土木学会論文集A1（構造・地震工学）, Vol. 76, No. 4（地震工学論文集第39巻）, I_516-I_528, 2020.

広域道路ネットワークを対象とした地震被害
シミュレーションの精度検証と被災度評価
服部 匡洋 1・大石 秀雄 2・中村

真貴 3・馬越 一也 4・篠原 聖二 5

1 正会員

一般財団法人阪神高速道路技術センター 調査研究部（〒541-0054 大阪市中央区南本町 4-5-7）
E-mail: hattori_m@tech-center.or.jp

2 非会員

一般財団法人阪神高速道路技術センター 調査研究部（〒541-0054 大阪市中央区南本町 4-5-7）
E-mail: oishi@tech-center.or.jp
3 正会員

株式会社地震工学研究開発センター（〒810-0003 福岡市中央区春吉 3-21-19）
E-mail: nakamura@eerc.co.jp

4 正会員

株式会社地震工学研究開発センター（〒810-0003 福岡市中央区春吉 3-21-19）
E-mail: magoshi@eerc.co.jp

5 正会員

阪神高速道路株式会社 計画部（〒530-0005 大阪市北区中之島 3-2-4）
E-mail: masatsugu-shinohara@hanshin-exp.co.jp

阪神高速では，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のような様々な震源域を想定した広域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．本研究では，その地震応答シミュレーションの精度検証に向けた取り組みの一環として 1995 年阪神淡路大震災の再現を実施した．その結果，当時の被災度分布をある程度再現し，現段階のモデルでも一定の再現性を有することを確認した．
また，発生が懸念されるいくつかの内陸活断層型地震，海溝型地震を想定し，路線へ及ぼす影響を地震
応答シミュレーションにより評価することを試みた．これにより，路線全体に対する想定地震動ごとの構
造物の地震時挙動やそれによる地震時の被災度評価の分布を 3D マップ等により概観できることを示した．

Key Words: expressway network, seismic response analysis, 1995 Kobe earthquake

1.

はじめに

で評価するものである．広域道路ネットワークの地震応
答シミュレーションを実施することで，様々な震源域を阪神高速道路では，1995 年 1 月 17 日に発生した兵庫

想定した地震動に対し，予め路線単位または橋梁単位の

県南部地震により甚大な被害を受けて以降，橋梁の下部損傷状況を把握でき，耐震補強の優先度の高い部材や橋構造の耐震補強や上部構造の落橋防止対策等，構造物の梁，路線を抽出することができるとともに，地震直後に被害を最小に留めるよう対策を行うともに，災害時にも実施する緊急点検においても，地震応答シミュレーショ

関西圏のライフラインとして機能することを目指した防ンにより得られた被災度判定分布を踏まえ，重点的に着災・減災対策にも積極的に取り組んでいる．その取り組
みの 1 つとして，今後発生が予想される南海トラフ地震

目すべき路線，橋梁を明らかにできるなど，耐震対策やや都市直下型地震のような様々な震源域を想定した広域シミュレーションの結果に基づき，地震後にかけ違い部

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で生じる段差量を推定することで，土嚢や敷鉄板などの

研究

1)～3)

を進めている．これは，一般的な橋梁の設計に

緊急点検計画の合理化に役立てられる．また，地震応答

資機材配置の最適化に繋がると考えられる．

用いられる数径間程度の橋梁単位の地震応答解析ではな

このような背景から，著者らは，広域道路ネットワー

く，阪神高速道路全路線を対象とした広域の地震応答シ

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

ミュレーションを行うことで，地震による構造物の損傷検討の第一段階として，図-1 に示す通り阪神高速道路

程度を路線単位や出入口・ジャンクション間の区間単位

湾岸線の約 55 km の区間を対象に上町断層を震源域とす

I_516

土木学会論文集A1（構造・地震工学）, Vol. 76, No. 4（地震工学論文集第39巻）, I_516-I_528, 2020.

STEP3：構造物応答解析

STEP2：表層地盤応答解析

STEP1：深層地盤応答解析

図-1 阪神高速湾岸線 55km を対象とした地震被害
シミュレーション(赤線：構造物の応答変位)

図-2 地震被害シミュレーションの方法
表-1 各ステップの解析手法及び解析モデル(a) 解析手法

る地震応答シミュレーションを行い，地震発生後の橋脚の耐荷力評価，支承部の段差量に基づいた走行性評価の

構造物
応答解析

各基礎位置へそれぞれの波形を入力する地動解析

表層地盤
応答解析

逐次非線形解析（YUSAYUSA 等）
・ 大ひずみでも適用可能（ただし，全応力解析では液状化は考慮できない）
・ 周波数特性の考慮が複雑

深層地盤
応答解析

統計的グリーン関数法
・ 短周期成分の計算が容易
・ 長周期成分が考慮できない

2)

可能性を示した ．一方で，橋脚の被災度判定には軸方
向鉄筋ひずみを，支承部の段差量推定には支承耐力を閾値として判定を行っているが，レベル 2 地震動を設計地
震動として鋼板巻立て補強や支承取替などの耐震補強が実施されている区間であるにも関わらず，一部ではレベ
ル 2 地震動よりも小さな入力地震動で橋脚や支承に損傷が生じる結果となるなど，耐震補強設計で想定する損傷(b) 解析モデル

