阪神高速道路では，スーパーコンピュータ「京」を用い，今後発生が予想される南海トラフ地震や都市直下型地震等の震源域を想定した広域技術レポート道路ネットワークの地震応答シミュレーションに関する研究を進めている。本稿では，阪神高速道路湾岸線を対象に，上町断層を震源域とする
地震応答シミュレーションを行った事例について報告する。

阪神高速道路における広域道路ネットワークの地震被害シミュレーションの実現に向けた取組み
服
大
篠

部
石
原

匡
秀
聖

洋＊
雄 ＊＊
二 ＊＊＊

ション上では，海溝型地震や内陸直下型地震の震源域

はじめにの違い，震源域の断層のすべり量による地震規模の違

阪神高速道路では，1995 年１月 17 日に発生した兵

い等，あらゆる条件を考慮した解析を行うことができ

庫県南部地震により甚大な被害を受けて以降，橋梁のる。このため，多数のシミュレーションを実施し，そ下部構造の耐震補強や上部構造の落橋防止対策等，構れらの結果から損傷の生じやすい路線および区間を明造物の被害を最小に留めるよう対策を行っている。まらかにすることで，優先的に耐震補強工事を実施すべ

た，災害時にも関西圏のライフラインとして機能する

き路線・区間が明らかになると考えられる。また，地ことを目指した防災・減災対策にも積極的に取り組ん

震直後に高速道路の路面上に生じうる段差量を評価すでいる。その取組みの１つとして，今後発生が予想さることができれば，出入口・ジャンクション区間単位れる南海トラフ地震や都市直下型地震のようなさまざ

での緊急車両の通行可否を予測することができ，災害

まな震源域を想定した広域道路ネットワークの地震応時の緊急輸送計画の立案にも役立つと考えられる。

答シミュレーションに関する研究を進めている。これ

このような大規模な地震応答シミュレーションを行

は，一般的な橋梁の設計に用いられる数径間程度の橋うためには，大規模な計算資源が必要となるが，近梁単位の地震応答解析ではなく，阪神高速道路全路線

年，国立研究開発法人理化学研究所のスーパーコン

を対象とした広域の地震応答シミュレーションを行う

ピュータ「京」をはじめとする大規模計算機が国内のことで，地震による構造物の損傷程度を路線単位やラ研究機関や大学に整備され，大規模な解析を容易に行

ンプ間の区間単位で評価するものである。シミュレー

うことができる環境が整いつつある。阪神高速道路では，2014 年より，「京」を用いた基礎研究として，仮想＊ （一財）
阪神高速道路技術センター調査研究部調査研究第一課＊＊ （一財）阪神高速道路技術センター調査研究部調査研究第一課次長＊＊＊ 阪神高速道路㈱技術部技術推進室課長代理

高速道路と自動車

第 61 巻

の延長 20 ㎞ の連続高架橋を対象とした解析（図―１）や 1995 年兵庫県南部地震で被害を受けた東神戸大橋の損傷過程の再現解析を実施し，橋梁構造物の地震応
第 12 号2018 年 12 月

33

STEP3：構造物応答解析

図―１

延長約 20 ㎞ の仮想連続高架橋解析モデル

答シミュレーションの実現に向けて取り組んできた。
本稿では，広域道路ネットワークの地震被害シミュ
レーションの実務への実装に向けた検討の一例とし

STEP2：表層地盤応答解析

STEP1：深層地盤応答解析

図―２

地震応答シミュレーションの方法て，阪神高速道路湾岸線の約 55 ㎞ の区間を対象に，上町断層を震源域とする地震応答シミュレーションを手作業行い，地震発生後の走行性評価の可能性について検討

自動

座標情報 線形情報した事例について報告する。

線形はり要素（基本モデル）追加

COSMOSのデータベー
スから手作業で必要な情報を読みとるために時間とコストを要する。

１．地震応答シミュレーションの方法
広域道路ネットワークの地震応答シミュレーション
は，図―２に示すように STEP １：震源域から耐震
設計上の基盤面までの深層地盤応答解析，STEP ２：
耐震設計上の基盤面から地表面までの表層地盤応答解

自動断面情報 材料情報
追加

路線単位で数値情報を段階的に整理し，順次，解析モデルの高精度化を図る

ファイバー要素（詳細モデル）
自動板組情報 接合部情報

シェル・ソリッド要素（詳細モデル）

図―３ データベース COSMOS を用いたモデル化イメージ

析，STEP ３：構造物の基礎から上部構造までの構造物応答解析の３段階で実施する。ここで，耐震設計上は多大な時間と費用を要するため，既存のデジタルデーの基盤面とは，橋の耐震設計上振動するとみなす地盤

タベース（阪神高速地理空間情報システム COSMOS､の下に存在する十分堅固な地盤の上面を示す。各ス

図―３）を活用し，入力データ作成の効率化を図った。

テップの地震応答解析の結果を順次受け渡すことによ

また，表層地盤のモデル化（地盤定数），各橋脚のり，道路ネットワーク上の各構造物の応答や損傷を評

基礎ばねの算出にあたっては，関西圏地盤情報データ

価する。

ベースのボーリングデータに基づき設定した。

２． 解析モデルの構築における課題と対応⑵解析台帳の設計⑴ 既存データベースの活用

既存の橋梁に対して現在までに行われてきた耐震補

一般に，地震応答解析に用いる橋梁全体系解析モデ

強や補修工事に加え，今後の維持管理工事，路線延伸

ルは，竣工図面や設計計算書，ボーリングデータ等の等の将来の構造的変化による解析モデルの変更にも対情報を元にして，解析モデルに必要な上下部構造の節応する必要がある。そこで本研究では解析データ管理

