国立防災科学披術セソター研

冴王20一号

究報告

1978句三11月

550I34：699，841：625．78

地中埋設管の耐震性に関する研究
箕

輸

親

宏＊

国立防災科学技術セソター

StudiesontheAseismic

Properties

ofUnderground

Pipes

By

Chikahim

Minowaル肋舳1肋8θακ乃C舳左2■力71）68α8〃P7舳〃〃o〃，∫ψα〃A1〕stract

This

The

paper

studies

describes

consistofstl］dies

the

brief

on

the

aseismic

considerations

on

properties

ofundergroundpipes．

excitations

forundergroundpipes，

the interaction springs be士ween grounds and pipes for axia1direction，七he prob1em
of s1ip between士he surface of the pipe and the soi1，and experiments on undergrOund
pipes

by

a1arge＿sca1e

Two
pipe1ine

kinds

o±stee1was

tes亡pipeline
and

was

transmi士ted

wou1d

shakingofburiedintheexci士edby

thethrough七henot

a1waysbesoi1，andin士heboundarys1ighttab1e．

experimen士sdi丘erences

simi1ar

were

in

w乱ves

ground．The
becauseofconditions

wereperformed．

groundmeasured

the

which

In

the

vicini七yofbehaviors

where士hebetweentheshakingtab1e・

genera亡ed

by士heshaking士ab1e

were

di丘erencesofin

irs七experimen士a1inear
the

this
the

pipeIine

pipe1inerigidi七ies

ends．Inbehaviors

of

and

the

be七weenThe

ground

pipe

and

this

experimen亡・the七estpipe1ineandground．
In the second experiment，a stee1pipeline with a branch pipe was set on thc
shaking1．

tab1e乱nd

one

end

of

the

in士he

pit

sand．The

the

same

tion，the

other

being

those

staticstrains

of

for

piユe

the

res亡oring

force

The

necessjties

forsecond

are

often

found

on

the

surface

of

The

s1ip

valuesforanininitelengthforsinusoida1ground，vaves．

1ま

and

main

c1ampeddynamic

in亡hes七rains

dispIacemen七s．The

disp1acemen七at
experiment

was

the

shaking

had

table

va1uestohys亡eresis1oops，drawn

byclampedend，hadenergyfact亡hat

the

were

based

on七he

pipes

bents

or

jointspipeIine，vithafounda−simi1arinabsorption・

s1ip

disasterous

branchpipe

were

Phenomena

earthquakes・

calculated

じめ1こ

地中埋設管の耐震性に関する研究は桜井博士（1971）を始めとして田村博士（1975），および建設省の耐震性に関する総合プロジェクト等で数多くなされている．これらの研究で埋設管の地震観測が行われ，直線管の管軸方向の歪が主に起ることが示された．解析方法としては地盤と管の問にパイリニアーループ型の非線形相互作用ぼねを仮定して，地盤について＊第2研究部耐震実験室

一63一

国立防災科学技術セソター研究報告第20号

1978年11月

は質点とぼねに置換し，マトリックス法で解いている．

宮島（1975）の研究では，バイリニアー型の非線形相互作用ぼねを地盤と管表面のすべりに基づくと仮定して解析し，このすべりがあると直線管では管軸方向の歪が小さくなり，設計にとって有利になることが示された．

この報告は地中埋設管の地震挙動にっいて簡単な考察を試みるものである．まず地中埋設
管の地震挙動を考える上で最初に問題となる地表面でのみかけの地震波伝播速度について単純な考察をした．また建物の近傍で埋設管の地震被害が数多く報告されているので，地盤と建物の相対変位を，単純な計算と，観測により求めてみた．地震波の埋設管への入力機構を明らかにする目的で，埋設管と地盤を結ぶ管軸方向の相互作用ぼねを弾性理論に基づき求めた・大地震時にはこの相互作用ばねを弾性理論で扱うのは問題があるとされているので，バ
イリニアーループの相互作用ぼねを想定し，このぼねを複素ぼねで表すことを試みた．次に埋設管路の地震挙動を考えるとき基本となる有限長の直線管，および無隈長直線管に枝管のある管路の2ケースにっいて正弦波動挙動を求めてみた．また一方，振動台周辺地盤振動により生じる地中埋設管の振動も測定した．振動台上の実験では，丁型埋設管路の強制変位実験を行い分岐部の集中曲げ歪を測定した．

これらの結果として，みかけの地震波伝播速度が地盤層の傾斜および層厚変化に関係すること，大地震時には建物と地盤の相対変位は2〜3cmとするのが妥当であること，埋設管と地盤の相互作用ぼねが管径と入力正弦波動の波長および無次元振動数等の関数として複素数で表されること，有限長直線管の挙動は地動の波長と管長により変化し管長が短いと地盤とほぽ同じ挙動をすること，分岐管があると分岐部に集中曲げ歪が発生するが分岐部の管と地盤の相対変位が判ればほぼ静的解析で済むことなどが分った．

なおこの研究は「地下埋設管の耐震性に関する特別研究」により実施された．

2．埋設管の耐震性を考えるための地震動
地盤が地震時に，どの点でも同じ振幅で，位相差を持たず振動したとすれば，大きな構造物の付近を除いて，ほとんど埋設管に被害は生じないはずである．構造物のない平坦な地域に埋設された管に被害が生じるのは，地震動が地表面のおのおのの点で相当違っているためである．この地震動の相違を地盤層の成層性，傾斜性によって生じるみかげの伝播速度の観点から考えてみる．管軸方向の歪は初歩的に考えれば粒子速度と位相速度（伝播速度）の比で表されるので，みかけ伝播速度がわかれば，埋設管に生じる歪のオーダーが推定できる．

ここでは図1のように工学的意味での地盤層が基盤に対し傾斜している場合の地表面でのみかけの伝播速度を，地震波の到達時問の差から計算してみた．地震波は基盤底部に地震学的な速度で水平に伝播し，基盤の中を垂直に上昇すると仮定し，このときの地表面でのみかけの伝播速度を求めると次のようになる．

