強震動予測手法に用いる ベンチマークテスト その1:概要

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強震動予測手法に用いる ベンチマークテスト その1:概要 強震動予測手法に用いる ベンチマークテスト その1:概要 ○久田嘉章(工学院大学) 青井 真(防災科学技術研究所) 加藤研一(鹿島建設)、早川 崇(清水建設) 川辺秀憲・釜江克宏・上林宏敏(京都大学) 永野正行(東京理科大学)、吉村智昭(大成建設) 境 有紀(筑波大学)

背景:強震動予測結果のばらつき 想定南海地震による長周期地震動評価例 永野・吉村「長周期地震動と建築物の耐震性」日本建築学会(2007) 大阪:KiK-Net 此花 釜江波2 鶴来波 関口波1 関口波8 関口波18 速度波形(NS成分) 最大速度(cm/s) 60.8 37.9 28.4 22.5 27.6 疑似速度応答スペクトル(NS成分) → レシピに準拠しているが、異なる震源・伝播・サイト地盤モデル・手法

はじめに 強震動予測手法が発展・実用化 様々は計算コードはあるが、実例やマニュアル の不備など、実務者には容易に使いこなせない 同じ対象の地震・観測点でも結果のバラつきが 大きい場合があり、実務者に信頼されていない ベンチマークテストの必要性あり:  既往の研究、SCEC/PEER(数値解析手法:Day他、 2000, 2003)、The SPICE Code Validation、‥ 計算コード・実例・マニュアルなどの公開

研究の目的 代表的な強震動計算手法(理論・数値・統計的 手法)によるベンチマークテスト実施:   単純モデル(2009)→複雑なモデル(2010)   結果公開(2009, 2010)→予測手法チェック のための標準的なモデルへ ブラインド・プレディクション(2011)  地殻内地震(小中地震)、海溝型巨大地震 強震動のばらつき等が建物に及ぼす影響 使用コード・実例・マニュアルの公開(2011)

2009・2010年度ベンチマークテスト (代表的な3手法、2段階ステップ) ○3つの代表的な強震動計算手法:  ・理論的手法(波数積分法、離散化波数法、薄層法など)  ・数値解析手法(差分法、有限要素法など)  ・統計的グリーン関数法に代表される統計的手法 ○単純なモデルによる2段階ステップ:  ・点震源と単純地盤:ステップ1(締切:2009/9/30-10/14)  ・面震源と単純地盤:ステップ2(締切:2009/12/11-12/25)  ・点震源と複雑地盤:ステップ3(締切:2010/9/1)  ・面震源と複雑地盤:ステップ4(締切:2010/11/1) ○HPによる公開・結果の募集:  http://kouzou.cc.kogakuin.ac.jp/benchmark/index.htm ○結果比較の例を紹介 今回の発表 (講演論文は ステップ2まで)

理論的手法:ステップ1(2009年度) 担当:永野(東京理科大)、久田(工学院大) Vs=2000 m/s Q=40f モーメントレイト関数 (指数関数、T=0.1秒) 座標系と2層地盤・点震源モデル(Day他、2000)

理論的手法:ステップ2(2009年度) Vs=2000 m/s 6x6 km2 Vs=3464 m/s 4x8 km2 6x6 km2 Vs=3464 m/s 4x8 km2 横ずれ断層モデル(T21:左)と逆断層モデル(T22:右)(Day他、2000)

理論的手法:ステップ3・4(2010年度) 工学的基盤までの4層地盤を考慮(Vs=3464, 2000, 1000, 400 m/s震源時間関数をガウス型関数(その3)、中村・宮武関数(その4) 破壊伝播のランダムな揺らぎを考慮(その4) 地表震源(その3)、地表断層(その4)を考慮 ) →参加5チーム:波数積分法2、離散化波数法2、薄層法1→(その2)で発表

数値解析手法:課題(ステップ1・2:2009年度) ・担当:吉村(大成建設)、永野(理科大)、青井(防災科学技研)、川辺・上林(京大)、早川(清水建設) ・震源モデル・地盤モデルは理論的手法と同じ。但し観測点は±10km ・5 Hzまで精度確保(標準グリッドサイズを指定) ・X・Y方向は±15 km、Z方向は17 kmに吸収境界を設ける(標準モデル)。スポンジゾーン(高減衰領域)を併用する場合は外側に設ける。 出力点は10km以内 (+-側有り)

→参加7チーム:3D-FDM5、3D-FEM1、Aki-Larner法1→(その3) 数値解析手法:課題(ステップ3・4:2010年度) ・震源モデル・地盤モデルは理論的手法と同じ。 N33:対称盆地モデル 震源:盆地角点直下 基盤:Vs=3426 m/s 堆積層:Vs=1000 m/s N31 震源A N32 震源B →参加7チーム:3D-FDM5、3D-FEM1、Aki-Larner法1→(その3)

統計的グリーン関数法:ステップ1・2(2009年度) ・担当:加藤(鹿島), 川辺・釜江(京大), 吉村(大成), 久田(工学院大) ・震源・地盤モデルは理論的手法とほぼ同じ。但し、小地震の震源モデル はBoore(1983)を用い、波動は遠方近似SH波のみ使用する。震源・波形 パラメータ(fc、Δσ、fmax・・)は全て指定。放射係数は0.63で一定。 ・波形合成は横井・入倉(1991)による。S23では破壊伝播のランダム性を 考慮する。 ・2層地盤モデルでは、基盤入射波を求め、1次元重複反射理論による地 盤増幅率を乗じる。 ・S10では乱数を指定、その他は最適と思われる3波形(1成分)を提出。

統計的グリーン関数法:ステップ3・4(2010年度) ・震源・地盤モデルは理論的手法・およびステップ1・2とほぼ同じ。但 し、波動はSH波に加え、SV波も考慮し、乱数は2成分で変える。震源モ デルの放射係数はPitarka et al. (2000)による振動数・射出角依存とする。 ・2層地盤モデルでは基盤入射波を求め、斜め入射も考慮して1次元重複 反射理論による地盤増幅率を乗じる(S32以降)。 ・最適と思われる3波形(3成分)を提出。 :参加6チーム→(その4)で発表

おわりに 代表的な強震動予測手法である理論的手法、統計的グリー ン関数法、数値解析手法によるベンチマークテストを実施 中。 2009年度は単純な震源・地盤モデルで、2010年度はより現 実的な地盤モデルで実施。参加者による結果は、ほぼ同等 な値を得ているが、様々な注意点が明らかとなった。 より詳細な検討が必要→(その2~4) 2011度はブラインドプレディクションを実施し、かつ結果 のばらつきが建物に及ぼす影響などを調査する。 より詳細は下記ホームページで公開している。  http://kouzou.cc.kogakuin.ac.jp/benchmark/index.htm