阪神高速道路第 51 回技術研究発表会論文集

広域道路ネットワークの地震被害シミュレーシ
ョンの精度検証に関する検討服部匡洋1・大石秀雄2・篠原聖二3
1(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
2 (一財)阪神高速道路技術センター調査研究部
3 技術部技術推進室

要約
阪神高速では災害時にも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災・減災対策にも積極的に取り組んでおり，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．本年度は昨年度モデル化した湾岸線に加え，神戸線，東大阪線，大阪港線をモデル化を行い，より広域の地震応答シミュレーションが可能になった．本研究はその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て1995年阪神淡路大震災の再現を試みたものである．

キーワード: 広域道路ネットワーク，地震被害シミュレーション，兵庫県南部地震

１．はじめに阪神高速道路では，1995年1月17日に発生した兵庫県南部地震により甚大な被害を受けて以降，橋梁の下部構造の耐震補強や上部構造の落橋防止対策等，構造物の被害を最小に留めるよう対策を行うともに，災害時にも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1)～3)を進めている．これは，一般的な橋梁の設計に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く，阪神高速道路全路線を対象とした広域の地震応答シミュレーションを行うことで，地震による構造物の損傷程度を路線単位や出入口・ジャンクション間の区間単位で評価するものである．著者らは，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として，図-1に示す通り阪神高速道路湾岸線の約55 km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行い，地震発生後の耐荷力や走行性評価の可能性を示したが，そのシミュレーション精度には課題が残っていた2)．
そこで，本年度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昨年度モデル化した湾岸線に加え，神戸線，東大阪線，大阪港線のモデル化を行うとともに，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4)～8)の一環として，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被害の再現を試みた．また，阪神高速では兵庫県南部地震以降RC橋脚の鋼板巻立て補強をはじめとする耐震補強が実施されている．このような耐震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を作用させたときの下部構造の被災度の低減効果に関する検証を行った．

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

２．地震被害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に示す通り，STEP 1：震源域から工学的基盤までの深層地盤応答解析，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造までの構造物応答解
析の3段階で実施する．それぞれの地震応答解析において，順次，解析結果を受け渡すことにより，道路ネットワーク上の各構造物の応答や損傷を評価する．各STEPにおける解析手法や解析モデルの構築方法については複数の方法が考えられ，その方法毎に精度のレベルが異なる．今後順次解析手法や解析モデルの精度レベルを向上させていく．

３．解析モデルの構築
現段階の解析手法及び解析モデルを表-1に示す．

（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に示す深層地盤応答解析は野津の再現解析9)で用いた山田の特性化震源モデル(神戸側部分)10)を用いた．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(2016)が規定した「震源断層を特性した地震の強震度予測手法（「レシピ」）修正版」に準拠して決定した．表-2にパラメータの詳細を示す．計算には統計的グリーン関数法を用いた．
（2）表層地盤応答解析モデル
表層地盤のモデル化にあたっては，関西圏地盤情報データベースのボーリングデータ11)に基づき地盤定数を設定した．ボーリングデータについては，必ずしも橋脚位置ごとに存在していない．既存のボーリングデー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，文献12)の比較検討の結果をもとに，「最近STEP3：構造物応答解析

STEP2：表層地盤応答解析

図-3

STEP1：深層地盤応答解析

図-2
表-1

兵庫県南部地震震源モデル

地震被害シミュレーションの方法

各ステップの解析手法及び解析モデル（a）解析手法

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

図-4

表-2

上部構造線形はりモデル

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

ｱｽﾍﾟﾘﾃｨ1

ｱｽﾍﾟﾘﾃｨ2

ｱｽﾍﾟﾘﾃｨ4

34.616700

34.635673

34.688183

135.029400

135.059231

135.188025

平均走向角 θ(°)

N53E

N53E

N233E

平均傾斜角δ(°)

909085

平均すべり角λ(°)

000

断層長 L(km)

4.8

812.8

南西端位置（b）解析モデル

想定する破壊開始点及びアスペリティ支承

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

橋脚

ファイバーモデル（グルーピング）

断層面積 S(km )S-Rモデル

断層上端深さ Z0(km)

3.0

3.0

3.0

地震モーメント(N・m)

3.40E+17

1.30E+18

2.30E+18

マグニチュードMw

5.6

6.0

6.2

平均すべり量(m)

0.4

0.7

0.7

断層幅 W(km)基礎ばね

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

24.8

6.4

8

2351102

法」を適用した．また，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
図-5に解析モデルの一例を示す．昨年度作成した湾岸線に加え，神戸線，北神戸線，大阪港線，東大阪線の構造物モデルの作成を行った．構造物
モデルの総延長は約120kmとなり，総延長の約60％のモデル構築が完了している．
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，13 の断面グループ(橋脚12種+橋台1種)から鋼製橋脚は充填コンクリートを，RC 橋脚は補強巻立て部分を削除してモデル化した．また，図-6に示す通り，倒壊したピルツ式橋脚の区間については，図面を基に被災当時の精緻なファイバー断面を作成し，モデルに組み込むこととした．

