成果報告書詳細
管理番号100013572
タイトル平成17年度-平成19年度成果報告書 国際共同研究助成事業 2005IS063 地盤構造物のためのISO耐震設計基準の国際化推進 平成19年度最終
公開日2009/4/24
報告書年度2005 - 2007
委託先名東畑郁生 井合進 國生剛治 当麻純一 曽我健一 Ross William BOULANGER Dennes T. BERGADO Abbas GHALANDARZADEH
プロジェクト番号P88001
部署名研究開発推進部
和文要約地盤構造物の耐震設計は、静的な地震力の下で安全率1以上を確保するという伝統的な考え方を保っている。他の構造物の分野と比べて地盤の分野ではどちらかというと古い考え方が残った理由として、地盤が品質管理されて製造されたものではないので、力学的性状が複雑かつ不均質で、地盤の調査も完璧は期しがたいことが考えられる。近年、社会において安全への希求が高まり、地震災害の分野でも設計用の想定地震が強まる一方である。これに対して安全率>1を維持しようとしても、材料強度が鋼やコンクリートに劣る土材料では困難が大きい。そこで従来法から脱却して地震時の性能評価(変形評価)を取り入れる気運となった(ISOやEUROCODE)。すなわち、たとえ安全率が一時的に1を下回っても、地震後に起こっている変形量が基準値以内にあれば、これを許容するものである。もとより性能評価は容易ではなく、地震動や土の力学的性質に関する知識が必要である。しかし他方、そのような知識を持つ優れたエンジニアには、ビジネスチャンスでもある。また、性能評価の意義は技術の世界では理解されやすいものの、財政担当者、事業の施主、一般市民にはなじみにくい。これらの人々の理解を得るためには、さらに進んだ概念であるライフサイクルコストLCCの手法を推進して経済的なメリットを訴えることが、意義深い。性能設計やLCCでは、構造物の地震時挙動の予測技術が重要である。予測技術の良否とは、単に数値解析技術の精緻だけでなく、妥当な計算コストおよび、入力データの信頼性すなわち地盤調査技術の裏づけが必要である。これらの諸点を調査して新しい時代の耐震設計手法を推進することが、本プロジェクトの目的であった。例となる構造物として、杭基礎、アースダム、港湾岸壁、道路盛土を取り上げている。まず地盤構造物の模型振動実験を行ない、設計法推進に有意義な知見の取得に努めた。液状化地盤流動が群杭基礎に及ぼす横荷重の実験では、従来の均一荷重分担とは異なり上下流端の杭に荷重が集まることを見出した。これにより既存杭基礎の耐震補強のために上下流端に捨て杭を打設する手法が提案できた。アースダムの実験では実破壊例と同じ破壊パターンが再現できた他、表面遮水型ダムの耐震性が高いことが示され、本年の四川省の地震でもそのことが実証された。港湾岸壁の実験では巨大地震の長時間震動の影響や護岸裏の衝撃吸収材の性能が示された。道路盛土実験では、地盤改良タイプの違いによる性能の差異が比較検討された。これらを受けて数値解析が行なわれたが、特に港湾岸壁を取り上げて、精緻な解析を多数行なって岸壁諸元と耐震性能の間に回帰式を作り、実設計ではこれをもって精緻な解析に代える方法が推奨された。LCCの計算事例では、地盤構造物特有の問題の取り扱いを提案した。たとえば土材料には材料劣化が起こらないため、従来の考え方では構造物の寿命の算定が出来なかった。そこで材料劣化ではなく用途劣化すなわち社会の変化によって施設の使命が完了するまでの年限を80年と見積もり、これを寿命と見なした。また地震時の間接経済被害の算定においても、高速道路では旅行時間の増大値によって被害と見なして間接被害額を評価した。これらによりLCCに基づく設計諸元の決定例を示すことが出来た。地盤調査技術の現況の国際アンケート調査では、各国とも標準貫入試験が第一であるが、技術的問題点は意識されていることがわかり、その解消に努めることを個々の技術者に求めることを提案した。これらの成果をまとめ、最終年度に海外5箇所で巡回ワークショップを開催した。
英文要約The demand for safety during earthquakes is increasing everywhere in the world nowadays. Safety means that of not only life but also properties and social activities. On the other hand, requirement for relevant cost is desired by people as well. To cope with this, engineers have to think about the essential meaning of safety. In this situation, the idea of performance-based design has been developed and is going to be introduced in practice of design. This design principle assesses the performance of a concerned structure under a given design earthquake and examines it in the light of allowable seismic performance. Numerical and analytical methods are therein addressed in order to predict the deformation and stress states of concerned structures during earthquakes. From the viewpoint of business, the progress of performance-based design is advantageous to capable geotechnical engineers. Although the performance-based design is pushed in many regions and codes in the world, it is not clear yet whether or not it satisfies the demand of people for cost effectiveness. It is therefore necessary to convert the idea of seismic performance to monetary issues for better understanding of people. The idea of life cycle cost is a solution to this situation. It is attempted therein to convert all the issues into monetary units and to achieve the minimum cost during the service time of a facility. The above-mentioned relationship between initial construction cost and maintenance as well as damage costs hold true in those structures that are made of steel and concrete. The deterioration of materials due to adverse environments may be mitigated by good construction provisions, and maintenance and risk during natural disasters are thereby reduced. In contrast, the calculation of life cycle cost for geotechnical structures has different features. First, the materials that compose structures are mostly soil and stones which are not likely to deteriorate with time. This implies that life cycle of geotechnical structures is not clearly defined. Second, geotechnical seismic hazards such as failure of embankments, harbor quay walls, and subsoil liquefaction have hardly killed people. The essence of damage has been the induced inconvenience to people's life and pending of operation that caused negative effects to the public and economic activities. With these issues in mind, the present project conducted a variety of activities. The conclusions of the present project are described in what follows. Shaking model tests under 1-G gravity or centrifugal environments were conducted in order to show the capability of numerical analyses. The structures concerned in model tests and numerical analyses were pile foundation, embankment, quay wall in harbor, and earth dam. Numerical analyses have a reasonable, although not perfect, capability to reproduce the real seismic performance of geotechnical structures.
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