飽和軟弱地盤と地下鉄駅構造物の相互作用系の耐震脆弱性解析に関する研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7410 (2023) この記事を引用

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この論文では,飽和軟弱地盤と地下鉄駅構造物の相互作用システムの地震脆弱性を調査した。 相互作用システムの結合非線形数値モデルは、飽和二相媒体を記述するためにビオ理論の u-p 定式化を使用して確立されました。 相互作用システムの洗練された有限要素モデルは、その非線形地震応答と地震危険メカニズムを研究するために開発されました。 本研究では、土壌には多収量弾塑性構成モデルを、構造物には繊維断面弾塑性構成モデルを採用した。 パワースペクトル三角級数法により得られた人工地震波を入力して構造物の地震応答を計算した。 地下鉄駅構造の構造性能パラメータとして最大階層間ドリフト角を採用した。 構造需要雲はランダムな地震動シーケンスの下で取得されました。 確率的地震需要モデル解析法に基づいて,地下鉄駅構造物の地震脆弱性曲線をプロットし,性能パラメータの脆弱性に従って地震脆弱性曲線を分析した。 地盤強度の増加に伴い,異なるピーク加速度地震動下での地下鉄駅構造の脆弱性指数はそれに応じて減少した。 以上の脆弱性理論と解析手法に基づき、飽和軟弱地盤敷地内に埋設深さを設定した地下鉄駅構造物は、一定の安全性と信頼性を示し、耐震性にも耐えられることが分かる。 「小規模地震では損傷なし、中規模地震では修復可能、大規模地震では倒壊しない」を目標とする。 脆弱性解析の結果は実際の地震調査と一致しており、本論文で提案する脆弱性解析手法は飽和軟弱地盤上の地下構造物の脆弱性解析に適用可能である。

地下構造物の耐震評価は、工学設計における困難な問題の 1 つです。 これは、通常、岩石や起こり得る地震の特性には多くの不確実性の原因があるためです。 したがって、これは、地震で損傷した構造物の動的信頼性の評価における新しいトピックです1。 耐震脆弱性解析は、1970 年代に原子力発電所の耐震性能研究に初めて適用されました。 一方、パフォーマンスベースの確率論的耐震脆弱性解析手法の継続的な改良と開発により、この手法は他のインフラの耐震研究にも徐々に適用されてきました。 構造物の耐震性能を評価する方法として、耐震脆弱性解析は、構造物の予想される損傷や潜在的な地震の危険性を決定し、構造物の耐震性能を定量的に評価することができます。つまり、構造物の所定の耐震性能目標の達成度を定量的に説明できます。耐震強化レベルが異なります。 耐震脆弱性を分析し、さまざまなレベルの地震下でのすべてのレベルでの損傷確率を予測し、耐震性能を評価し、地下構造物の耐震設計における減震・免震対策を提案することは非常に重要です。 性能に基づく耐震設計は、地下鉄の地下構造物の耐震設計に関する現在の基準に導入されていますが、その設計と評価のプロセスはまだ開発されておらず、さらなる研究が必要です2。

現在、耐震脆弱性解析は主に実証的手法と理論的解析手法から構成されています。 条件の制限により、経験的脆弱性曲線はデータ ソースと同様の状況にのみ適用されます。 地下構造物の地震応答は、さまざまな地震環境や現場条件によって異なるため、経験的な脆弱性曲線を一般化することは困難です。 理論解析手法は、地下構造物の地震応答を多重計算し、最終的に回帰により合成するものです。 一般的に使用される計算方法には、応答スペクトル法、非線形静的解析法、非線形時刻歴解析法などがあります。