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地震工学

東京工業大学 学院理工学研究科土木工学専攻 川島一彦 平成２０年度

地震工学

（１）大町達夫教授（振動理論） （２）盛川助教授（地盤振動） （３）川島一彦担当（耐震設計） z１２月９日（火）：過去の地震被害 z１２月１６日（火）：地震動の工学的特性 z１月１３日（火）：耐震設計 z１月２０日（火）：免震設計 z１月２７日（火）：性能設計 z試験週：最終試験（川島担当分）

教科書と講義ノート

教科書と講義ノートは、川島研のホームページに 掲載しますから、ダウンロードしてください。 http://seismic.cv.titech.ac.jp 「日本語」ー＞「講義ノート」ー＞地震工学

成績の評価

z中間試験４０％ z最終試験４０％ z課題２０％

地震工学 １．過去にどのような地震被害が生じているか？ 平成２０年度 東京工業大学 大学院理工学研究科土木工学専攻 川島一彦

１）耐震設計をしていなかった時代や耐震設計が

不十分であった時代

1923関東地震 (M7.9) 1948 福井地震(M7.1)

基礎の不十分さのために崩壊した橋

1923 関東地震 中角橋 1948 福井地震

地質・地盤条件

z モンスーン地帯に属するため 地盤浸食が激しく z モンス ン地帯に属するため、地盤浸食が激しく、 このため、沖積堆積氾濫源の占める割合が大き い。 z 稲作文化と深い関わり合いをもって、大都市圏 は沖積堆積氾濫源に形成されてきた。 z 軟弱粘性土の滑りや砂質土の液状化によって、 基礎が繰り返し被害を受けてきた。 1923 関東地震 基礎の滑動 転倒

耐震設計をしていなかった時代や耐震設計が不

十分であった時代の被害

1923 関東地震 1946 南海地震 1948 福井地震 基礎の滑動、転倒 全体系の崩壊 全体系の崩壊 z１９２３年関東地震の甚大な被害が契機となり、１９２ ５年から、耐震設計が取り入れられた。 耐震設計の導入 z佐野利器教授（東京帝国大学）が提案した静的横力 法が採用された。佐野教授は、現在の限界状態設計 法を目指したが、構造部材の力学特性が十分わかっ ていなかったため、許容応力度法と静的横力法を結 合した震度法が広く採用されることとなった。 z我が国では、基礎の被害に伴う全体系の被害が多 かったため、基礎を大きく強固にし、この結果、橋脚も 大断面で剛性の高い構造が多く建設されるようになっ た。

２）地盤の液状化や落橋防止構造が考慮されてい

なかった時代

1964 新潟地震 昭和大橋

落橋防止構造のアイデアの創出 9 桁間連結装置 9 桁間連結装置 9桁と下部構造を結ぶ構造 9 桁掛かり長の確保 9１本アンカーボルト方式の支承の禁止

地盤の液状化や落橋防止構造が考慮されていな

かった時代の被害形態

1964 新潟地震 液状化による大きな 横方向変位 全体系の崩壊 １９７１年道路橋耐震設計指針（建設省、日本道路 協会） z 橋の固有周期によって設計地震力を定める修正 震度法を世界で最初に導入 z 液状化しやすい地盤の判定法を世界で最初に導 入 z落橋防止構造を世界最初に提案し、その導入を規 定 1982 浦川沖地震

３）橋脚や支承の耐震性が十分考慮されていな

かった時代

ＲＣ橋脚のせん断破壊 静内橋

主鉄筋段落とし部のせん断破壊 主鉄筋の段落とし部のせん断破壊 300mm 1980年以前の配筋 定着長の不十分な段落とし 1978 宮城県沖地震 1982 浦川沖地震

３）橋脚や支承の耐震性が十分考慮されていな

かった時代

1982 浦川沖地震 北海道東方沖地震 支承の被害 せん断破壊 主鉄筋段落とし部のせん断破壊 曲げ破壊

Rokko Mountain

Sanyo Shin-Kansen

Chugoku Expressway

1995 兵庫県南部地震

Route 3, Kobe Line

Rokko Mountain

National Highway Route 2 Hankyu Railway Tokaido Line Hankhu Railway Meishin Expressway N i l Hi h Nishinomiya Kobe City

Route 5, Bay Shore Line

Rokko Island Port Island National Highway Route 43 Nishinomiya City Kobe City

Collapse of 18-Span Fukae Viaduct Hanshin Expressway

1995 Kobe Earthquake

Premature Shear Failure of RC Columns Resulted from Insufficient Development Length

