124
設計への取り入れ方
設計水平震度kh=v1v2v3k0(鉄道橋)
地域別補正係数
応答特性の補正係数
構造物の固有周期と地盤条件で決まる
構造物の粘りで決まる
v3=1/sqrt(2μ-1)に対応
一般に0.4くらいの値が使われる
k0:1.0(2次設計)
設計水平震度に構造物の重量をかけたもの
必要保有水平耐力が構造物を支えうる水平力を上回らないようにする
→(地震時)保有水平耐力法
1995兵庫県南部地震(96ノースリッジ地震)
→想定以上の大加速度
兵庫県南部地震以降の耐震設計
レベル1、レベル2地震動の導入
レベル1稀に発生する地震動(建築)
供用期間中に発生する可能性が高い地震動(土木)
レベル2極めて稀に発生する地震動
供用期間中に発生する可能性は低いが大きな強度をもつ地震動または対象物が経験するものとして最大級と評価される地震動(土木)
タイプⅠプレート境界型の大規模な地震
タイプⅡ内陸直下型地震
レベル1地震動に対して健全性を損なわない
レベル2地震動に対して致命的被害の防止、あるいは損傷を限定する
性能設計の導入
使用規定
地震：地球を構成している岩石のいち部分に急激な運動が起こりそこから地震波が発生する現象
震源：地震波が最初に発生した場所(急激な運動が最初に起こった場所)
震央：震源の真上の地表の点
震源域：地震が発生した領域
断層：岩石・地層内の破断面に沿ってずれが生じているもの
断層の型
縦ずれ断層
正断層↑＼↓
逆断層↓＼↑
横ずれ断層
右横ずれ断層
→
-
←
左横ずれ断層
←
-
→
*p.22は誤り
(力のかかり方と断層の型)
応力
１０１８
★海洋プレートと大陸プレートの境界(海溝型地震)
百年程度の周期でM8クラスの地震が起こることがある
深さ60km以浅(比較的浅い)
(低角)逆断層
津波を伴う
数百年から千年に1回M9クラス
Ex)関東地震、東北地方太平洋沖地震、東南海、南海、十勝沖
海洋プレートと海洋プレート
日本では関東周辺のみ(茨城・千葉)
M6クラスまでが多い
再来間隔不明
大陸プレートと大陸プレート
陸部・大陸プレート内の地震と同様
日本海東部
500から数千年M8クラス
津波を伴う
Ex)新潟地震、日本海中部
★海洋プレート内
海溝の海側浅いところで正断層
津波を伴う
Ex)\釧路沖、北海道東北沖
再来間隔、発生場所予測困難
大陸プレート内(内陸型)
浅い(15km程度まで)
ほとんどがM7クラス(M8クラスはまれ)
M7クラスはおよそ千年(数百年かｒ数十万年)に1回程度
M6.8以上だと地表にずれが現れることが多い
Ex)濃尾、兵庫南部(阪神淡路大震災)、新潟県中越(沖)地震、熊本
繰り返し発生
活断層で起こるのはこのタイプ
日本では横ずれ断層、逆断層がほとんど
１１０１
震度(階)
ある場所での地震動の強さを人体感覚、周囲の物体、構造物などに対する影響の程度などによっていくつかの階級に分けて表すもの
日本では
1884制度化
19490から7
1996計測震度
I=2loga+0.94
a:加速度記録にフィルターをかけ(速度も考慮)得られた波形の振幅がa以上となる時間が0.3sとなるように定める
(過去の地震との整合性より)
アメリカ西欧:改正メルカリ震度階
東欧:MSK震度階
地震波伝播
地震波
実体波
P
S
表面波
レイリー波
ラブ波
(遠地ではSより大きいこともある長周期成分を持つ)
岩盤中を伝わる地震波
一様均質完全弾性体なるS波の振幅∝1/r
実際には不均質内部減衰があり
理論的に波形・振幅を表すことは困難
経験式または数値解析を用いる
Ex)logD=M-1.73log⊿+0.83(坪井式)
Dmax=0.626*10^0.372M*(=30)^-1.254(道路Sihou書)
D:変位、⊿:震央距離
観測データから振幅∝1/r^k(日本では1<k<2)
http://tamori.3zoku.com/dynamics/note/Dyna03-03.html
1122
