(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を含む系に入力される振動の大きさに応じた値となる当該系の硬さを示すパラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、
前記系に入力される振動の大きさを示す入力値、及び当該入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさを示す応答値を入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記入力値に応じて前記パラメータ記憶手段によって記憶された前記パラメータと前記入力手段によって入力された前記応答値との積を算出し、当該積と当該入力値との間の関係を、当該系の振動応答として算出する評価手段と、
を備え、
前記パラメータは、前記系に対するシミュレーションにおいて当該系に入力される振動の大きさと、当該パラメータと当該シミュレーションにおいて入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさとの積との比例関係が成立する値である、振動応答評価システム。
【請求項２】
前記評価手段は、基準となる前記積と前記入力値との間の関係を記憶し、記憶した関係と算出した関係とを比較して、比較結果に基づき、前記系に対する振動対策が必要か否かを判断する請求項１に記載の振動応答評価システム。
【請求項３】
前記系に対するシミュレーションを行って、当該シミュレーションの結果に基づき、前記パラメータ記憶手段によって記憶される前記パラメータ、及び前記評価手段によって記憶される前記関係を生成する生成手段を更に備える請求項１又は２に記載の振動応答評価システム。
【請求項４】
地盤を含む系に入力される振動の大きさに応じた値となる当該系の硬さを示すパラメータを記憶するパラメータ記憶手段を備える振動応答評価システムの動作方法である振動応答評価方法であって、
前記系に入力される振動の大きさを示す入力値、及び当該入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさを示す応答値を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにおいて入力された前記入力値に応じて前記パラメータ記憶手段によって記憶された前記パラメータと前記入力ステップにおいて入力された前記応答値との積を算出し、当該積と当該入力値との間の関係を、当該系の振動応答として算出する評価ステップと、
を含み、
前記パラメータは、前記系に対するシミュレーションにおいて当該系に入力される振動の大きさと、当該パラメータと当該シミュレーションにおいて入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさとの積との比例関係が成立する値である、振動応答評価方法。
【請求項５】
コンピュータを、
地盤を含む系に入力される振動の大きさに応じた値となる当該系の硬さを示すパラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、
前記系に入力される振動の大きさを示す入力値、及び当該入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさを示す応答値を入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記入力値に応じて前記パラメータ記憶手段によって記憶された前記パラメータと前記入力手段によって入力された前記応答値との積を算出し、当該積と当該入力値との間の関係を、当該系の振動応答として算出する評価手段と、
として機能させ、
前記パラメータは、前記系に対するシミュレーションにおいて当該系に入力される振動の大きさと、当該パラメータと当該シミュレーションにおいて入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさとの積との比例関係が成立する値である、振動応答評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震対策等に用いることができる地盤を含む系に対する振動応答評価を行う振動応答評価システム、振動応答評価方法及び振動応答評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上部工に関する情報等を用いて、建設予定地における最適な地盤改良工法を抽出する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４２１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来から地震対策の設計である耐震設計のため、予め測定がなされた地盤データ等が用いられて、地盤と構造物とを含む系の地震応答の評価が行われている。しかしながら、地盤データのばらつきや評価精度の不足により、実際の応答と評価される応答との間に差異が発生する。具体的には、実際に地震によって発生する地盤の変位と上記の評価に基づいて予測される地盤の変位との間に差異が生じる。この差異がどの程度の差異であるのか、現在までほとんど確認されていない。即ち、耐震裕度が明確になっていない。そのため、当該系の耐震設計では、地震応答を過大に評価し、十分に安全側の設計が行われる。その結果、過剰な対策費用を要することとなっていた。