RC橋脚の固有周期に着目した地震時被害度指標に関する検討 - 大日本

土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)
Ⅰ-428
ＲＣ橋脚の固有周期に着目した地震時被害度指標に関する検討
大日本コンサルタント
正会員
○吉岡
寒地土木研究所
正会員
原田政彦
吉澤
佐藤
西
京
25
大規模地震が発生した際，リアルタイムに橋梁の被
0.1～5.0ｍ
5.1～10.0ｍ
10.1～15.0ｍ
15.1～20.0ｍ
20
15
頻度
対象橋脚総数：154基
道路の機能回復を図るために重要である．橋脚の被害
10
度指標について，兵庫県南部地震以降，いくつかの研
5
0
0.
0
0. ～ 0
1
0 . ～ 0 .0 9
2
0 . ～ 0 .1 9
3
.
0. ～ 0 29
4
.
0. ～ 0 39
5
.4
0. ～ 0 9
6
.5
0. ～ 0 9
7
.6
0. ～ 0 9
8
.7
～
9
0.
9 0 .8
1. ～ 0 9
0
～ .9 9
1.
1.
1
～ 09
1.
1.
2
～ 19
1.
29
究がなされているが，様々な特性を持った橋脚に対し
て汎用的な指標が見いだせないことや，橋脚の周期特
性を取り入れた指標では一般性を失うといった難点が
橋脚高
橋脚高
平均値
(m)
固有周期
平均値
(sec)
0.1～5.0ｍ
4.4
0.33
5.1～10.0ｍ
7.8
0.52
10.1～15.0ｍ
11.0
0.59
15.1～20.0ｍ
18.0
0.82
0 .1
5 .1～～ 5. 0ｍ
1 0.0
1 0.1 ～
1 5. 1 ～ 1 5 .0 ｍｍ
2 0 .0 ｍ
固有周期（sec）
あり，実用化に至っていないのが現状である．
本稿は，北海道内道路橋の橋脚に対象を限定して，
図-1 橋脚高と固有周期のヒストグラム（橋軸方向）
被害と相関性が高く，且つ，実用性のある指標につい
て検討した結果を報告するものである．
２．対象橋脚の選定
まず，北海道内の道路橋のうち，けた橋 45 橋（橋脚
313 基）を抽出し，橋脚高と固有周期の関係や保有水平
耐力などを調査した．調査結果の一例として，橋軸方
表-1 選定した橋脚
支持
適用
橋脚高さ固有周期周期特性
橋脚方向
条件耐震基準
(m)
(sec)
の分類
1
LG
M
S55道示
4.9
0.348
短周期
2
LG
F
S48道示
6.2
0.879
中周期
3
TR
F
S48道示
6.4
0.362
短周期
4
TR
FF
S55道示
14.5
0.354
短周期
5
LG
MF
S55道示
16.5
1.207
中周期
※LG：橋軸方向，TR：橋軸直角方向
(cm/sec)
向における橋脚高と固有周期のヒストグラムを図-1 に
示す．なお，ここで示す固有周期は降伏剛性を用いた
フーリエ振幅
場合の固有振動解析結果である．橋軸方向では，橋脚
高 5～15m で，固有周期 0.3～0.8 秒程度の橋脚が比較的
多く建設されている．
次に，5m ピッチごとの橋脚高別に固有周期を整理し，
橋脚である．固有周期が 0.3 秒台の橋脚１，３，４を短
周期型，0.8 秒より長い橋脚２，５を中周期型に分類し
た．
３．模擬地震波の作成
各震源域で発生する地震動は，異なる振動特性が発
現する．ここでは，地震動応答による被害度指標を検
討するため，入力地震波のエネルギー総量を一定とし
て模擬地震波を作成した．作成方法は桑村らによる論
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0. 0
T 0 =0.5
0. 5
1. 0
1. 5
2.0
2. 5
3.0
(sec)
図-2 模擬地震波の振幅スペクトル
加速度 (gal) 加速度 (gal) 加速度 (gal)
脚であり，橋脚基部の耐震補強が今後予定されている
1.2
周期 T
各平均値に該当する橋脚を 5 基選定して動的解析の対
象とした（表-1）．選定した橋脚はいずれも RC 壁式橋
弘明
橋脚
害度を把握することは，橋梁の応急復旧を迅速に行い
文 1)を参考に，図-2 に示す振幅スペクトルを共通とし
2 00 0
(a)直下型 σ＝ 0.02×2π
0
-2 00 0
0
10
20
時刻
100 0
30
40
(sec)
(b)中距離型 σ＝ 0.10×2π
0
-100 0
0
10
20
時刻
100 0
30
40
(sec)
(c)海洋型 σ＝ 0.20×2π
0
-100 0
0
10
20
時刻
30
(sec)
図-3 模擬地震波の時刻歴波形
キーワード：橋脚，耐震，被害度指標，模擬地震波，動的解析
連絡先：〒170-0003 東京都豊島区駒込 3-23-1 大日本コンサルタント(株) TEL:03-5394-7611 FAX:03-5394-7601
-855-
努
高
１．はじめに
勉
40
土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)
Ⅰ-428
て，位相差分分布の標準偏差を操作して 8 通りのフー
これは，短周期橋脚の場合，地震波の繰り返しによる
リエスペクトルを作成し，フーリエ逆変換により特性