一64一

地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輸

Sinα

γα＝γ。

（2．1）

γ
・mθ（1一β・m（α十θ））一デs・n（α十θ）co・θ

ここで11：αは地表面でのみかけの伝播速度，γ。は1500

B＝WいL77θ

仏

基盤の∫波速度，γ。は地盤層の∫波速度，11はm

・・一■旧＝1仏昌．．、＿＿O≡l121000

基盤底部での地震波の伝播速度，β＝篶ノ乃，COSα＝篶↑↑lNC旧ENT

βsinθである．図1は言十算例である．地盤層の速500度γ。は一般的な地表層の∫波速度100m／sを坂り，基盤の速度γ。は工学的な基盤の∫波速度を想9げθ

定している．地震波の速度γは一般的なs波伝播

図1

地盤の傾斜による見かげの
伝播速度

Fig．1

Re1ation between apParent
transmitting ve1ocities and

速度4，ooom／sを坂った．

この図からわかるように地盤層の傾斜が急になる

anと，みかけの伝播速度は遅くなる．みかけの伝播方

inc1ined

soi1layer

向もやはり，地震波の伝播方向よりもむしろ地盤層の傾斜の向きにより左右される．

次に地盤層の層厚のわずかな違いから生じると考えられる地表面でのみかけの伝播速度について考えてみる．このことは，層厚が変化したとき地盤の伝達関数の位相特性がどのように変化するか調べることに対応する．図2に一般的な2層地盤を仮定し，2層の層厚の変化
により振幅特性，位相差がどのように生ずるか調べたものを示す．この図から層厚がわずかに変化しても伝達関数の振幅特性はあまり変化しないが位相差がかなり生じるのがわかる．
位相差のピークの位置もやはり振幅特性のG（1、σ05i）

ピーク位置・すなわち地盤の卓越振動数付＿コO．150舳8近である．地表面の離れた2点でこのよう

＿

10m

rgm

Z
＜
もとにしてみかけの伝播速度が計算できる． 暑10仁05
このように地盤の傾斜または層厚の違い
；
Z
O
1』」
；
○
＜
が，地盤調査によりわかれば埋設管の設計
話
O
0＝
L
コ
に必要なみかけの伝播速度はある程度推定 1』」ヒ
隻5○＜できる．現在，設計には300m／s程度のみ山
ω
＜
かけの伝播速度を仮定しているが，これは
…Eα1

／
ノ

傾斜を考えていることになる．

3・建物と建物近傍地盤の地震挙動

1．8500mた19＿11m

な位相差が計算されれば，2点間の距離を

図1から推定するに，20。以上の地盤層の30Cm15

！

ノ

O
0

5

10Hz

図2 地盤層厚の違いによる地表面の振幅相違
Fig．2

地震時に建物近くで埋設管のジョイソト

ー65一および位相差Phase

di丘erencesandvaτia士ions

causedges

soi11ayers

in

the

amp1iication

by士hicknesschan−国立防災科学技術セソター研究報告第20号

1978年11月が抜けたり，立上り部が折れたりする被害例が数多くある．これは建物基礎部と地盤で地震挙動に相違が生じ，相対変位が起るためと考えられる．この相対変位を求めるのが建物近傍での埋設管の被害を解明する第一歩と思われるので，この問題を考えてみる．

この問題は地盤と建物の動的相互作用の間題である．埋設管が敷設されているのは，ほとんど，建物が密集した都市部であり，一つの建物と地盤の動的相互作用だけでは解決しない面を含んでいる．だが一つの建物と地盤の動的相互作用から地震時の建物と地盤の相対変位を検討するのが第一歩であるので，この問題を扱う．

ここで単純に建物は剛体と考え，質量で表現出来るとみなし，地盤は水平相互作用ぼねを与えるとし，機械基礎などを扱う場合と同じく，単純な1質点振動系で考察してみる．このように質点集中系で扱った場合，建物との相対変位を求める際，地盤側の基点を建物からどれだげ離れた所に坂ればよいかが，歪などを考える場合に問題になるが，解析モデルが難し
く今後の課題である．

まず，地震波の∫波の立上り部で建物と地盤の相対変位が生じると考え，立上り速度を考慮したステップ応答でこの相対変位を調べてみる．この相対変位は次のように表される．

τ：立上り時問
ωπ：建物と地盤の相互作用系の固有円振動数

ん：相互作用系の減衰定数〃：建物と地盤の相対変位

・・Kh一去（1一ふ・仰…ω・）∵∴1㍗二∴∵帥
ここでω也＝ω〃1＿〃，地盤の立上り変位は単位変位としている．このとき相対変位の最大値を固有振動数ムとτの積を変数に取り，減衰定数でどのように変るか表にしたものを表1に示す．減衰定数の値は一般の機械基礎等で用いられている0．2と0．4を採用した．一般の建物でよくあるようにムを2・5Hzとし，τを0．1秒とすると地盤立上り変位の5割程度の相対変位が生じることにたる．

次にこの単純な一質点相互作用振動系での正弦波に対する定常状態での地盤と建物の相対変位を，振動数を変数に坂りブロット
したものを図3に示す．減衰定数は，

表1立上り時の相対変位

T・bl・・1R・1・士iv・di・p1ac・m・nt・・f・t・p

impu1…

やはり…と…を取った．この図か∴ぐi・。1・．…

らもわかるように地盤の振動数と相互

0．2

0．93280．48130．24900．1125

0．0498

作用系の固有振動数が合った所で，当00173450．38160

0．0382

4

一66一．・1．・・．・
19080

0960

地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輪然であるが，ピークを示している．この場合，地盤振幅の2．5倍程度の相対変位が生じることになる．だが相互作用系の〇二固有振動数よ／低い振動数の入力に対し糺2ては相対変位の値は地盤変位より小さく

なる．

ω
山0

＞

i；←

＜⊃
」C」
LLl
Z
O＝

一方，建物が地下に深くもぐっている
場合は，地盤表層の増幅効果を受げない

波が建物に入力することになり，地表面

1の震動の方が建物基礎部のそれより大き2

f1㌔

図3入力と出力の相対変位
Fig．3

Relative

くなることがある．このことにより地盤

displacemen七s

buildingand

betweenag・omdと建物に相対変位が生じる．この相対変位を筑波の大型振動台基礎と周辺での地震観測を例に取り検討してみる．この地震観測についてはすでに発表しているので概要は省略する．観
測はすべて加速度で記録したので，この相対変位を求めるためには加速度を変位に変換しなければならない．このために加速度を固有振動数0．1Hz，減衰定数1V万の振動系を通し変位に変換した．計算方法はたたみ込みの式を直接積分することによっている．なおこの積
分は積分区問を換えると変位が変ってしまうので，主要動が始る前の初動部から積分を行った．理想的には初動部が始る前から積分するのが望ましい．こ

Nov−30，74

M．7−6

0FFトONSHu

E−Wcomp一

こでは振動台基礎と地表の変位を求め，その引算を時問軸について行い相対変位を求めた．地盤の測点は基礎から35m程，

disp、α275CM

G，L．Om．1一■離れている．方向は，埋設管の管軸方向を想定し，振動台基礎からみてレーレー波方向，このハ、、．［］1se⊂一αccd．

FOUND．

6．7GAL場合E−W方向成分を取った．
観測された地震の中から三っの

disp−〇一242CM

FOUND．

地震を選びこの相対変位を求めいいいj■）「

た．図4，5，6にこれらを示す．

図7は図6の地震の時の地下

40m，10mの測点の記録を加えた図である．これらの記録では基礎がG．L．下8mもぐって

DlSPLACEMENT一・∵

DlFFERE

NCE

F・O・097CM㌦㌧一▼一1一〉へへ八7∀ぺ㌧㌣一へ｛一一㌦…・・

図4

計算変位と相対変位

Fig．4 Disp1acemen士difference ca1cu1ated from亡he
acceIeration records on Nov．30，74

