標準化に向けた取り組み
耐震性評価手法の高度化に向けた研究構成

原子力発電所屋外重要土木構造物の耐震性評価手法を高度化

耐震性能照査指針への反映

当所では、電力各社の要望を踏まえ、原子力リスク

土木学会原子力土木委員会では、屋外重要土木構研究センターを中心に、屋外重要土木構造物の耐震造物の地震時の性能照査を体系化し、「原子力発電所性評価手法の高度化を推進してきました。

屋外重要土木構造物の耐震性能照査指針」を2018

主な研究項目は、前述した①地盤・構造物連成系年10月に改訂しました（図-7）。当所は、有識者・電力の三次元地震応答解析、②変形指標を用いた性能評

会社の協力を得ながら、改訂案を作成するなど積極的価に加え、③補修効果に関する検討、④構造物と機器に協力しました。本指針には、近年得られた新しい知見の境界部に関する検討です。③④では、構造物が地震と、当所の研究成果が数多く反映されています。

で損傷した際の機器・配管の支持性能への影響や耐本指針は、屋外重要土木構造物ばかりでなく、一般久性能評価時のひび割れ補修部や断面修復部の考のRC地中構造物の耐震安全性評価にも広く適用可能慮方法などの研究を行っています。
これらの研究成果です。
また、日本電気協会発行の原子力発電所耐震設を盛り込み、地震作用に対する性能照査の手法を標計技術規程（JEAC4601）などにも活用される見込み準化しました（図-6）。

です。

電中研
NEWS3

̶耐震性能照査指針の改訂に向けた取り組み̶

電中研ニュース

No.4882019 Mar
原子力発電

耐震性能照査手法の標準化
構造物の照査耐震性能照査①地盤・構造物連成系の三次元地震応答解析②変形指標を用いた性能照査

地震応答解析

③補修効果に関する検討
耐久性能照査原子力発電所では、大地震発生時などの応答値の算出

非常時でも、原子炉冷却用の海水の取水などの機能を維持することが求められます。そ

限界値の算出限界状態の設定のため、取水口や取水路、海水管ダクトなど④構造物と機器の境界部に関する検討

タービン
建屋

海水の鉄筋コンクリート製（RC）地中構造物（屋境界部の性能照査外重要土木構造物）
は、施設全体に大きな影機器の性能照査

響を与える恐れがある地震に対しても、耐震機器側の性能照査

図-6 研究の全体構成と各研究項目との関係

海 取水路

図-7 耐震性能照査指針（2018年度版）の表紙

海水管ダクト

取水・通水する機能を維持し、構造物の内部

ひとこと

地球工学研究所

上席研究員

松尾豊史

年の東北地方太平洋沖地震以降、国の安全排気塔取水口（スクリーン室）

安全上重要な機器・配管を支持する機能や空間を確保することが要求されます。2011

原子炉
建屋

原子力発電所における代表的な屋外重要土木構造物（黄色）

規制は全面的に改正されてきており、その中本研究は、RC地中構造物の耐震性評価手法の高度化に向け、東北地方太平洋沖地震以降の原子力発電所設備に対する安全性に関心が高まっている中、緊急度・重要度の高い研究テーマとして、当所および電力各社・有識者が協力して研究に取り組んできました。研究成果は論文化（公知化）
して学協会の基準の改訂に協力し、原子力発電所の新規制基準適合性審査を円滑に進められるようにしました。今後は、その他電力施設や社会インフラ全般の耐震安全性向上にも寄与したいと考えております。

で基準地震動も見直され、増大していく趨勢にあります。
このため、屋外重要土木構造物の耐震性の評価に対しても、より精度が高く、標準的な性能照査※手法の構築が求められています。
当所は、これらの高度化に向けた各| 関連する研究報告書・論文等 |［1］
土木学会原子力土木委員会：原子力発電所屋外重要土木構造物の耐震性能照査指針＜技術資料＞，
2018年10月［2］
Tsuguhiro Shimabata, Toyofumi Matsuo, Keizo Ohtomo, Hironori Morozumi, Takaaki Fuse：
Three-Dimensional Seismic Analysis of Underground Reinforced Concrete Box Culvert with L-Junction／
Yoshinori Miyagawa, Atsushi Shibayama, Hironori Morozumi, Nobuhiro Shigemitsu：Entire Displacement
Distribution of Reinforced Concrete Box Culvert in the Damaging Process Subjected to Horizontal Load，
FIB Congress 2018