程度と乖離が見られたことから，シミュレーションにお上部構造

ける閾値の設定等に課題を残していた．本研究と同様に，

線形はりモデル

ネットワーク構造物を対象にした地震被害シミュレーシ

支承

鋼製支承：固定・可動の支持条件
分散ゴム，免震支承：グルーピングした等価剛性

ョンに関する研究は各地で進められているが 4),5)，地盤

橋脚

ファイバーモデル（グルーピング）

も含めた解析モデルの構築に費用・期間を要すること，

基礎ばね

解析規模が大きく大規模な計算資源が必要であること，

S-Rモデル

基礎-地盤系 直近のボーリング位置と同じ値をそのまま使う

耐震補強が進み構造物の耐力が向上したことに伴い構造物に大きな損傷が生じるのが稀であることなどの理由から，震源から構造物までの一連の地震被害シミュレーシ

及ぼす影響を地震応答シミュレーションにより評価する

ョンの精度について検証された事例は数少ないのが実状ことを試みた．

である．
そこで，本稿では広域道路ネットワークの地震応答シ
ミュレーションの精度検証に向けた取り組み 6)~10)の一環

2. 地震被害シミュレーションの方法

として，1995 年兵庫県南部地震の地震動の作成及び構
造物応答解析を実施し，兵庫県南部地震における構造物

広域道路ネットワークの地震応答シミュレーションは，被害の再現を試みた．兵庫県南部地震の再現にあたって

図-2 に示す通り，STEP 1：震源域から工学的基盤までのは，より広域の地震応答シミュレーションが実施可能となるように湾岸線に加え，神戸線，東大阪線，大阪港線

深層地盤応答解析，STEP 2：工学的基盤から地表面までの表層地盤応答解析，STEP 3：構造物の基礎から上部構のモデルの広域化を図った．また，阪神高速では兵庫県

造までの構造物応答解析の 3 段階で実施する．それぞれ

南部地震以降 RC 橋脚の鋼板巻立て補強をはじめとするの地震応答解析において，順次，解析結果を受け渡すこ

耐震補強が実施されている．このような耐震補強を考慮とにより，道路ネットワーク上の各構造物の応答や損傷した構造，すなわち現況の構造に対し兵庫県南部地震のを評価する．各 STEP における解析手法や解析モデルの地震動を作用させたときの下部構造の被災度の低減効果

構築方法については複数の方法が考えられ，その方法毎に関する検証を行った．さらに，発生が懸念されるいくに精度のレベルが異なる．今後順次解析手法や解析モデ

つかの内陸活断層型地震，海溝型地震を想定し，路線へ

ルの精度レベルを向上させていく．

I_517

土木学会論文集A1（構造・地震工学）, Vol. 76, No. 4（地震工学論文集第39巻）, I_516-I_528, 2020.

3.

解析モデルの構築を示す．計算には統計的グリーン関数法を用いた．また，現段階の解析手法及び解析モデルを表-1 に示す．

解析領域は各 SMGA 破壊点を中心に 400km×400km を100m メッシュで設定した．

(1) 深層地盤応答解析モデル
1995 年兵庫県南部地震の再現にあたり，図-3，図-4 に(2) 表層地盤応答解析モデル
STEP2 の表層地盤応答解析には，地震応答解析プログ

示す深層地盤応答解析は野津の再現解析 11)で用いた山田の特性化震源モデル(神戸側部分)12)を用いた．なお，公ラム YUSAYUSA14)を使用した．ここでは一次元の全応開資料に示されていないパラメータについては，地震調査研究推進本部地震調査委員会(2016)が規定した「震源いない．表層地盤のモデル化にあたっては，関西圏地盤

断層を特性した地震の強震度予測手法（「レシピ」）修数を設定した．ボーリングデータについては，必ずしも正版」13)に準拠して決定した．表-2 にパラメータの詳細

橋脚位置ごとに存在していない．既存のボーリングデー

力解析を実施しており，表層地盤の液状化は考慮して情報データベースのボーリングデータ 15)に基づき地盤定タが存在しない橋脚位置の表層地盤のモデル化や基礎ばねの設定方法については，桐生ら 16)の比較検討の結果をもとに，「最近法」を適用した．また，図-5 に示す表
層地盤の非線形特性は，関西圏地盤情報データベースの三軸試験結果に基づき，沖積層(As，Ac)と洪積層(Ds，Dc)の 4 種類の双曲線モデルを設定した 2)．

(3) 構造物応答解析モデル
STEP3 の構造物応答解析には，地震応答解析プログラ

図-3 兵庫県南部地震震源モデル

図-4 想定する破壊開始点及びアスペリティ(参考文献 11) 図-8 より引用)
表-2 震源モデルの詳細パラメータ
震源モデルの詳細パラメータ(野津(2007))
断層名

アスペリティ1 アスペリティ2 アスペリティ4
34.6167

34.635673

34.688183

135.0294

135.059231

135.188025

平均走行角 θ(°)

N53

N53E

N233E

平均傾斜角 δ(°)

90

90

85

平均すべり角 λ(°)

0

0

0

断層長 L (km)

4.8

8

12.8

断層幅 W (km)

4.8

6.4

8

断層面積 S (km2)

23

51

102

南西端位置

断層上端深さ Z0 (km)

3

3

3

地震モーメント (N・m)

3.4E+17

1.3E+18

2.3E+18

マグニチュード Mw

5.6

6

6.2

図-5 設定した表層地盤の非線形特性

平均すべり量 (m)

0.4

0.7

0.7

(G/G0-γ 曲線及び h-γ 曲線)

I_518

土木学会論文集A1（構造・地震工学）, Vol. 76, No. 4（地震工学論文集第39巻）, I_516-I_528, 2020.