一67一

国立防災科学技術セソター研究報告

いる影響が現れているため，加第20号

Feb−8，75

1978年11月

M二5．5

CHlBA

E−W

comp・

速度値は地表面の方が基礎より大きく，2倍程度ある．変位の最大値は加速度ほど違いはない．相対変位は地表変位の1／3

G．L

disp

Om

紳紬ヂ村へ怖州仰㌦μレ〔へ小程度現れており，表層の卓越振動数と考えられる2Hzから3Hzの波がみられる．観測誤差，

O・149CM］1se⊂．

αccd．

FOUND．

8−7GAL｝榊榊紳伸柵峨榊榊榊締榊一加速度から変位に変換する計算誤差がある程度，含まれている

FOUND−

disp−〆

0125CM、粘〜峠怖・細と考えられるが，地表面加速度が11GALで相対変位が0．1
Cmほどでている地震記録があDlSPLACEMENT

DlFFERENCE

O064CMへ＾舛可帆〆w杣峠榊サ刊林命岬洲冊・㌍卍榊るため，1968年十勝沖地震の八図5計算変位と相対変位
Fig．5

戸の強震記録が220GAL程度

Displacement d雌erence ca1cu1ated fromacceleration records on Feb．8，75

the

あったことなどから，大地震では単純に考えると，2〜3cmのMor．30，75

M二5．4

1BARAGlE−Wcomp。

相対変位が生じると推定される．

以上の3種の考察から建物と地盤の相対変位は，地盤卓越振

G

L

Om

disp

0−357CMoccel．

18．9GAL

動数1Hz，地動振幅200GALの地震動を想定し，相互作用系］1se⊂．

FOUNDの固有振動数を3Hzとすれば2〜3cmの値がやはり妥当な数値と考えられる．

このため建物に埋設管を接続

FOUND．

disp・

α284CM一∴∵〜へ㌣小一〆一する場合は3cm程度の管軸方

DlSPLACEMENT

DlFFE

RENCE

O・117CM向変形が生じても支障がないよ
うにすべきである．

4。埋設管への地震入カ機構

図6

計算変位と相対変位

Fig．6 Displacement d岨erence ca1cu1ated∫rom
acceleration records on Mlar．30，75

the

地震力は埋設管へ管軸方向と管軸直角方向から入力する．管軸直角方向からの入力はすでに桜井および宮島により示されているように問題になる曲げ歪を生じないし，また杭の水平一68一

地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輪Mor．30，75

M＝5・4

1BARAGlE−Wcomp・

抵抗の問題と同じく扱えるので，ここでは扱わない．

r20GAL

ふ1伸綿w紬紬枇岬榊榊伽一一

G−L．一40m

この地震入力機構の問題はいわゆる地盤と埋設管の動的相互I−O．5CM一へ＼ヂ＼戸一へ一一一一一一一一一一一
r20GAL

作用の間題である1これは地盤と埋設管を結ぶぼね定数を求めることに立脚している．以後，

l

G．L．一「Omr0−5CM、］1sec．

一一十ヘゴギ穴へ一一加一甘一一工一一

このぼねを管軸方向について求
めてみる．

埋設管の管軸方向の運動方程式はすでに多くの人によって明〕、ハプでへ〜＾吋vいレ舳止らかにされているように2階の偏微分方程式で次のように表さ

F20GAL柚叫糾嚇糾柵却伽州一rσ5CMFOUND

れる．

〔2

（3

・・箒・へ∂姜∂姜ガ

ポ寸Y叶ヤロ廿一㌧μ…工一∂2〃＝ρ・∂τ・一k1ω（・r・）

図7計算変位と相対変位
Fig．7

Displacements

records

ca1cu1a士ed

from士heacce1eration（4．1）

onコMlar．30．75

ここで〃：管の静止の位置からの変位〃σ：地盤の静止の位置からの変位

E：管のヤソグ率

A：管の断面積
ρ。：内容物を入れた管の単位長さ質量C。：管材の粘性減衰kσ、：地盤と管の動的相互相互作用バネ
κ：座標

上式に於いてk。αの設定が問題になるが，kσαは主に地盤の勇断弾性定数Gによって決定されると考えられる．また付着力の小さい砂質地盤と，付着力の大きい粘土質地盤ではk。、は当然，違って来ると考えられる．

このk㈹を許容勇断抵抗と関連づけて考えてみる．ここで地盤の許容勇断低抗をτ岳，地盤と管周面の許容勇断抵抗をτρとする．この許容勇断低抗はτ、，τρとも粘着力Cと摩擦力

一69一

国立防災科学技術セソター研究報告第20号

1978年11月

σtanφの和τ＝C＋σtanφで表される．σは垂直応カであり，tanφは摩擦係数である．
τρ＞τ∫であれば，地盤と管周面の付着は保たれ，kσ血は地盤の勇断弾性定数の性質だけで決る・τρ＜τ・の場合，k。α（〃。一〃）＜τρの範囲の相対変位（〃σ一〃）では地盤の勇断弾性定数によりk。αは定まるが，kσ皿（〃。一〃）がτρと等しくなった所で地盤と管周面の付着が切れてしまい，以後，kσαは主に地盤と管周面の動摩擦により決る．粘着力は一担，切れると回復することはないのでk。α（〃σ一〃）＝τρの変位になった時から急激に，k口、はみかげ上，減少する．

τ。にっいては資料が数多くあるが，τ。については管周面と地盤との摩擦係数や粘着性のばらっき，埋設してからの年数による粘着力の変化等が予想されるが，資料がほとんどなく推定の域を出ない．

地盤の勇断弾性定数Gは勇断歪の値が上昇するにつれて減少する．弾性波探査によって求められるGは勇断応力一歪曲線の立上り部でのGの値であり，τ、の状態のGに比べるとはるかに大きい．こめため，耐震設計のように大きな勇断歪を対象とするときは，相当小
さいGを採用すべきと考えられる．

一方，r地盤と管周面」またはr地盤」の動摩擦特性を求める目的の埋設管の強制変位実験が北条等により行われ，相対変位と復元カのループが調べられ，kσ、がバイリニァー形のループを描くことが示されている．

そこで，このパイリニァーループを，石丸（1973）に従い定常な正弦波動が作用すると仮定し，複素ばねで置換することを考えてみる．このループをフーリェ級数に展開し，その第1項だけを取る・するとバイリニァーループを楕円ループに置換えたことにたり，k。、は次のように複素数で表される．
Sゴ）