動的増幅ではなく，1 回のパワーで損傷することを示唆
の異なる地震波を作成した．位相差分分布の標準偏差
している．また，PGA が 250gal 程度でせん断力比が１
を小さくしたケース（0.02×2π）が主要動の継続時間
を超えており，既設橋脚の設計水平震度 0.2～0.3 と概
の短い直下型であり，大きくしたケース（0.20×2π）
ね整合することから，250gal 程度が閾値となりうる．
が継続時間の長い海洋型である．作成した模擬地震波 8
中周期橋脚の場合の相関図を図-5 に示す．曲げ破壊
波のうち代表的な 3 波の時刻歴波形を図-3 に示す．
型が多いため，縦軸は曲げモーメント比としている．
４．動的解析による橋脚の被害度指標の検討
検討した地震動指標のうち，SI 値が最も相関性が良く，
選定した橋脚 5 基について，単柱モデルによる線形
中周期橋脚の曲げ損傷において動的増幅を無視できな
動的解析を行った．線形解析としたのは，曲げ破壊型
いことを示唆している．また，SI 値が 40cm/sec 程度以
橋脚の場合に降伏しているか否かの判定を重視しよう
上で曲げモーメント比が 1 を超えているが，これは気
とした意図による．入力する地震波は，前述の模擬地
象庁震度階による震度 6 弱以上に相当する 2)．
震波 8 波のほか，実地震波として道路橋示方書のレベ
５．おわりに
ル 1 地震動 3 波およびレベル 2 地震動タイプⅠの 3 波
道路橋 RC 橋脚を対象に被害度指標の検討を行った
を加えた計 14 波を用いた．解析結果より，発生する最
結果，橋脚の固有周期に応じて PGA や SI といった指標
大断面力と保有水平耐力との比を算出し，この値と地
を使い分けることで，せん断破壊もしくは曲げ損傷を
震動指標との関係を整理した．比較検討する地震動指
把握できる可能性を示した．今後は，選定した被害度
標は，最大加速度 PGA，エネルギー入力率 1)およびス
指標の検証や，支承に対する最適指標の検討が必要で
ペクトルインテンシティ SI とした．
ある．
短周期橋脚の場合の相関図を図-4 に示す．せん断破
【参考文献】
壊型が多いため，縦軸はせん断耐力比としている．同
1) 桑村仁，竹田拓也，佐藤義也：地震動の破壊力指標としてのエネ
図より，最大入力率では入力率が 0.2 以下の小さいとこ
ルギー入力率―直下型地震と海洋型地震の比較を通して―，
日本建
ろにプロットが集中し，SI 値では非線形的な分布が確
築学会構造系論文集，第 491 号, pp.29-36, 1997.1.
2) http://www.nilim.go.jp/japanese/database/nwdb/html/how-to-use.htm
認されるが，PGA は比較的良好な相関を示している．
6
実波
0.996
0.993
0.982
0.991
4
2
0
0
500
1000
最大加速度　PGA
1500
10
8
6
模擬波
0.997
0.997
0.998
0.997
実波
-0.297
-0.293
0.020
-0.190
4
2
0
0.0
2000
橋脚１
橋脚３
橋脚４
模擬地震波
実地震波
橋脚１
橋脚３
橋脚４
平均
0.2
0.4
10
せん断力比　S/Ps
8
橋脚１
橋脚３
橋脚４
模擬地震波
実地震波
模擬波
0.986
0.986
0.979
0.984
せん断力比　S/Ps
せん断力比　S/Ps
10
橋脚１
橋脚３
橋脚４
平均
0.6
0.8
8
6
(a) 最大加速度 PGA
実波
0.988
0.986
0.984
0.986
2
無次元化最大入力率（周期１秒）
(gal)
模擬波
0.983
0.984
0.979
0.982
4
0
0
1.0
橋脚１
橋脚３
橋脚４
模擬地震波
実地震波
橋脚１
橋脚３
橋脚４
平均
50
100
SI値
(b) 最大入力率
150
(cm/sec)
(c) SI
3
橋脚２
橋脚５
模擬地震波
実地震波
模擬波実波
橋脚２ 0.988 0.994
橋脚５ 0.927 0.998
平均 0.957 0.996
2
1
0
0
500
1000
最大加速度　PGA
1500
(gal)
(a) 最大加速度 PGA
2000
4
3
橋脚２
橋脚５
模擬地震波
実地震波
模擬波実波
橋脚２ 0.974 -0.279
橋脚５ 0.855 -0.252
平均 0.914 -0.266
2
1
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
曲げモーメント比　M/My
4
曲げモーメント比　M/My
曲げモーメント比　M/My
図-4 短周期橋脚の最大応答と地震動指標との関係
4
3
模擬波
橋脚２ 0.993
橋脚５ 0.940
平均 0.966
実波
0.987
0.999
0.993
2
1
0
0
無次元化最大入力率（周期１秒）
(b) 最大入力率
図-5 中周期橋脚の最大応答と地震動指標との関係
-856-
橋脚２
橋脚５
模擬地震波
実地震波
50
100
SI値
(cm/sec)
(c) SI
150

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