実際の地盤は多数の地盤層から構成
→多数の場合は一般に数値解析
地盤の卓越周期≒構造物の固有周期
のとき共振→被害大
→地盤特性の把握重要
耐震上重要な地震動の指標
加速度の最大値（力に関係f=ma
予測式の例
a_0=1/T*10^(0.61M-(1.66+36/x)logx+(0.167-1.83/x))
a_0:cm/s^2,x:震源距離(km),T:卓越周期(s)
Amax=987.4*10^0.261M*(⊿+30)^-1.218
Amax:cm/s^2,⊿:震央距離(km)
（式を覚える必要なし
（（①プリント、②道路示方書
速度の最大値（エネルギーに関係
予測式の例
v_0=10^(0.61M-(1.66+3.6/x)logx-(0.631+1.83/x))
Vmax=20.82*10^0.263M*(⊿+30)^-1.222
v_0,Vmax:cm/s
変位の最大値（変形に関係
予測式の例
d_0=T*10^(0.61M-(1.66+3.6/x)logx-(1.43+1.83/x))
Dmax=0.626*10^0.372M*(⊿+30)^-1.254
d_0,Dmax:cm
・継続時間(t)
一般に
logt=αM-β(α,β>０)
・卓越周期
Mが大きいと周期長い
→これらの指標（特に加速度・変位の最大値）は主として静的な耐震性の照査に用いられる（ただし最大値→実効値）
構造物の動的な応答を調べるには地震波形が必要（構造物の応答が複雑な場合）
・時刻歴波形→構造物の時刻歴応答
・応答スペクトル→固有モードごとの応答
が用いられる
1206
耐震構造
剛構造構造も固く部材の結合もしっかりすることで高剛性の構造とする
揺すられても変形が小さい壊れないことを目標
Ex)低中層のビルダム高速道路
柔構造:地震動の主要周波数帯よりも構造物の固有振動数を小さく(固有周期を長く)して共振しないようにする
構造物の変形を許すので減衰が揺れが吸収される
Ex)構造ビル長大橋五重塔
→長周期地震動に対する懸念
揺れを小さくする仕組み
免震構造:建物と基礎の間に積層ゴムなどを入れて建物へ地震力が伝わるのをカットする
制振(制震)構造:構造物内部にダンパーを設置して振動を減衰させる→パッシブ制振
制御しながら外力を作用させることで揺れを小さくする→アクティブ制振
耐震工学の歩み
耐震工学前史
1868明治政府樹立→以降日本の近代化
多数の外国人技術者科学者が技術指導
R.H.Brunton,I.Lescasse
伝統的日本家屋が持つ耐震性の欠陥を指摘
・屋根が重い
・壁に斜材(筋交い)がない
・部材の連続や基礎が不完全
明治政府は
西洋かぶれ→西洋式建築構造(レンガ石による組積構造)を全国に導入
(地震がない国の建築、耐火性重視)
木造家屋の耐震化を軽視
1880横浜地震(M5.4)
煙突の倒壊破損、家屋の壁落下
これを契機にJohn Mikeが中心となって日本地震学会を設立
学会では主に地震計の開発、地震動計測法の研究
耐震工学の始まり
18911028濃尾地震M8.0
内陸直下型断層長80km断層のズレ8m
死者7273家屋全壊14万以上
被害一般民家の木造家屋、西洋レンガ構造物
これを契機に耐震予防調査会設立(1892)
地震の基礎研究と応用研究幅広く本格的に開始
・地震資料の収集
・世界各地の地震被害調査
・鉄骨鉄筋コンクリート構造の研究
その中でも1916佐野利器「家屋耐震構造論」
「震度法」提案→耐震設計のもと
★震度法
地震動の最大加速度と重力加速度の比を震度で定義し、震度に構造物の自重をかけた荷重が慣性力として静的に作用すると考えて、構造物内の応力を求め、応力が許容応力度以内に収まるように設計する
「水平加速度による慣性力」の例
幅がa高さbの箱が転倒する「震度」は？
mga/2-kmgb/2>=0そのまま
<回転
1220
地中構造物の耐震設計
地中構造物(埋設管、トンネル、杭など)が地震動を受けると
特徴:見かけの密度が一般に地盤よりも小さく慣性力の影響が少ない 周囲の地盤は地震動によって変形し地盤の変形によって拘束される