ただし・一去（・一α）（1一去・i・・1）・α

（4．2）

／甘到

k口α＝k1（0＋1 1
S：1一一（1一α）sin2θ
1π

1一…一・（・一｝）

記号は図8に示すとうりである．このループはkσ、（〃σ一〃）がτρ又はτ、を越えた場合に対応する．すなわち塑性状態に対応する．

次に弾性状態・すなわちk、α（〃r〃）がτρ又はτ、に達Lていない場合のkg、を管が無限の地盤に埋っているとして求めてみる．この場合，3次元弾性論を用い，円筒座標で田治見（1975）の3次元薄層法の式に従い坂扱う．

硲：ラジアル方向の変位（地盤の）〃。：管軸方向の変位（地盤の）一70一地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輸

REPlJへCED
戸ORCE
k1臥
以＝
I■● ●I●

■●●●・

k1

1

言

1

叱

U・

D1SP．

．

●

●

一

一

■．

X

・ 1

■

1
＼、・．・．・

PlPE

ト・2凡

「

解■析モデル
図gAnalvsis
rnode1

Fig．9

図8バイリニアーモデル
Fig．8

Bi−1inear

mode1

この〃、，〃。に対し次のように仮定する．
〃、＝γ、e刎，〃。＝γ。e舳

（4．4）

ここで
γ、＝σ（κ）H1（2）（αr），γ＝W（κ）Ho（2）（αr）

（4．5）

とする．

H。（2）（αr）：1次の第2種ハソケル関数

H。（2）（αr）：0次の第2種ハソケノレ関数

αは未定定数である．このときαの満すべき方程式は次の2式である．
α・（1…）σ（κ）一・6糾・αゴ公κ）一1ω・σ（κ）一・／（、6）

一α（1・・）劣）・舳（γ）一（／…）等）一一1榊）一・∫

ここで
ρ：単位体積質量（地盤の）G，λ：地盤のラメ定数（Gは勇断弾性定数）σ（π）とω（π）を次のように仮定する。Lは波長を2πで割ったものである． ゴは虚数単位である．

σ（κ）一ひ。・一｛，W（κ）一W。・一壬（4．7）

すると上の2式は次のようになる．

（1∴1∵1）（∵
一71一

（4．8）

国立防災科学技術セソター研究報告第20号

1978年11月

叫とW。が0でないためにはマトリックスが0であることが必要である．よって
1・一・（・…）・1・一2G（官2G）一ρω・（1…）！

［（・．・）ら一（暮一1・）（（1…）占一1・）rとして次の4次方程式を得る．
∫1α4＋∫2α2＋∫3＝0（4．10）

この式より

α一・戸±㌘二4沽（4．11）

以上のように4個のαが得られる．この内r→∞でH。（2）（α7）が収束するαを採用する．
この収束条件は（α）＜0である ．この条件をみたすαは2個あり，このα。，α。に対し次のモードが得られる．

G胤・）一（∵㍍プ・・）

二1（4．12）胤咋（∴；）オ、
すると

＿ぱ

＿ピ

（二）一［㍗∴eL・㍗1二1／舳eL（4．13）

σ。，σ。は基準座標である。

管周面に生じる管軸方向応力σ〃は次のようになる．

1一一・（箒・∂祭）、だ1（4・14）
1一一・（一（壬刎・・α・）・・（2〕（α・1・）・r（壬刎・・α・）・・（2）（α…）・・）eL」

7。は管の半径である．管周面全体に加わる管軸方向力凡は，F。＝2π7・σ〃であるので，管周面でのκ方向変位〃でF。を割った，F。μ。が埋設管に対する地盤のばね定数である・

管周面でのγ。は次のように．なる．

γ。1、、、。一（舳α舳・・H・（2〕（α舳・）・1｛

管周面でのラジアル方向の変位1（・…）を0と仮定すると，（H1（2）（α17。）刎1g、十H、（2〕（α、〆。）刎、q、）e一ゴェ＝0尤

一72一（4．16）

地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輪

n：RADlUS

Q5

Pl

PE

ユo；WAVELENGTH

OF

AXlAL
PαSSON

DAMPlNG

S

OF

2πら

A＝

PlPE

DEFORMATON
RATlO

OF

S

1。

一∩一・uJ后

O．4

GROUNDVs

O

A

A＝0．Oム
⊃全三Q02・．．．．、．

O■
N
L

REAL

A＝〇一04

A＝O，02
O．1

lMAGlNARY

1

5

10

且

図10地盤と管の軸方向ぼね定数
Fig．10In亡er乱c七ion

springbetween

the

pipe

and

the

soi1

従つて
H1（2〕（α1κo）舳1（4．17）

α・＝■H、（・）（α、。。）刎、21

となる．

ここで
力一一量：：：1葦：般（4．18）

で表す．

よって7。でのσ〃，γ。は次のようになる．

〜一一・妬・一任（（2讐・・）岬へれ）・カ（｛！・・）岬舳））｝（4．19）γ

一α、・一f芒（H。（・〕（α1・。）十力H。（・）（α、プ。））

よって埋設管に対する地盤のぼね定数k卿は次のようになる・。
＿〃（竿・榊）・・1）（舳）・力（z㍗・刈岬剛

＝＿2πG

＿＿

一

一

Ho（2）（α17o）十力Ho（2〕（α2κo）（4．20）

α。，α，はLで割られた次元を持っているので，無次元数β。，β。を取入れてα。＝β。／L，α。＝β。／Lと表し，λ＝κ。／Lとすると上式は次のようになる．
F＝＿2、λG（舳・一十β・）H・（2）（β・λ）十力（他z＋β・）H・（2）（β・λ）＿〃（4．21）

Ho（2）（β1λ）十力Ho（2）（β2λ）

図10はこの計算例である．波長40mで管半径15cmを想定すればλ＝0．02程度にな

一73一

国立防災科学技術セソター研究報告第20号

1978年11月

る。また振動数2Hz，K＝100m／sとすればΩは5程度になり，虚数部が実数部の半分以上になっている．G＝200kg／cm2とすれぼこのときkσ四≒（380＋250ゴ）kg／cm2程度になり，地盤係数法で地盤係数を4kg／cm3と仮定して，管周長を乗じて得られるkσ、≒360kg／cm2と近いオーダーである．

以上のように埋設管と地盤をむすぶぼねは，弾性状態にしろ，塑性状態にしろ，複素ぼね
で表すことができ，速度に比例した入力がかなり存在することが予想される．

5・有限長埋設管の正弦波動挙動
本来，無隈長の埋設管路はなく，なんなりの構造物問を結ぶもので，有限長である．この意味からも，一般埋設管路の正弦波動挙動を推測する手がかりとして，有限長の直線埋設管の正弦波動挙動を調べるのは，管長と波長の関連を明確にする上でも意味のあることと考える．