４．兵庫県南部地震の再現シミュレーション
兵庫県南部地震の再現シミュレーション結果について以降に示す．なお，本稿に示す広域道路ネッ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．
（1）深層地盤応答解析
図-7に再現解析より得られた基盤波の最大加速度分布を示す．兵庫県南部地震の震源域に近い神戸線や湾岸線近傍で最大加速度が発生していることが確認される．
（2）表層地盤応答解析
図-8に各橋脚位置における地表面波の最大加速度分布を，図-9には路線毎の基盤波及び地表面波分布を示す．神戸線では全域に渡り大きな地表面加速度が発生しており，構造物の被災状況を踏まえた兵庫県南部地震の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（a）阿波座カーブ付近（b）天保山JCT付近
図-5 構造物モデルの一例
表-3
断面

図-6

橋脚断面グルーピング

材質

形状

橋脚幅

被災したピルツ橋脚と現況構造モデル化

グループ
グループ①グループ②
グループ③3m
鋼材

グループ④矩形5m
円形

グループ⑤3m
矩形

グループ⑦グループ⑨ファイバー
断面6m3m円形

グループ⑫
グループ⑬4m5m

コンクリート

グループ⑩
グループ⑪－2m

グループ⑥

グループ⑧4m

4m6m

橋台

線形はり

図-7

兵庫県南部地震再現での基盤波最大加速度

地表面波（並進 RSS）

基盤波（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
最大加速度(gal)
1000
500
0

湾岸線
神戸線
大阪港・東大阪線

湾岸線
神戸線
大阪港・東大阪線（a）基盤波図-8（b）地表面波
橋脚位置における地表面波の最大加速度分布

神戸線

湾岸線

2,000

南

並進RSS

01,000最大加速度 (gal)2,000
1,0000

りんくうＪＣＴ
泉佐野南

泉佐野北

貝塚

岸和田南

岸和田北

泉大津

北

助松・助 松ＪＣ Ｔ

高石
浜寺

石津

出島

大浜

三宝ＪＣ Ｔ

南港南
南港中

南港北

天保山Ｊ ＣＴ

北港ＪＣ Ｔ中島

尼崎東海 岸尼崎末広

鳴尾浜

甲子園浜

西宮浜

南芦屋浜

東並進RSS

深江浜

住吉浜
魚崎浜
六甲アイ ランド北

海老江

西長堀大
中之島西

尼崎東

姫島
大和田

武庫川

尼崎西

西宮ＩＣ

芦屋

西宮西

深江

魚崎

摩耶

生田川

京橋

柳原

湊川

若宮

月見山

西

最大加速度 (gal)

最大加速度(gal)1000
50000510基盤波

1520253035400

距離 (km)

地表面波（a）神戸線
図-920304050
距離 (km)

地表面波（b）湾岸線
橋脚位置における地表面波の最大加速度分布

1000

1000
フーリエスペクトル (gal･s)

フーリエスペクトル (gal･s)

10基盤波

100

1010.10.1
LG

1
TG

周期(s)

10UD

100

1010.10.1
LG

1TG

周期(s)

10UD

（a）観測記録（b）再現解析
図-10 東神戸大橋における観測記録と再現解析のフーリエスペクトルの比較

1000galを超えるような大きな地表面加速度が生じた．また，湾岸線でも中島ランプより西側で最大600gal程度の地表面波が生じる箇所が複数あった．
図-10に兵庫県南部地震発生時に東神戸大橋で観測された地表面波と今回の地震応答シミュレーシ
ョンにより得られた地表面波のフーリエスペクト
ルの比較を示す．観測記録の特徴として周期2.5～3秒付近の成分が卓越しているが，再現した地表面波ではその周期成分が小さい．この原因として，東神戸大橋では兵庫県南部地震時に液状化の発生が確認されていること，深層地盤応答解析で使用した統計的グリーン関数法では長周期成分を考慮できないことが考えられる．深層地盤応答解析において長周期成分を考慮できる波数積分法等と組み合わせたハイブリッド法を適用する，または表層地盤応答解析において液状化の影響を評価できる解析手法を採用するなど，地震動の更なる精度向上のため引き続き検討を進める予定である．

（3）構造物応答解析
図-11に神戸線における下部構造の被災度分布の比較を示す．ここで，被害調査結果は1995年兵庫県南部地震直後に外観損傷から判定区分された結果を示す．また，被災再現解析では表-4に示す被災度判定方針に基づき外観損傷に対応する閾値を設定し，構造物応答解析で得られた最大応答ひずみ、最大せん断力により判定区分した結果を示している．倒壊したことから被害調査においてAs判定に区分されたピルツ区間に着目すると，図-12より被災再現解析でもピルツ区間の全区間ではないがAs判定に区分されることを確認した．このとき，ピルツ区間の橋脚は橋脚に生じる最大せん断力がせん断耐力を上回る，すなわちせん断破壊によりAs判定に区分されており，ピルツ橋脚の破壊形態についても概ね対応したことがわかる．
図-13には神戸線の全ての下部構造を対象とし被災度判定を行い，各判定区分に分類され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結果となった．表-2よりその他の損傷ランクについても橋脚基数の分布が概ね整合していることから，地震動の再現性，被災度判定のための閾値の方針等課題は残るものの，一定の再現性があることを確認した．