種研究を推進し、得られた成果を「原子力発電所屋外重要土木構造物の耐震性能照査指針」（ 公益社団法人土木学会）に反映してきました。
※ 指標などと照らして要求する性能が得られるか確認すること

一般財団法人 電力中央研究所 広報グループ https://criepi.denken.or.jp/〒100-8126 東京都千代田区大手町1-6-1 大手町ビル7階

TEL：03-3201-6601

2019年3月発行

海水管ダクト取水路（抜水時）

12より高度な三次元非線形地震応答解析手法を導入
三次元解析の有効性を確認

シミュレーション解析に基づく検証

合理的な性能照査が可能となる変形指標を提案
損傷過程の変位分布データを取得

変形指標に対する限界値の設定と適用性の検証

近年、数値解析技術や計算機性能の向上により、地震に屋外重要土木構造物は、トンネル状あるいは箱型の構

従来の耐震設計や性能照査では、屋外重要土木構造物

屋外重要土木構造物では、特にせん断破壊に対する耐対する構造物の応答解析は、三次元解析が一般的になり造物であることが多く、長手方向・奥行方向の力には剛性の地震応答解析は、部材を梁（線材）要素の組合せによっ震性能の精度向上が困難になっていたため、合理的な変つつあります。
しかし、取水口などのように地中に埋設されが大きくなります。
そのため、通常は剛性の小さい構造物て二次元にモデル化して行ってきました。近年、解析モデル形指標が望まれていました。

た構造物に対して、水平二方向からの力を同時に受ける状の横断面方向に対して二次元の地震応答解析が行われの精緻化や計算機環境の高度化に伴い、ソリッド（多面体）

当所は、損傷過程における部材レベルの変位分布の計況では十分に検討されていませんでした。

ます。
しかし、構造物が地震に対して水平二方向や鉛直方要素でモデル化した構造物の三次元材料非線形解析も可測や分析を以前から進めていましたが、今回加わった構向に応答する場合や応答挙動を厳密に評価する場合など能になってきています（図-3）。

造物のデータも踏まえ、材料非線形解析を用いた性能照そこで、地盤と構造物の相互作用を考慮する地盤・構造物連成系において、三次元での非線形地震応答解析の適では、三次元解析が有効となります。

しかし、解析結果を用いて性能照査を行うための指標や査に適用可能な指標と限界値を提案しました。具体的に用性を検証するために、せん断土槽振動実験に対するシ

そこで、実規模構造物の三次元形状と地震動の入力方限界値が、二次元の梁要素に向けて作成された内容を踏は、曲げ破壊に対しては「層間変形角」、せん断破壊に対しミュレーション解析を行い、実験結果と比較しました（図向に着目し、地中に埋設された取水ピットに対する地盤・襲したままでした。
そのため、損傷が進む過程において構造ては「部材厚増分」などを変形指標としました。
これらの指-1）。
この実験では、正方形中空断面のRC試験体をせん断構造物連成系の三次元非線形地震応答解析を実施しま

物全体の詳細な変位分布を再現できる材料非線形解析の標の適用性は、突当り部の試験体による実験と三次元材土槽に設置し、乾燥砂で埋設後、試験体の対角方向に加振した（図-2）。

利点を活かすことができませんでした。
これは、検証できる料非線形のシミュレーション解析結果を通して確認しま実験データが十分ではないことも一因でした。

した(図-5)。本変形指標を用いることにより、局所的な損しました。
シミュレーション解析では、地盤には全応力モデ

三次元解析では、屋外重要土木構造物の横断面方向

ル、構造物には材料非線形モデルを用い、地盤・構造物間の壁など、三次元形状を考慮することで、二次元解析よりそこで、レーザースキャンと画像で構造物の変位分布を計

傷や解析の要素寸法・形状の影響を受けにくい、合理的の境界部は剥離と滑りを考慮しました。

も現実的な変形角やずれなどの相対変位の評価が可能と測できる環境を整え、屋外重要土木構造物を構成する典型な性能照査が可能になります。
また、変形量は計測が可

その結果、本解析手法によって、実験結果の地盤およびなりました。
さらに、詳細な損傷状況を評価できることや的な3種類の形状（直線部、屈曲部、突当たり部）の試験体に能であるため、実際に損傷した構造物の評価にも適用可