ここでも，前項同様，管軸方向成分だけについて考える．運動方程式は前にも示したように次式で表される．

∂2〃

∂3〃

∂2〃

EA万柵∂≠∂、ジーρ・万一k・α（・r・）（5・1）

この式を，〃ρが定常正弦波動σ。e岬■州であるとして，両端白由の境界条件のもとに解くと変位は次のように表される．

舳一岬津∵が1㌔ω次仕

べか）

則

ここで

ぺ一叙甘・・1−W刈（…）

Vは地動のみかけの伝播速度であり，21が管長である．
一方

前式を固有値問題として扱うと，解〃は次のように書ける．
〃（κ，τ）＝Σ（β冊φ冊（κ）σ冊（チ））（5．4）

ここでβ冊はη次の刺激係数であり，φ、（∬）は〃次の固有関数であり，σ肌（オ）は〃次の規準座標である．

Vρを管を伝播する縦波の速度とし，k、を地盤と管の変位ばね定数，cdを地盤と管の粘性定数とすると，〃次の固有振動数ム，減衰定数乃、は次のようになる．

一74一

地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輸

MODAL

PART1ClPATlON FACTORFOR SlNUSOlDAL WAVE

1．Oo（・igid』l pipe ユengthmod・） LlwQve length

2nd

4th

O．5

一0．5

、・

3rd

5th

1劃
図11
Fig．11

管長と波長による刺激係数の変化

Participation

factorsofainite1engthpipe・一（黒）（差二11・㌫）／（氏、）〃一（、、ギ）（獅・；…）！

固有関数は次のように表される．
φ肌（∬）一｛・・（一・）柵｝…分κ・1｛・一（一・）分・m炉

正弦地動〃o＝e6血（ト（…）／v）を仮定してβ椛を求める．ここで地動の波長をL，管長を＾で表す・←1（㌣汁・甘㌢チ）））（5．7）

図11はこの式を計算したものであり，横軸には管長を波長で割った値を取っており，各次の刺激係数がこの比率によってどのように変化するか示したものである．O次のモードは
いわゆる剛体モードであり，管に応力を生じさせない．管長が短いとほとんどこの0次のモードで振動する．すなわち管長が短いと地盤と同じ挙動をすることになる．管長が長くなると高次のモードが含まれる割合が高くなり，地盤とは異なった挙動を管は示すようになる・

なおO次の刺激関数は建物に対する有効入力式と言う形で，山原（1970）が別の方法により導いている．

一75一

国立防災科学技術セソター研究報告第20号

1978年11月

6・枝管を有する埋設管路の正弦波動挙動
埋設管の地震被害で，曲り部とか分岐部が折れた被害例は数多い．これらの被害は節点に集中する曲げ応力によると考えられる．この曲げ応力を調べる第一歩として，無限長直線管に枝管（分岐管とも言う）がある場合の正弦波動に対する管路の挙動を解析してみた．
曲げに対する方程式は次のようになる．

∂4〃
∂50
∂2〃
EI∂、・十cl∂ま∂、・一一ρ・∂τ・一・k1l（・r砂）（61）

ここでIは管の断面2次モーメソト，cδは管の粘性減衰，k。日は管と地盤の曲げ変形に対するばね定数である。〃は管軸方向に対して直角方向の管変位，〃、は同方向の地盤変位である．

幹管・枝管とも無隈長の丁型埋設管を想定し，分岐点での各種力の均合，変形の連続条
件のもとに，軸力と曲げの運動方程式を解く．幹管に平行して縦波が伝るとして分岐点での幹管方向の管の変位を求めると次のようになる．
0㌧＿

λb3Io（1＋δ）k肋

σo（λ肌A肌十2日3I6（1＋δ））（kbrρbω2）

kσαA帆2㎜

十■
ω・
（6．2）
（λ肌A肌十州1＋δ））（（EA肌・ゴ・肌ω）下・一・k卿一ρ肌ω2）
ここでは，

4

＝批・4㍑＝省烹1（乱3）1一。λ、批。I、…一缶ぷ；」

記号は次の意味である．

σj：分岐点の幹管方向の変位σ。：地動の幹管方向の変位

V：地盤の幹管方向のみかげの伝播速度
I肌，Iあ：幹管と枝管の断面2次モーメソト
ρ刎，ρむ：幹管と枝管の単位長さ質量k。帆，k肋：幹管と枝管の曲げに対する地盤のばね

C凸帆，C肋：幹管と枝管の曲げに対する粘性減衰定数

A肌：幹管の断面積kσσ：幹管と地盤の幹管（管軸）方向の相互作用ばね

C肌：幹管の管軸方向振動に対する粘性減衰定数

一76一地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輸r厨k。＝O，4O
V＝100mls！2

Oo

300mls︒

500mls

50

着⑭E82量口o；◎旨

OOOm

s

／
．

2000mた●一⑭旦αi⊆dτ⊆コ◎﹄o⊂ΦΦ言一⑭〇一⊆ΦE8〇五ωiΦ＞箏o元L。、A125

→

o

0■

OHz

5

図12

丁型管路分岐部の相対変位

Fig．12

S1ip

of

a

junc七ionpointk。＝0．4ルo．without

A50
11 I一．
一■ ■
一
I■1I1

■ 一

一
1 1■

11

＾〃〃．︑

㏄

t讐8〇五皿o1℃⁝o旨／

V＝100mls

A125／with．utb「qnch

！総
孝

タ

O

0■

図13
Fig．1377

bronch

」LL

5

1．OHz

丁型管路分岐部の相対変位
S1ip

of

a

junctionpoint

国立防災科学技術セソター研究報告第20号

1978年11月

ルo

Tr厨

紅9＝4I

止100m乍、一＿一！rら・O・2

V＝500m／s／・

ke＝0．2

二一

05㎏

V＝1000m！s眺！

b4k罧＝O．4︐・︒

︒︸5ε82床句℃；O旨
Φま℃ε℃⁝O旨⊂3三岩モΦεΦ旨再一℃隻董Φ﹄

A125

→

一
■

■

OHz

㏄
図14
Fig・14丁型管路分岐部の相対変位
S1ip

of

a

junction

poin七

㎝

P PE

た

セ⑭εΦ8一計壱 程コ◎旨

a五℃昌℃⁝◎﹄α⊆8婁岩芒ΦE8〇五ω石Φ＞箏o亙

W 1T HOuT BRAN

＝1000m1s

O

OHz

㏄

図15
Fig．1578

丁型管路分岐部の相対変位
Slip

Of

a

junctiOn

pOint

地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輪
分岐点以外での幹管方向の幹管変位〃（κ，チ）と枝管変位〃（ツ，チ）は次のように表される．

