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確率微分方程式を用いた地震動位相の時間・周波数特性のモデル化と非定常時系列の模擬

Research Project

Project/Area Number 15656111
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Structural engineering/Earthquake engineering/Maintenance management engineering
Research InstitutionWaseda University (2005)
Kyoto University (2003-2004)

Principal Investigator

佐藤 忠信  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00027294)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 盛川 仁  東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助教授 (60273463)
本田 利器  京都大学, 防災研究所, 助手 (60301248)
張 至鎬  早稲田大学, 理工学術院, 助手 (70367051)
大鳥 靖樹  電力中央研究所, 我孫地盤耐震部, 主任研究員 (60371431)
Project Period (FY) 2003 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Keywords地震動位相 / 群遅延時間 / 確率微分方程式 / 因果性 / 地震動シミュレーション / ランダム振動解析 / 位相準拠地震動 / ウエーブレット解析 / 位相の不確定性 / データベース / ヒルバート変換
Research Abstract

本研究は,新しい非定常時系列シミュレーション法を開発することを目的として,まず,地震動の位相特性の合理的なモデル化手法を確立し,つぎに,モデル化された非定常位相特性の情報を用いて非定常時系列のシミュレーションを可能する方法論を開発する.このために,ウエイブレット変換を用いて地震動位相の時間・周波数特性を抽出し,それを確率微分方程式の概念を用いてモデル化する.具体的には,位相の周波数に関する微係数として定義される群遅延時間の時間・周波数特性を模擬するための確率微分方程式を導出し,その構成係数を既存の地震動記録のデータセットを用いて,断層破壊過程のパラメータと断層から観測点までの距離の関数として表現する.つぎに,モデル化された群遅延時間を用いて地震動のシミュレーションを可能にするアルゴリズムを開発する.このために,因果性時系列の実数部と虚数部の間に成り立つヒルバート変換の関係を利用して群遅延時間から非定常時系列のフーリエ振幅特性を決定するための理論を展開する.
以上の目的を達成するために,本年度に行なった研究の成果をまとめると以下の様である.まず,離散周波数間隔の影響を受けないサンプル群遅延時間をシミュレートするための方法論を確立するために,群遅延時間の周波数軸上での相関性の表現法に関する研究を行なった.さらに,サンプル群遅延時間から直接非定常時系列をシミュレートするための方法論を確立した.1999年台湾集集地震の観測記録を用いて,開発された方法論の有効性を確認した.地震動の非定常群遅延時間の空間相関特性をモデル化することによって,多点で観測された地震動観測記録を用いて,未観測点での地震動波形推定するための方法論を開発した.開発した方法論を基にして,非定常時系列のシミュレーションの新しい体系を確立した.非定常時系列が入力する時の非線形構造システムの応答予測法に関する研究を行った.

Report

(3 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2005 2004 2003 Other

All Journal Article (7 results) Publications (6 results)

  • [Journal Article] Design earthquake motions for railway facilities in Japan2005

    • Author(s)
      Tadanobu Sato
    • Journal Title

      Proceedings of EURODYN 2005 Structural dynamics

      Pages: 85-94

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  • [Journal Article] Effect of phase spectrum uncertainties of earthquake motion on seismic fragility curve of steel bridge pier2005

    • Author(s)
      Tadanobu Sato, Midori Masumoto, Ikumasa Yoshida
    • Journal Title

      Proceedings of Second International Conference on Urban Earthouake Engineering, Tokyo Institute of Technology

      Pages: 9-20

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 適応型モンテカルロフィルターを用いた損傷同定について2004

    • Author(s)
      吉田 郁政, 佐藤 忠信
    • Journal Title

      土木学会論文集 Vol.I-67, No.759

      Pages: 259-269

    • NAID

      10012033454

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  • [Journal Article] Effect of Phase Spectrum Uncertainty on Earthquake Motion,2004

    • Author(s)
      T.Sato, Y.Murono, T.Kawanishi
    • Journal Title

      9th ASCE Specialty Conference on Probabilistic Mechanics and Structural Reliability

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Application of Stochastic Characteristics of Phase Spectrum to Random Vibration Analysis of S.D.O.F System2004

    • Author(s)
      Y.Murono, T.Sato
    • Journal Title

      9th ASCE Specialty Conference on Probabilistic Mechanics and Structural Reliability

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Efficient system identification algorithm applicable to large scale system. International Workshop on Advanced Sensors2003

    • Author(s)
      T.Sato, Y.Tanaka
    • Journal Title

      Structural Health Monitoring, and Smart Structures 10-11November 2003, Keio University, Japan

      Pages: 167-172

    • Related Report
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  • [Journal Article] Simulation for Earthquake Motion from Phase Information2003

    • Author(s)
      Tadanobu Sato, Yoshitaka Murono
    • Journal Title

      Journal of Natural Disaster Science Vol.25, No.2

      Pages: 93-101

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  • [Publications] Ikumasa YOSHIDA, Tadanobu SATO: "Health Monitoring Algorithm by the Monte Cairo Filter Based on Non-Gaussian Noise"Journal of Natural Disaster Science. Vol.24, No.2. 101-107 (2002)

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  • [Publications] Tadanobu SATO, Yoshitaka MURONO, Akihiko NISHIMURA: "Phase Spectrum Modeling to Simulate Design Earthquake Motion"Journal of Natural Disaster Science. Vol.24, No.2. 101-107 (2002)

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  • [Publications] Abraham I.Beltzer, Tadanobu Sato: "Probability distribution of wave velocity in heterogeneous media due to random phase configuration"Elsevier, Wave Motion, science direct. Vol.38. 221-227 (2003)

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  • [Publications] Yuan Di, Tadanobu Sato: "Liquefaction analysis of saturated soils taking into account variation in porosity and permeability with large deformation"Computers and Geotechnics. Vol.30. 623-635 (2003)

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  • [Publications] Abraham I.Beltzer, Tadanobu Sato: "Neural classification of finite elements"Computers & Structures. Vol.81. 2331-2335 (2003)

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  • [Publications] 佐藤 忠信, 室野 剛隆: "位相情報を利用した非定常地震動のシミュレーション法"土木学会論文集. Vol.I-66, No.752. 159-168 (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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