'05/2/7
耐震構造に必要な三次元認識・構造的多重性・材料靭性
(株)東京鉄骨橋梁製作所『技術報』
No.29 (1990)の巻頭言  目次
吉見 吉昭

 15年以上昔の話ですが,昨今は地震が多いので温故知新の意味で,198910月カリフォルニア州を襲ったロマ・プリエタ地震に関する記事に加筆したものをお届けします。この地震は,震央付近はもとより,ほぼ100 km 離れたサンフランシスコ市,オークランド市を含む,いわゆるベイエリアにも相当な被害をもたらしました震災というものは,被災者にとっては迷惑以外の何物でもありませんが,一方では天の与えた壮大な実験であることも確かで,将来のために,できるだけ多くの教訓を得るように努めるべきですわが国からも多くの技術者が調査に行き,その結果は,マスコミや学協会などで報告されましたが,こんな被害は日本ではあり得ないと豪語した人が少なからずいたように思いますその人たちは約5年あとで起った阪神淡路大震災で恥をかく羽目に陥りました“地震・雷・火事・親父の筆頭者に対しては,ひたすら謙虚であれという教訓でしょう

 いろいろな施設が被害を受けましたが,その中で,木造建物(3〜4階)の1階部分の崩壊,ベイブリッジの落下,および
RC陸橋の2階部分の崩壊に注目してみます木造建物で特に被害が大きかったものは,角地にあるアパートで,車庫を設けるために壁を抜いたため,道路側の直交する2面の1階部分が弱くなり,ねじれ抵抗が著しく低下したことが崩壊の直接原因と思われますこれを一般的に言いますと,構造物の三次元認識が不十分であったことになります構造力学の学習では,平面架構の解析に気を取られるあまり,それが便宜的な解析手段に過ぎないことを忘れる嫌いがあります平面架構の面内応力だけを見ていれば,ねじれ応力を見落としても不思議ではありません

 つぎにベイブリッジと
RC陸橋の一部に共通している点は,それぞれ単純梁と3ピン架構という静定構造物であったことです静定構造物は,力とモーメントの釣合い関係だけで支点反力と部材応力が決定できる,この上なく明快な構造です部材の長さが大きく変るほどの変位・変形が起らない限り,不同沈下や温度変化による応力が発生しないという特徴は,いろいろな地盤の上を跨いでゆく,長大構造物では利点となります

 静定構造物では,荷重が確定してさえいれば,コンピューターの助けを借りなくても,支点反力と部材応力の正確な値を簡単に求めることができますしかし,地震力というものは,一応の目安としての設計用荷重値が決められていますが,それを超える地震が起らないという保証が全くない確率的なものですそのような見地に立つと,支持力成分が一つでも失われるか,または部材のどこかに一つでも降伏ヒンジができると,待ったなしで不安定になってしまう静定構造物には問題があることになりますベイブリッジの場合は,二つのトラス橋の間に1スパン設けられていた単純梁の一端が,予想以上に大きく水平に動いた桁掛りから外れ落ちたわけで,新潟地震(
1964年)の際の昭和大橋とよく似たケースといえます.

 一方,崩壊した
RC2層陸橋の上層では,右図のように両端ピンの梁が,上下端ピンの柱と上端がピンで下端が固定の柱で支持された3ピン架構を形成していた区間がありました上下端ピンの柱(図の左側)は水平反力に抵抗できないので,地震による水平力はすべてもう一方の柱(図の右側)に集中しましたまた,フープ筋が細く,かつまばらで,せん断破壊に対する抵抗力の乏しい柱断面であったようですしたがって,このケースでは,表題の三番目に挙げた材料靭性についても,耐震能力の乏しい構造であったことになりますもっとも,この架構に耐震補強が必要だということは,かねてから認識され,補強計画も立てられていましたが,予算の関係で実現できなかったことは残念でした

 機能・経済・美観などを無視し,構造強度だけを考えてよければ,耐震設計はさほど難しいものではありません総合的な価値を最適化しながら耐震性を向上する要求に応えるものが,表題に挙げた三つの要素だと思いますこのうち“構造的多重性(冗長性)”は耳慣れない言葉ですが,その具体例が不静定構造物といえば分りやすいでしょう多層多スパンのラーメン構造のような不静定次数の高い架構は,かなりの数の降伏ヒンジが発生しなければ不安定にならないという意味で,構造的多重性に富む,いわば“打たれ強い”構造といえます静定架構のような明快さはありませんが,なりふり構わず頑張るわけです

 不静定構造物が靭性材料で造られていれば,当然,予想より強い地震力に対する安全性は高くなります建築構造設計でいう“保有耐力と変形性能”の高い構造物の代表選手は,“低炭素鋼材を用いた,溶接欠陥のない,三次元的にバランスのよい高次不静定構造物”ということになるでしょう構造物がすべてこの条件を満足するようになり,強い地震が来ても崩壊の心配をせずにすむようになってほしいものです