州一ぷ1』））（（、1㍍）一（E｝べ十いが）、・軌・伽・・わ。・・k鴛

肘（1一・パ）（・・一・1・一ω）青・・1α一ρ一ω2

舳一・㌣糾山叙岬（（EAべ十｝一（6．4）

一缶〆舳・1…炉地盤と埋設管幹管の相対変位は〃r〃で比にすると1一 〃一である・

σ
この比1一〃μσを分岐点について計算したのが図12，13，14，ユ5である・

この計算では正弦波地動を仮定し，幹管管軸方向の地盤の相互作用ぼねに対しては前述のバ
イリニアー形とし，（σ色＝0．2cm，σ＝10cm，α＝0）複素ばねに置換えた．図中のkθは地盤と管周面の動摩擦係数であり，次のような関係にある．

叫一2㍗h㎏勾一・1／・幻（6．5）

ここでk、は図10の実部から求められる．Gは地盤の勇断弾性定数，ξはGの低減率，
hは埋設深さである．ここではh＝120cm，W＝1．9g／cm昌を採用している．なおr。は管半径である．幹管管軸方向のぼねk。帆，k肋は管径に無関係に28kg／cm2とした．幹管はJIS規格A125とし，枝管はA125とA50を想定した．計算のパラメーターとしては地動の伝播速度を坂った．振動数は長周期を想定し0．1Hzから1．0Hzの範囲とした．この計算から下記のことが分る、枝管があることにより地盤と管の相対変位は小さくなるが，その値は枝管が太くなると小さIくなる傾向がある．相対変位は主に波長により決定される．動摩擦係数が与える影響は，枝管がない場合は動摩擦係数が小さい方カミ相対変位は大きくなるが，枝管がある場合はある波長を境に長い波長では大きく，短い波長では小さくなる．このことから大地震時には枝管に数Cm程度の強制変位が作用し，分岐点には管材の降伏応力を越える集中応力が加わることが推定される．このため分岐部のジョイソトにはこの変位を吸収するフレキシブルなものを用いる必要があろう．

7．振動台を用いた埋設管の実験a）振動台加振時の周辺地盤振動を用いた実験
この実験についてはすでに報告しているが（国立防災科学技術セソター研究報告第16号，

一79一

国立防災科学技術セソター研究報告第20号

1978年11月

表2埋設管測定加速度振幅（単位：GAL）
Tab1e．2＼波形 変＼

acceIeration

amp1itu〔1esof七heunderground

pipe

in

GAL

■

位 2Hz

ステップ

＼

地点＼
L

Measured

3Hz

4Hz

5Hz

ユ．01

158

2641 2．71

3．73

2．19

040

■

」

i

6Hz

7Hz

8Hz

9Hz

10Hz
』

■一

■

工

0m
5m

1．85
1．75

O．14

0．96

1．67

2．45

3．33

2，89

O．58

5．25

35m

1．88

O．12

0．48

0．48

3．51

4．17

1．92

1．99

1．21

O．67

1．50

3．01

4．57

5．23

2．84

0，95

2．05

Hz

10Hz

3，010．0ぺ

60．5m

O．16

i

O．20

±

i2．48■

5．17

一

■

■

表3地盤測定加速度振幅（単位：GAL）
Tab1e，3

＼波形
位2H。
地〜＼ 変
ステップ
O

Measuredacce1era亡ion

3Hz

4Hz

5Hz

ampIi士udes

6Hz

of

the

ground

7Hz

8Hz

g

m

2，62

0，16

1，04

1，35

3，50

2，46

3，32

2，03

O．83

6，34

60．5m

2．82

0．09

0．14

1．70

3．03

4，75

4．86

2．26

1．11

2．24

表4埋設管測定管軸方向歪振幅（単位：10−6）
Tab1e．4

1変．

Measuredaxia1s士rain

2Hz13Hz

4Hz

5Hz

6Hz

7Hz

8Hz

gHz

10Hz

O．13

0，68

1，65

1，31

2，08

0，83

1，66

0，50

0，81

0，19

0．68

1，44

3，72

2，02

2．78

1，92

0，52

0．87

位

amp1itudes

of

the

underground

pipe

スアソフ
5m

O．65

35m

O．70

1976），あらためて実験測定を

表5埋設管測定波形から読んだみかけの位相速度（単位：m／sec）

行った．条件等は前回の実験と同じである．目的は地盤埋設管の振動挙動の違いを調べること

Table．5㌔＼波形

Apparent士ransmi士七ing

ve1ocities

士herecords＼

undergroundpipe＼ 変一位2H。スアツプ

3Hz

である．

加速度

5m〜35m

行った．管および地盤の振動挙

加速度35m〜60．5m
加速度

動は動歪型の加速度計で，地盤2カ所，埋設管4カ所を記録した．管の軸歪は2カ所で測定し4Hz
u

測定は管軸方向についてのみ

0m〜60．5m
歪5m〜35m

read

iro㎜

5Hz

■

750

750

750

141

137

361

650

464

1，062

306

540

756

581

280

207

＿750

750

576

291

208

た．振動台加振波形は正弦波と変位ステヅプ波である．正弦波の読坂に際しては，高振動数の波形成分が記録波に含まれているため，全記録成分とも同じローバスフィルターを通し読坂った．

この測定波形を図17，18に示す．振幅と位相速度を表2，3，4，5に示す．加速度レベル

は最大5GAL程度，歪は最大4×10■6程度であった．図および表より明らかなようにこの
一80一

L

地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輪

N＋

SECTlON

tob！e

σ5m

5m

15m

35m

45m

55m

6α5m

EAST

図16埋設管設置状況
Fig．16

PlPE

STRAl

The

outlineof士heexperimen七si亡e

5Hz

N

5m
P1PE

STRAlN

P1PE

ACCE」

35m

5m
P1PE

ACC日一．

5Hz

Om
5m

…
Om
5m

35m

〜

35m
60．5m

6α5m
」＿＿＿＿＿＿一α2se⊂一

GROuNDACCEL．

］O．5sec

5トlz

GROuNDACCEL．

Om

Om

60．5m
60−5m

図17振動台正弦波入力時の地盤および埋設管測定波形
Fig・17

ムIeasured

図18振動台ステップ波入力時の地盤および埋設管測定波形
Fig−18Measured

sinusoida1waves

the

shock

waves

shakingtab1e

bygencrate〔l

実験では埋設管と管盤の波形はほぼ一致している．振幅に於いては，多少大小の違いがみられるが，地盤と管は同レベルである．埋設管の位相速度を振動台加振時の地盤の位相速度と比べると，大きな違いはない．位相速度で特記すべきことは，変位ステップ波の歪波形に於一81一