応答変位法:地中構造物のρ=0m=0と仮定する
すなわち構造物自体の振動は無視
地盤の変形に応じて地中構造物は力を受けるとして部材に生じる力を求める(許容応力度法
例地盤変形をu_g(x)構造物変位をu-p(x)地盤ばね定数k
EI(d4u_p(x)/dx4)=k(u_g(x)-u_p(x))
u_g(x)=Usin(2πx/L)
EI(d4/d4)+ku_p(x)=k*Usin(2πx/L)
u_p(x)=α_t*Usin(2πx/L)(+斉次解)
＊斉次解を持つと数学的に正しいが無限の変形を許容するので物理的に誤りとなる
α_t=(1+(2π/λL)^4)^-1,λ=(k/EI)^-4
u→内部に作用する力≦既定値
液状化
緩い砂→せん断変形によって負のダイレイタンシーを起こす
飽和していると非排水状態で負のダイレイタンシーを起こすか、沈降に時間がかかる
→排水沈降が終わるまでは地盤は流動的挙動＝液状化(有効応力↓間隙水圧↑)
0110
1964新潟地震
液状化による被害大
建物被害は小
1968十勝沖地震
耐震設計されたRC造の建物にせん断破壊を中心とする広範な被害
原因:RCのせん断強度を過大に見積もっていた
対策:せん断破壊を避ける
具体的な方法:せん断補強筋を配置(以下のような効果を期待できる
1.部材内引張応力を分担
2.斜めひび割れの幅が広がるのを高速
3.軸方向鉄筋を外周から拘束し鉄筋の座屈を抑える
4.内部コンクリートを拘束し圧縮性能を保持
＊柱のせん断変形の引張部分では鉛直方向は主鉄筋が対応できるものの、水平方向はコンクリートが引張を受け持たなければならない
1971建築基準法施行令改正
改正内容
・せん断補強筋間隔の狭化
・最小せん断補強筋量の採用
・設計用せん断力の割増
・曲げ降伏先行の概念の導入★
その後RCの地震被害が減少
1971~1977建設省総合技術開発プロジェクト
1978宮城県沖地震(規模は小さかったものの近代都市が大きめな揺れに見舞われた
1981建築基準法施行令改正(新耐震:新耐震設計法の採用)
基本方針:二段階設計法★
1.1次設計
耐用期間中に数回発生する中程度の地震に対して無被害か軽微な被害に留める
→静的震度法に基づく許容応力度法
設計震度0.2程度
2.2次設計
耐用期間に一回程度発生する大地震に対して構造物が多少損傷しても倒壊しないようにする
・動的効果や材料の粘り(靭性)を考慮
設計震度1.0程度
靭性について、応力ひずみ線図を単純化して解くと
塑性率μ:塑性してから壊れるまでの歪の比
Q_B/Q_A=1/sqrt(2μ-1)
μが大きいとQ_B(塑性を考慮した震度法の荷重)を小さくしても同様の耐震性能
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設計への取り入れ方
設計水平震度kh=v1v2v3k0(鉄道橋)
地域別補正係数
応答特性の補正係数
構造物の固有周期と地盤条件で決まる
構造物の粘りで決まる
v3=1/sqrt(2μ-1)に対応
一般に0.4くらいの値が使われる
k0:1.0(2次設計)
設計水平震度に構造物の重量をかけたもの
必要保有水平耐力が構造物を支えうる水平力を上回らないようにする
→(地震時)保有水平耐力法
1995兵庫県南部地震(96ノースリッジ地震)
→想定以上の大加速度
兵庫県南部地震以降の耐震設計
レベル1、レベル2地震動の導入
レベル1稀に発生する地震動(建築)
供用期間中に発生する可能性が高い地震動(土木)
レベル2極めて稀に発生する地震動
供用期間中に発生する可能性は低いが大きな強度をもつ地震動または対象物が経験するものとして最大級と評価される地震動(土木)
タイプⅠプレート境界型の大規模な地震
タイプⅡ内陸直下型地震
レベル1地震動に対して健全性を損なわない
レベル2地震動に対して致命的被害の防止、あるいは損傷を限定する
性能設計の導入
使用規定
