゴリは表記の事項に限るものではない。例えば、継手部の位置は固定側及び変位側に限らず、断層影響範囲の中の固定側及び変位側から所定距離離れた位置に設定することも可能である。

図８（ｂ）には、図８（ａ）と同様に、呼び径７５、管長２ｍ、断層の傾き６０°、変位側地盤との境界にある継手Ｃ１について、上式で推定したｋ値を用いて断層変位量に対する屈曲角を算出した結果が実線で示されている。

解析結果では、最大許容屈曲角度β＝８°屈曲時の断層変位量である許容断層変位量は２．７６ｍであるのに対し、〔数２〕に示した推定式を用いた推定では２．１９ｍとやや短い。解析結果との間に僅かの乖離が見られるが、これは解析結果よりも安全側の推定となるようにｋ値の推定のためのカテゴリスコアを丸めたためであり、安全側の推定となるため管路の安全評価上は特段の問題はない。尚、今回の推定式による推定ｋ値は０．１２５で、決定係数Ｒは０．９７２であった。

このように、〔数２〕に示した推定式で求まる変位影響度ｋ値を用いることにより、耐震継手の屈曲角度θや所定の屈曲角度θとなる場合の断層変位量が精度良く求められ、求めた屈曲角度θまたは断層変位量に基づいて耐震継手の挙動を推定することができるようになる。

その結果、既設の管路のみならず敷設予定の管路に対しても、想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θが最大許容屈曲角度βより小となるか否かで安全性評価ができるようになり、耐震継手が最大許容屈曲角度β以下の所定の屈曲角度θとなる場合の断層変位量が具体的な断層に対する予測断層変位量より小となるか否かで安全性評価ができるようになる。

そして、このような演算を管の呼び径、管長、継手部の位置を異ならせて行なった値から安全性が確保できるような呼び径、管長、継手部の位置等を反映させて敷設設計することができるようになる。

つまり、本発明による断層横断埋設管路の挙動推定方法は、基準許容屈曲角度α、最大許容屈曲角度βの耐震継手を介して複数の管が接合される断層横断埋設管路の挙動推定方法であって、断層変位により管路の一部の耐震継手の屈曲角度が基準許容屈曲角度αを超える場合に実行され、断層変位超過量δに対する一部の耐震継手のずれ量δｊの比率を示す変位影響度ｋを、数量化理論１類に基づいて定めた少なくとも２つの目的変量Ｐ１及びＰ２に対する各カテゴリの係数Ｐ１ｉ，Ｐ２ｉを用いた推定式ｋ＝Ｐ_１ｉ・ｘ_１ｉ＋Ｐ_２ｉ・ｘ_２ｉ （ｘ_１ｉ，ｘ_２ｉは０または１）で求める変位影響度推定ステップと、変位影響度推定ステップで推定された変位影響度ｋに基づいて想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θを算出し、または、推定式で得られた変位影響度ｋに基づいて耐震継手が最大許容屈曲角度β以下の所定の屈曲角度θとなる断層変位量を算出し、算出した屈曲角度θまたは断層変位量に基づいて耐震継手の挙動を推定する耐震継手挙動推定ステップと、を含む。

また、目的変量は２つに限るものではなく、必要に応じて適宜設定すればよい。少なくとも目的変量Ｐ１は管の呼び径であることが好ましく、目的変量Ｐ２は管の長さ、断層の傾き、耐震継手の位置の何れか一つまたはそれらの組合せであることが好ましい。基本的に目的変量が少なければそれだけ変位影響度ｋの値が小さくなるので、同じ想定断層変位量であっても屈曲角度θが大きな値になる。

断層横断埋設管路の挙動推定方法によれば、断層影響範囲内の任意の継手部での屈曲角度θを求めることができるが、解析結果からも明らかなように、断層影響範囲との境界部に位置する継手が大きく屈曲する点に鑑みれば、一部の耐震継手は断層影響範囲と非影響範囲との境界近傍に位置する特定耐震継手であることが好ましい。

また、上述の〔数１〕に示した通り、耐震継手挙動推定ステップで算出される特定耐震継手の屈曲角度θは、断層影響範囲側に隣接する耐震継手と特定耐震継手との間の管角度と、非影響範囲側に隣接する耐震継手と特定耐震継手との間の管角度との差で求められる。

変位影響度ｋは、所定の耐震継手モデルに対するシミュレーション結果である断層変位量に対する継手屈曲特性と、断層変位量に対する継手の変位影響度ｋに基づいて算出した断層変位量に対する継手屈曲特性とが略一致するように回帰分析法で求められた値であることが好ましい。