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、地盤を含む系に対する振動応答をより正確に評価することができる振動応答評価システム、振動応答評価方法及び振動応答評価プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明に係る振動応答評価システムは、地盤を含む系に入力される振動の大きさに応じた値となる当該系の硬さを示すパラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、系に入力される振動の大きさを示す入力値、及び当該入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさを示す応答値を入力する入力手段と、入力手段によって入力された入力値に応じてパラメータ記憶手段によって記憶されたパラメータと入力手段によって入力された応答値との積を算出し、当該積と当該入力値との間の関係を、当該系の振動応答として算出する評価手段と、を備え、パラメータは、系に対するシミュレーションにおいて当該系に入力される振動の大きさと、当該パラメータと当該シミュレーションにおいて入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさとの積との比例関係が成立する値である。
【０００７】
本発明に係る振動応答評価システムでは、例えば、設計時のシミュレーションによって得られたパラメータに基づいて、実測された系に入力される振動の大きさと当該系の応答である振動の大きさとに基づいて振動応答の評価が行われる。従って、本発明に係る振動応答評価システムによれば、地盤を含む系に対する振動応答をより正確に評価することができる。
【０００８】
評価手段は、基準となる積と入力値との間の関係を記憶し、記憶した関係と算出した関係とを比較して、比較結果に基づき、系に対する振動対策が必要か否かを判断することとしてもよい。この構成によれば、本発明による振動応答に基づいて、系に対する振動対策が必要か否かが判断される。従って、例えば、必要に応じて地震対策を段階的に行うことができる。
【０００９】
振動応答評価システムは、系に対するシミュレーションを行って、当該シミュレーションの結果に基づき、パラメータ記憶手段によって記憶されるパラメータ、及び評価手段によって記憶される関係を生成する生成手段を更に備えることとしてもよい。この構成によれば、例えば、シミュレーションを一次的な振動対策に応じたものとすることで、当該一次的な振動対策に対する振動応答の評価を行うことができる。
【００１０】
ところで、本発明は、上記のように振動応答評価システムの発明として記述できる他に、以下のように振動応答評価方法及び振動応答評価プログラムの発明としても記述することができる。これはカテゴリが異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。
【００１１】
即ち、本発明に係る地盤評価方法は、地盤を含む系に入力される振動の大きさに応じた値となる当該系の硬さを示すパラメータを記憶するパラメータ記憶手段を備える振動応答評価システムの動作方法である振動応答評価方法であって、系に入力される振動の大きさを示す入力値、及び当該入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさを示す応答値を入力する入力ステップと、入力ステップにおいて入力された入力値に応じてパラメータ記憶手段によって記憶されたパラメータと入力ステップにおいて入力された応答値との積を算出し、当該積と当該入力値との間の関係を、当該系の振動応答として算出する評価ステップと、を含み、パラメータは、系に対するシミュレーションにおいて当該系に入力される振動の大きさと、当該パラメータと当該シミュレーションにおいて入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさとの積との比例関係が成立する値である。
【００１２】
また、本発明に係る地盤評価プログラムは、コンピュータを、地盤を含む系に入力される振動の大きさに応じた値となる当該系の硬さを示すパラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、系に入力される振動の大きさを示す入力値、及び当該入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさを示す応答値を入力する入力手段と、入力手段によって入力された入力値に応じてパラメータ記憶手段によって記憶されたパラメータと入力手段によって入力された応答値との積を算出し、当該積と当該入力値との間の関係を、当該系の振動応答として算出する評価手段と、として機能させ、パラメータは、系に対するシミュレーションにおいて当該系に入力される振動の大きさと、当該パラメータと当該シミュレーションにおいて入力される振動に対する当該系の応答である振動の大きさとの積との比例関係が成立する値である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、例えば、設計時のシミュレーションによって得られたパラメータに基づいて、実測された系に入力される振動の大きさと系の応答である振動の大きさとに基づいて振動応答の評価が行われる。従って、本発明によれば、地盤を含む系に対する振動応答をより正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る振動応答評価システムの構成を示す図である。
【図２】実施形態における評価対象となる系の例を模式的に示す図である。