ム SeanFEM17),18)を使用した．図-6 に解析モデルの一例を， 13 の断面グループ(橋脚 12 種+橋台 1 種)から鋼製橋脚は
図-7 にモデル構築範囲を示す．これまでは湾岸線の構充填コンクリートを，RC 橋脚は補強巻立て部分を削除

造物モデルのみ構築していたが，本年度は路線を拡大し， してモデル化した．また，図-8 に示す通り，倒壊した
神戸線，北神戸線，大阪港線，東大阪線の構造物モデル

ピルツ式橋脚の区間については，図面を基に被災当時のの作成を行った．これにより，阪神高速道路全線の総延精緻なファイバー断面を作成し，モデルに組み込むこと

長 250km に対し約 60％のモデル構築が完了したことにとした．

なる．最終的には全路線 250km の構造物モデルを構築を目指す．
構造物応答解析では下部構造の橋脚材種，寸法に応じて表-3 に示す 13 の断面グループに分類し，各グループ

過年度構築済み範囲(湾岸線)
本年度構築済み範囲(神戸線,北神戸線,大阪港線,東大阪線)
次年度構築予定範囲(上記以外の路線)の代表断面をファイバー要素に割り当てモデル化している．兵庫県南部地震の再現を実施するにあたっては，兵庫県南部地震当時の実構造物に近い断面とするため，(a) 阿波座カーブ付近

図-7 阪神高速道路全路線とモデル構築範囲(b) 天保山 JCT 付近
図-6 構造物モデルの一例(a) 震災前断面(b) 復旧後断面
図-8 被災したピルツ橋脚と現況構造

表-3 橋脚断面グルーピング
断面

材質

形状

グループ1
グループ2

鋼材

円形

グループ5

－
2m

グループ6

3m

グループ7

矩形

4m

ファイバー
断面

5m

コンクリート

グループ96m

グループ103m
円形

グループ12
グループ13

4m
5m

グループ4

グループ11

モデル化

3m
矩形

グループ3

グループ8

橋脚幅

4m
6m

橋台

図-9 兵庫県南部地震再現での基盤波最大加速度

線形はり

I_519

土木学会論文集A1（構造・地震工学）, Vol. 76, No. 4（地震工学論文集第39巻）, I_516-I_528, 2020.

4.

兵庫県南部地震の再現シミュレーション

西側で最大 600gal 程度の地表面波が生じる箇所が複数あった．

兵庫県南部地震の再現シミュレーション結果について

図-12 には，兵庫県南部地震発生時の観測記録と地震以降に示す．なお，本稿に示す広域道路ネットワークシ

応答シミュレーションによる再現解析より得られた地表

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

面加速度の比較を示す．ここで，観測記録には港湾地域
強震観測 19)の神戸事-S 観測局で計測された観測記録を用行っていくものである．

い，再現解析により得られた神戸事-S 観測局に近接す
る橋脚位置での地表面加速度を比較した．兵庫県南部地(1)

図-9 に再現解析より得られた基盤波の最大加速度分

深層地盤応答解析

震では複数の観測点で観測記録が得られているが，神戸事-S 観測局と再現解析における地表面加速度の抽出箇布を示す．兵庫県南部地震の震源域に近い神戸線や湾岸所は約 330m と阪神高速道路神戸線に最も近い観測点で線近傍で最大加速度が発生していることが確認される．

あり，地盤条件に大きな差異がない．また，観測された
地表面加速度波形から，本シミュレーションの中で現段(2) 表層地盤応答解析

階では評価できない液状化の影響が小さいと考えられた

図-10 に各橋脚位置における地表面波の最大加速度分ことから，本観測点を選定した．図-13 には観測記録と布を，図-11 には路線毎の基盤波及び地表面波分布を示

再現解析より得られた地表面加速度の加速度応答スペク

す．神戸線では全域に渡り大きな地表面加速度が発生しトルを示す．図-13 より，観測記録のうち，NS 成分およており，構造物の被災状況を踏まえた兵庫県南部地震のび EW 成分では周期 1.5 秒程度で卓越が見られる．再現