点座標と剛性，支承条件，質量等の入力データを作成

用データベースの解析台帳を作成し，効率的な解析モする。本検討では，阪神高速道路全路線を対象として

デル構築を試みた。解析モデルはこの解析台帳によっ

おり，解析モデルを一般的な方法で構築していくことて自動的に作成され，今後の解析対象路線の拡大や解34

第 12 号高速道路と自動車

第 61 巻2018 年 12 月

析モデル高精度化によるモデル入れ替え，更新を一元的に管理できるよう構築した。

⒜拡大

⒜

天保山大橋

⒝

⑶段階的なモデル構築・精度向上

港大橋

広域道路ネットワークとして路線単位やランプ間の区間単位での損傷度を評価するためには，解析モデルの精度やシミュレーションの信頼性が求められる。こ

⒝拡大

図―４

構造解析モデル例（港大橋付近）

れらの課題を解決するため，本研究では阪神高速道路
全路線を幾つかの区間に分け，それぞれの路線で段階

港大橋

的に解析モデルの精度向上を目指すものとした。
以上の方法により，現段階では，阪神高速道路全線
約 260 ㎞（約 9000 基の橋脚）のうち，湾岸線約 55 ㎞
（約 1800 基の橋脚）の範囲のモデル化を行っている。
構築したモデルの例として，港大橋付近の構造物モデ⒜地震発生後５秒

ルの一例を示す（図―４）。
３．上町断層を想定した地震応答シミュレーション
阪神高速道路湾岸線約 55 ㎞ を対象とした地震応答
シミュレーションの結果を示す。本検討では，路線全体への影響が大きいと考えられる上町断層帯による内陸活断層型地震を対象地震とした。対象地震の震源域と震源断層パラメータは大阪府自然災害総合防災対策検討を基に設定した。なお，本稿に示す広域道路ネッ⒝地震発生後15秒

図―５ 加速度伝播状況および構造物の応答変位（×3000 倍）

トワークシミュレーションは現時点で研究段階にあり，今後解析モデルの広域化・高精度化とともに，解析結果の精度検証を行っていくものである。
⑴加速度の伝播状況と橋梁の応答変位
図―５，図―６に加速度の伝播状況と橋梁の応答変⒜地震発生後５秒

位の一例として，上町断層の破壊に伴う加速度の伝播
状況と構造物の応答変位を示す。なお，図―５，図―６では構造物の変形がわかりやすいように変形倍率を3000 倍と極端に大きくし示している。上町断層北部に設定した破壊開始点から南方向に地震動が伝播していき，地震動の伝播に伴い橋梁の応答変位が増大して⒝地震発生後15秒

いる状況が確認できる。

図―６
高速道路と自動車

第 61 巻第 12 号

構造物の応答変位（×3000 倍）

2018 年 12 月

35

⑵橋脚天端および基礎位置での最大応答加速度
橋脚天端と基礎の最大応答加速度の分布図（水平２
出路成分の自乗和平方根）を図―７に示す。今回の解析で最大応答加速度ＲＭＳ

（gal）
1500

は，最大応答加速度は南側でより大きな加速度となる傾向が見られる。特に大浜や泉大津付近で加速度が大
きく，橋脚天端の加速度が 1000gal 程度となっている

橋脚天端

入路

基礎

1000

500

0

ことがわかる。

0

5

図―７

10

15

20

25

距離

30

35

40

45

50

55
（㎞）

基礎および橋脚天端での最大加速度分布⑶伸縮継手部の段差量
伸縮継手部における段差量の分布を図―８に示す。
本検討では，支承の最大水平反力が耐力を超えている

出路

場合に支承が破壊すると判定し，伸縮継手部に発生す

（㎝）
100

る段差量については，対象支承の支承高さの１/ ２の80
段差量

段差が発生するものと仮定して算出した。図―８よ

40㎝以上

20～40㎝

5

15

入路

20㎝以下

60
40
20

り，今回の解析では支承が破壊に至る箇所が見られ，

00

支承高さの高い箇所では段差量が 40 ㎝ を超える箇所

10

20

25

30

35

40

45

50

距離

図―８

も多くなっていることがわかる。

55（㎞）

伸縮継手部の段差量

また，図―９に走行性判定結果を示す。本検討では，３ランク（a：通行不可，b：通行注意，c：被害

走行性ランク
a（40㎝～）なし）に分類し，支承高さに基づき走行性判定を試み

高さは段差量を示す
（㎝）
200
0

b（20～40㎝）

た結果，閾値の設定等に課題は残るものの地震発生後

c（～20㎝）の走行性評価ができる可能性を示した。
４．今後の展開
今後は，解析モデルの構築範囲を湾岸線から阪神高

大きな段差発生

段差ほとんどなし

速全路線の橋梁やトンネル構造物に展開していくとともに，地盤モデルの３次元化など，解析手法や解析モ

図―９

走行性判定結果

デルの精度レベルを向上させていく。また，2018 年
大阪府北部地震等において観測された地震データと地震応答シミュレーション結果の比較を行い，解析の精度検証を行う予定である。さらに，複数の震源モデルのパターンを用いたシミュレーションにより，区間単位での被害確率からネットワークレベルの危険度評価
を行う。

36

高速道路と自動車

参考文献〔１〕 岡 山 真 人， 後 昌 樹， 荒 川 貴 之：「 情 報 共 有 基 盤（COSMOS）のあり方と今後について」，『阪神高速道路第 48 回技術研究発表会論文集』，2016｡〔２〕 関西圏地盤情報ネットワーク：関西圏地盤情報デー
タベース。https://www.kg-net2005.jp/index/db01.html〔３〕 大阪府：大阪府地震被害想定調査（大阪府自然災
害総合防災対策検討（地震被害想定）報告書）。http://
www.pref.osaka.lg.jp/kikikanri/higaisoutei/，2007.

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