[論文レビュー] A new design strategy based on a deterministic definition of the seismic input to overcome the limits of design procedures based on probabilistic approaches

Marco Fasan, Claudio Amadio+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2015

Seismic Performance and Analysis参考文献 5被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、確率論的手法の限界を克服するため、現場固有の地震入力を定義するNeo-Deterministic Seismic Hazard Assessment (NDSHA)を用いた決定論的地震設計戦略を提案する。MDSIBD（基盤における最大決定論的地震入力）とMDSISS（現場固有の入力）を導出することで、現実的な応答スペクトルおよび時間歴を備えた性能ベース設計が可能となり、目標性能水準を地震入力の強度ではなく構造物の重要性に直接結びつけることができる。

ABSTRACT

In this paper, a new seismic Performance Based Design (PBD) process based on a deterministic definition of the seismic input is presented. The proposed procedure aims to address the following considerations, arisen from the analysis of seismic phenomena, which cannot be taken in account using standard probabilistic seismic input (PSHA): a) any structure at a given location, regardless of its importance, is subject to the same shaking as a result of a given earthquake, b) it is impossible to determine when a future earthquake of a given intensity/magnitude will occur, c) insufficient data are available to develop reliable statistics with regards to earthquakes. On the basis of these considerations, the seismic input at a given site - determined on the basis of the seismic history, the seismogenic zones and the seismogenic nodes - is defined using the Neo Deterministic Seismic Hazard Assessment (NDSHA). Two different analysis are carried out at different levels of detail. The first one (RSA) provides the Maximum Deterministic Seismic Input as a response spectra at the bedrock (MDSIBD), similarly to what is proposed by the codes. The second one (SSA) takes the site effects into account, providing a site specific seismic input (MDSISS). A SSA provides realistic site specific seismograms that could be used to run time history analysis even where no registrations are available. Reviewing the standard PBD procedure, MDSISS is always associated with the worst structural performance acceptable for a building, called Target Performance Level (TPL). In this way, the importance of the structure (risk category) is taken into account by changing the structural performance level to check rather than to change the seismic input.

研究の動機と目的

• 確率論的地震ハザード評価（PSHA）が実際の地震挙動を捉えきれないという限界を解消すること。
• PSHAがマグニチュードや震源位置といった決定論的地震特性を反映できないという問題を克服すること。
• 歴史的地震活動、発震性領域、ノードに基づいた信頼性の高い地震入力定義を提供すること。
• 構造物の重要性が性能レベルに反映される性能ベース設計フレームワークを導入すること。地震入力強度ではなく、性能レベルに依存する。
• 強震記録が得られない地域においても、現場固有の加速度波形を生成することで、現実的な時間歴応答解析を可能にすること。

提案手法

• 既知の地震歴史と構造的地震源に基づき、Neo-Deterministic Seismic Hazard Assessment (NDSHA) を用いて地震入力を定義する。
• 設計コードのアプローチに類似した応答スペクトルとして、基盤における最大決定論的地震入力（MDSIBD）を計算する。
• 局地的な土壌および地質的要因を考慮して、現場応答解析を実施し、現場固有の地震入力（MDSISS）を導出する。
• MDSISSから、非線形時間歴解析に使用可能な現実的な現場固有の加速度波形を生成する。
• 目標性能水準（TPL）を構造物の重要性に結びつけることで、性能要件がリスクカテゴリーに比例するようにする。
• MDSISSを構造設計の根拠とすることで、最も深刻な性能要件が決定論的入力に一貫して結びつくようにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 確率論的地震ハザード評価に内在する統計的不確実性を克服するため、どのように決定論的地震入力を定義できるか？
• RQ2 歴史的地震活動と発震性領域をどの程度活用して、現実的な最大信頼地震入力を定義できるか？
• RQ3 決定論的地震入力は、より合理的かつ一貫性のある性能ベース設計フレームワークを実現できるか？
• RQ4 MDSISSとして現場の影響を地震入力に組み込むことで、構造物応答予測の正確性はどの程度向上するか？
• RQ5 データが乏しい地域においても、決定論的地震入力を用いて非線形動的解析に適した信頼性の高い時間歴波形を生成できるか？

主な発見

• 提案された決定論的アプローチは、実際の地震歴史とテクトニクス的源に基づいた一貫性があり、物理的に根拠のある地震入力定義を提供する。
• 基盤における最大決定論的地震入力（MDSIBD）は応答スペクトルとして導出され、現在の設計コードと互換性を持つ。
• 現場固有の地震入力（MDSISS）は局地的現場条件を反映しており、時間歴解析に適した現実的な加速度波形を生成する。
• 本手法は構造物の重要性と地震入力強度を分離し、代わりに目標性能水準（TPL）に結びつけることで、設計の合理性を向上させる。
• 強震記録が得られない地域においても、決定論的ハザード評価から現場固有の波形を生成できるため、性能ベース設計が可能になる。
• MDSISSの使用により、最も深刻な地震要求が最大信頼地震に一貫して結びつき、設計の信頼性が向上する。