(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
式１を利用して構造物が許容可能な漂流物の運動量である最大許容運動量Ｐｍａｘを算出する工程と、
前記構造物に衝突すると想定される漂流物の衝突前の運動量である想定運動量Ｐと前記最大許容運動量Ｐｍａｘとを比較する工程とを備えていることを特徴とする、構造物簡易照査方法。
Ｐｍａｘ＝ＭＶ２  ・・・  式１
Ｐｍａｘ：最大許容運動量
Ｍ：構造物の質量
Ｖ２：衝突後の構造物の速度（≒ａ×Ｔ／２π）
ａ：構造物の耐震設計時の応答加速度
Ｔ：構造物の固有周期
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、漂流物衝突時の構造物簡易照査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
津波や洪水等が発生すると、水の流れによって物体（以下、単に「津波漂流物」という）が流される場合がある。そのため、沿岸部の構造物は、津波漂流物の衝撃に対して、十分な耐力を有していることが望ましい。
東日本大震災で生じた津波のように、従来では想定されなかった規模の津波や洪水が発生している。そのため、沿岸部の構造物について、津波漂流物が衝突した場合に十分な耐力を有しているか否かを確認する場合がある。
【０００３】
津波漂流物の衝突力を計算する方法はいくつか開示されてあるものの（例えば、非特許文献１参照）、計算手法毎に計算値にバラツキが生じていた。また、従来の津波漂流物の衝突力を計算する方法は、対象とする津波漂流物が限定されているのが一般的であった。そのため、津波の発生が予測される各地域の個別の条件に対応できるような統一的な手法は確立されていなかった。
また、従来の計算手法は、複雑で時間がかかる数値計算（有限要素法、粒子法等による流体−構造連成解析など）により行うのが一般的であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】松冨英夫、「流木衝突力の実用的な評価式と変化特性」、土木学会論文集No.621／II-47，111-127，1999.5，p.111-127
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
沿岸部の全ての構造物について、複雑な数値計算を実施するには、費用と時間がかかる。一方、多くの構造物について短時間で津波漂流物の衝突に対する安全性を確認することができれば、詳細な検討が必要な構造物のみに対して詳細な数値計算を行うことが可能となり、作業の手間と費用を大幅に削減することができる。
【０００６】
このような観点から、本発明は、漂流物の衝突を受ける構造物の耐力を簡易に照査することを可能とした構造物簡易照査方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の構造物簡易照査方法は、式１を利用して構造物が許容可能な漂流物の運動量である最大許容運動量Ｐｍａｘを算出する工程と、前記構造物に衝突すると想定される漂流物の衝突前の運動量である想定運動量Ｐと前記最大許容運動量Ｐｍａｘとを比較する工程とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
Ｐｍａｘ＝ＭＶ２  ・・・  式１
Ｐｍａｘ：最大許容運動量
Ｍ：構造物の質量
Ｖ２：衝突後の構造物の速度（≒ａ×Ｔ／２π）
ａ：構造物の耐震設計時の応答加速度
Ｔ：構造物の固有周期
【０００９】
かかる構造物簡易照査方法によれば、複雑な数値計算を要することなく漂流物に対する構造物の安全性を照査することができる。すなわち最大許容運動量Ｐｍａｘが、想定運動量Ｐよりも大きければ構造物が安全であると評価することができ、最大許容運動量Ｐｍａｘが想定運動量Ｐよりも小さければ構造物が危険であると評価することができる。
そのため、沿岸地に存在する構造物に対して、安全性を簡易に確認することができる。そして、この構造物簡易照査方法によって危険と評価された構造物のみに対して、詳細な計算を行うことで、作業の手間と費用の削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の構造物簡易照査方法によれば、漂流物の衝突を受ける構造物の耐力を簡易に照査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る構造物を示す縦断図、（ｂ）は同横断図である。
【図２】本発明の実施形態に係る構造物簡易照査方法の妥当性を確認するために行った検証解析に使用した解析モデル図であって、（ａ）は縦断図、（ｂ）は平面図である。
