地表地震断層に対する埋設ライフラインの耐震性向上に関する研究

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1999年トルコ・コジャエリ地震および台湾・集々地震は,地表地震断層に対する構造物の耐震性照査の重要性を示した.本研究では,逆断層変位に対する埋設管の耐震性に関する基礎的知見を得ることを目的として,砂層中に埋設管を設置した遠心載荷場での模型実験およびそれを再現する数値解析を行った.遠心載荷場の実験により断層変位による埋設管の変形特性を明らかにし,実験結果をもとに断層の大変位に対する埋設管路の数値解析モデルを構築した.断層変位による埋設管の変形挙動を数値解析で予測する手法について検討した.バイリニア型の地盤復元力特性を考慮した梁-地盤モデルによる数値解析は実験による結果を良好な精度でシミュレーションすることが可能であることを示した.実験では,逆断層変位の増加によって模型管に生じるひずみを測定し,その曲げ成分を主に検討した.模型管は,周辺地盤による拘束力と管の材料特性に影響を受けた変形挙動を示した.管の曲げ剛性に比べて地盤の拘束力が小さい場合,周辺地盤は降伏し,断層変位が増加するにつれて管の曲げひずみのピーク値はほぼ一定の値に収束する.一方,管の曲げ剛性に比べ周辺地盤の拘束力が大きい場合,管は拘束され局部的に大きな変形挙動を示した.次に,数値解析においては,埋設管を弾塑性梁要素,地盤を管軸および管軸直交方向のばね要素でモデル化した.ここで管軸直交方向の地盤ばねは,実験結果に従い上下方向で挙動が異なる非対称非線形としている.解析結果および実験結果の曲げひずみを比較した場合,解析結果のピーク値が若干大きく評価されるものの,分布傾向はよく一致した.しかし管軸直交方向の地盤反力を比較すると,解析結果は管軸上方向の地盤反力は制度良く評価しているものの,管軸下方向の地盤反力を過大に評価する結果となった.