構造物から発生する地盤振動解析・構造物音解析

１．鉄道トンネルから発生する地盤振動解析

列車の高速化や新線建設にともなう沿線環境保全のために、列車走行により発生する振動を低減させるための振動対策軌道が開発されています。それらの振動対策軌道が地盤振動に与える影響を評価するために、列車走行による地盤振動を解析できる地盤—トンネル系の三次元数値解析モデルを構築し、トンネル内を走行する新幹線によって発生する地盤振動をシミュレーションを行いました。図１に解析モデルの概要を示します。

本解析モデルは、車両と構造物の動的相互作用解析プログラムDIASTARSⅡと、地盤と構造物の動的相互作用解析プログラムSuperFLUSH/3D（（株）構造計画研究所）を使用しています。図２～３および動画１に解析結果を示します。

２．鉄道コンクリート高架橋から発生する構造物音解析

(1)解析モデルの概要

近年、列車速度が向上したことにより、鋼鉄道橋などに比べて構造物音が小さいと考えられてきたコンクリート高架橋においても、構造物音の増大も懸念されるようになっています。列車走行による構造物音は、車両、軌道、構造物、沿線空間など様々なパラメータが介在する現象であり、現車試験や実験などによる現象の再現や検証が容易ではないため、数値解析による問題解決への期待が高まっています。
図４に構造物音評価法の概要を示します。車両、軌道、構造物、沿線空間からなる全体系を有限要素法によりモデル化し、数値解析により構造物音を評価します。ただし、全体系を一体としてモデル化すると解析自由度が膨大となり解析時間も実用的ではないものとなるため、全体系を車両/軌道系、軌道/構造物系、構造物/沿線空間系の各モデルに分割し、それぞれのモデルに関連するパラメータを相互にやりとりしながら並行して解析することとしました。これにより、全体系を一体で解析する場合に比べて大幅に解析自由度を削減することができ、効率的な解析が可能です。また、各種パラメータの条件を任意に設定することができ、様々な条件を想定した数値実験を行うことが可能です。

(2)高架橋補強による構造物音低減効果検証のための数値実験

構造物音の音源となりやすい中間スラブについて、補強工法（剛性5倍に増加）を適用した場合の構造物音低減効果検証のための数値実験を行った結果を紹介します。補強工法を適用すると、図５に示すように、例えば中間スラブ下面では4.8dB、12.5m地点では1.1dBの構造物音低減効果が得られる可能性が示されました。

関連ページ

• 車両と構造物の動的相互作用解析　【構造力学研究室】