５．耐震補強効果の検証
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を作用させた．
図-14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，耐震補強による被災度の低減効果が確認された．

耐荷力ランク判定(被害調査結果)

被害調査結果
AsA
B
C
D

ピルツ区間

1818.5

1919.52020.52121.5ピルツ区間
耐荷力ランク判定(解析結果)

被災再現解析

22
距離 (km)AsA
B
C
D18

図-11神戸線における被災度分布の比較

表-4
被災度As

A18.5

1919.52020.52121.522
距離 (km)

図-12ピルツ区間周辺における被災度分布の比較

地震被害シミュレーションでの耐荷力被災度判定方針

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るかどうか

軸方向鉄筋引張ひずみ最大値

柱がせん断耐力を超えるかどうか

せん断力最大値

As

9672

A

180

2

B

95

きれつ、座屈、鉄筋の破断等の損傷、または変形がおおきなもの

B

鋼材の座屈や部材の変形が部分的にみられるもの
鉄筋の一部の破断やはらみだしおよび部分的なかぶりコンクリートの剥離やきれつがみられるもの

軸方向鉄筋がはらみ出すかどうか
かぶりコンクリートが剥落するかどうか

軸方向鉄筋引張ひずみ最大値
かぶりCon.圧縮ひずみ最大値

CC

鋼材の座屈や変形が局部的かつ軽微なもの
ひびわれの発生や局所的なかぶりコンクリートの剥離がみられるもの

軸方向鉄筋がはらみ出すかどうかかぶりコンクリートが剥落するかどうか

軸方向鉄筋引張ひずみ最大値
かぶりCon.圧縮ひずみ最大値

DD

損傷がないか、あっても耐荷力に影響のないきわめて軽微なもの

軸方向鉄筋が許容ひずみを満足するかどうか

軸方向鉄筋引張ひずみ最大値

神戸線（下部構造）

225
245

566
3980

図-13200400

解析結果

被害調査結果600

耐荷力被災度評価

耐震補強前（a）耐震補強前
図-14

耐震補強後

（b）耐震補強後
神戸線における被災度分布の比較

６．まとめ
冨健一, 許佳奕, 服部匡洋, 馬越一也, 篠原聖二：ケー
ソン基礎を有する鋼単純合成鈑桁における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.
5)
松本崇志, 光川直宏, 服部匡洋, 馬越一也, 篠原聖二：
免震支承を有する4 径間連続鋼箱桁橋における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.
6)佐々木達生, 徳橋亮治, 服部匡洋, 馬越一也, 篠原聖
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.
7)
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.
8)
服部匡洋, 大石秀雄, 加藤祥久, 中村真貴, 馬越一也,
篠原聖二：長大トラス橋における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.
9)野津厚，長尾毅，山田雅行：スペクトルインバージ
ョンに基づく全国の強震観測地点におけるサイト増幅特性とこれを利用した強震動評価事例，日本地震工学会論文集 第7 巻，第2 号（特集号），2007．
10) 山田雅行，平井俊之，岩下友也，釜江克宏，入倉孝次郎：兵庫県南部地震の震源モデルの再検討，日本地震学会講演予稿集，A14，1999．
11) 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
12) 桐生郷史，野上雄太，坂井公俊，室野剛隆：広域構
造物の地震応答概略評価のための地盤モデル簡易構
築 手 法 ， 土 木 学 会 論 文 集 A1 （ 構 造 ・ 地 震 工 学）
Vol.70， No. 4（地震工学論文集第33巻）， pp.742750，2014.
4)

広域道路ネットワークの地震応答シミュレーシ
ョンにより兵庫県南部地震の再現解析を試みた結果，地震動の再現性や被災度判定のための閾値の方針等の課題は残るが，構造物の被災度評価の一定の再現性を確認することができた．また，兵庫
県南部地震の地震動を耐震補強前後のそれぞれの構造に対し作用させた構造物応答解析を実施し，耐震補強による下部構造の被災度の低減効果について確認した．
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が，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た地震動の再現性を向上させるための検討を進める予定である．

参考文献
1)

2)

3)

松下麗菜，篠原聖二，馬越一也，中村真貴，本橋英樹，服部匡洋：広域道路ネットワークにおける地震応答シミュレーションの実現可能性に関する検討，
地震工学研究発表会，2017.
服部匡洋，安藤高士，大石秀雄，馬越一也，中村真貴，篠原聖二，高田佳彦，西岡勉：広域道路ネット
ワークにおける地震被災危険度評価に関する検討，
第 21回性能に基づく橋梁等の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集，2018．
篠原聖二, 馬越一也, 中村真貴, 本橋英樹, 服部匡洋,
大石秀雄：スーパーコンピュータを用いた橋梁ネッ
トワークモデルの地震応答シミュレーション，第15回日本地震工学シンポジウム，2018.