全体的な特徴は捉えられた．生田川ランプ付近，摩耶ランプ～魚崎ランプでは 1000gal を超えるような大きな地

解析では周期 0.2 秒前後での卓越があるものの，観測記録と同様に周期 1.5 秒程度での卓越が見られた．阪神高

表面加速度が生じた．また，湾岸線でも中島ランプより

速道路のほとんどの橋梁構造物の周期は 0.2 秒よりも長基盤波（並進 RSS）

地表面波（並進 RSS）

※高さは最大加速度を表す※高さは最大加速度を表す

路線名

路線名

湾岸線
神戸線
大阪港・東大阪線

最大加速度(gal)
1000
500
0

湾岸線
神戸線
大阪港・東大阪線(a) 基盤波(b) 地表面波
図-10 橋脚位置における地表面波の最大加速度分布
湾岸線

神⼾線
若
宮

湊
川

柳
原

京
橋

生
田
川

魚
崎

摩
耶

深
江

芦 西
屋 宮
西

西
宮
Ｉ
Ｃ

武
庫
川

尼
崎
西

尼
崎
東

大 姫 海
和 島 老
田
江

2,000

東

1,000

最大加速度 (gal)

並進RSS

西 甲
宮 子
浜 園
浜

鳴
尾
浜

尼尼 中
崎崎 島
末東
広海
岸

北
港
Ｊ
Ｃ
Ｔ

天
保
山
Ｊ
Ｃ
Ｔ

南
港
北

南 南
港 港
中 南

三
宝
Ｊ
Ｃ
Ｔ

大 出 石
浜 島 津

浜 高
寺 石

助
松
・
助
松
Ｊ
Ｃ
Ｔ

泉
大
津

岸
和
田
北

岸
和
田
南

貝
塚

泉
佐
野
北

泉 り
佐 ん
野 く
南 う
Ｊ
Ｃ
Ｔ

南

並進RSS

0

0

最大加速度 (gal)

2,000

西

六 魚住 深 南
甲 崎吉 江 芦ア 浜浜 浜 屋
イ
浜
ラ
ン
ド
北 北

中西
之長
島堀
西大

1,000

月
見
山

最大加速度(gal)
1000
500
0

0

5
基盤波

10

15

20

地表面波

25

30

35

40
距離 (km)

0

10
基盤波

20

30

(a) 神戸線(b) 湾岸線

図-11 橋脚位置における地表面波の最大加速度分布

I_520

40

50
距離 (km)

地表面波

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1000

NS

500

加速度(gal)

加速度(gal)

1000

0
-500

NS

500
0
-500
-1000

-1000
0

10

20

30

0

40

10

20

1000

EW

500

加速度(gal)

加速度(gal)

1000

0
-500

40

30

40

30

40

EW

500
0
-500
-1000

-1000
0

10

20

30

0

40

10

20

Time (s)Time (s)
1000

1000

UD

500

加速度(gal)

加速度(gal)30

Time (s)Time (s)

0
-500

UD

500
0
-500
-1000

-1000
0

10

20

30

0

40

10

20

Time (s)Time (s)(a) 観測記録(b) 再現解析
図-12 神戸事-S での観測記録と再現解析の地表面加速度の比較

1000

1000

応答スペクトル (gal)10000

応答スペクトル (gal)

10000

100
10

NS
NS
EW
EW
UD
UD

1

100
10

NS
NS
EW
EW

1

UD

UD

タイプII-III種地盤タイプII-III種地盤タイプ
Ⅱ- Ⅲ種地盤タイプⅡ-Ⅲ種地盤

0.1

0.1
0.1

1

周期 (s)

10

0.1

1

周期 (s)

10(a) 観測記録(b) 再現解析
図-13 神戸事-S での観測記録と再現解析の地表面加速度の比較

いことから 20)，構造物応答に影響を与える周期帯では表(3) 構造物応答解析

層地盤の地震時の周期特性を比較的再現することができ

図-14 に神戸線における下部構造の被災度分布の比較たといえる．しかし，図-13 に示すように，観測記録のNS 成分および EW 成分では，観測地点に地震動が到達を示す．ここで，被害調査結果は 1995 年兵庫県南部地してから 5 秒程度主要動が継続するが，再現解析では主要動が 15 秒程度継続しており，再現解析は観測記録に検討では，被災再現解析では表-422)及び表-5 に示す判定

震直後に外観損傷から判定区分された結果を示す 21)．本
方針に基づき被災度判定を行う．

比べ地震動の継続時間を長く評価する結果となった．地

ここで，耐荷力の被災度評価は As から D までの 4 つ

震動の継続時間は深層地盤応答解析における震源モデルのランクを設ける．外観損傷に対応するように設定したのパラメータ設定に起因すると考えられ，地震動の更な最大ひずみ，最大せん断力を閾値として，地震応答解析

る精度向上のため，異なるパラメータを設定した深層地盤応答解析を実施するなど，引き続き検討を進める予定で得られた最大応答ひずみ，最大せん断力によりランクを付ける．また，走行性の被災度評価は a から c までのである．

3 つのランクを設け(a：通行不可，b：通行注意，c：被I_521

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神⼾線
月
見
山

若
宮

湊
川

柳
原

京
橋

生
田
川

摩
耶

魚
崎

深
江

芦 西
屋 宮
西

西
宮
Ｉ
Ｃ

武
庫
川

尼
崎
西

尼
崎
東

大 姫 海
和 島 老
田
江

中西
之長
島堀
西大

西

東

耐荷力ランク判定(被害調査結果)