じん性（変形性能）の向上

１９８０年以前 １９９５兵庫県南部地震 300mm _150mm 主鉄筋段落とし

東工大でのハイブリッド載荷実験

どのように被害は進展したか？

Crack initiated Compression Failure Slip Down Compression Failure Crack extended

Flexural Shear Failure

剛性・強度の高い橋台 大断面で強度の高い橋脚 過去に震災経験が豊富な構造

被害経験のなかった橋が被害を受けた兵庫県

南部地震

大断面で強度の高い橋脚 スレンダーな橋脚 震災経験のなかった構造 300 針 書 書 2002道路橋示方書

我が国の橋梁の耐震基準の歴史

100 150 200 250 設 計関連のページ数 ₂3 関東地震 震設計の開始 _鋼道路橋示方書 1971 耐震設計指 針 1980 道路橋示方 書 1990 道路橋示方 書 １９９６道路橋示方書 2002道路橋示方書 1920 1940 1960 1980 2000 2020 0 50 100 年 耐震 設 19 2 1925 耐 1964 鋼 1995兵庫県南部地震

何が１９９５年兵庫県南部地震の特徴か

z 観測された中では最も強烈な地震動 z 不十分であった橋脚のじん性

過去に観測された中では最も構造物に強

烈な影響を与える地震動

神戸海洋気象台

1.0 0 5 0.87g 約８秒 加速度 (g) 0.50.0 -0.5 -1.0 5 10 15 20秒 速度 (cm/s) 100 50 0 50 10 15 20秒 1m/sec =3.6km/h 0.87g -50 -100 5 10 15 20秒 変位 (cm) 20 10 0 -10 -20 5 10 15 20秒 35cmの変位

-5 0

5 JMA Kobe Observatory ( 1995 Kobe )

代表的な断層近傍地震動

m/s2 -5 0 5 _{Sylmar ( 1994 Northridge )} 0 5 10 Bolu ( 1999 Bolu ) 5 0 -10 -5 0 5 _{Shikhkang (1999 Chi-Chi )} Time(s) 0 5 10 15 20

断層近傍地震動に対する情報の欠如

強震観測の歴史が浅い 年代以降 1960年代以降 断層近傍地震動が」得られ出したのは、つい最近 9 1994 Northridge, USA, EQ 9 1995 Kobe, Japan, EQ 9 1999 Chi Chi, Taiwan, EQ 9 1999 Bolu & Duzce, Turkey, EQ 長周期パルス地震動

部材の繰り返し載荷や振動台実験が可能と

なってきた１９８０年代

zねばり、じん性、曲げ破壊、せん断破壊 z塑性域の変形性能とエネルギ 吸収性能 z塑性域の変形性能とエネルギー吸収性能 z横拘束効果

降伏しても構造部材はすぐ壊れるわけではない

Ｘ５倍 Ｘ３倍 Ｘ４倍 Ｘ１倍 Ｘ７倍 降伏変位 “被害なし”と報告したであろう 震度法で想定 している範囲 主鉄筋の座屈 主鉄筋の露出 主鉄筋の破断

Closure to repair Li i d Repairable Lateral Force Capacity Limited access for repair Lateral Displacement

実大規模の橋脚に対する繰り返し載荷実験

Public Works research Institute

東工大とカリフォルニア大学バークレイ校との橋梁 の耐震性に関する共同研究

２００６年９月

米国における地震被害

米国 おける地震被害

５／１４ジャンクションにおける崩壊

1971年サンフェルナンド地震

サイプレス高架橋の崩壊

1989 年ロマプリエータ地震

Collapse of Cypress Viaduct

1989 Loma Prieta Earthquake

どのように被害は進展していったか？

１

1

２

３ ４ ５ ６

米国における耐震設計の歴史

1776 東部１３州の独立 1830-1840 ゴールドラッシュ 1850 カリフォルニア州が米国領となる シ 地震 1906 サンフランシスコ地震 1933 ロングビーチ地震 Field Act (学校建物に対して設計震度0.1、その他の 建物に対しては設計震度0.02-0.05） & Riley Act 1936 サンフランシスコ・オークランド橋の建設 1957 サイプレス高架橋の建設 1961 初めてＡＡＳＨＯに耐震規定が盛り込まれる 1961 カリフォルニア州交通局の規定に初めて耐震 設計に関する事項が盛り込まれる 1971 サンフェルナンド地震 グ

米国における耐震設計の歴史

1933年～1971間に起こった１１回の地震（マグニ チュード5.4-7.7）による被害総額はわずかに$100,000 1973 カリフォルニア州の新耐震基準 (AASHTO基準に1975年に取り入れられた) 1981 新FHWA耐震基準 1989 ロマプリエ タ地震 1989 ロマプリエータ地震 1994 ノースリッジ地震

まとめ

z過去の震災経験に基づいて、耐震技術が作られてき た。 z「一見は百聞にしかず」であるが、これは人間が、自ら が見たこと、経験したこと以外は信じられないことを示し ている。兵庫県南部地震は、自然現象に対する深い洞 察と、謙虚な気持ちを持つことの重要性を教えた。 z耐震設計は いろいろな経緯を経て現在に至っている z耐震設計は、いろいろな経緯を経て現在に至っている。 決して一本道をたどってきたわけではない。 z現状で耐震対策が可能な範囲は限られている。国民 の生命と財産を守るために土木技術者がしなければな らない研究、実務は非常に多い。