土木学会中部支部研究発表会土木学会中部支部研究発表会20132013

「「 道路橋の津波被害再現解析道路橋の津波被害再現解析 」」

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株式会社株式会社地震工学研究開発センター地震工学研究開発センターEEarthquake arthquake EEngineering ngineering RResearch esearch CCenterenter

菅付菅付 紘一紘一 ㈱地震工学研究開発センター㈱地震工学研究開発センター

原田原田 隆典隆典 宮崎大学宮崎大学 工学部社会環境システム工学科工学部社会環境システム工学科

坂本坂本 佳子佳子 ㈱地震工学研究開発センター㈱地震工学研究開発センター

野中野中 哲也哲也 ㈱耐震解析研究所㈱耐震解析研究所

吉野吉野 広一広一 ㈱耐震解析研究所㈱耐震解析研究所

宇佐美宇佐美 勉勉 名城大学名城大学 理工学部建設システム工学科理工学部建設システム工学科

背 景

２０１１年３月１１日 東北地方太平洋沖地震（M９．０）が発生→津波により,道路,ライフライン,構造物などが被災（例えば橋梁等）→橋梁は震災時の緊急輸送道路を担うことから今後起こる可能性のある震災に対して橋梁の流失メカニズムを把握する必要がある．

写真 ： 土木学会東日本大震災被害調査団（地震工学委員会）緊急地震被害調査報告書（暫定版）より引用

本研究では，３次元流体解析プログラム(OpenFOAM)を用いて流失し

た橋桁およびその周辺に対する津波被害の再現解析を試みた結果を報告する．

対象橋梁：小泉大橋 被災状況：橋桁流失とP３橋脚が流失

小泉大橋

気仙沼

釜石

南三陸

小泉大橋

検討対象橋梁の架橋位置と諸元

橋長182m

A1

90.3m 90.3m

A2P1 P2 P3 P4 P5

M M F M F M M

幅員11.3m

３径間連続鋼鈑桁橋（２連）

上部工構成４主桁

Google earth

図 ： 国土技術政策総合研究所資料 土木研究所資料 平成23年（2011年）東北地方太平洋沖地震 土木施設災害調査速報

被災前

写真 ： 土木学会東日本大震災被害調査団（地震工学委員会）緊急地震被害調査報告書（暫定版）より引用

被災後

橋桁とP３橋脚が流失

周辺地形が流失

P３橋脚

周辺地形

解析空間モデル（OpenFOAM）

３次元解析モデルの構築

600m

300m

橋長182m

最小セルサイズ25cm合計約1400万セル

放射境界

造波境界

側面は壁境界

目的・流体の挙動把握・構造物に作用する圧力抽出

剛体でモデル化しているため，流れの影響で構造物が動くわけではない

初期状態および造波の設定

造波条件は，対象橋梁付近の２次元津波解析結果を活用して初期状態と造波を設定

0.02.04.06.08.0

0 20 40 60 80 100時間(min)

流速

(m/s

)

-10.0

0.0

10.0

20.0

0 20 40 60 80 100時間(min)

水位

(m)

着色部の水位と流速を造波境界から発生させる

※２次元解析から３次元解析の境界処理の受渡しが重要

30分後

３次元津波解析シミュレーション

津波進行方向

３次元津波解析による再現

流速上昇洗掘

道路盛土 上流側下流側上流側下流側 桁浮上り

シミュレーション結果

上部工１径間あたりの自重概算：3000～4000kN程度

計算結果：鉛直方向↑の波力5000kN程度

盛土の流速上昇確認

自重

鉛直波力

流速上昇洗掘

道路盛土 上流側下流側上流側下流側 桁浮上り

まとめ

本検討により，対象橋梁の橋桁の流失と，橋台周辺の盛土や河川堤防が洗掘されたことに対して，概ね再現および想像できる結果が得られたと考えられる．

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参考文献

1) 片岡，金子，松岡，長屋：道路橋の地震・津波複合応答解析，第15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，2012年7月．

2) 国土交通省国土技術政策総合研究所，（独）土木研究所：平成23年（2011年）東北地方太平洋沖地震 土木施設災害調査速報．

3) 吉野，野中，原田，坂本，菅付：Ｉ桁橋に対する津波作用力特性の解析的検討，第15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，2012年7月．

4) OpenFOAMユーザー会，一般社団法人オープンCAE学会: OpenFOAMユーザガイド和訳，2010.