国立防災科学技術セソター研究報告

PlPE−DlSP

4HZ

300mls．
．

1978年11月

いて，振動源より離れ

PLAN

GB9μNP．」⊇ε巳．．．．．．．．．．．、．．

第20号

12m＿

r

T

n

≡

た35m地点の方が，≡，より振動源に近い5m＝、．Pl†・≡

地点より早く現象が生．一．

SAND・．

＝＝

じており，見掛上，負≡5Hz．200m∫s＝■＝の位相速度が起ってい

1．1

PlPε1

＝■．・．一■一一I

一一一一一■ANCHOR

一11．■一・．．■一一■

一

FORCE

DlRECTlON

ることである．

次に加速度値から

6トセ．200m／s

partic1e
SECTlONξr

7Hz150m∫s

ANCHOR
持一・膓ド

二

HAKlNGTABLE■

ve1ocity

を出し，歪値とpartic1e

ve1ocityから位棉速度を求めてみると，

図20強制変位実験概観
Fig．200u七1ineofT−shaped

experimen亡s
9Hz150m

120m／s〜1，ooom／s程pipe1ine

度になる．これらは位相速度の測定値と大差sたい．これらから，この程度の振動レベルでは地盤と埋設管はほぼ同じ挙動を示すとみてよい．しかし地盤と埋設管の剛10Hz150n7s！

性の大きた違い，管が有限長であること等から，完全た一致。。；＾：ニコを見ることは難しい．
図19地盤と管の振幅の相違（数式による計算）
図19はこの埋設管を想定し地盤の変位ぼねをkl：250kg
Fi9．19Theo「e七ica1disP1a1
cementsof・ndg…nd／cm2，地盤の速度ばね々、＝2kg・sec／cm2と，仮定して，第pipes5項の始めの式により地盤と管の変位を比べた図である．地動の伝播速度は実験の測定値に近い値を採用した．図からわかるように4Hzの場合のように波長が長いと，埋設管は地盤よりわずかに小さい変位挙動を示すだけであり，地盤と埋設管の挙動の相違は目立たない．しかし振動数が高くなり，波長が短くなると埋設管の変位は小さくなるとともに，振動モードも複雑になって来る．埋設管の中央部で谷になり，管端部

で振幅が急激に大きくなるモードが現れる．実験でも表2と表3からある程度振動数が高くなると複雑な挙動をする傾向や，管端部の振幅が大きくなる傾向が読み取れる．

b）丁型埋設管路の強制変位実験
大地震時には地盤と埋設管の問にすべりが生じ，かなりの相対変位が生じることが予想さ
九る．管路に分岐部があると，この相対変位によって分岐管にかなりの曲げ応力が生じる．
この曲げ応力を，振動台を一種のアムスラー試験機と考え管を加力し，測定した．

実験は，振動台上に砂箱を組立て，約20cm砂を敷つめ，そこに丁型の鋼管を設置し，その鋼管の一端を振動台某礎に固定し，山砂で埋めた．埋設深さは管上面から1．1m，砂箱

一82一

地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輸

kg

500

500

↓

至

蝉

300
・S｛Ot−C・

昌一〇ti⊂odymo［i仁．dynαmi⊂1Hz；ld＿
1HZ 3woves．

3wGves100

L⊥」一」

L⊥」一＿L上＿＿＿＿＿＿＿

10

20mm

10

図2130cm矩形板の荷重一変位（静的試験）
Fi．21

Re1ationsdisp1acements

between1oads

and

for

pユユte

a

square

図22

20mm

Tジョイソトの荷重一変位（静的試験）

Fig．22Re1a士ionsbe士ween1oads

anddisp］acen1en七sforaTjoin七／．

二鴛鴛㍗ぶ㌫サ簑

1…

な幹管と加力方向に直角な枝管から

口

8m

；鴉

□
5mm

孟二ぷ鴛ユ㌫供二管について行なった．このほかに，

一斗L

m

灯甑十ト

○

㎏

実験に用いた山砂の地盤反力係数を㎜、，一↑↓一求めるため，平板（30cm角）と試
P・■■験に使用した丁型ジョイソト部を0

山砂の中に埋め，水平に加力した．

NUM∋ER

なお各供試体とも固定台にはロードセルを介して固定された．供試体

OF

1

2

，VAVE

5mm

3

」卜」Wト

図2330㎝・矩形板およびTジヨイソトの
荷重一変位（動的試験）
Fig．23Load−d−ecrcn／entsには歪ゲージと振動台と管の相対変forincrcaseofwave

numbe「s位を計るための変位計を取付けた．加力は変位を段階的に変える静的試験と1Hzの正弦波の変位を加える動的試験の方式を採用した．

供試管を埋めた山砂は単位体積重量1．7〜1．8g／cm3，均等係数27．4，v、÷100m／s，y、

÷400m／sである．

b−1）地盤反力係数を求めるための試験結果

この試験の変位と荷重の関係を平板と丁型ジョイソトについて求めた図を図21，22，23に示す・丁型の試験では管の周面摩擦が働いて，全体に100kg程度ほど荷重値が大きくなったと推定される・30cm角の平板では受圧面積g00cm2，丁型ジョイソトでは見付受圧面
積346・14cm2であり・平板は丁型ジョイソトの2．6倍の面積がある．荷重一変位曲線は変一83一

