骨組礎造物のロバスト損傷推定手法の開発と数値解析及び実験による提案手法の性能評価

• Project/Area Number: 15760425
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Building structures/materials
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 荒木 慶一 京都大学, 工学研究科, 助教授 (50324653)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 建築骨組 / 損傷推定 / 数値解析 / 振動実験 / 非破壊検査 / 振動観測 / 超音波 / 波動伝播 / 鋼材帯板 / 組み合わせ最適化 / 最適センサー配置 / システム同定 / 感度解析 / 非線形最小二乗法

Research Abstract

平成17年度は、建築構造物の損傷推定法に関する数値解析法の開発および実験を行い、以下に示す研究成果を得た。
1.骨組構造物を対象として、与えられた載荷条件の下で、できるだけ詳細なレベルで損傷や応力分布を推定する手法のプログラムを開発し整備を行った。また、人工的な誤差を含む観測値を用いた損傷推定のシミュレーションを行い、提案手法のロバスト性を評価した。本研究の成果を日本建築学会構造系論文集へ発表した。
2.骨組膜構造物を対象として、損傷の位置・箇所・程度や応力分を推定するための最適なセンサー配置をもとめる手法を開発し、数値実験によりその妥当性の検証を行った。本研究では、組み合わせ最適化問題を解くことにより、推定結果の分散が最小になる配置として最適センサー配置を求める。本研究成果を国際会議論文として発表した。
3.鋼構造建築物を対象として、耐火被覆の一部をはがすだけで梁フランジ破断などの損傷をもとめる手法について実験を行った。本手法では、ラム波(板波)と呼ばれる超音波の一種を用いる。ラム波は板全体が振動しながら伝播するため、耐火被覆などのおおわれた梁材においても一度に広範囲を検査できることが期待される。鋼材帯板を用いた実験結果から、クラックからの板波の反射波を確認できることを明らかにした。今後は、どの程度の亀裂や破断が確認できるかについてさらに調査を行う必要がある。
4.本研究課題の成果を「システム同定を用いた被災建築物の損傷評価法の現状と課題」と題して日本建築学会近畿支部第39回構造力学コロキウムにて発表した。

Research Products

• [Journal Article] Mixed integer nonlinear least-squares problem for damage detection in truss structures (2005)
  • Author(s): Y.Araki, Y.Miyagi
  • Journal Title: Journal of Engineering Mechanics Vol.131 Pages: 659-667
• [Journal Article] A mixed integer nonlinear least-squares problem for damage detection in truss structures (2005)
  • Author(s): Y.Araki, Y.Miyagi
  • Journal Title: ASCE Journal of Engineering Mechanics Vol.131(掲載予定)
• [Journal Article] 感度に基づくグルーピングと組合せ-非線形混合最適化による骨組構造物の損傷推定 (2004)
  • Author(s): 荒木慶一, 宮城祐輔, 上谷宏二
  • Journal Title: 日本建築学会構造系論文集 第582号 Pages: 65-71
• [Journal Article] Optimal measurement positions for identifying stress distribution of membrane structures using cable net approximation (2004)
  • Author(s): J.Zhang, M.Ohsaki, Y.Araki
  • Journal Title: Proceedings of The Third China-Japan-Korea Joint Symposium on Optimization of Structures and Mechanical Systems Pages: 547-552
• [Publications] 荒木慶一, 宮城佑輔, 上谷宏二: "骨組構造物のロバスト損傷推定法その1 混合最適化手法"日本建築学会大会学術講演梗概集. B-1分冊. 301-302 (2003)
• [Publications] 宮城佑輔, 荒木慶一, 上谷宏二: "骨組構造物のロバスト損傷推定法その2 感度に基づくグルーピング手法"日本建築学会大会学術講演梗概集. B-1分冊. 303-304 (2003)