【図３】地震対策の概要を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）従来の系の地震対策の例と（ｂ）（ｃ）本実施形態での系の地震対策の例とを模式的に示す図である。
【図５】速度ＰＳＩとＫＤＥＳＩＧＮとの関係を示すグラフである。
【図６】速度ＰＳＩとＫＤＥＳＩＧＮ×ｕとの関係を示すグラフである。
【図７】シミュレーションにおいて大規模地震を入力したときの系に入射する最大加速度と速度ＰＳＩの関係を示すグラフである。
【図８】シミュレーションによって得られる速度ＰＳＩと変位ｕとを示すグラフである。
【図９】シミュレーションによって速度ＰＳＩとＫＤＥＳＩＧＮ×変位ｕとを示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係る振動応答評価システムで実行される処理（振動応答評価方法）を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態に係る振動応答評価プログラムの構成を、記録媒体と共に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面と共に本発明に係る振動応答評価システム、振動応答評価方法及び振動応答評価プログラムの実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１に本発明の実施形態に係る振動応答評価システム１０を示す。振動応答評価システム１０は、地盤を含む系に対する振動応答評価を行うシステムである。振動応答評価システム１０の評価対象となる系は、地盤と当該地盤に設けられる構造物とを含んだものである。但し、系には構造物が含まれていなくてもよい。また、当該地盤には、地盤の振動（揺れ）に対する対策、即ち、地震対策がなされていてもよい。振動応答評価とは、系において振動が発生した（系に振動が入力された）際（即ち、地震が発生した際）に、その振動の大きさに応じてどの程度、当該振動に対する系の応答である振動（出力である振動）が発生するか評価するものである。具体的には、系に入力された振動の大きさに応じてどの程度、その系に変位が生じるかを評価するものである。この評価は、当該系に対して（更なる）対策が必要か否かの判断に用いることができる。
【００１７】
振動応答評価システム１０の評価対象となる系１００の例を図２に示す。本実施形態における評価対象となる系１００は、護岸を含む系である。図２は、系１００の鉛直方向の断面での断面図である。図２に示すように系１００は、地盤１１０、及び地盤１１０に設けられる構造物である護岸１２０である。地盤１１０の一部１１１には、地震対策となる地盤改良が施される。なお、実施される地震対策は、従来と同様のものでよい。例えば、地盤の格子状固化、鋼管杭の地盤への設置、高圧噴射攪拌等の対策である。
【００１８】
振動応答評価システム１０は、具体的には、ＰＣ（PersonalComputer）等に相当し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等のハードウェアを含むコンピュータによって構成されている。振動応答評価システム１０の後述する各機能は、これらの構成要素がプログラム等により動作することによって発揮される。なお、振動応答評価システム１０は、一つのコンピュータで実現されてもよいし、複数のコンピュータがネットワークにより互いに接続されて構成されるコンピュータシステムにより実現されていてもよい。
【００１９】
ここで、本実施形態に係る振動応答評価システム１０の背景について説明する。振動応答評価システム１０は、上記の系１００に対する地震対策を行う際に用いられる。上述したように従来は地震対策を行うための地震応答の評価が適切に行われておらず、そのため過剰な対策費用を要していた。地震対策を適切に行うため、本発明者は、地震対策を段階的に分けて行う方法を考案した。
【００２０】
図３のフローチャートを用いて、この地震対策の概要を説明する。まず、地震対策の実施前の系１００における地盤調査を行う（Ｓ１）。続いて、地盤調査の結果に基づいて、系１００に対して１回目の基本の地震対策である対策工の設計を行う（Ｓ２）。１回目の対策工は、例えば、地震応答を過大に評価せず、過剰な対策費用をかけずに可能な対策とする。続いて、当該設計に基づく対策工を実施する（Ｓ３）。
【００２１】
１回目の対策工が完了すると、続いて、当該系１００において実際に発生した地震を観測する。なお、ここで観測される地震は、大規模地震動でなくてもよく、中小地震であればよい。具体的には、系１００に振動の大きさと、当該振動によって系１００に発生した変位とを実測する（Ｓ４）。当該観測は、１回目の対策工を評価できる程度のデータがたまるまで地震が発生する度に繰り返し行われる。例えば、当該観測は、数か月〜数年（具体的には、２年）程度行われることとしてもよい。
【００２２】
続いて、上記によって観測された地震のデータから、本実施形態による振動応答評価システム１０による１回目の対策工の評価を行う（Ｓ５）。ここでは、大規模地震動が起こった場合を想定した評価がなされる。当該評価によって、追加対策が必要か否かが判断される。追加対策が必要と判断される場合（Ｓ６のＹＥＳ）には、追加対策が実施される（Ｓ７）。一方で、追加対策が不要と判断される場合（Ｓ６のＮＯ）には、追加対策が実施されない。
【００２３】
追加対策では、注目する応答を対象に固有周期の分析や実験計画法等の逆解析手法を用いて系１００を構成する地盤や構造物の物性値を再評価し、地震応答解析を行い、設計で想定する地震動を対象に応答を再評価してもよい。以上が、本実施形態で前提としている地震対策の概要である。
【００２４】