【図３】検証解析における漂流物の速度履歴を示すグラフである。
【図４】検証解析における脚柱の変位時刻歴を示すグラフである。
【図５】（ａ）は漂流物が高架橋のスラブに衝突した場合のモデル図、（ｂ）は漂流物が脚柱に衝突した場合のモデル図である。
【図６】漂流物が高架橋のスラブに衝突した場合と漂流物が脚柱に衝突した場合の変位時刻歴を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態では、津波により流された漂流物の衝突を受けた構造物の耐力を簡易的に照査する場合について説明する。
本実施形態の構造物簡易照査方法は、式２に示すように、漂流物が構造物に衝突する前後で運動量保存則が成立することに着目した方法である。
ｍｖ１＋ＭＶ１＝ｍｖ２＋ＭＶ２  ・・・  式２
ｍ：漂流物の質量
ｖ１：衝突前の漂流物の速度
ｖ２：衝突後の漂流物の速度
Ｍ：構造物の質量
Ｖ１：衝突前の構造物の速度
Ｖ２：衝突後の構造物の速度
【００１３】
ここで、漂流物が衝突する前の構造物の速度Ｖ１および漂流物が衝突した後の漂流物の速度ｖ２を０（ゼロ）と仮定すると、式２は、式３に示すようになる。
ｍｖ１＝ＭＶ２  ・・・  式３
【００１４】
衝突後の構造物の速度Ｖ２は、耐震設計時の応答加速度ａと、構造物の固有周期Ｔにより、簡略的な疑似応答速度として、式４のように表わすことができる。
Ｖ２≒ａ×Ｔ／２π  ・・・  式４
【００１５】
したがって、式１（Ｐｍａｘ＝ＭＶ２）によれば、構造物が許容可能な漂流物（以下、「基準漂流物」という）の運動量である最大許容運動量Ｐｍａｘ（＝ｍｖ１）を算定することができ、ひいては、基準漂流物の質量ｍと衝突速度ｖ１とを推定することができる。
最大許容運動量Ｐｍａｘ（質量ｍおよび衝突速度ｖ１）を算定したら、構造物１に衝突すると想定される漂流物（以下、「想定漂流物」という）が構造物に衝突する前の運動量である想定運動量Ｐ（＝ｍＴｖＴ）と比較して、構造物の安全性を照査する。すなわち、最大許容運動量Ｐｍａｘが想定される漂流物の想定運動量Ｐよりも大きければ構造物が安全であると評価し、最大許容運動量Ｐｍａｘが推定運動量Ｐよりも小さければ構造物が危険であると評価すればよい。
【００１６】
ここで、構造物１に衝突すると想定される漂流物３の質量をｍＴとし、当該漂流物３の衝突直前の速度をｖＴとすると、想定運動量ＰはｍＴｖＴで表現できる。
漂流物３になり得る物体の質量ｍＴが既知である場合には、津波が発生した際の物体（漂流物３）の速度がＰｍａｘ／ｍＴを下回っていれば構造物１が安全であると評価できる。また、物体（漂流物３）の衝突直前の速度ｖＴが既知である場合には、漂流物３の質量がＰｍａｘ／ｖＴを下回っていれば構造物１が安全であると評価できる。
なお、漂流物３になり得る物体の質量ｍＴは、構造物１の周囲を調査すれば比較的容易に想定することができる。
【００１７】
以下、検証事例として、漂流したコンテナ（漂流物３）が鉄筋コンクリートラーメン高架橋（構造物１）の脚柱２に衝突した場合を検証する。
構造物１は、鉄道構造物で用いられる一般的な構造形式であり、「鉄道構造物等設計標準・同解説  コンクリート構造物  照査例  ＲＣラーメン高架橋」（鉄道総合技術研究所、２００５）に準拠している。図１に示すように、構造物１は、全長約５０ｍ（５径間）、幅員約１０ｍで、脚柱２の高さが５．４ｍであり、基礎は地中梁の下を径１ｍ、深さ２１ｍの場所打ちコンクリート杭４により構成されている。
なお、陸上に遡上する津波を対象とした場合、漂流物は脚柱に衝突する可能性が高いため、漂流物３は、橋軸直角方向から脚柱２の中間の高さ位置に衝突するものと仮定し、１径間１０ｍあたりの耐力を照査する。
【００１８】
構造物１の質量Ｍは、上載荷重と合わせて２８４．６ｔｏｎ、固有周期Ｔは０．３０ｓｅｃとする。また、構造物１の耐震設計時に想定している応答加速度ａの最大値は１８００ｇａｌとする。
したがって、構造物１の衝突後の速度Ｖ２は、式５に示すように、０．８６ｍ／ｓとなる。よって、構造物１の１径間あたりが許容できる最大許容運動量Ｐｍａｘは、２４４．８ｔｏｎ・ｍ／ｓとなる（式６参照）。
Ｖ２≒ａ×Ｔ／２π＝１８ｍ／ｓ２×０．３０ｓ／２π＝０．８６ｍ／ｓ  ・・・式５
ＭＶ２＝２８４．６ｔ×０．８６ｍ／ｓ＝２４４．８ｔｏｎ・ｍ／ｓ  ・・・  式６
【００１９】
したがって、漂流物３の総質量ｍを２４ｔｏｎとすると、構造物１の１径間あたりが許容できる漂流物３の衝突速度ｖ１は、１０．２ｍ／ｓとなる（式７参照）。
ｖ１＝Ｐｍａｘ／ｍ＝２４４．８ｔｏｎ・ｍ／ｓ÷２４ｔｏｎ＝１０．２ｍ／ｓ・・式７
【００２０】
