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下水道シールド耐震解析(改定版指針対応)

1.はじめに

2011年の東北地方太平沖地震の被害を踏まえて「下水道施設の耐震対策指針と解説-2014年版-」が2014年5月に発刊され、管路施設の耐震設計手法が、最新の知見に基づき見直されました。主な改定点は、以下のとおりです。

  1. (1)矩形きょのみでなく、円形管にも周面せん断力が作用することが明確になりました。(管径800mm以上の場合)
  2. (2)耐震計算手法として、エネルギー一定則による擬似非線形解析の採用が可能になりました。
  3. (3)原則として応答変位法が用いられますが、相対変位による水平荷重や周面せん断力の作用を周辺地盤のばねにより支承する構造モデルが取り入れられました。管路施設に使用するばね値の設定方法が明確になりました。

本改定に伴い、より実現象に近い高精度なソフトウェア解析が可能になります。

2.改定点と「MOLEMAN-i」との関係

弊社のシールドトンネル断面力解析システム「MOLEMAN-i」は上記(1)~(3)の改定内容に対応しており、精度の高いソフトウェア解析を行うことができます。

ここで、「MOLEMAN-i」についてご紹介します。

「MOLEMAN-i」は、みずほ情報総研が開発・販売・保守ならびに受託解析サービスを行っている解析システムであり、現在でも多くのユーザーにご利用いただいております。

解析手法として村上-小泉法(M-K法)を用いており、セグメントに発生する変形および断面力の他、セグメント継手、リング継手に発生する断面力を算定できます。また、以下の内容を考慮することができます。

  • 地震力として無視できない周面せん断力を考慮できます。
  • セグメント本体の非線形を考慮できます。
  • セグメント継手を考慮しない剛性一様モデルだけでなく、はり-ばねモデルも考慮できます。

これらの特徴を以下に説明します。

3.周面せん断力

地震力として無視できない周面せん断力を考慮できます。
「MOLEMAN-i」では、周面せん断力を要素系荷重として考えます。

図1

応答変位法を用いて地盤の応答変位(相対変位)を与えることができます。

4.非線形について

セグメント本体の非線形を考慮できます。
「MOLEMAN-i」には軸力を考慮したM-Φ曲線による非線形解析機能があります。

図2

(非線形解析の入力画面)
非線形解析機能のデータ入力画面を示します。
容易にデータ入力ができます。   

図3

5.はり-ばねモデル

セグメント継手を考慮しない剛性一様モデルだけでなく、はり-ばねモデルも考慮できます。

図4

(回転ばねの入力画面)
はり-ばねモデルの回転ばねのデータ入力画面を示します。
容易にデータ入力ができます。  

図5

6.下水道施設耐震計算例と「MOLEMAN-i」の計算結果の比較

「下水道施設耐震計算例 ―管路施設編― 後編 2015年版」に掲載されている事例を「MOLEMAN-i」にて解析し、結果を比較しました。
この計算例には、以下の3つの条件が含まれています。

  1. 1.周面せん断力を考慮する。
  2. 2.非線形を考慮しない。
  3. 3.セグメント継手を考慮しない。

結果は、以下のリンク(PDFファイル)よりご確認ください。
常時、レベル1地震動、レベル2地震動に関して変位、断面力が非常によく一致していることがわかります。
また、「MOLEMAN-i」では、セグメントのモデル化に円弧梁を用いていますので、精度の高い計算結果が得られています。

7.最後に

「MOLEMAN-i」ならシールドの耐震解析に関するニーズにお答えできます。

当社は、解析業務としてお受けすることが可能です。

問題解決のために、みずほ情報総研 サイエンスソリューション部にぜひご相談ください!

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