損傷制御が鍵！　地震に対して安全な構造物とは？

構造物の損傷制御による安全性の確立

地震時に安全な構造物とはどのようなものでしょうか。おそらく「壊れないもの」と思う人が多いでしょう。しかし地震に安全な構造物というのは、被害が最小限になるように「どのような損傷を構造物に生じさせるか」を考えて設計された、「上手な壊れ方」をする構造物です。
橋の場合、橋脚全体にわたって損傷が生じて橋桁がずり落ちるような破壊に至る損傷ではなく、根元が損傷を受けて傾きつつも、倒壊しないで「修理すれば直る」ような損傷ということになります。
また、構造物が頑丈すぎて大きな地震力に対して損傷を生じない場合には、橋桁に非常に大きな加速度が生じ、かえって危険です。そのため大きな地震に対しては、意図的に根元に損傷を生じさせて、構造物がしなるようにゆっくりと揺れるようにする設計が合理的です。

断層にまたがる橋梁の損傷予測

構造物の損傷を予測するためには、その損傷プロセスのシミュレーションが欠かせません。構造物に生じる物理量を計算することを「構造解析」といいますが、地震作用下の計算をできる構造解析ソフトは広く使われています。しかし、このような構造解析ソフトは、例えば橋の2本の橋脚が断層の両側にあって、地震の揺れと地面の変位が同時に起こるような場合には対応できません。日本にはまだ見つかっていない断層がたくさんあるため、今後シミュレーションが必要になるケースも出てくるでしょう。

構造物の設計・安全性評価の指針

そこで、小規模の断層の上であれば構造物が作れるように、損傷プロセスの計算アルゴリズムが開発されています。もっとも、断層の動きや構造物の形状は多様で変数が多すぎるため、規格化された設計指針を提示することは容易ではありません。しかし個々の事例にオーダーメイドとして適用していくことでデータを蓄積していけば、全体的な傾向を知る手掛かりとなり、断層を考慮した構造物の設計や安全性評価の指針のひとつになると期待されます。

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西日本工業大学工学部総合システム工学科土木工学系教授中野友裕先生

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土木工学、構造工学、地震工学

メッセージ

中高生の方は周囲から「しっかり勉強しなさい。あなたのためだから」と言われ、かえってやる気が失せてしまったという経験があるかもしれません。しかし、ものごとに一生懸命取り組むことは、本当に「あなたのため」なのです。それは良い成績のためでなく、自分自身の「適性」を知るのに必要なことだからです。適性のない分野に進むと大変な苦労をすることになり、好きだったものでも苦痛になって後悔することになります。「興味・好き・嫌い」のほかに「適性」という尺度を把握するために物事に「一生懸命」取り組んでください。

西日本工業大学に関心を持ったあなたは

1967年、「人を育て技術を拓く」をモットーに、苅田町に工学部を開設。機械工学・電気情報工学・土木工学分野の高度な専門技術を学びます。2016年には次世代のロボットや自動車の開発者を育てる知能制御コースを新設しました。また、北九州市の中心市街地にある小倉キャンパス［デザイン学部］には、建築学科と情報デザイン学科を設置。「工学」と「デザイン」を融合させた教育、研究を推進し、「知と地の創造拠点」を目指し、地域・行政・企業との連携で地域の課題解決に取り組み、社会のニーズに合ったエンジニアを育みます。