地震動解析のための大規模FEMプログラムの開発

来るべき巨大地震の長周期地震動を予測する

吉村 智昭^＊１・山本 優^＊１・七井 慎一^＊２・長島 一郎^＊１

地震動解析のための大規模有限要素法（FEM）プログラムを開発した。近い将来発生するであろう，東海地震・東南海地震・南海地震といった巨大地震の長周期地震動を評価するのが目的である。計算した結果は，超高層ビルや免震建築物，長大橋，石油タンクなどの長周期構造物の耐震設計に用いることができる。
プログラムは，次のような特徴を有する。
(1)並列計算により，数億の要素数を有する巨大な地盤モデルを解くことができる。
(2)六面体・五面体要素を使うことができ，大幅に要素数を減らせる。
(3)レイリー減衰を導入して，地盤減衰の設定の自由度が増した。
(4)複数点震源のほか，領域縮小法による地震動入射が可能。
さらに，理論解との比較による精度チェックにより信頼できる結果が得られることを示した。また，当社で行った最新の大規模FEMモデルの計算例として，2004年紀伊半島東南沖地震のシミュレーション結果を示す。

＊１ 技術センター 建築技術研究所 防災研究室
＊２ 技術センター 技術企画部 情報技術室

Development of Large-scale FEM Program for Seismic Wave Propagation Simulation

Prediction of Long-period Ground Motion Excited by Great Earthquakes in Near Future

Chiaki YOSHIMURA ^*1, Yu YAMAMOTO ^*1, Shinichi NANAI ^*2 and Ichiro NAGASHIMA ^*1

We have developed a large-scale program using the finite element method that simulates seismic wave propagation. The aim of this program is to predict long-period ground motions excited by great earthquakes such as the anticipated Tokai, Tonankai, and Nankai earthquakes; these events are expected to occur as early as the middle of the 21st century. The results of the numerical simulation of ground motion are available for use in the structural design of long-period structures such as high-rise buildings, base-isolated buildings, long bridges and oil storage tanks.
In this paper, we introduce the advantages of the newly developed program. The program is able:
(1) to handle a large-scale model with hundreds of millions of elements by parallel processing;
(2) to handle hexahedra1, prismatic, and pyramidal elements, which reduces the number of elements required;
(3) to consider Rayleigh damping, which increases the flexibility with which soil damping can be set; and
(4) to incorporate multi-point sources and excitation by the Domain Reduction Method.
We also show the results of an accuracy check in which results are compared to a theoretical solution. Finally, we present a large-scale example in which the long-period ground motions generated by the 2004 Off Kii peninsula earthquake are simulated.

*1 Disaster Prevention Research Section, Building Engineering Research Institute, Technology Center
*2 Information Technology Section, Planning Department, Technology Center

33 - REPORT OF TAISEI TECHNOLOGY CENTER 2008 No.41