しかし、所定の耐震継手モデルに対するシミュレーション結果に代えて、実際の管路または縮小モデル管路を模擬断層設備上に堆積させた土砂中に埋設して、模擬断層設備で模擬断層を発生させた場合の測定結果を用いてもよい。

また、算出された想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θが最大許容屈曲角度βを超えないように目的変量のカテゴリを求め、または、算出された屈曲角度θが最大許容屈曲角度βとなる場合の断層変位量が想定断層変位量となるように目的変量のカテゴリを求めることにより、安全性を確保した管路の敷設設計が可能になる。

上述の実施形態では、耐震継手管路を構成する管がＮＳ形ダクタイル鉄管である場合を説明したが、耐震継手を介して複数の管が接合される管路であれば、ＮＳ形ダクタイル鉄管以外の鉄管であっても本発明の適用が可能である。さらに、本発明は、基準許容屈曲角度α、最大許容屈曲角度βの耐震継手を介して複数の管が接合される管路全般に適用できる。

以下に上述の断層横断埋設管路の挙動推定方法を用いた断層横断埋設管路の挙動推定装置について説明する。
図１０に示すように、断層横断埋設管路の挙動推定装置１００は、ハンドヘルドコンピュータで構成され、タッチパネル式の液晶表示部１０、記憶部３０、演算部２０，４０を備えている。

記憶部３０には、上述した変位影響度ｋ値を〔数２〕に基づいて算出するための目的変量及び各カテゴリの係数が格納されている。具体的には、図９（ｂ）で説明した呼び径、管長、断層の傾き、継手部の位置とそれらに対する係数が格納されている。尚、目的変量及び各カテゴリの種類及び数は例示であり、これらに限るものではない。

液晶表示部１０には、ソフトウェアスイッチが表示された入力部１１が設けられ、画面に表示されたスイッチを操作することにより、断層横断埋設管路の挙動推定処理が実行され、その結果が表示部１２に表示されるように構成されている。

入力部１１には、記憶部３０に記憶された目的変量及びカテゴリが表示され、それを選択操作することによりｋ値推定条件が確定し、更に想定屈曲角度θまたは想定断層変位量の何れかが入力可能に構成され、想定断層変位量が設定入力されると、想定断層変位量の断層が活動した場合の継手部の屈曲角度θが算出され、想定屈曲角度が設定入力されると、継手部が想定屈曲角度屈曲するときの断層変位量が算出される。

演算部では、先ず変位影響度推定演算部２０によって、入力部１１で入力された目的変量のカテゴリの係数を記憶部３０から読み出して、変位影響度ｋを推定式ｋ＝Ｐ_１ｉ・ｘ_１ｉ＋Ｐ_２ｉ・ｘ_２ｉ （ｘ_１ｉ，ｘ_２ｉは０または１）で求められる。

次に耐震継手挙動推定演算部４０によって、変位影響度推定演算部２０で算出された変位影響度ｋに基づいて想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θが算出され、または、推定式で得られた変位影響度ｋに基づいて耐震継手が最大許容屈曲角度β以下の所定の屈曲角度θとなる断層変位量が算出される。

図１１には、断層横断埋設管路の挙動推定装置の動作フローが示されている。先ず、入力部１１を介して評価条件である断層、地盤、管路に関する目的変量及び各カテゴリの設定が行なわれると（Ｓ１）、変位影響度推定演算部２０によって変位影響度ｋ値が求められ（Ｓ２）、耐震継手挙動推定演算部４０によって各管路位置座標が算出され（Ｓ３）、さらに継手屈曲角が算出され、表示部１２に表示される（Ｓ４）。

その結果、オペレータが十分に安全性が確保されていると判断可能な場合には処理が終了され（Ｓ５）、そうでない場合には、例えば管長のカテゴリが変更設定されて（Ｓ６）、同様の演算処理が繰り返される。

耐震継手挙動推定演算部４０によって算出された屈曲角度θまたは断層変位超過量δが表示部１２に表示され、表示された値に基づいて耐震継手の挙動を確認することにより安全性評価ができるようになる。

従って、専用の大掛かりな解析装置を用いなくても、簡易に精度が得られる断層横断埋設管路の挙動推定方法及び断層横断埋設管路の挙動推定装置が実現できる。

上述した説明は、断層横断埋設管路の挙動推定方法及び断層横断埋設管路の挙動推定装置の一実施形態の説明であり、該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、目的変量及び目的変量のカテゴリの係数が上述した種類及び数値に限るものではなく、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１：管
１０：表示装置
１１：入力部
１２：表示部
２０：変位影響度推定演算部
３０：記憶部
４０：耐震継手挙動推定演算部
１００：断層横断埋設管路の挙動推定装置