被害調査結果
As
A
B
C
D

ピルツ区間

18

18.5

19

19.5

20

20.5

21

21.5

耐荷力ランク判定(解析結果)

被災再現解析

22

距離 (km)

ピルツ区間
As
A
B
C
D
18

18.5

ランク
As
A

耐荷力

B
C

被災度

定義

As

落橋

落橋した場合耐荷力の低下に著しい影響のある損傷を生じてお大被害
り，落橋など致命的な被害の可能性がある場合耐荷力の低下に影響のある損傷であるが，余震・活中被害 荷重などによる被害の進行がなければ，当面の利用が可能な場合小被害 短期間には耐荷力低下に影響のない場合

AB

a 通行不可 走行できない場合
b 通行注意 異常は認められるが，走行できる場合
c

復旧性

20

20.5

21

21.5

22

表-5 地震被害シミュレーションでの被災度判定の方針(耐荷力)

D 被害なし 耐荷力に関して特に異常が認められない場合
走行性

19.5

図-15 ピルツ区間周辺における被災度分布の比較

表-4 被災度判定
被災度
判定区分

19

距離 (km)

図-14 神戸線における被災度分布の比較

被害なし 走行性に関して特に異常が認められない場合
残留変形が大きく，下部構造の撤去・再構築も含め
残留変形α
た本復旧の検討が望ましい．例えば橋脚の残留傾斜
大としては1/100(rad)程度が目安となる
残留変形 補修・補強による本復旧が可能な残留変位に収まっ
β
小
ている

C

D

定義

評価方針

応答（解析）

倒壊したもの－－損傷変形が著しく大きなもの
軸方向鉄筋が破断す
きれつ，座屈，鉄筋の破断等
軸方向鉄筋引張ひず
るかどうかの損傷，または変形が大きな
み最大値
柱がせん断耐力を超
もの
せん断力最大値
えるかどうか鋼材の座屈や部材の変形が部分的に見られるもの
軸方向鉄筋がはらみ 軸方向鉄筋引張ひず
鉄筋の一部の破断やはらみ 出すかどうか
み最大値
出しおよび部分的なかぶりコ かぶりコンクリートが かぶりCon.圧縮ひずンクリートの剥離やきれつが 剥落するかどうか
み最大値
みられるもの鋼材の座屈や変形が局部的
軸方向鉄筋がはらみ 軸方向鉄筋引張ひず
かる軽微なもの
出すかどうかみ最大値
ひび割れの発生や局所的なかぶりコンクリートが かぶりCon.圧縮ひず
かぶりコンクリートの剥離が剥落するかどうか
み最大値
みられるもの損傷がないか，あっても耐荷 軸方向鉄筋が許容ひ軸方向鉄筋引張ひず力に影響のないきわめて軽 ずみを満足するかどう
み最大値
微なもの
か

害なし)，伸縮継手部に発生する段差量によりランクをた．本検討は巨大地震時における構造物の被害推定を目付ける．段差量が 40cm より大きい場合は a，20～40cm
は b，20cm 未満は c とした．伸縮継手部に発生する段差

的としており，ここでは兵庫県南部地震が発生した際に量については，支承タイプ毎に水平耐力を設定し，耐力壊に相当する As 判定が生じるかを確認する．図-15 にに達する場合に支承が破壊すると判定し，対象支承の支

ピルツ区間周辺における下部構造の被災度分布の比較を

実際に倒壊が生じた区間において，被災再現解析でも倒承高さの 1/2 の段差が発生するものと仮定して算出した． 示す．ピルツ区間は兵庫県南部地震で倒壊したことから，支承タイプ毎の水平耐力は既往の水平耐荷力実験の結被害調査では As 判定に区分されている．再現解析結果
果 23),24)より設定することとし，実験結果の平均値を鋼製における同一区間に着目すると，全区間ではないものの支承，ゴム支承の水平耐力とした．鋼製支承の水平耐力
は 1.54Rd，ゴム支承の水平耐力は 1.0Rd とした(Rd：死荷As 判定に区分されることから，下部構造の耐荷力判定重反力)．さらに，復旧性の被災度評価は α，β の 2 つのランクを設け，残留変位によりランクを付ける．残留変

また，図-16 には神戸線における支承の被災度分布を示す．本検討では，4 ランク(A:大被害，B:中被害，C:小位算出は代表橋脚のプッシュオーバー解析から算出した

被害, D:被害なし)に分類した．ここでは，便宜上支承の降伏変位を用いて行うこととする．ここでは，橋脚と支水平耐力の 2 倍以上の水平力が生じる場合を A，1～2 倍

承の耐荷力に着目し精度検証を行う．

程度の水平力が生じる場合を B，1～0.5 倍程度の水平力

図-14 に示した被害調査結果および再現解析結果のうち，兵庫県南部地震で倒壊したピルツ橋脚区間に着目しについては一定の再現性があることを確認した．

が生じる場合を C，0.5 倍以下の水平力が生じる場合をD と判定することとした．図-16 より，被害調査結果でI_522

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表-6 被災度判定と閾値の設定(耐荷力)(a)
被災度 定義(b) 鋼製橋脚

