2015 Fiscal Year Annual Research Report
統一的方法に基づく慣性と運動学的相互作用を考慮した構造物‐杭系の地震応答評価法
| Project/Area Number |
15J00960
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
小島 紘太郎 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
|
| Keywords | 極限地震応答 / 弾塑性応答 / 断層近傍地震動 / ダブルインパルス / 建物－杭－地盤系 / 杭地震時応答 / 不確定地盤特性 / ロバスト性解析 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度における主たる研究成果は以下の2点にまとめられる。
1 研究実施計画に基づき、断層近傍地震動の断層面平行方向及び直交方向の入力の特徴を良く表現した１サイクルや1.5サイクルの正弦波に対して、それとフーリエ振幅の形状が類似で最大値が等価なダブルインパルスやトリプルインパルスを導入し、完全弾塑性復元力特性を有する１質点系モデルの「極限的ダブルインパルス」（あるいはトリプルインパルス）と、そのような入力に対する弾塑性応答の閉形表現を導出した。本研究の特徴は、建物の弾塑性応答の最大値を極大にするような「極限的ダブルインパルス」に注目している点である。従来の方法では、正弦波等の入力に対して、弾塑性モデルの共振応答の導出に等価線形化法や時刻歴応答解析を用いて多くの振動数に対して繰り返し計算が必要である。それに対して、本研究では、入力地震動をダブルインパルスに置き換えることで弾塑性極限応答の閉形解の導出を可能としており、本手法は入力レベルに対しても繰り返し計算の必要がない極めて効率的な方法である。また、非共振時の解も閉形表現が可能である。さらに、2011年の東北地方太平洋沖地震等で観測された長周期・長継続地震動をマルチインパルスで近似し、弾塑性モデルの「極限的マルチインパルス」とそのような入力に対する弾塑性応答の閉形表現を導出した。
2 地盤特性は空間的に不均一であり、測定値にはばらつきが存在するため、建物や杭の応答に大きな影響を及ぼす。このような地盤特性のばらつきを想定した上で、慣性と運動学的相互作用効果を考慮した建物－杭－地盤系における杭の地震時応答（特に、杭頭の最大曲げモーメント）を最大にするような地盤特性の組み合わせを見出す方法を提案した。これにより最悪なケースを想定したロバスト性、冗長性に優れた建物や杭の設計が可能となる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度では、研究課題である建物－杭－地盤系の研究において、表層地盤の特性や杭周辺地盤特性の不確定性が建物－杭－地盤系の地震時杭応答に及ぼす影響に関する研究を展開した。その研究成果を日本建築学会近畿支部の支部研究発表会や日本建築学会大会で発表し、鋼構造年次論文報告集や査読付き国際専門誌’Soil Dynamics and Earthquake Engineering’のTechnical Noteに発表した。
本年度の研究実施計画に基づき、断層近傍地震動の近似としてダブルインパルスやトリプルインパルスを導入した建物への入力エネルギーに関する極限外乱理論の研究においては、完全弾塑性復元力特性を有する1自由度系モデルの応答を極大とするような「極限的ダブルインパルス」（あるいはトリプルインパルス）と、そのような入力に対する弾塑性応答の閉形表現を導出した。本年度では、特にこの「弾塑性モデルにおける極限的ダブルインパルス」に関する理論の展開において当初の計画以上に研究が進展した。本理論では、今まで弾性応答を中心的に展開してきた極限外乱の概念を複雑な弾塑性応答に導入したことになる。ダブルインパルスを導入することにより弾塑性極限応答の閉形解が得られるため、等価線形化法や時刻歴応答解析を用いて多くの振動数に対して繰り返し計算が必要である従来の手法に対して非常に効率的な手法である。この点で研究は当初の計画以上に進展していると言える。その研究成果をまとめた複数の論文を査読付き国際専門誌’Frontiers in Built Environment’に発表した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度の研究では、「完全弾塑性モデルにおける極限的ダブルインパルス」に関する理論の展開において当初の計画以上に研究が進展した。そこで、平成28年度の研究では、極限的ダブルインパルスに対する完全弾塑性モデルの最大応答の閉形表現を、バイリニア型復元力特性を始めとした様々な復元力特性を有する弾塑性モデルに拡張することを計画している。特にバイリニア型復元力特性は、多くの建築構造種別の基本モデルであるとともに、主構造物と制振ダンパーの並列モデルなどの幅広いモデルに適用可能であり、「極限的ダブルインパルス」に関する理論の適用範囲が格段に広がる。例えば、バイリニア型復元力特性の第2分枝勾配が負のモデルはP-Δ効果を考慮したものであり、そのようなモデルにおける動的安定性の研究を行うことを計画している。また、弾塑性モデルの極限外乱に関する簡易的な実験を計画している。
さらに、当初の研究計画に基づき、「弾塑性モデルにおける極限的ダブルインパルス」の理論を建物－杭－地盤連成系に拡張し、モデルの非線形特性を考慮した建物－杭－地盤連成系への最悪な入力地震動に関する研究を行う。
|