続いて、本実施形態で前提としている地震対策と、従来の地震対策との相違を説明する。図４は、上（上空）から見た上述した系１００を模式的に示した図である。従来の系１００の地震対策１１１ａでは、図４（ａ）に示すように例えば、安全側の対策として細かいピッチの地盤固化が行われる。この結果、実際に安全側の対策が必要か否かにかかわらず、コスト増となってしまう。
【００２５】
一方で、本実施形態での１回目の系１００の地震対策１１１ｂでは、図４（ｂ）に示すように例えば、従来の安全側の対策と比べてコストがかからないようにピッチを飛ばした地盤固化が行われる。その後、１回目の対策の評価に応じて、必要であれば、図４（ｃ）に示すように追加の対策１１１ｃが行われる。追加の対策１１１ｃは、例えば、ドレーン工法等の安価な液状化対策が行われる。このように本実施形態では、１回目の対策が適切に評価された上で、必要な場合のみに２回目の対策が行われる。従って、地震対策のコストを低減して、必要な効果を得ることができる。
【００２６】
引き続いて、振動応答評価システム１０の機能構成について説明する。図１に示すように、振動応答評価システム１０は、機能的には、パラメータ記憶部１１と、入力部１２と、評価部１３と、生成部１４とを備えて構成されている。
【００２７】
パラメータ記憶部１１は、系１００に入力される振動の大きさに応じた値となる当該系１００の硬さを示すパラメータを記憶するパラメータ記憶手段である。当該パラメータは、例えば、図５のＫＤＥＳＩＧＮによって示される値である。図５は、ＫＤＥＳＩＧＮ（縦軸）と速度ＰＳＩ（ｃｍ／ｓ１／２）（Power Spectrum Intensity）（横軸）との関係を示すグラフである。速度ＰＳＩは、より詳細には後述するように、系１００に入力される振動の大きさを示す値であり、より具体的には系１００に入力される地震動の累積エネルギー（ΣΔＷ）の尺度の一つである。なお、ＰＳＩについては、野津厚，井合進、「岸壁の即時被害推定に用いる地震動指標に関する一考察」、平成１２年度土木学会関東支部技術研究発表会講演概要集、pp.18-19、2001及び大矢陽介，小濱英司，野津厚，菅野高弘、「海溝型長継続時間地震動に対する砂質地盤上の防波堤沈下挙動に関する模型実験」、港湾空港技術研究所資料No.1275、2013年9月に記載されている。図５に示すように、ＫＤＥＳＩＧＮは、正の値かつ速度ＰＳＩに応じた値となっており、速度ＰＳＩが大きいほど小さい値となる。また、ＫＤＥＳＩＧＮは、ＫＤＥＳＩＧＮ×ｕと速度ＰＳＩとが比例関係となる値である（当該比例関係が成立するように評価された値である）。ｕは、より詳細には後述するように振動による系１００の変位を示す値である。この関係は、ＫＤＥＳＩＧＮの値が小さいほど、系１００の振動によって系１００の変位が起こりやすくなることを示している。
【００２８】
パラメータ記憶部１１は、例えば、速度ＰＳＩの値毎にＫＤＥＳＩＧＮの値を記憶しておく。なお、パラメータ記憶部１１は、離散的な速度ＰＳＩの値（例えば、図５のグラフの丸印の点の速度ＰＳＩの値）毎にＫＤＥＳＩＧＮの値を記憶しておき、補間によって速度ＰＳＩの値毎にＫＤＥＳＩＧＮの値を得られるようにしておいてもよい。
【００２９】
ＫＤＥＳＩＧＮの値は、後述するように生成部１４によって１回目の地震対策の設計の際に算出されてパラメータ記憶部１１に入力される。即ち、ＫＤＥＳＩＧＮの値は、設計で想定する系１００全体の硬さを示す。但し、ＫＤＥＳＩＧＮの値は、必ずしも振動応答評価システム１０において算出される必要はなく、振動応答評価システム１０の使用者によって振動応答評価システム１０に入力されてパラメータ記憶部１１に記憶されてもよい。
【００３０】
入力部１２は、系１００に入力される振動の大きさを示す入力値、及び当該入力される振動に対する当該系１００応答である振動の大きさを示す応答値を入力する入力手段である。応答値は、具体的には、系１００に入力される振動による当該系１００の変位を示す値である。なお、この変位は、水平方向の変位であってもよいし、鉛直方向の変位（沈下）であってもよい。入力部１２に入力される値は、系１００において発生した地震に対して実測（観測）されて得られたものである。そのため、系１００あるいは系１００の周囲には予め当該実測を行うためのセンサを予め設けておく。センサと振動応答評価システム１０とは、互いに情報の送受信を行えるようになっている。なお、入力部１２への情報の入力は、必ずしもセンサから行われる必要はなく、振動応答評価システム１０の使用者による操作によって行われてもよい。
【００３１】
具体的には、上記の入力値を得るために、例えば図２に示すように、系１００に地震動２００が入力する位置に加速度センサ２０を設けておく。当該位置は、例えば系１００の下側の地盤中である。あるいは、加速度センサ２０は、系１００における地表面に設けられていてもよい。加速度センサ２０は、設置された位置に地震により発生した加速度（基盤入力波）（例えば、単位はｍ／ｓ２）を検出する。加速度センサ２０は、予め設定した方向（１軸）の加速度を検出することとしてもよいし、複数の方向（２軸又は３軸）の加速度を検出することとしてもよい。加速度センサ２０自体は、従来の加速度センサを用いることができる。
【００３２】
加速度センサ２０は、検出した加速度を示す値を振動応答評価システム１０に送信する。加速度センサ２０による加速度の検出及び送信は、時系列に行われる。入力部１２は、加速度センサ２０から送信された時系列な加速度を示す値を入力して、当該加速度を示す値から上記の入力値として速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬを算出する（算出して入力する）。
【００３３】