RC 橋脚

道示との対応 評価方針

応答
（解析）

抵抗
（計算）

－

－

被災度 定義As

倒壊したもの終局を超える －損傷変形が著しく大きなもの

A

軸 方向鉄 筋が破 軸方向 鉄筋 引 張 H24道示I断するかどうか ひずみ最大値
表-解3.1.4伸び
き れ つ、座屈 、鉄 筋 の 破断
終 局を超 えな等の損傷、または変形が大い
きなもの柱 がせん断 耐力
H24道示V
せん断力最大値を超えるかどうか
式（10.5.1）

B

鋼材の座屈や部材の変形が
軸 方向鉄 筋がは
部分的にみられるもの
軸方向 鉄筋 引 張
らみ出すかどうか
H24道示V
鉄筋の一部の破断やはらみ 耐 震性能 IIIをひずみ最大値か ぶりコ ンクリー式(10.4.10)
だしおよび部分的なかぶりコ 満足するか ぶ り Con. 圧 縮
トが剥落するかど式(10.4.6)
ンクリートの剥離やきれつがひずみ最大値うか
みられるものC

鋼材の座屈や変形が局部的
軸 方向鉄 筋がは
軸方向 鉄筋 引 張
かつ軽微なもの
らみ出すかどうか
H24道示V
耐 震 性 能 II を
ひずみ最大値
ひびわれの発生や局所的なか ぶりコ ンクリー式(10.4.9)
満足する
か ぶ り Con. 圧 縮
かぶりコンクリートの剥離がトが剥落するかど式(10.4.6)
ひずみ最大値
みられるものうかD

損傷がないか、あっても耐荷
軸 方向鉄 筋が許耐震性能Iを
軸方向 鉄筋 引 張 H24道示IV力に影響 のないき わめて軽容 ひ ず み を満 足満足する
ひずみ最大値
表-4.3.1
微なもの
するかどうか道示との対応 評価方針

応答
（解析）

抵抗
（計算）

－

－

As

倒壊したもの耐震性能 III を－
損傷変形が著しく大きなもの 大きく超えるA

き れつ、座屈、 鉄 筋の 破断
復旧仕様
耐震性能 III を 鋼 板 が 座 屈 す る 鋼 板 圧 縮ひ ずみ
等の損傷、ま たは変形がお圧縮ひずみ20εy
超える
かどうか
最大値
おきなもの
引張ひずみ5％B

鋼材の座屈や部材の変形が部分的にみられるもの
H24道示V
鉄筋の一部の破断やはらみ 耐 震 性 能 II を 鋼 板 が 座 屈 す る 鋼 板 圧 縮ひ ずみ
矩形式(11.4.14)
だしおよび部分的なかぶりコ 満足するかどうか最大値
円形式(11.4.15)
ンクリートの剥離やきれつがみられるものC

鋼材の座屈や変形が局部的かつ軽微なもの（耐震性能Iを鋼 板 が 降 伏 す る 鋼板圧縮・引張ひ
ひびわれの発生や局所的な 超えるが降伏
鋼板降伏ひずみかどうか
ずみ最大値
かぶりコンクリートの剥離が 範囲内）
みられるものD損傷がないか、あっても耐荷鋼板が 許容 ひず
耐震性能Iを
鋼板圧縮・引張ひ 鋼板降 伏ひ ずみ
力に影響のないきわめて軽みを満足するか
満足する
ずみ最大値
/1.7
微なもの
どうか

被害調査結果

神戸線

96
72

As

1
80

A

神戸線

135

A

(下部構造)

160

B

215

2

B

95
185

C

被災再現解析

(支承)

147

173

225
245

C

291

D

566

D

236

398
0

図-16 神戸線における被災度分布の比較(支承)

200

400

解析結果

被害調査結果

600

0

100

200

解析結果

被害調査結果300

図-17 被災度判定評価結果(基数分布)

は，神戸線全域に渡って A 判定が生じているが，東側
では A 判定が生じず被害が小さい傾向が見られる．被結果に比べ少なく評価される結果となった．また，B 判

災再現解析でも神戸線の東側ではそれほど支承の被害が生じていないことから，被災再現解析によりその傾向をとおり，本検討では，RC 橋脚の曲げによる損傷については As から D まで判定できるよう各段階に閾値を設け捉えられていると考えられる．

ているのに対し，せん断による損傷については，せん断定についても同様の傾向である．これは，表-6 に示す

図-17 には神戸線の全区間の下部構造および支承を対力がせん断耐力を上回る橋脚のみ As 判定とし，D から象とし被災度判定を行ったときの各判定区分に分類されA 判定を区分する閾値を設けていないことが原因の 1 つた下部構造の基数を示している．As 判定された橋脚基数は，被害調査では 72 基であったのに対し，被災再現と考えられる．このため，せん断による損傷の閾値の設解析では 96 基と被災再現解析が被害調査に比べわずかに多く評価されるが比較的対応した．一方で，A 判定さ

また，支承についても被害調査と被災再現解析の各判定に区分される基数の分布が一定の精度で整合することれた橋脚基数は，被害調査では 80 基であるのに対し，を確認した．

定については今後見直していく余地があると考えている．

被災再現解析では 1 基であり，被災再現解析が被害調査

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(a) 耐震補強前(b) 耐震補強後図-18 神戸線における被災度分布の比較(下部構造)

表-7 解析ケース一覧
解析ケース
No.1
No.2
No.3
No.4
No.5

対象地震動
1995年兵庫県南部地震再現
上町断層帯地震（北側ケース）
上町断層帯地震（南側ケース）
有馬－高槻断層帯地震南海トラフ地震

有馬－高槻断層帯

実施
本検討
過年度
本検討
本検討
過年度

S1
S2
S1

神戸線

AS4

大阪港・
東大阪線

S2

5.

