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最近の研究の紹介：木造住宅の崩壊解析による耐震診断－新しい精密・動的な耐震診断と補強方法－ |
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木造の建売/注文住宅の崩壊解析による耐震診断法を開発。住まいの新しく精密で動的な耐震診断法であり、設計図から建物の欠陥を発見。シミュレーションで３次元（d3）アニメ動画表示。建設業者/メーカーによる耐震リフォーム/耐震補強/地震対策の費用を安く抑え、地震に強い一戸建て木造の新築/中古/建売/注文住宅の建設/家づくり/リフォーム/耐震改修を達成。 |
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論文著者名：タイトル
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土木学会論文集，No.780/I-70, pp.41-56, 2005
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６.水平層構造地盤モデルによる地表層への入射角の理論解と観測結果との比較
震源から放出された地震波の地表面への入射角は，地盤中の地震波の速度構造に依存する．市川・望月7)は日本の近地地震に対して震央距離と震源深さより，震源からの地震波の射出角を求める表を作成している．本研究では，この表とスネルの法則を用いて地表層（せん断波速度を図-9に基づき 250 m/sと想定した）への入射角（）を計算した．得られた結果を，８つの地震に対し表-5に示す．ただし，S波速度の深さ分布としては，参考文献7）で示されたものより直線で内挿した結果を用いた． 地震波動は震源と観測点とを含む鉛直面内を伝播するものと考えた．地表面への入射角をとし，を震源から観測地点への間の東,北,上方向の距離とすると，地理的な位置関係と水平層構造地盤モデルに基づく地震波動の伝播方向の単位ベクトルの理論解は次式のように求められる． (25) もとより，市川・望月7)の表は日本付近の平均的な地盤構造に対して得られた結果であり，得られた入射角はあくまでも日本付近の地震に対する平均的な推定値である． 図-10には，伝播方向の単位ベクトルの3成分(EW,NS,UD）の観測に基づく5章での解析結果と理論解とを，入射波と反射波とを比較して示している．何れの図も，ほぼ45°の直線上に分布している．従って，8つすべての地震で入射波と反射波は，水平面上では同一方向（例えば，入射波が西から東に伝播すれば，反射波も西から東に伝播する）に，鉛直方向には上下逆に伝播していることが判る． また，○□で示したようにEW,NSの水平成分に対して同一符号の類似した値が求められた．例えば，地震①の左図（方向）では第1象限に，中央図（方向）では第1象限にプロットされており，西南方向から到来し東北方向に伝播していることを示している．また，例えば，地震⑤の左図(方向）では第1象限に，中央図（方向）では第3象限にプロットされており，西北方向から到来し東南方向に伝播していることを示している．これらの結果は図-2に示した震央の方向と良く対応している．また△で示したUD成分は○□で示した水平成分と同一符号であるがの水平成分に関しては小さな値が，の鉛直成分に関しては±1.0に近い値が求められており，鉛直動は水平動に比べより鉛直下方から伝播していることが判る．これは鉛直動にはP波成分が卓越し伝播速度が大きいことにより（図-9参照）説明できる．これらのことより，3つの成分の何れから求めた伝播方向も類似しており，図-2に示した震央の方向と良く対応している．また，EW,NS,UD成分の入射波，反射波の合計6つのデータは独立したデータであり，これらより類似した結果が得られたことを考えると得られた結果が信頼できることが判る． 更に，図-10の＊で示された理論値は観測結果○□△と同一符号ではあるが，水平方向の値は小さく（原点に近く），鉛直方向の値は1.0に近い大きな値が求められている（図で右下に分布する）．このことより伝播方向の鉛直軸との角度は理論解より観測結果では幾分大きいことが判る． 結局，観測結果から得られた地震波動の伝播方向は，震源と観測地点の地図上の位置関係と地殻の水平層速度構造モデルから得られる理論解とよく対応しているが，鉛直軸との角度は理論解では約0～4度であるのに対し，観測結果では約0～20度と幾分大きく求められた．10～20度の違いではあるが，約5倍の違いでもある．解析したすべての8地震の3成分で，しかも入射波と反射波の何れの場合（8地震x3成分x入射反射波の2波=48ケース）にも同様な結果が得られており，反例が１つも無かったことより，この差は偶然のものではなく無視できないものと考えている． この理由としては理論（表-5）において地殻を単純に水平層にモデル化しているなどの仮定によるものであると考えられるが，どのような理由が支配的であるかは明確ではない．また，本アレー観測地点に特有なものであるのか，別の観測地点でも共通して認められる現象であるのかなど明らかでない．これらの問題点は今後の研究の課題であると考える．また，当然のことではあるが，本論文においては限られた数のデータを使用しており，解析した範囲内においては，考察結果と異なる解析結果は全く得られていないとは言えども，当然，扱ったデータの範囲内での結論である．こうした事実を数多く積み上げることにより，現実をより正確に理解することが可能になるものと考えられる． また，３次元アレー観測強震動の伝播方向と震源方向との関係を結論付けた研究は，著者の知る限りでは参考文献２)（ただし，２次元アレー）だけであったので，本論文では相互相関関数法を「従来手法」と考えて比較検討を行った．しかし，従来，より一般な波動の伝播方向の推定法としては，F-K（周波数－波数）法，センブランス法なども使われている．各々の方法は異なる考えに基づいており，異なる方法には，異なる利点・欠点があり，一次元尺度上で優劣を確定的に決定することは適当ではなく，また必ずしも可能でもない． すなわち，例えば，F-K法では，NIOM法や相互相関関数法とは異なり，観測波形が２つの場合に対して時間のずれは求まらない．F-K法では空間内に分布した多くの観測点に対して一様な波動場を仮定し解析している．一方，NIOM法では観測波形のペア（２つ）に対し，時間のずれを求めることができる．また，F-K法では，各振動数毎に結果が求まる訳であり，振動数全体に対し結果が求まるNIOM法とは，直接精度の比較ができない． また，センブランス法では，結果が観測波形のスペクトルに大きく依存しており，この点は，相互相関関数法の場合と同様である（参考文献5),6)または本論文中の図-3参照）．一方，NIOM法では解析結果が観測波形のスペクトルに依存しない．そして，スペクトルの形状を変更して１つの最適解を求めているが，このような特徴は従来の何れの方法にも無い． このように各々の方法はそれぞれ異なる考えに基づいており，一次元尺度上で方法の優劣を確定的に決定することは必ずしも可能ではなくまた適当ではない．異なる方法には，異なる利点・欠点がある．本論文で提案した方法が既存の方法とは異なるアイデアに基づいていることから，提案方法は既存の方法に加えて１つの新しい有効な方法になり得るものと考えられる．各々の方法の精度の比較論を展開するためには，誤差の定義方法，波形のスペクトル，観測点の配置などの多くの影響を１つ１つ明らかにする必要があり，今後の検討課題としたい． （続き） |
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