Development of an inerter-damper for the seismic protection of long-span suspension bridges

Research Project

Project/Area Number	21F31067
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	外国
Review Section	Basic Section 23010:Building structures and materials-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	五十子幸樹東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (20521983)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	CHEN XU 東北大学, 災害科学国際研究所, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2021-07-28 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000) Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2021: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords	斜張橋 / 制震構造 / 動吸振器 / ダイナミック・マス / 同調粘性マスダンパー / H2ノルム制御
Outline of Research at the Start	本研究課題では，巨大地震を受ける斜張橋の高耐震化に向けて，ダイナミック・マス(増幅質量要素)とMaxwell型のダンパー（バネ－粘性要素の直列機構）を低周波領域を中心に幅広い周波数帯域においてチューニングする振動制御方法を検討する．研究は理論的・実験的に行う．理論研究では，長周期地震動を効果的に制御するダンパーパラメータ(質量比・緩和振動数比・バネ比)を決定するための理論を構築する．実験的検討では，提案ダンパーの実用化における最大の課題である装置のコンパクト化を目指して，エラストマーを用いた捩りバネ機構を提案し，その実現性を実験的に確認する．
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では，斜張橋の地震時応答抑制の方法として，ダイナミック・マスを用いた動吸振器に類する制御デバイスとして同調粘性マスダンパー(TVMD)とTuned Inerter Damper (TID)の適用性を検討した． TVMDとは受け入れ研究者のグループが開発した建築構造物用制振システムで，メーカーとの共同開発により，実建物の制御にも利用可能なデバイスも開発しており，実適用例も世界に先駆けて存在する．ただし，適用範囲が建築物に限られていたことに加え，英国の研究グループが類似の装置としてTIDを提案していた．TVMDとTIDの最大の違いは，エネルギーを吸収する粘性要素の配置である．TVMDでは粘性要素がダイナミック・マス要素と並列であるのに対して，TIDでは粘性要素はバネ要素と並列となっている．後者のTIDの要素配列は既往の動吸振器(TMD)と同じであるのに対して，TVMDの配列は異なったものとなっており，構造物の制御効果においても若干の違いを生じる．また，TIDは既往の実用化されているTMDと同じ要素配列を持つものの，具体的な実装置は提案されておらず，理論的・数値解析的な机上検討か，実験を実施していたとしても極めて小規模なものに留まっている．本共同研究では橋桁の地震時応答抑制の観点からはTVMDがTIDよりも応答抑制効果やロバスト性において優れていることを示した．一方で，斜張橋の主塔についてはTVMDの制御効果が劣る可能性があることも示唆している．本共同研究の期間中は大規模な実験はできなかったが，エムエムブリッジ株式会社の協力を得て，斜張橋の桁を模した試験体にTVMDを設置した振動実験を行い理論の検証も実施した．得られた研究成果は採用中に４編の審査付き国際ジャーナル論文として発表しており，研究成果は良好である．
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。