耐震補強効果の検証(1)

構造物のモデル化

AS1

AS2

S4

1995 年兵庫県南部地震再現

S5
S3

湾岸線

阪神高速では兵庫県南部地震以降，様々な耐震補強を実施しているが，今回の検討ではその耐震補強のうち下上町断層帯部構造の耐震補強に着目し，RC 橋脚に対する鋼板巻立て補強，鋼製橋脚に対する鋼板巻立て補強を考慮した構造，すなわち現況の構造に対し兵庫県南部地震の地震動

図-19 内陸直下型地震の震源域分布を作用させた．
(2)

耐震補強効果の確認

図-18 に耐震補強前後の耐荷力被災度判定の比較を示
す．耐震補強前では神戸線を中心に多くの As 判定が生じているのに対し，耐震補強後では As 判定される下部S2T2

構造はほとんどなく，ほぼ全ての下部構造が C 判定ま
たは D 判定の軽微な損傷に留まる結果となり，耐震補T3N3強による被災度の低減効果が確認された．ここで，神戸線において As 判定された橋脚は，橋脚に生じる最大せH1ん断力が最大せん断耐力を上回り，せん断破壊と判定さH2れたものである．ランプが接続するなど，幅員が部分的

N2

S1
T1

T4
N1

N4

図-20 南海トラフ地震の震源域分布に拡がる箇所では，地震時の上部構造慣性力が増大する
ため，標準的な RC 橋脚に比べ鉄筋を密に配置させる場

ると予想される．今後は各橋脚をそれぞれ精緻にモデル合があり，表-3 に示す標準的な橋脚を想定して作成し化するなど，橋脚のモデル化の高精度化を図る予定であたグルーピング断面を適用すると耐荷力を小さく評価す

る．

I_524

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6. 様々な震源域を想定した地震応答シミュレー
ションによる被災度評価に設定した．なお，公開資料に示されていないパラメー
タについては，地震調査研究推進本部地震調査委員会が規定した「震源断層を特性した地震の強震度予測手法(1) 想定地震動（「レシピ」）修正版」に準拠して決定した．また，地表-7 に本検討で想定する地震動の一覧を示す．過年
2)

度検討 では，路線全体への影響が大きいと考えられる震基盤から工学的基盤までの深部情報は，2017 年版の JSHIS 情報 30)を用いて，深部地盤モデルを構築している．

る海溝型地震を想定地震動としている．本検討では過年

解析領域は各 SMGA 破壊点を中心に，南海トラフは500km × 500km ，上町断層帯と有馬－高槻断層帯は度実施した 2 つの地震動に加え，上記の 1995 年兵庫県

400km×400km を 100m メッシュで設定した．

上町断層帯による内陸活断層型地震と，南海トラフによ南部地震の再現地震動，破壊パターンが異なる上町断層
帯地震，有馬－高槻断層帯による内陸活断層型地震の計(2) 地震被害シミュレーション結果

5 ケースの地震動と対象とした．ここで，過年度検討で

地震応答解析結果をもとに各橋脚に対して，表-4 に想定した上町断層帯は断層の北側から破壊が始まるケー

示す耐荷力，走行性，復旧性の項目について被災度判定スであったため，本検討では断層の南側から破壊が始まを行い，その各項目についてマッピングを行った．

るケースを追加した．以下，北側から破壊が始まるケー

図-21 に耐荷力ランク，図-22 に走行性ランク，図-23

スを北側ケース，南側から破壊が始まるケースを南側ケに復旧性ランクの三次元分布を図示する．各被災度ランースと称す．

クを俯瞰すると，1995 年兵庫県南部地震再現や有馬－

図-19 に上町断層帯，有馬－高槻断層帯，1995 年兵庫高槻断層は被災度が高い箇所が，湾岸線北側や神戸線な

県南部地震再現の震源域分布を，図-20 に南海トラフ地

どの北西部に集中している．一方，上町断層帯の北側ケ震の震源域の分布を示す．深層地盤応答解析は，広帯域

ースと南側ケースでは，耐荷力ランクや走行性ランクのハイブリッド法

25)~27)により計算を行う．広帯域ハイブリ

被災度の高い箇所が解析対象範囲の全体に分布している

ッド法では，工学的基盤波の長周期成分を剛性マトリッ

ことがわかる．さらに復旧性ランクでは南側ケースでは

25)

26)