速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬは、以下の式によって算出される。
【数１】
0006314065.tif 000002
上記の式において、ｔは、時刻を示し、ｖ（ｔ）は、速度記録を示す。ｖ（ｔ）は、上述した加速度センサ２０で検出される加速度を時間積分して得られるものである。なお、上記の式は、時間的に連続的な式であるが、実際には離散的に計算される。
【００３４】
また、上記の応答値である系１００の変位を示す値を得るために、例えば図２に示すように、系１００が変位する位置に変位計３０を設けておく。当該位置は、例えば系１００に含まれる護岸１２０の水に接する側の上端である。変位計３０は、設置された位置に地震により発生した変位（例えば、単位はｍ）２１０を検出する。変位計３０は、例えば、水側から陸側に向かう方向（図２では図面の左側から右側）の変位を検出する。もし、水側（図２において図面の左側）に系１００が変位していた場合には、検出される変位の値はマイナスになる。変位計３０自体は、従来の変位計を用いることができる。
【００３５】
変位計３０は、検出した変位を示す値を振動応答評価システム１０に送信する。変位計３０による変位の検出及び送信は、時系列に行われる。入力部１２は、変位計３０から送信された変位（護岸変位）ｕＡＣＴＵＡＬを示す値を入力する。
【００３６】
入力部１２に入力される速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬ及び変位ｕＡＣＴＵＡＬの値は、時刻毎に互いに対応付いた値である。例えば、加速度センサ２０及び変位計３０による検出が行われた時刻が、検出された値と対応付けられており、同一の時刻で検出された値が互いに対応付けられる。あるいは、加速度センサ２０及び変位計３０による検出及び送信は、リアルタイムで行われ、同一の時刻で入力した値が互いに対応付けられる。入力部１２は、入力した値を評価部１３に出力する。なお、入力部１２によって入力され、評価部１３に出力される値（観測記録）は、一定時間後に得られた１組の値でもよいし、複数の時刻（タイミング）で得られた複数の組の値でもよい。また、上記の実測値は、地震以外の何らかの振動によるものであってもよい。
【００３７】
なお、系１００あるいは系１００の周囲に設けられるセンサ２０，３０は、必ずしも上記のものに限られず、系１００の振動の大きさを示す値、及び当該振動による当該系１００の変位を示す値が取得できればよい。例えば、系１００の振動の大きさを示す値を得るために、センサによって検出される値は、必ずしも加速度でなくてもよく、速度等の値であってもよい。また、系１００の特定の位置にＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）受信機を設けておき、ＧＰＳ受信機によって検出される位置の時間変化に基づいて変位が決定されてもよい。あるいは、加速度センサ又は速度センサによって検出される加速度又は速度から変位が決定されてもよい。また、系１００を撮像した画像に基づいて変位が決定されてもよい。また、これらのセンサ２０，３０は、振動応答評価システム１０に含まれていてもよい。
【００３８】
評価部１３は、系１００の地震応答（振動応答）を評価する評価手段である。評価部１３は、入力部１２によって入力された入力値である速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬに応じてパラメータ記憶部１１によって記憶されているパラメータＫＤＥＳＩＧＮを読み出す。評価部１３は、読み出したパラメータＫＤＥＳＩＧＮと、入力部１２によって入力された応答値であるｕＡＣＴＵＡＬとの積を算出する。評価部１３は、以下のように、算出した積と速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬとの間の関係を、当該系の振動応答として算出する。
【００３９】
評価部１３は、算出された積（ＫＤＥＳＩＧＮ×ｕＡＣＴＵＡＬ）と速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬとから、図６に示すような速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬ（横軸）とＫＤＥＳＩＧＮ×ｕＡＣＴＵＡＬ（縦軸）との関係を示す直線（一次式）３００（３００ａ〜３００ｃの総称）を求める（比例関係を外挿する）。この直線は、原点（速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬ及びＫＤＥＳＩＧＮ×ｕＡＣＴＵＡＬがゼロの点）を通る。上記のように得られた積と速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬとは、上記の変位ｕと速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬとの組毎に得られる。ＫＤＥＳＩＧＮ×ｕＡＣＴＵＡＬと速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬとの組が１組であれば、当該組によって示される点と原点とを通る直線を上記の直線とする。ＫＤＥＳＩＧＮ×ｕＡＣＴＵＡＬと速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬとの組が複数であれば、複数の点から、例えば、最小二乗法等によって上記の直線を求める。
【００４０】
上記の直線は、系１００の地震応答を示す情報である。具体的には、直線の傾きが小さいほど、同一の大きさの系１００の振動に対して系１００の変位が小さいことを示している。評価部１３は、当該直線を示す情報（具体的には例えば、傾きの値）を系１００の地震応答を示す情報として出力することとしてもよい。
