地震の揺れを科学する第五章強振動を予測する総合科学四年３０４１－６００４岩井仁美目次１・強振動予測とは２・リアルタイム地震防災３・強振動予測への取り組み４・高精度な強振動予測へ向けて１・強震動予測とは地震の揺れ・・・震源から放射された地震波が地表面に到達することによって生じるよって生成及び伝播過程のシミュレーションが必要強震動の予測何故強振動予測が必要なのか？地震の被害を事前に想定しておき、地震被害を軽減するためその対策を検討し準備することが大事。地震被害をもたらす自然現象の予測地震被害を軽減させるためには、強震動に対して構造物が崩壊しないように設計する必要がある。構造物を数値的なモデルで表して、それと地盤が接している部分に入力した強震動を用意し、構造物の挙動をシミュレーションする。構造物固有のゆれやすい周期・・・固有周期その時の揺れ方・・・固有モード対応する固有モードで構造物が人揺れするのに要する時間構造物の自由度数の分だけ存在する（例・5階建てでは５つ）もっとも長い固有周期→一次固有周期一次固有周期より長い周期帯域には、固有周期は存在しない強震動として考慮すべき周期帯域は一次固有周期より短い範囲のみ大きな揺れとなる周期を強震動の｢卓越周期」と呼ぶ。卓越周期が固有周期と一致→構造物の揺れが増幅共振現象大きくゆすられると構造物内部に亀裂が生じ損傷を受け、構造物の剛性が低下して固有周期が長くなる。構造物の損傷や崩壊まで検討する場合は、対象とする構造物の固有周期の長期化を考慮する必要がある。強震動の卓越周期とその付近における揺れの大きさは、・構造物が立地する地点周辺の地盤構造・震源や地震波の伝播経路の地下構造に影響される。対象地震を特定し、震源特性を考慮して、考えられるだけのシナリオを用意し地震波の伝播特性の地域性、地盤の地震波の局所性を出来る限り反映した方法を用いる必要がある。大型建物と固有周期一般的には構造物の一次固有周期は構造物の高さに比例して高くなる。建物高さ（ｍ）に０．０１５から０．０２を乗ずることによって見積もる。石油やＬＮＧのタンクは直径と内容液の高さでスロッシング周期が決まる。原子炉構造物は、巨大だが壁圧１ｍを越える剛性の高い構造のため、周期は短い。剛性が低く固有周期が長い構造・・・「柔構造」剛性が高く固有周期が短い構造・・・「剛構造」例・超高層ビル例・原子炉どちらが安全か？「柔剛論争」 1923年関東地震の後、数年続いたが結着付かず。 →剛構造理論に基づいた設計体系が確立 1960年代、強震記録、構造物の振動理論、耐震設計がコンピューターの計算を介して結びつき、柔構造建造物の周期帯域、地震記録の質、継続時間など固有周期が建設が可能に。建造物の検討を行うのに十分であったとは言いがたい地震時の安全性だけでなく、超高層ビルにおけるエレベーターの停止と閉じ込め問題から避難上の問題、機能確保に至る重要な設備の問題も検討課題強地震観測からわかるもの変化する地面の動きである「時刻暦波形」加速度波形、速度波形、変位波形がある。どの時刻にどのような周期成分の揺れが大きかったかわかる地震による複雑な動き（地震動）の波形の特徴を波形の最大振幅値加速度波形、速度波形、変位波形の場合、最大加速度、最大速度、最大変位になる。の三要素で表すのが一般的経時特性揺れ始めた時刻、もっとも揺れた時刻、揺れが収まった時刻、揺れ続けた時刻など周期特性波形にどのような周期成分の波が多く含まれているかがわかる。「応答スペクトル」を用いて表すことが多い。応答スペクトルとは色々な固有周期の一自由振動系の郡に同じ地震波形を入力し、それぞれの応答振幅の最大値を系の固有周期ごとに並べたもの。最大応答地値を変位、速度、加速で表したもの、またそれぞれの応答を相対応答と絶対応答で表した六種類が定義される。被害予測や耐震設計などの目的にもっとも多く用いられてきたものは波形の最大振幅値と応答スペクトル。・加速度は耐震設計に頻繁に・構造物の破壊などの被害を考える時は速度を指標に・固有周期が数秒の超高層ビルや免震構造物での地震時の安全性の検討では最大速度を・一般的な被害との相関では震度計や計測震度をなど、強震動予測の結果を使う立場によって、必要な揺れの情報が違うとされる。