クス法 ，短周期成分を統計的グリーン関数法 によっ

湾岸線南側と大阪港・東大阪線東側の一部に被災度が高て求め，マッチングフィルター処理により波形合成を行い箇所が見られるのに対し，北側ケースでは湾岸線全体，う．対象地震の震源域と震源断層パラメータは，上町断

神戸線東側，大阪港・東大阪線全体に被災度が高い箇所

層帯と有馬-高槻断層帯は大阪府自然災害総合防災対策が分布している．南海トラフ地震の被災度は他の内陸活検討 28)を基に，南海トラフ地震は内閣府南海トラフの巨断層型地震と比較して小さい．

29)

大地震モデル検討会の公表データ（陸側ケース） を基

以上のように，本検討で実施した地震応答シミュレー

兵庫県南部地震再現

上町断層帯(北側ケース)

有馬-高槻断層帯

南海トラフ*湾岸線のみ図-21 被災度分布の比較(耐荷力)I_525

上町断層帯(南側ケース)

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兵庫県南部地震再現

上町断層帯(南側ケース)

上町断層帯(北側ケース)※高さは段差量を表す

南海トラフ
有馬-高槻断層帯*湾岸線のみ図-22 被災度分布の比較(走行性)上町断層帯(北側ケース)

兵庫県南部地震再現

上町断層帯(南側ケース)
δR/δRa1※残留変位 δRと許容残留変位 δRaの比率が 1 以上のとき復旧性ランクを α とし，1 未満の時は β とする．
南海トラフ
有馬-高槻断層帯*湾岸線のみ図-23 被災度分布の比較(復旧性)

ションでは，対象となる広域道路ネットワーク全体の地震時挙動や地震による被災度を 3D マップ等に表示するションを実施し，橋脚の被災度評価を試みた．本検討にことで俯瞰的に見ることができる．

・構造物に作用する地震動の継続時間の再現性には課題より得られた知見を以下にまとめる．
が残るが，構造物応答に影響を与える周期帯の周期特性については概ね再現した．また，下部構造および支7. まとめ

承の被災度評価について，一定の再現性を確認することができた．

広域道路ネットワークの地震応答シミュレーションに・兵庫県南部地震の地震動を耐震補強前後のそれぞれのより兵庫県南部地震の再現解析を行い，精度検証を行う

構造に対し作用させた構造物応答解析を実施し，耐震とともに，様々な震源域を想定した地震被害シミュレー

補強による下部構造の被災度の低減効果について確認

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土木学会論文集A1（構造・地震工学）, Vol. 76, No. 4（地震工学論文集第39巻）, I_516-I_528, 2020.

した．
・異なる震源断層や断層破壊のパターンが違う地震動に対して俯瞰的に評価できるという，広域道路ネットワークの全体解析をメリットを示唆できた．
今後さらに高い精度で再現するためには，解析モデル
精度，被災度判定方法，地震動のそれぞれの再現性を高めていく必要がある．まずは，地震動の再現性向上を目的とし，統計的グリーン関数法と剛性行列法を剛性させたハイブリッド法を用いるとともに，震源モデルの異なるパラメータを用いた地震動作成を行う予定である．
謝辞：本研究は，阪神高速道路株式会社と株式会社地震工学研究開発センターとの「巨大地震発生時における阪神高速道路の全体系応答シミュレーションに関する共同研究」の成果の一部であり，国立研究開発法人理化学研究所のスーパーコンピューター「京」を利用して得られたものである(課題番号 hp170089)．ここに記して関係各位に謝意を表する．
参考文献
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聖二：10 径間連続 PC 箱桁橋における 2018 年大阪
府北部地震の地震観測記録と応答特性の評価，第 38回地震工学研究発表会，2018.
馬越一也，中村真貴，服部匡洋，大石秀雄，篠原聖
二：長大斜張橋における 2018 年大阪府北部地震の

I_527

地震観測記録と応答特性の評価，第 38 回地震工学
研究発表会，2018.
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REPRODUCTION SIMULATION AND DAMAGE PREDICTIONBY EARTHQUAKE DAMAGE SIMULATIONS IN EXPRESSWAY NETWORK
Masahiro HATTORI, Hideo OHISHI, Masaki NAKAMURA,
Kazuya MAGOSHI and Masatsugu SHINOHARA
Earthquake damage simulations in expressway network targeted major earthquakes in the future has
been researched in Hanshin Expressway. This simulation target all Hanshin Expressway route. So, it canevaluate the bridge damage conditions in route units or span units. If damaged piers can be predicted by
the earthquake damage simulation, it is possible to clarify the piers where we should conduct the seismic
reinforcement. In addition, if amount of step displacement on the road surface can be predicted, it is possible to clarify the places where we should prepare equipment to eliminate the steps.
In this study, 1995 Kobe earthquake was tried to reproduce by using this earthquake damage simulation
to verify this simulation accuracy. As a result, the damage dispersion of the actual structures at 1995 Kobe earthquake and this reproduction simulation were coincided. Therefore, this simulation was confirmed
the accuracy.
In addition, earthquake damage simulations targeted various epicenter were conducted, such as Nankai.Trough earthquake and Uemachi earthquake. It was clarified that this simulation system is possible toevaluate pier damages and the amount of step displacement before earthquakes.

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