Claims (9)

1. 基準許容屈曲角度α、最大許容屈曲角度βの耐震継手を介して複数の管が接合される断層横断埋設管路の挙動推定方法であって、
   断層変位により前記管路の一部の耐震継手の屈曲角度が基準許容屈曲角度αを超える場合に実行され、断層変位超過量δに対する前記一部の耐震継手のずれ量δｊの比率を示す変位影響度ｋを、数量化理論１類に基づいて定めた少なくとも２つの目的変量Ｐ１及びＰ２に対する各カテゴリの係数Ｐ１ｉ，Ｐ２ｉを用いた推定式
   ｋ＝Ｐ_１ｉ・ｘ_１ｉ＋Ｐ_２ｉ・ｘ_２ｉ （ｘ_１ｉ，ｘ_２ｉは０または１）
   で求める変位影響度推定ステップと、
   前記変位影響度推定ステップで推定された変位影響度ｋに基づいて想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θを算出し、または、推定式で得られた変位影響度ｋに基づいて耐震継手が最大許容屈曲角度β以下の所定の屈曲角度θとなる断層変位量を算出し、算出した屈曲角度θまたは断層変位量に基づいて耐震継手の挙動を推定する耐震継手挙動推定ステップと、
   を含む断層横断埋設管路の挙動推定方法。
2. 前記Ｐ１は管の呼び径であり、前記Ｐ２は管の長さ、断層の傾き、耐震継手の位置の何れかまたは組合せである請求項１記載の断層横断埋設管路の挙動推定方法。
3. 前記一部の耐震継手は断層影響範囲と非影響範囲との境界近傍に位置する特定耐震継手である請求項１または２記載の断層横断埋設管路の挙動推定方法。
4. 前記耐震継手挙動推定ステップで算出される特定耐震継手の屈曲角度θは、断層影響範囲側に隣接する耐震継手と特定耐震継手との間の管角度と、非影響範囲側に隣接する耐震継手と特定耐震継手との間の管角度との差で求められる請求項３記載の断層横断埋設管路の挙動推定方法。
5. 変位影響度ｋは、所定の耐震継手モデルに対するシミュレーション結果である断層変位量に対する継手屈曲特性と、断層変位量に対する継手の変位影響度ｋに基づいて算出した断層変位量に対する継手屈曲特性とが略一致するように回帰分析法で求められた値である請求項１から４の何れかに記載の断層横断埋設管路の挙動推定方法。
6. 算出された想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θが最大許容屈曲角度βを超えないように目的変量のカテゴリを求め、または、算出された屈曲角度θが最大許容屈曲角度βとなる場合の断層変位量が想定断層変位量となるように目的変量のカテゴリを求める請求項１から５の何れかに記載の断層横断埋設管路の挙動推定方法。
7. 管が耐震継手ダクタイル鉄管である請求項１から６の何れかに記載の断層横断埋設管路の挙動推定方法。
8. 基準許容屈曲角度α、最大許容屈曲角度βの耐震継手を介して複数の管が接合される断層横断埋設管路の挙動推定装置であって、
   数量化理論１類に基づいて定めた少なくとも２つの目的変量Ｐ１及びＰ２に対する各カテゴリの係数Ｐ１ｉ，Ｐ２ｉを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された目的変量のカテゴリを選択入力する入力部と、
   前記一部の耐震継手の屈曲角度が基準許容屈曲角度αを超える場合に実行され、前記入力部で入力された目的変量のカテゴリの係数を前記記憶部から読み出して、変位影響度ｋを推定式
   ｋ＝Ｐ_１ｉ・ｘ_１ｉ＋Ｐ_２ｉ・ｘ_２ｉ （ｘ_１ｉ，ｘ_２ｉは０または１）
   で求める変位影響度推定演算部と、
   前記変位影響度推定演算部で算出された変位影響度ｋに基づいて想定断層変位量に対する耐震継手の屈曲角度θを算出し、または、推定式で得られた変位影響度ｋに基づいて耐震継手が最大許容屈曲角度β以下の所定の屈曲角度θとなる断層変位量を算出し、算出した屈曲角度θまたは断層変位量δに基づいて耐震継手の挙動を推定する耐震継手挙動推定演算部と、
   前記耐震継手挙動推定演算部による演算結果を表示する表示部と、
   を含む断層横断埋設管路の挙動推定装置。
9. 前記Ｐ１は管の呼び径であり、前記Ｐ２は管の長さ、断層の傾き、耐震継手の位置の何れかまたは組合せである請求項８記載の断層横断埋設管路の挙動推定装置。