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Building damage evaluation method under earthquakes using existing gas meters

Research Project

Project/Area Number 23K22909
Project/Area Number (Other) 22H01639 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 23010:Building structures and materials-related
Research InstitutionInstitute of Science Tokyo

Principal Investigator

佐藤 大樹  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40447561)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) SHEGAY ALEKSEY  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 研究員 (90866170)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywordsガスメーター / ヘルスモニタリング / 損傷評価 / 構造ヘルスモニタリング / RCマンション / 損傷評価手法 / MEMSセンサー / 高密度観測 / 建物損傷評価 / 3次元部材モデル / 振動台実験 / 時刻歴応答解析 / SI値
Outline of Research at the Start

近年,地震直後においても事業継続を行えることが求められている。そのためには地震時の建物の損傷を早急に評価する必要がある。構造ヘルスモニタリングと呼ばれる手法が用いられている。これは,地震後に人間による被害観察に比べれば遙かに迅速で有用な手法である反面,建物内に構造ヘルスモニタリング用の専用機材を設置する必要がある。そのため初期費用だけでなく,維持管理費用が大きな足かせとなり,一部の重要な超高層建物には採用されているものの普及率は低い。そこで本研究課題ではこの問題を解決するために,既に設定されているガスメーターを利用した地震時における建物損傷評価手法の構築を行う。

Outline of Annual Research Achievements

近年,地震直後においても事業継続を行えることが求められている。そのためには地震時の建物の損傷を早急に評価する必要がある。一般的には加速度計などを用いて地震前後の建物特性の変化を観察する,いわゆる構造ヘルスモニタリングと呼ばれる手法が用いられている。これは,地震後に人間による被害観察に比べれば遙かに迅速で有用な手法である反面,建物内に構造ヘルスモニタリング用の専用機材を設置する必要がある。そのため初期費用だけでなく,維持管理費用が大きな足かせとなり普及率は低い。そこで本研究課題ではこの問題を解決するために,既存のガスメーターを利用した地震時における建物損傷評価手法の構築を行う。
今年度は,実建物データを基にデータベース詳細な3次元部材モデルで柱や梁,壁や床などをモデル化したRCマンションモデル4棟を作成した。さらにそれらを実際の構造設計でも用いるせん断モデルに置換し,多数の地震波を用いて時刻歴応答解析を実施した。解析結果を詳細に分析することで以下の知見を得た。(1)伝達関数のピーク振動数の変化は建物の損傷と深い関係があること,(2)伝達関数のピークを各階の床応答スペクトルのピーク周期で大凡評価できること,(3)床応答スペクトルのピークの変化と損傷には高い相関があり,その関係をモデル化できること。また3次元部材モデルをもちいて建物の同一階での応答のバラツキについて検討した。その結果,弾性応答時には同一階での応答にはバラツキが見られないものの,梁などが損傷した場合,同一平面内での応答にバラツキが生じることが確認された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は概ね順調に進展していると判断できる。昨年度までは手法の構築のために理想的な状況での実験および解析を実施してきた。初年度は,実建物データを基にデータベース詳細な3次元部材モデルで柱や梁,壁や床などをモデル化したRCマンションモデルを作成した。地震応答をシミュレーションする際に用いる地震波を選定し,時刻歴応答解析を実施した。解析結果から各RCマンションモデルの損傷を分析した。ガス遮断をすることに特化して開発された剛体球式感震器方式のガスメータを用いて,様々な振幅や振動数の正弦波による振動台実験を実施した。振動台には高性能の加速度計も設置し,その値と比較することで剛体球式感震器方式ガスメータの振動感知性能およびそのバラツキを確認・評価した。さらにRCマンションモデルを用いた複数の地震波による時刻歴応答解析から得られる各階での応答波形を用いて,振動台実験を実施し,地震時における剛体球式感震器方式のガスメータのガス遮断スイッチの発生条件について詳細に分析した。またガスメータの取り付け角度を変更した振動台実験を実施し,取り付け角度の違いによるガスメータによるガス遮断スイッチの発生条件のバラツキについても明らかにした。その性能を踏まえた上で,ガスメータを構造ヘルスモニタリングに適用する場合の課題と方針を大凡確定することができた。次年度は,新たに2棟のRCマンションの解析モデルを作成し,1方向および2方向で地震波を入力した場合の建物応答について分析した。膨大な時刻歴応答解析結果を分析することで,ガスメータに内蔵された感震センサーで構造ヘルスモニタリングおよび損傷評価を行える可能性を示すことができた。

Strategy for Future Research Activity

昨年度までは基本的な情報を蓄積することを目的としていたので、1方向のせん断モデルを用いて分析を行ってきた。今後は3次元の部材構成モデルを用いてかつ2方向入力時に応答性情を把握し、建物の損傷評価を行える簡易手法を提案およびその検証を進める。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 4 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] 簡易加速度センサーの利用を想定したRC建物のヘルスモニタリング2024

    • Author(s)
      久田翔俊,佐藤大樹,Alex Shegay
    • Journal Title

      日本建築学会関東支部研究報告集

      Volume: 2024 Pages: 385-388

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 水平2方向入力によるRC造建物モデルの地震応答に関する検討 その1 1方向入力時と2方向入力時の建物各層応答値の比較2024

    • Author(s)
      河野利器,佐藤大樹,久田翔俊,Alex Shegay
    • Journal Title

      日本建築学会関東支部研究報告集

      Volume: 2024 Pages: 505-508

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 水平2方向入力によるRC造建物モデルの地震応答に関する検討 その2 建物モデル平面内の応答値のばらつきと塑性率の関係に関する検討2024

    • Author(s)
      河野利器,佐藤大樹,久田翔俊,Alex Shegay
    • Journal Title

      日本建築学会関東支部研究報告集

      Volume: 2024 Pages: 509-512

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] EVALUATION OF SHUT-OFF CHARACTERISTICS OF GAS METERS EQUIPPED WITH RIGID BALL TYPE SEISMIC SENSOR IN EARTHQUAKE-INDUCED RESPONSES BY SHAKE-TABLE-TESTING2023

    • Author(s)
      HISADA Takatoshi、SATO Daiki、SHEGAY Alex
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering B

      Volume: 69B Issue: 0 Pages: 22-28

    • DOI

      10.3130/aijjse.69B.0_22

    • ISSN
      0910-8033, 2436-6285
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 絶対加速度および絶対速度最大値から推定される建物固有周期の変化と損傷程度の関係2023

    • Author(s)
      久田翔俊,佐藤大樹,Alex Shegay
    • Journal Title

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      Volume: 2024 Pages: 179-180

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Presentation] 加速度と速度の最大値を用いた建物の固有周期と損傷の程度の関係2023

    • Author(s)
      久田翔俊,佐藤大樹,Alex Shegay
    • Organizer
      日本建築学会関東支部研究報告会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 地震応答時における剛体球式感震器搭載ガスメーターの感震遮断性能評価のための振動台実験2022

    • Author(s)
      久田翔俊,佐藤大樹,Alex Shegay
    • Organizer
      日本建築学会大会学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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