次に、ＦＥＭ解析による検証結果について説明する。
津波のＳＰＨ（粒子）法による粒子間隔は、２００ｍｍ間隔、総数２７．９万粒子とした。津波は陸上に遡上した津波を想定し、初期条件として、水深３．０ｍ、波先勾配３０°と仮定した。
また、漂流物３の衝突速度が許容衝突速度ｖ１（＝１０．２ｍ／ｓ）以上となるように、津波の初速を１２m／ｓとし，さらに，津波粒子の最後部には造波板５（剛板）を設け，速度１２ｍ／ｓで強制的に水平移動させた。解析領域を図２に示す。
【００２１】
検証は、表１に示すように、漂流物３の総質量を２４ｔｏｎとし、実強度相当の非線形材料とした場合について行った（ケース１）。
また、比較例として、漂流物３を線形材料とした場合（ケース２）、津波をモデル化せずに漂流物３を構造物１に直接衝突させた場合（ケース３）、漂流物３の総質量を３６ｔｏｎと仮定し、衝突速度が許容衝突速度ｖ１（＝Ｐｍａｘ／ｍ＝２４４．８／３６＝６．８ｍ／ｓ）以上となるように津波および漂流物３の初速を７．５ｍ／ｓとした場合（ケース４）についても行った。
なお、ケース３では、衝突速度にケース１の計算結果から得られた速度１０．８ｍ／ｓを用いた。また、ケース４では、漂流物の喫水が大きくなるため，初期条件の水深を４．２ｍとした。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
図３に漂流物の速度と時間との関係を示す。
図３に示すように、漂流物３の速度は、ケース１，２において１０．８（＞１０．２）ｍ／ｓ、ケース４では７．６（＞６．８）ｍ／ｓとなった。したがって、いずれも事前に予定した運動量（＝最大許容運動量Ｐｍａｘ）を上回る運動量が得られている。また、ケース１，２，４では、衝突後、多少の振動を伴いながら、速度が概略０ｍ／ｓに収束している。
したがって、衝突後の漂流物の速度ｖ２は、０ｍ／ｓとして計算を行うことに問題がないことがわかる。
なお、ケース３では、衝突後にほぼ４．５ｍ／ｓの速度で漂流物が跳ねかえる結果となった。
【００２４】
図４に脚柱の変位と時間の関係を示す。
図４に示すように、ケース１では、最大変位は、損傷レベル３の限界値（表２参照）に概略等しい変位量となった。すなわち、構造物１に衝突すると、想定される漂流物の想定運動量Ｐが最大許容運動量Ｐｍａｘよりも小さければ構造物１が安全であると評価し、想定運動量Ｐが最大許容運動量Ｐｍａｘよりも大きければ構造物１が危険であると評価することの妥当性が確認できた。
なお、ケース２では、損傷レベル３の限界値を大きく上回る結果となった。また、ケース４では、損傷レベル２の限界値程度となった。さらに、ケース３は変位量が他の３ケースに比べて極めて小さかった。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
なお、漂流物３が高架橋のスラブ６位置に衝突した場合（図５（ａ）参照）と、脚柱の中央に衝突した場合（図５（ｂ）参照）の変位量を比較すると、図６に示すように、エネルギー吸収性能（≒荷重−変位曲線の面積）がスラブ位置に衝突した場合の方が大きい結果となった。そのため、脚柱に漂流物が衝突した場合で検証した方が安全側である。
【００２７】
本実施形態の構造物簡易照査方法によれば、沿岸地に存在する多くの構造物に対して、安全性を短時間で確認することができる。そして、この構造物簡易照査方法によって危険と評価された構造物のみに対して、詳細な計算を行うことで、作業の手間と費用の削減を図ることができる。
そのため、沿岸部の全ての構造物に対して複雑な数値計算を実施する必要がある従来の照査方法に比べて、作業の手間と費用を大幅に削減することができる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
前記実施形態では、構造物が高架橋の場合について説明したが、本発明の構造物簡易照査方法が適用可能な構造物は高架橋に限定されるものではない。同様に、本発明の構造物簡易照査方法が適用可能な漂流物はコンテナに限定されるものではない。
【００２９】
また、漂流物は、津波によって流される場合に限定されるものではなく、例えば、増水した河川によって流されたものであってもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  構造物（高架橋）
２  脚柱
３  漂流物（コンテナ）
４  場所打ちコンクリート杭
５  造波板
６  スラブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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