構造物の変形やコンクリートのひび割れ、鉄筋の降伏など地震応答が支配的となる横断面方向に地震動を入力す

対して、水平方向に静的な荷重をかけ繰り返し変位を大きく能です。の損傷状況を、概ね良好に再現できることを確認しました。

ることで構造物の損傷を安全側に評価できることも確認しながら、損傷が進む過程をデータ化しました（図-4）。

できました。
試験体（縮尺模型）

全体図

高さ（m）

3

土槽枠

245°
方向（XY平面）実験̲試験体
実験̲土槽枠解析̲試験体解析̲土槽枠

100102030
変位（mm）

40▽地下水面50

最大せん断ひずみ20250

図-3 地盤・構造物連成系のソリッド要素による三次元モデル（左上）と従来の梁要素による二次元モデル（右下）

構造物最大変位時(変位倍率10倍)

砂地盤

試験体

土槽枠

地震応答解析結果
約3m

変形・ひずみ図(解析結果)

図-1 せん断土槽振動実験に対するシミュレーション解析

取水路

奥行き方向に連続する構造物の横断面を抽出

岩盤

m0m

背面取水口
海- 0.03

砂層

取水ピット

取水ピット

妻壁（突き当たり）試験体（縮尺模型）

地震動の入力方向

0°方向（Y方向）構造物最大変位時の変位量

0.03

周辺地盤

水平荷重

75m

面外せん断破壊

引張ひずみ
-0.01

0.01

図-2 取水ピットの三次元非線形地震応答解析事例

図-4 レーザースキャンによる屈曲部試験体の点群

図-5 材料非線形解析による実験結果のシミレーション解析（上）水平載荷時の変形状態実験とシミュレーションの適合度合の確認
（下）

12

より高度な三次元非線形地震応答解析手法を導入
三次元解析の有効性を確認

シミュレーション解析に基づく検証

合理的な性能照査が可能となる変形指標を提案
損傷過程の変位分布データを取得

変形指標に対する限界値の設定と適用性の検証

近年、数値解析技術や計算機性能の向上により、地震に屋外重要土木構造物は、トンネル状あるいは箱型の構

従来の耐震設計や性能照査では、屋外重要土木構造物

屋外重要土木構造物では、特にせん断破壊に対する耐対する構造物の応答解析は、三次元解析が一般的になり造物であることが多く、長手方向・奥行方向の力には剛性の地震応答解析は、部材を梁（線材）要素の組合せによっ震性能の精度向上が困難になっていたため、合理的な変つつあります。
しかし、取水口などのように地中に埋設されが大きくなります。
そのため、通常は剛性の小さい構造物て二次元にモデル化して行ってきました。近年、解析モデル

形指標が望まれていました。

た構造物に対して、水平二方向からの力を同時に受ける状の横断面方向に対して二次元の地震応答解析が行われの精緻化や計算機環境の高度化に伴い、ソリッド（多面体）

当所は、損傷過程における部材レベルの変位分布の計況では十分に検討されていませんでした。

ます。
しかし、構造物が地震に対して水平二方向や鉛直方要素でモデル化した構造物の三次元材料非線形解析も可測や分析を以前から進めていましたが、今回加わった構向に応答する場合や応答挙動を厳密に評価する場合など能になってきています（図-3）。

造物のデータも踏まえ、材料非線形解析を用いた性能照そこで、地盤と構造物の相互作用を考慮する地盤・構造物連成系において、三次元での非線形地震応答解析の適では、三次元解析が有効となります。

