九州大学大学院 工学研究院 建設デザイン部門

助教 玉井 宏樹 1 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

コンクリート構造物の衝撃問題における 土木・建築分野の動向

九州建設技術フォーラム2011 国際会議場 20111025

日本コンクリート工学会 九州支部

発表内容

2 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

はじめに 衝撃とは？衝撃荷重とは？

衝撃荷重が起因するコンクリート構造物の被災例 土木・建築分野における衝撃問題の紹介 土木分野の最近の取り組み 土木学会 構造工学委員会 構造物の耐衝撃性能評価小委員会 の活動内容

建築分野の最近の取り組み 建築学会 構造委員会 応用力学運営委員会 耐衝撃性能の評価小委員会 の活動内容

おわりに 国際会議SILOS2011の紹介

はじめに

3 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

衝撃とは・・・

（特徴） 固有周期に比べて荷重作用時間が極めて短い

衝撃荷重とは・・・

Impact：固体と固体の衝突 Impulsive：流体と固体の衝突 Shock：爆発による爆風圧の作用

物体の衝突，打撃あるいは爆発などにより，急激に力が作用し，短時間で被衝突体へのエネルギー伝達が行われる現象

衝撃荷重の一例・・・300kgの鋼製重錘を4m/sの衝突速度でRC単純ばりに衝突

実験の区分

衝撃荷重が起因するコンクリート構造物の被災事例

4 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

被災事例写真１

ロックシェッド

落石作用によるＰＣシェッドの現場打床版及び主梁の破壊例 写真：基礎からの衝撃工学－構造物の衝撃設計の基礎－より抜粋

衝撃荷重が起因するコンクリート構造物の被災事例

5 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

被災事例写真２

ケーソン

衝撃砕波

消波ブロックの衝突によるRCケーソン壁の穴あき現象 写真提供：港湾空港技術研究所

衝撃荷重が起因するコンクリート構造物の被災事例

6 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

被災事例写真３

パルス荷重による落橋防止装置定着部コンクリートの損傷事例 写真：東日本大震災コンクリート委員会・構造工学委員会

合同調査団一次調査報告（速報版）より抜粋

衝撃荷重が起因するコンクリート構造物の被災事例

7 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

被災事例写真４

地震時に起こる桁‐桁および桁‐橋台衝突による損傷事例 写真：インターネット検索により収集

段 差

衝撃荷重が起因するコンクリート構造物の被災事例

8 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

被災事例写真５

竜巻の飛来物による建築物の衝突痕と貫通痕 写真：「最近の竜巻による建築物の被害」GBRC Vol.33 No.2 2008.4より抜粋

土木・建築分野における衝撃問題の紹介

9 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

衝撃荷重の種類と対象構造物

衝撃荷重の種類 対象構造物の例

自然的

落石，岩盤崩落 落石覆工（ロックシェッド）など

土石流 砂防ダムなど

崩壊土砂 擁壁，家屋など

波浪，津波 防波堤，護岸構造物，湾岸施設など

直下地震 橋脚，建物など

竜巻 家屋，ビル建物など

人為的

車両の衝突事故 道路の分離帯，路側帯のガードフェンスなど

重量物の落下事故 工場，建設現場など

高所からの落下物 高層マンション，高層ビルなど

航空機の落下事故 原子力発電関連施設，高層ビルなど

船舶の衝突事故 防波堤，護岸構造物，橋脚など

テロによる攻撃 社会基盤施設・建物，官庁関連施設建物など

ミサイル，砲弾 航空機シェルターなど

土木分野の最近の取り組み

10 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

※土木学会 構造工学委員会 構造物の耐衝撃性能評価小委員会 （委員長：園田先生（九大），2008年10月より活動）

衝撃荷重を受ける構造物の耐衝撃性能を定義し，その定量的な評価法の確立に向けた実験・解析的検討を行うことで，具体的な評価方法を提示する．

⇒構造物の性能照査型耐衝撃設計法の確立

目的

防護構造設計WG 衝撃荷重WG

衝撃解析WG

衝撃実験WG

流体衝撃力WG

爆発荷重WG

性能照査型耐衝撃設計法の確立に向けた活動

性能照査型設計とは・・・一般的な手順

11 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

構造物の要求性能を明確にし，十分に確かな信頼性のある知見をもとに要求性能を満たすように設計する．また，この設計法を実施することで，その構造物がどういった要求性能に対し，どのような照査をして設計されたのかを明確にすることが可能．⇒発注側や使用者の設計経緯への理解