【００４１】
上述したように上記の評価は、１回目の地震対策がなされた系１００に対して行われたものである。そこで、評価部１３は、上記の直線の情報に基づいて、系１００に対する更なる地震対策（振動対策）（２回目の地震対策）が必要か否かを判断することとしてもよい。評価部１３は、予め、当該判断の基準となるＫＤＥＳＩＧＮ×変位ｕと振動の大きさを示す速度ＰＳＩとの関係を記憶しておく。当該基準となる関係も、上記と同様に原点を通る直線である。
【００４２】
上記の基準となる直線の情報は、後述するように生成部１４によって１回目の地震対策の設計の際に算出されて評価部１３に入力される。即ち、当該直線は、設計で想定する系１００の地震応答を示す情報である。但し、当該直線は、必ずしも振動応答評価システム１０において算出される必要はなく、振動応答評価システム１０の使用者によって振動応答評価システム１０に入力されて評価部１３に記憶されてもよい。
【００４３】
評価部１３は、記憶した基準となる直線と、ｕＡＣＴＵＡＬ及び速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬから求めた直線とを比較する。評価部１３は、比較の結果、ｕＡＣＴＵＡＬ及び速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬから求めた直線が、基準となる直線と比べて、より大きな地震応答である（系１００に入力される同一の大きさの振動に対してより大きい系１００の変位をもたらす）ことを示すものであった場合、２回目の地震対策が必要であると判断する。評価部１３は、比較の結果、ｕＡＣＴＵＡＬ及び速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬから求めた直線が、基準となる直線と比べて、より小さな地震応答である（系１００に入力される同一の大きさの振動に対してより小さい系１００の変位をもたらす）ことを示すものであった場合、２回目の地震対策は不要であると判断する。
【００４４】
具体的には例えば、評価部１３は、設計で想定する大規模地震動である速度ＰＳＩ＝１８０（ｃｍ／ｓ１／２）（図６に示す線４００）の際のｕの値をそれぞれの直線から求める。例えば、基準となる直線３１０では、変位ｕ（ｕＤＥＳＩＧＮ）は−１．５５（ｍ）となる（図６に示す線４１０）。例えば、多数の観測記録であるｕＡＣＴＵＡＬ及び速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬの平均値から求めた直線３００ｂでは、変位ｕ（ｕＡＣＴＵＡＬ）は−１．８（ｍ）となる（図６に示す線４２０）。評価部１３は、これらの変位ｕＤＥＳＩＧＮ，ｕＡＣＴＵＡＬを比較する。この場合、ｕＡＣＴＵＡＬの方が変位ｕの絶対値が大きく、より大きな地震応答であることを示すものであるため、２回目の地震対策が必要であると判断する。一方で、直線３００ｃでは、ｕＡＣＴＵＡＬの方が変位ｕの絶対値が小さく、より小さな地震応答であることを示すものであるため、２回目の地震対策は不要であると判断する。評価部１３は、上記の判断結果を示す情報を出力する。
【００４５】
なお、直線３００と直線３１０との比較は、特定の速度ＰＳＩの値での変位ｕの値を比較するのではなく、それぞれの直線３００の傾きを比較することとしてもよい。例えば、直線３００の傾きが、直線３１０の傾きよりも大きい場合、２回目の地震対策が必要であると判断し、直線３００の傾きが、直線３１０の傾きよりも小さい場合、２回目の地震対策は不要であると判断する。
【００４６】
評価部１３による評価結果を示す情報の出力は、例えば、振動応答評価システム１０の使用者が評価結果を確認できるように振動応答評価システム１０が備える表示装置に表示されることで行われてもよいし、他の装置に送信されることで行われてもよい。
【００４７】
生成部１４は、系１００おいて地震を発生させるシミュレーションを行って、当該シミュレーションの結果に基づき、パラメータ記憶部１１によって記憶されるパラメータであるＫＤＥＳＩＧＮ、及び評価部１３によって記憶される判断の基準となる関係を生成する生成手段である。生成部１４は、系１００のモデルを生成して、当該モデルを用いてシミュレーションを行う。モデルは、例えば、系１００の領域を矩形の領域（メッシュ）に区切り、各領域に対して特性を示すパラメータを設定することで生成される。シミュレーションは、系１００に対して様々な入力地震動を与えて、地震応答解析を行い、系１００（構造物）の応答を得る。なお、シミュレーションにおいて入力される入力地震動には、大規模地震に係るものも含まれる。このシミュレーションは、従来のシミュレーションの技術を用いて実現することができる。また、このシミュレーションでは、地盤調査に基づく値（例えば、地盤の物性値）等が適宜、用いられる。
【００４８】
生成部１４は、シミュレーションの結果に基づいて、系１００の振動の大きさを示す速度ＰＳＩと、系１００の変位ｕとの関係を整理する。速度ＰＳＩは、以下の式によって算出される。
【数２】
0006314065.tif 000003
上記の式において、ｔはシミュレーション上の時間（時刻）を示し、ｖ（ｔ）は、速度を示す。ｖ（ｔ）は、シミュレーションにおいて、上述した加速度センサ２０で検出される加速度と同じ位置で検出される加速度を時間積分して得られるものである。系１００の変位ｕは、シミュレーションにおいて、上述した変位計３０で検出される変位と同じ位置で検出される変位である。図７に大規模地震を入力したときの系１００に入射する最大加速度（縦軸）と速度ＰＳＩ（横軸）の関係を示すグラフを示す。