しかし、解析結果を用いて性能照査を行うための指標や査に適用可能な指標と限界値を提案しました。具体的に用性を検証するために、せん断土槽振動実験に対するシ

そこで、実規模構造物の三次元形状と地震動の入力方限界値が、二次元の梁要素に向けて作成された内容を踏は、曲げ破壊に対しては「層間変形角」、せん断破壊に対しミュレーション解析を行い、実験結果と比較しました（図向に着目し、地中に埋設された取水ピットに対する地盤・襲したままでした。
そのため、損傷が進む過程において構造ては「部材厚増分」などを変形指標としました。
これらの指-1）。
この実験では、正方形中空断面のRC試験体をせん断構造物連成系の三次元非線形地震応答解析を実施しま

物全体の詳細な変位分布を再現できる材料非線形解析の標の適用性は、突当り部の試験体による実験と三次元材土槽に設置し、乾燥砂で埋設後、試験体の対角方向に加振した（図-2）。

利点を活かすことができませんでした。
これは、検証できる料非線形のシミュレーション解析結果を通して確認しま実験データが十分ではないことも一因でした。

した(図-5)。本変形指標を用いることにより、局所的な損しました。
シミュレーション解析では、地盤には全応力モデ

三次元解析では、屋外重要土木構造物の横断面方向ル、構造物には材料非線形モデルを用い、地盤・構造物間の壁など、三次元形状を考慮することで、二次元解析よりそこで、レーザースキャンと画像で構造物の変位分布を計

傷や解析の要素寸法・形状の影響を受けにくい、合理的の境界部は剥離と滑りを考慮しました。

も現実的な変形角やずれなどの相対変位の評価が可能と測できる環境を整え、屋外重要土木構造物を構成する典型な性能照査が可能になります。
また、変形量は計測が可

その結果、本解析手法によって、実験結果の地盤およびなりました。
さらに、詳細な損傷状況を評価できることや的な3種類の形状（直線部、屈曲部、突当たり部）の試験体に能であるため、実際に損傷した構造物の評価にも適用可

構造物の変形やコンクリートのひび割れ、鉄筋の降伏など地震応答が支配的となる横断面方向に地震動を入力す

対して、水平方向に静的な荷重をかけ繰り返し変位を大きく能です。の損傷状況を、概ね良好に再現できることを確認しました。

ることで構造物の損傷を安全側に評価できることも確認しながら、損傷が進む過程をデータ化しました（図-4）。

できました。
試験体（縮尺模型）

全体図

高さ（m）

3

土槽枠

245°
方向（XY平面）実験̲試験体
実験̲土槽枠解析̲試験体解析̲土槽枠100102030
変位（mm）

40

▽地下水面

50

最大せん断ひずみ20250

図-3 地盤・構造物連成系のソリッド要素による三次元モデル（左上）と従来の梁要素による二次元モデル（右下）

構造物最大変位時(変位倍率10倍)

砂地盤

試験体

土槽枠

地震応答解析結果
約3m

変形・ひずみ図(解析結果)

図-1 せん断土槽振動実験に対するシミュレーション解析

取水路

奥行き方向に連続する構造物の横断面を抽出

岩盤

m0m

背面

取水口
海- 0.03

砂層

取水ピット

取水ピット

妻壁（突き当たり）試験体（縮尺模型）

地震動の入力方向

0°方向（Y方向）構造物最大変位時の変位量

0.03

周辺地盤

水平荷重

75m

面外せん断破壊

引張ひずみ
-0.01

0.01

図-2 取水ピットの三次元非線形地震応答解析事例

図-4 レーザースキャンによる屈曲部試験体の点群

図-5 材料非線形解析による実験結果のシミレーション解析（上）水平載荷時の変形状態実験とシミュレーションの適合度合の確認（下）

標準化に向けた取り組み
耐震性評価手法の高度化に向けた研究構成

原子力発電所屋外重要土木構造物の耐震性評価手法を高度化

耐震性能照査指針への反映

当所では、電力各社の要望を踏まえ、原子力リスク

土木学会原子力土木委員会では、屋外重要土木構研究センターを中心に、屋外重要土木構造物の耐震造物の地震時の性能照査を体系化し、「原子力発電所性評価手法の高度化を推進してきました。

屋外重要土木構造物の耐震性能照査指針」を2018

主な研究項目は、前述した①地盤・構造物連成系年10月に改訂しました（図-7）。当所は、有識者・電力の三次元地震応答解析、②変形指標を用いた性能評

会社の協力を得ながら、改訂案を作成するなど積極的価に加え、③補修効果に関する検討、④構造物と機器に協力しました。本指針には、近年得られた新しい知見の境界部に関する検討です。③④では、構造物が地震と、当所の研究成果が数多く反映されています。

