構造要素の振動形の拘束により力学特性を変化させて振動制御する制震工法の研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455250
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 田川 健吾 福井大学, 工学部, 教授 (90206904)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新谷 真功 福井大学, 工学部, 助教授 (90154393)
• Keywords: アクティブ制震工法 / 可変ばね / スライディングモード制御 / 変形モード / コンピュータシミュレーション / リアプノフ関数 / 切り替え面

Research Abstract

この研究は、耐震壁のような曲げ変形型の耐震要素とラーメン架構のようなせん断変形型耐震要素が混在する一般のビル建築において、これらの耐震要素間に働く地震時せん断力をアクティブに制御して、建物全体の動力学特性を変化させて制震(振)することを目標に、その可能性をコンピュータシミュレーションにより検討したものである。まず互いに変形モードの異なる耐震要素間に可変剛性特性を有するバネを挿入した1質点系モデルを対象として、その運動方程式を定式化し、それにスライディングモード制御理論を適用した。理論解析の結果、リアプノフ関数を用いた漸近安定条件から、可変バネ剛性の切り替えタイミングを定める制御コントロール法を導き、同時にスライディングモードを約束する限界剛性変動幅を見つけ出した。これらの新しい知見に基づき、広いパラメータ範囲でコンピュータシミュレーションを行い、その妥当性を検証すると共に実用化にあたっての有用な知見を得た。ついで、一般的に多層階でかつ最上層にのみ可変バネが配置された場合について、2質点系モデルで代表的に研究し、最初に漸近安定を保障する切り替え面の設計条件を、切り替え面上のダイナミズムの安定条件から求め、次いでこの条件に叶う切り替え面のなかから、リアプノフ関数を漸減させる切り替えコントロール法を試行錯誤的に検討した。結果として未だ十分なものではないが、数多くの切り替えシーケンスからなる2種類のコントロール法を提案し、その効果をやはりコンピュータシミュレーションで検討した。