国立防災科学技術セソター研究報告第20号

A125xA125
o

tOn

o：1Hz

1978年11月

O
o ◎O

。．1Hz

5
o＝O

3
STATlC

ST酊1C

1

20mm

20π
20mm

10
図24
Fig．24

アソカー部での荷重一変位
Hys士eresis

curvesmeasured乱t

theanchorpointforA125xA50
pipe1ine

b／

図25

1Hz

Fig．25A125xA50

アソカー部での荷重一変位
Hys七eresos

a亡

the

cur▽esanchormeasured

point

for

A125xA125pipe1ine↑＿＿」」＿＿＿＿L＿＿＿＿⊥＿＿

1

5mm

3

1Hz
アソカー

tOn

図26

部での履歴曲線

Hysteresis

curvespoin七for

A125xA50pipe1ine

2

ton

1

Fig．26

measuエed

at士he

A125xA125
A125xA12

anchor

1HzA125xA50

4
2

1

o

2mm

20mm
20mm

10

図28 アソカー部での履歴曲線
Fig．28 Hysteresis curves measuredat七heanchorpoin七一for

A125xA125pipr1ine

図27
Fig．27

アソカー

Hystercsis

curves部での履歴曲線
measuredattheanchorpointforA125xA50pipe1ine

一84一

地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輪位の増加とともに勾配がねてく

1Hz

｛on

州25其A125

るが，初期の勾配から地盤反力3係数を求めると，平板で0．56

1．．

．．。雄納

5＿＿』．

1l・・

kg／cm3，丁型ジョイソトで1．53kg／cm3である．この試験での平板，丁型ジョイソトの埋ノ1

設深さは供試管と同じ1．1m
である．地盤反力係数を求める

図29
Fig．29アソカー部での履歴曲線

Hysteresis

curvesmeasureaattheanchorpoint

forA125xA125pipe1ine

この試験では，静的試験の他にも1Hzの波を変位一定にして3波加える動的試験を変位レベ

DYNAM1C

STRA1NOF

BRANCトl

PlPE

ルを変え行った．動的試験の値

A125

A125xA125
1Hz

は静的試験よりも大きい．波数
3wαvesぺ

42mm4．2ton
4．2mm

。：

19．Omm48ton

ム．5ton・：140mmが増すに従い荷重の値は減少している．この傾向は平板にっいても，円型の断面を持った丁型
二棚貝10−6

0■；如O幻O−6

ジョイソトにっいても言える．

5m

土は粘弾性材であり，速度抵抗oがかなりあるが，この試験でも

o●

o

・

□

⊥、、＿．一∵⊥、．．→
o

．

o

o．

o

Om

A125

図30
Fig．30FORCE

枝管の最大歪分布（動歪）Dynamic

bending

ofthebranchpjpeforA125xA125

s士raindistributions

明らかにこの性質が現れた．

b−2）丁型埋設管路強変位
実験結果

丁型埋設管路の強制変位実験の状況は図20に示してある．
幹管と枝管の組合せで丁型管路

STATlC1醐蓋

STRAlNが構成されるが，図に於いてはA125xA50

二1000貰10−5

外径140mmの幹管と外径60．10α⊃・1σ6

315tonll
書一㎞

×A50で表している．A125×

ニニ」・．十A125
図31枝管の歪分布（静歪）Fig・31

Staticbending

strainmmの枝管の丁型管路をA125
A125は枝管も外径140mmの鋼管からなる丁型管路である．

図24，25にアソカーの位置でdistribu七ionofthebranchpipeforA125xA50−85一の荷重と変位の関係を示す．この図で動的試験の場合，荷重の国立防災科学技術セソター研究報告第20号

1978年11月

A125xA125

0・200・1Oイ→一、＿．＿；ふニト＿狸
・・

山．．一

V

5m

舳

〜
図32 丁型管路の歪分布（静企）Fig．32

S士aticstraindistribution

T−sha」pedpipe1ine

STAT

lC

of七he

A125xA125

BEND1NG STRAlNCALCU LATlON

J〕沽・

ド鳩

＿」二∴．∴、
2−49tonたmレ．

図33
Fig．33

写真1枝管の残留変形（A125×A50）
Photo．1

Residua1deforma七ion

pipeline

of七he

T

shape

A125xA50

丁型管路の計算曲げ歪分布

TheoreticaI

staticbendings士raindistribu七ionof七heTshapepipe1ineA125xA125
最大値を坂っている．アソカーでの位置では幹管での摩擦抵抗，枝管の曲げ抵抗が合わさった値が現れる．しかし幹管の摩擦抵抗はA125xA125の供試管では，計算結果からみて殆んど無視して良いと思われる．しかしA125×A50の供試管に於いてはかなり作用していたと思われる．図26，27，28，29に動的試験での荷重一変位曲線を示す．2mmの変位での曲線は，A125x

A125では楕円ループ，A125×50ではバイリニァーループを描いている・

15mmの変位ではA125×A125，A125x

A50とも同じ型のループを描いている．図から明らかなように2mmと15mmのループは明確に異なっている．変位が大きくなると荷重の増加が著しくなる．なお，動的試験では1Hz3波の波形の試験を変位レベルを段階的に上げて，数回行った．

枝管の歪分布は図30，31，32に示してある．動的試験と静的試験では歪分布形においては殆んど違いは認められず，変位に対する歪値も同程度である．しかし動的試験の方が荷重値が大きく現れている．

A125x

A125の静的試験の状況は幹管の摩擦低抗を無視し，地盤反力係数を2kg／むm3と仮定した計算値と良い一致を見た．この結果，分岐部の設計に於いては，地盤との相対変位

一86一地中埋設管の耐震性に関する研究一箕輸が与えさえすれぼ，静的な解析でも適確な応力計算できると考えられる・

あとがき
地中埋設管の耐震性を検討するにあたり主要な要因となる地盤のみかけの伝播速度，建物と地盤の相対変位，地盤と埋設管の相互作用ぼね等についてある程度のオーダーを与えることが出来た．また管長と波長の関係による振動挙動の変化，枝管のある場合の分岐点の曲げ応力にっいても簡単ではあるが検討を加えた．だが埋設管の付加質量，一般埋設管路系の解
析，曲り管の解析等まだ残された問題が数多くある．中でも地盤の平面地盤特性は埋設管の地震入力を定めるのに重要な役割を果たすので，解明すべき主要な課題である。

この研究を進めるにあたり大型実験研究部長，現第1研究部長木下武雄氏，前耐震実験室長稲葉誠一氏の御助言をいただいた．また実験に関して東京ガスの西尾宜明氏から貴重な資料をいただいた．研究全般にわたり，研究員小川，木下両氏の協力を得た．実験実施にあたって現施設課の飯田，久保田両技官に振動台運転，実験準備をお願いした．また一方，数値解析にあたり日本大学理工学部田治見研究室助手下村氏，元大学院生横山氏および東京理科
大井口助数授の協力をいただいた．本報告をまとめるにあたり耐震実験室長大谷圭一氏の御指導をいただいた．ここに記して深謝致します．

なおこの報告は第g回日米天然会議耐風耐震構造専門部会（WIND
EFFECTS，The

Ninth

Joint

UJNR

AND

SEISMIC

Pane1Conference，May23−27．1977，Tokyo・Japan）で発表したものに加筆したものである．
参

考

文

献

1）北条貞宗（1974）：地震と管路について・鋳鉄管第16号・28〜37・
2）石丸辰治（1973）：塑性率制御法について。日本建築学会論文報告集，第214号．
3）建設省土木研究所（1975）：昭和49年総合技術開発プロジェクト報告書，埋設管の耐震設計法．土木研究所技術資料，第1037号・
4）Minowa，C．，功αム，（1975）：DynamicBehaviorsofaLarge−Sca1eShakingTableFoundation・第4回日本地震工学シソポジューム講演集，375〜382．
5）箕輸親宏（1976）：地下埋設管の振動挙動について．国立防災科学技術セソター研究報告，第16号，59〜82．

6）宮島信雄（1975）1埋設管の地震時応力．第4回日本地震工学シソポジューム講演集，663〜670．
7）桜井彰雄（1971）：地盤の震動解析に基づく埋設パイプライソの耐震性研究。
8）

Tajimi，H．，Shimomura，Y．，（1975）：Interaction

Soi1s．Co1legeofScieneeandTechno1ogy，Nihon

Ana1ysisofMat

Fomdation

Restingon

Layered

University，18〜25．

9）Tamu「a，C．，功α五，（1975）：DynamicBehavi0「0faSubme「9edTu㎜e1During

Earthquake．東京大学生産技術研究所報告，第24巻・第5号・
10） 山原浩（1970）：地震時の地動と地震の入力損失．目本建築学会論文報告集第167号，25〜30．
（1978年7月12日 原稿受理）

一87一