で損傷した際の機器・配管の支持性能への影響や耐本指針は、屋外重要土木構造物ばかりでなく、一般久性能評価時のひび割れ補修部や断面修復部の考のRC地中構造物の耐震安全性評価にも広く適用可能慮方法などの研究を行っています。
これらの研究成果です。
また、日本電気協会発行の原子力発電所耐震設を盛り込み、地震作用に対する性能照査の手法を標計技術規程（JEAC4601）などにも活用される見込み

準化しました（図-6）。

です。

電中研
NEWS3

̶耐震性能照査指針の改訂に向けた取り組み̶

電中研ニュース

No.4882019 Mar
原子力発電

耐震性能照査手法の標準化
構造物の照査耐震性能照査①地盤・構造物連成系の三次元地震応答解析②変形指標を用いた性能照査

地震応答解析

③補修効果に関する検討
耐久性能照査原子力発電所では、大地震発生時などの応答値の算出

非常時でも、原子炉冷却用の海水の取水などの機能を維持することが求められます。そ

限界値の算出限界状態の設定のため、取水口や取水路、海水管ダクトなど④構造物と機器の境界部に関する検討

タービン
建屋海水の鉄筋コンクリート製（RC）地中構造物（屋境界部の性能照査

外重要土木構造物）
は、施設全体に大きな影機器の性能照査

響を与える恐れがある地震に対しても、耐震機器側の性能照査

図-6 研究の全体構成と各研究項目との関係

海 取水路

図-7 耐震性能照査指針（2018年度版）の表紙

海水管ダクト

取水・通水する機能を維持し、構造物の内部

ひとこと

地球工学研究所

上席研究員

松尾豊史

年の東北地方太平洋沖地震以降、国の安全排気塔取水口（スクリーン室）

安全上重要な機器・配管を支持する機能や空間を確保することが要求されます。2011

原子炉
建屋

原子力発電所における代表的な屋外重要土木構造物（黄色）

規制は全面的に改正されてきており、その中本研究は、RC地中構造物の耐震性評価手法の高度化に向け、東北地方太平洋沖地震以降の原子力発電所設備に対する安全性に関心が高まっている中、緊急度・重要度の高い研究テーマとして、当所および電力各社・有識者が協力して研究に取り組んできました。研究成果は論文化（公知化）して学協会の基準の改訂に協力し、原子力発電所の新規制基準適合性審査を円滑に進められるようにしました。今後は、その他電力施設や社会インフラ全般の耐震安全性向上にも寄与したいと考えております。

で基準地震動も見直され、増大していく趨勢にあります。
このため、屋外重要土木構造物の耐震性の評価に対しても、より精度が高く、標準的な性能照査※手法の構築が求められています。
当所は、これらの高度化に向けた各| 関連する研究報告書・論文等 |［1］
土木学会原子力土木委員会：原子力発電所屋外重要土木構造物の耐震性能照査指針＜技術資料＞，
2018年10月［2］
Tsuguhiro Shimabata, Toyofumi Matsuo, Keizo Ohtomo, Hironori Morozumi, Takaaki Fuse：
Three-Dimensional Seismic Analysis of Underground Reinforced Concrete Box Culvert with L-Junction／
Yoshinori Miyagawa, Atsushi Shibayama, Hironori Morozumi, Nobuhiro Shigemitsu：Entire Displacement
Distribution of Reinforced Concrete Box Culvert in the Damaging Process Subjected to Horizontal Load，
FIB Congress 2018

種研究を推進し、得られた成果を「原子力発電所屋外重要土木構造物の耐震性能照査指針」（ 公益社団法人土木学会）に反映してきました。
※ 指標などと照らして要求する性能が得られるか確認すること

一般財団法人 電力中央研究所 広報グループ https://criepi.denken.or.jp/〒100-8126 東京都千代田区大手町1-6-1 大手町ビル7階

TEL：03-3201-6601

2019年3月発行

海水管ダクト取水路（抜水時）