しかし、最大加速度や最大速度、計測震度、応答スペクトルはすべて時刻暦波形から計算できるので、強振動予測では対象地点の時刻暦波形を予測することがもっとも望ましい強振動のシミュレーション手法理論的方法断層運動や地震波が伝播する地下構造に関する物理モデルを作成し、地震波発生及び伝播の理論に基づいて、決定論的に地震動の時刻暦波形を計算するもの。やや長周期帯域の強振動ミュレーションによく用いられる多大な計算労力を必要とし、一般的な計算機で計算に数日から一週間かかることも・・・半経験的方法理論の一部を小さな地震の実際の記録で補うもの。短周期帯域を含む強振動シミュレーションによく用いられる。｢経験的グリーン関数法」「統計的グリーン関数法」強振動予測地点で、想定した大地震と同一の大地震が起こった小地震による強震記録が得られている場合、想定地震の断層破壊過程を考慮して小地震の観測波形をグリーン関数とみなして、多数重ね合わせて想定地震の地震動の時刻暦波形を求める方法。大地震の断層面における断層運動が小規模の断層運動を多数重ね合わせることで表現できること。地震波の伝播性状は、大地震でも小地震でも観測位置が変わらなければ同じであること。適切な小地震記録がない場合に、その代わりにほかの地点で得られた多数の強震記録を統計処理して作成した模擬地震波を統計的に評価されたグリーン関数として用いる方法。模擬地震波は、経験的方法で評価された地震動の振幅スペクトルと経時特性に適合するように作成されることが多い。経験的方法多数の強震記録の統計解析に基づいて、数少ないパラメータで簡便に強振動を評価するもの。短周期帯域の強振動予測に用いられることが多い 1995年兵庫県南部地震の数年前に提案された、最大化速度の距離減衰による強振動の予測例。同地震の観測値は予測値とよい対応を示し、断層の近くでおおむね誤差の範囲内だった。広帯域ハイブリット法ある特定の周期を境として、長周期帯域と短周期帯域にわけ、それぞれの帯域に適した二つの異なる手法で強振動の予測波形を計算した後、その両者を相補的に足しあわせて広帯域強震動を求めるもの。手に入る断層運動や地下構造の情報には限界がある。今後さらに細かな事まで知るには、震源や地下構造のモデル化の精度を高め、理論的方法の適用範囲をより短周期へ広げることが大切２．リアルタイム地震防災目的地震観測情報を用いて地震動の面的な部分を把握し、その情報に基づいて被害分布を迅速に推定することにより大地震発生直後の救助と二次災害の防止のための初動体制の確立を速やかにすること。短期的な地震予知は不可能大地震の発生は不意打ち地震発生直後の混乱で初動対応まで空白時間が出来る。この空白時間を出来るだけ短くする！ユレダス（ＵｒＥＤＡＳ）震源近傍域で捉えた地震動から大地震の発生を検地し、人口密集地に主要動が到来する前に電信によってそれを知らせ、災害を軽減しようとする。 1868年にアメリカの医師クーパー氏が提案初の実用化は1990年から1992年にかけて東海道新幹線に採用された「ユレダス（ＵｒＥＤＡＳ）」システム。Ｐ波初動から震源の位置と規模を推定、路線に被害を生じるようなら自動的に周辺の列車を止める。緊急地震速報震源近傍域で観測されるＰ波から震源情報を推定し、Ｓ波が到達する前に地震情報を一般に提供する取り組み。３・強震動予測への取り組み地震調査研究推進本部阪神・淡路大震災の教訓を踏まえ、文部科学省に設置。活断層調査、地震の発生可能性の長期評価、強震動予測などを統合した地震動予測地図の作成を掲げている。地震発生の前兆を捉えて、地震の発生場所と規模、発生日時を予測する「地震の短期予知」は現在では不可能。活断層調査や歴史地震の調査に基づいて、数十年から数百年オーダーで地震の発生場所と規模を予測することは可能。地震の長期予測４・高精度な強震動予測に向けて建物の耐震設計では、崩壊を防ぐだけでなく建物に要求される性能を明確にし、その性能が維持できるように建物の地震時挙動をコンロールする設計法の考え方を導入より高精度な強震動予測が必要震源を深く知ろうとするには、地下構造をより詳細に知る必要がある。地下構造を介して震源の物理と地下物性論を結びつければ強震動予測の信頼性を高められるだろう稀にしか起こらない大地震のデータから、出来る限り多くのことを学ばなければならない。地震学の進歩に応じて、その時々の最新の地震学的手法によって、過去の大地震のデータから新たな知見を得るための検証を繰り返し行うことが重要。今後起こる大地震のデータをより多く確実に記録し、後世に残すための地道な努力を続けなければならない！