【００４９】
地盤が大変形（液状化）する時の系１００の応答（例えば、系１００の変位ｕ）は、速度ＰＳＩと比例する（線形関係となる）ことが知られている。しかし、地盤が大変形するまでは、変位ｕと速度ＰＳＩとは、必ずしも比例関係とはならない。本実施形態では、生成部１４は、シミュレーションを行った際の、系１００の変位ｕとＫＤＥＳＩＧＮとの積と速度ＰＳＩとの間の比例関係が成立するようにＫＤＥＳＩＧＮを決定する（ＫＤＥＳＩＧＮ×ｕを評価する）。即ち、系の硬さを表すＫＤＥＳＩＧＮは、内挿した直線関係を実現するための倍率である。
【００５０】
具体的には、生成部１４は、シミュレーションによって速度ＰＳＩ（ｃｍ／ｓ１／２）と変位ｕ（ｍ）との値の組を得る。ここでの、速度ＰＳＩ（ｃｍ／ｓ１／２）と変位ｕ（ｍ）とは、シミュレーションにおいて各入力地震動を入力したときの最終的な値（例えば、地盤が液状化する時点の値）でもよいし、それまでのシミュレーションの各時刻（例えば、予め設定された一定の時間間隔毎）において得られる値でもよい。図８に速度ＰＳＩ（横軸）と変位（縦軸）とを示すグラフを示す。生成部１４は、これらの速度ＰＳＩと変位ｕとの組に対して、ＫＤＥＳＩＧＮ×ｕと速度ＰＳＩとが原点を通る１つの直線となるようにＫＤＥＳＩＧＮを決定する。図９に速度ＰＳＩ（横軸）とＫＤＥＳＩＧＮ×ｕ（縦軸）とを示すグラフを示す。また、図９に上記の直線３１０を示す。得られたＫＤＥＳＩＧＮは、上述したように図９に示すように速度ＰＳＩに応じた値となる。
【００５１】
生成部１４は、上記のようにして得られたＫＤＥＳＩＧＮをパラメータ記憶部１１に入力して記憶させる。生成部１４は、上記のようにして得られた直線３１０を示す情報を、評価部１３に判断の基準となる直線を示す情報として入力して記憶させる。
【００５２】
なお、このシミュレーションは、１回目の地震対策が行われたと想定した系１００に対して行われる。即ち、このシミュレーションは、１回目の地震対策の設計として行われる。従って、上記のシミュレーションによって得られる速度ＰＳＩとＫＤＥＳＩＧＮ×ｕとの関係（直線３１０）は、１回目の地震対策として許容値を満たすものとされる。例えば、図６に示すように速度ＰＳＩが１８０であったときに、ＫＤＥＳＩＧＮ×ｕが１．５５（設計の平均値）となるようにされる。以上が、振動応答評価システム１０の機能構成である。
【００５３】
引き続いて、図１０のフローチャートを用いて、本実施形態に係る振動応答評価システム１０の動作方法である、振動応答評価システム１０で実行される処理（振動応答評価方法）を説明する。本処理は、例えば、振動応答評価システム１０の使用者等が、振動応答評価システム１０に対して操作を行うことで開始される。
【００５４】
本処理は、地震対策における対策工の設計時（図３のＳ２）の処理（図１０のＳ２１〜Ｓ２２）、地震観測時（図３のＳ４）の処理（図１０のＳ４１）及び対策工の評価時（図３のＳ５）の処理（図１０のＳ５１〜Ｓ５４）の処理に分けられる。図１０のフローチャートではこれらの処理を一連の処理として記載しているが、各処理の間には大きな時間間隔（数か月、数年単位）があってもよい。
【００５５】
対策工の設計時の処理では、生成部１４によって、系１００おいて地震を発生させるシミュレーションが行われる（Ｓ２１、生成ステップ）。続いて、当該シミュレーションの結果に基づいて、生成部１４によってＫＤＥＳＩＧＮが決定される（Ｓ２２、生成ステップ）。決定されたＫＤＥＳＩＧＮは、生成部１４からパラメータ記憶部１１に入力されて、パラメータ記憶部１１に記憶される。また、合わせてＫＤＥＳＩＧＮ×ｕと速度ＰＳＩとの関係を示す直線が決定される（Ｓ２３、生成ステップ）。決定された直線を示す情報は、生成部１４から評価部１３に入力されて、評価部１３に記憶される。以上が、対策工の設計時の処理である。
【００５６】
地震観測時の処理では、入力部１２によって、系１００に設けられる加速度センサ２０及び変位計３０による検出結果（地震観測の結果）が入力されることで、速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬ及び変位ｕＡＣＴＵＡＬの値が入力される（Ｓ４１、入力ステップ）。なお、上述したようにこれらの実測値は、地震以外の何らかの振動によるものであってもよい。入力された速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬ及び変位ｕＡＣＴＵＡＬの値は、入力部１２から評価部１３に入力される。以上が、地震観測時の処理である。
【００５７】
対策工の評価時の処理では、評価部１３によって、入力部１２から入力された速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬに応じて、パラメータ記憶部１１によって記憶されているパラメータＫＤＥＳＩＧＮが読み出される。続いて、評価部１３によって、読み出されたパラメータＫＤＥＳＩＧＮと、入力部１２から入力されたｕＡＣＴＵＡＬとの積が算出される（Ｓ５１、評価ステップ）。続いて、評価部１３によって、算出された積（ＫＤＥＳＩＧＮ×ｕＡＣＴＵＡＬ）と速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬとから、速度ＰＳＩＡＣＴＵＡＬとＫＤＥＳＩＧＮ×ｕＡＣＴＵＡＬとの関係を示す直線３００が決定される（Ｓ５２、評価ステップ）。
【００５８】
続いて、評価部１３によって、当該判断の基準となる直線３１０と、決定された直線３００とが比較されて、２回目の地震対策の要否が判断される（Ｓ５３、評価ステップ）。続いて、評価部１３によって、判断結果を示す情報の出力が行われる。以上が、対策工の評価時の処理である。