落石防護構造物の性能照査型耐衝撃性能設計

12 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

◆要求性能の設定

要求性能は，原則として落石作用レベルと限界状態の組み合わせおよび捕捉性能で示すこととする．

落石防護構造物の要求性能

注）ロックシェッドに関しては、被防護施設を覆う構造であるため捕捉率は問題とならない

落石の作用レベル 落石防護構造物の重要度

最重要構造物 重要構造物 通常構造物 作用レベル1 使用限界状態 使用限界状態 修復限界状態 作用レベル2 使用限界状態 修復限界状態 終局限界状態 作用レベル3 修復限界状態 終局限界状態 ―

捕捉率 例えば99% 例えば95% 例えば85%

※もちろん，要求性能に従って定量的に性能規定を決定する必要あり

落石防護構造物の性能照査型耐衝撃性能設計

13 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

◆性能照査方法

要求性能の照査を行う方法は，実験と解析があるが，どちらを用いる場合でも，十分な信頼性を持った手法を用いる必要がある．

⇒性能の照査（チェック）に適用可能な衝撃解析法や衝撃実験法，またはそれらの留意点に関する研究が現在でも実施されている

14 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

土木分野の最近の取り組み

構造物毎に性能照査型耐衝撃設計法の確立に向けて議論をしており， 最終的に，

「防災・安全対策技術者のための衝撃作用を受ける構造物の性能設計 －基準体系の指針－」（案） ・衝撃作用を受ける構造物の性能設計型包括設計コード ・衝撃作用を受ける各種構造物の包括設計コード ・解析による性能照査 ・実験による性能照査 ・各種構造の性能照査・設計例

を完成するために尽力している．

建築分野の最近の取り組み

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※日本建築学会 構造委員会 応用力学運営委員会 耐衝撃性能の評価小委員会（主査：橘先生（大阪大学）） 耐衝撃・爆発設計ガイドライン作成WG

（主査：濱本先生（東工大），2009年4月より活動） →主に設計ガイドライン作成に注力

◆耐衝撃・爆発設計ガイドラインに関して ・衝撃荷重を偶発作用として捉えている ・対象とする現象 衝突現象：自動車，脱線列車，ヘリコプター，フォークリフト 爆発現象：内部爆発（可燃性ガス），外部爆発（火薬工場など） →自然現象に伴う作用は対象としていない ・想定する要求性能及び限界状態

建築分野の最近の取り組み

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◆耐衝撃・爆発設計ガイドラインに関して（続き） ・設計フロー 第１段階：衝撃荷重の評価 第２段階：部材損傷の評価 第３段階：構造システム全体のロバスト性の評価

土木分野と建築分野の協力

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対象構造物は違うが，対象とする荷重は同じなので・・・ ・第10回構造物の衝撃問題に関するシンポジウム 開催 主催：土木学会 構造工学委員会 構造物の耐衝撃性能評価小委員会 共催：日本建築学会 構造委員会 応用力学運営委員会 耐衝撃性能の評価小委員会

・構造物の耐衝撃設計ガイドラインに関するシンポジウム 開催 主催：日本建築学会 構造委員会 応用力学運営委員会 耐衝撃性能の評価小委員会 共催：土木学会 構造工学委員会 構造物の耐衝撃性能評価小委員会

・その他，衝撃問題に関する国際会議など 委員会活動を通して，協力し合っている現状

まとめ

18 Structural Analysis Lab. ,Kyushu University

より合理的な設計法を確立するために，衝撃荷重の特性をよく把握した上で，現在，土木分野・建築分野ともに，構造物の性能照査型耐衝撃設計コード案や設計ガイドラインを作成することに尽力している．

上記目的を達成するために，RC部材の耐衝撃性能の

定量的評価など部材レベルの研究が盛んに行われている．また，性能の照査（チェック）に適用可能な衝撃解析法や衝撃実験法，またはそれらの留意点に関する研究も同時に遂行されている．

国際会議SILOS2011のご紹介

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◆会議名： 9th International Conference on Shock & Impact Loads on Structures ◆日時： 2011年11月16日~18日 ◆場所： 福岡国際会議場 ◆Sponsors： JSCE，FCVB，九州大学 ◆Support Organizations： AIJ，JSCES，JCI，SWRSJ ◆Conference chairmen： 園田教授（九州大学），T S Lok准教授（Nanyang工科大学）