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配水池の耐震設計計算 のなぜ？ 解決フォーラム
レベル2地震時の線形解析、および、耐震壁の活用 |
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レベル2地震時の線形解析
一般に、配水池のレベル２地震時の設計方法は、静的非線形解析による照査方法を原則としています。これに基づき、本プログラムでも従来から、ファイバーモデル、または、Ｍ-φモデルを考慮したプッシュオーバー解析を採用し、荷重増分法により逐次発生断面力をチェックして（弾性、ひび割れ、降伏、終局のどの状態にあるかをステップごとにチェックして）、次のステップの部材剛性の評価と、同時に地盤ばね特性を考慮し、解析モデルを再構築後、次ステップの計算を繰り返す、という処理を最終荷重ステップまで行っています。
上記のような非線形解析機能に加えて、本プログラムでは線形解析機能によるレベル２地震時照査も可能としていますので、以下ではその手順を紹介いたします。
- 基本データ画面で、線形解析、および構造物特性係数を設定。
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| 図1 初期入力 - 基本データ画 |
- 荷重組合せ画面で、線形解析に使用する荷重図を確認します。作用荷重はプログラム内部で自動計算。
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| 図2 荷重図（左：震度法、右：応答変位法） |
- 計算実行で、骨組モデルに対する静的線形解析が自動的に行われ、断面力（Ｍ、Ｓ、Ｎ）・反力・変位を算出した後、所定位置での断面照査を行います。
- 結果確認画面で、曲げとせん断に対する判定結果を確認。
曲げモーメントに対する照査：曲率照査として、γi・φd/φu ≦1.0を判定します。なお、曲げ耐力照査については、Ｍd、Ｍy、Ｍuの各数値を出力していますので、これらをもとに設計者の側で別途チェックが可能です。
せん断力に対する照査：せん断耐力照査として、γi・Vd/Vyd≦1.0を判定します。
耐震壁の活用
配水池はその機能上、側壁をはじめ水槽内の迂流壁・隔壁など耐震壁に相当する壁量が多く、立体的な剛性が大きい構造であることから、検討断面内や検討断面の奥行き方向に配置されている壁の影響を考慮することが望ましいとされています。その具体例としては、骨組内空部に板要素、ブレース部材、壁エレメントのいずれかを配置する方法が考えられていますが、本プログラムでは壁エレメント置換法を採用しています。
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| 図3 耐震壁のモデル化 |
壁エレメントは、耐震壁を鉛直な柱部材（曲げとせん断に抵抗する部材）としてモデル化し（図3中の赤色）、柱の上下端には水平方向に仮想剛部材を設け（図3中の水色）、工の字状の骨組を構成したものとなります。壁エレメントの４隅は２次元解析モデルの骨組内空部に二重格点を用いてピン結合します。
- 耐震壁の形状として、水槽の内部構造を選択します。
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| 図4 形状データ - 耐震壁画面 |
- Ｘ方向およびＹ方向の分担幅を入力します。0入力するとその方向の耐震壁を考慮しません。分担幅とは、耐震壁エレメントを２次元解析モデルに重ね合せるとき、耐震壁強度を100%考慮することは自然でないので、低減するためのパラメータ（＝１／分担幅）と考え、この値を入力します。
- 耐震壁効果の確認として、水平震度−水平変位グラフを比較した一例を示します。水平震度の上昇にともなって生じる水平変位でみると、耐震壁を考慮したケース（赤色線）は、考慮しないケース（青色線）に比べて、構造物の変形が十分小さくなることがわかります。
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| 図5 水平震度−水平変位グラフの比較 |
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| (Up&Coming '19 春の号掲載) |
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