【００５９】
本実施形態によれば、設計時のシミュレーションによって得られたパラメータＫＤＥＳＩＧＮに基づいて、実測された系１００に入力される振動の大きさである入力値と当該入力される振動に対する当該系１００の応答である振動の大きさを示す応答値である系１００の変位とに基づいて地震応答の評価が行われる。従って、設計で評価される応答と実際の応答の際を確認して、評価を行うことができる。
【００６０】
ところで、設計で想定する大規模地震の発生確率は小さく、地震観測によって大規模地震時の応答を観測できることは稀で難しい。一方で震度２〜３以下の中小地震時の地震応答は、地震の発生確率が大きいことから頻繁に観測できる（１年に数回程度）。従来は、中小地震の地震応答から、大規模地震時の応答を推定する確立された方法がなかった。上述したように本実施形態では、中小地震の観測に基づき、大規模地震時の応答を適切に評価することができる。即ち、本実施形態によれば、地盤を含む系１００に対する地震応答をより正確に評価することができる。
【００６１】
また、本実施形態のように系１００に対して、系１００に対する地震対策が必要か否かを判断することとしてもよい。この構成によれば、上記の評価に基づき耐震裕度を評価し、耐震設計にフィードバックすることができる。なお、従来は地震観測を行って、地震対策のフィードバックした例は、ほとんど見当たらない。特に、地震に伴い液状化や測方流動が発生する地盤に立地する構造物では、地盤の非線形挙動が強くなることから、このような検討例がない。
【００６２】
従って、上記の構成によれば、必要に応じて地震対策を段階的に行うことができる。これにより、効果、コスト的に従来の方法に比べて合理的な地震対策が可能となる。但し、上記の判断は、必ずしも振動応答評価システム１０によって行われる必要はなく、振動応答評価システム１０の評価結果に基づいて設計者によって行われてもよい。
【００６３】
また、本実施形態のように評価に用いる情報をシミュレーションによって生成することとしてもよい。この構成によれば、例えば、シミュレーションを一次的な地震対策に応じたものとすることで、当該一次的な地震対策に対する振動応答の評価を行うことができる。但し、当該情報の生成は、必ずしも振動応答評価システム１０によって行われる必要はなく、振動応答評価システム１０とは別の装置等によって行われてもよい。
【００６４】
なお、本実施形態においては、入力値を速度ＰＳＩとしたが、必ずしも速度ＰＳＩを用いる必要はなく、系１００に入力される振動の大きさを示すものであればよい。例えば、入力値を、系１００に入力される振動を反映する位置（例えば、加速度センサ２０が設けられる位置）での速度や加速度としてもよい。また、本実施形態においては、応答値を変位としたが、必ずしも変位を用いる必要はなく、系１００の応答である振動の大きさを示すものであればよい。例えば、応答値を、系１００の応答である振動を反映する位置（例えば、変位計３０が設けられる位置）での速度や加速度としてもよい。
【００６５】
引き続いて、上述した一連の振動応答評価システム１０による処理をコンピュータに実行させるための振動応答評価プログラムを説明する。図１１に示すように、振動応答評価プログラム５０は、コンピュータに挿入されてアクセスされる、あるいはコンピュータが備える記録媒体４０に形成されたプログラム格納領域４１内に格納される。
【００６６】
振動応答評価プログラム５０は、パラメータ記憶モジュール５１と、入力モジュール５２と、評価モジュール５３と、生成モジュール５４とを備えて構成される。パラメータ記憶モジュール５１と、入力モジュール５２と、評価モジュール５３と、生成モジュール５４とを実行させることにより実現される機能は、上述した振動応答評価システム１０のパラメータ記憶部１１と、入力部１２と、評価部１３と、生成部１４との機能とそれぞれ同様である。
【００６７】
なお、振動応答評価プログラム５０は、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、他の機器により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。また、振動応答評価プログラム５０の各モジュールは、１つのコンピュータでなく、複数のコンピュータのいずれかにインストールされてもよい。その場合、当該複数のコンピュータによるコンピュータシステムよって上述した一連の振動応答評価プログラム５０の処理が行われる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…振動応答評価システム、１１…パラメータ記憶部、１２…入力部、１３…評価部、１４…生成部、２０…加速度センサ、３０…変位計、４０…記録媒体、４１…プログラム格納領域、５０…振動応答評価プログラム、５１…パラメータ記憶モジュール、５２…入力モジュール、５３…評価モジュール、５４…生成モジュール。
【図１】
0006314065.tif 000004
【図２】
0006314065.tif 000005
【図３】
0006314065.tif 000006
【図４】
0006314065.tif 000007
【図５】
0006314065.tif 000008
【図６】
0006314065.tif 000009
【図７】
0006314065.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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