2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a passive rate-independent linear damping device effective in displacement control of seismic isolated builings
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18H01577
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
五十子 幸樹 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (20521983)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅野 秀人 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (20336449)
池永 昌容 関西大学, 環境都市工学部, 准教授 (50552402)
堀 則男 東北工業大学, 工学部, 教授 (60292249)
薛 松濤 東北工業大学, 工学部, 教授 (70236107)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 複素減衰 / マクスウェル要素 / 長周期地震動 / 長周期構造物 / パッシブ制御 / 振動台実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
長周期地震動／長時間地震動を受ける免震構造物を中心とした長周期構造物の過大応答変位抑制に有効な複素減衰について，コンピュータ制御や外部電源などを必要としないパッシブデバイスとして実装することを目的として，時間領域で因果的に表現でき，なおかつできるだけ単純な物理モデルを検討した．既往研究で，一般化マクスウェルモデルが複素減衰の良い因果的近似を与えることは知られているので，これらの中でもBiotのモデル，Tuned Maxwell Wiechert モデルを対象に性能比較を実施した．既往のモデルでは一般的に一つの複素減衰要素を近似するために数十から無限個の自由度を追加しなければならなかったが，本年度の研究では一つの複素減衰要素に対して一つの自由度を追加するだけで従来のモデルに劣らない近似精度が得られることを示した．この提案モデルの基本となっているのは，1-pole, 1-zeroの双一次型フィルターであり，提案装置はこれを物理的に実現したものであるが，本年度はフィルターの次数を０～１の間の値をとる非整数次に拡張することを提案した．こうすることで，一般化マクスウェルモデルに基づく近似と，更に別のアプローチで提案されていたMakrisの近似モデルとを繋げる統一理論の基礎の構築に成功している．
理論的成果の実験的検討については，マクスウェル要素を物理的に実現するために，線形粘性要素としてオイルダンパーを，線形バネ要素として鋼製コイルバネを制作し，それぞれの単体試験による性能確認まで実施した．得られたデータを基にして翌年度に振動台実験等を実施予定である．
本年度の成果は，Journal of Earthquake Engineeringに一編の日米国際共著論文として発表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の申請当初に達成したいと考えていた成果のうち，複素減衰に関する既往の因果的近似モデルと申請者らの提案の関係を理論的に明らかにし，統一理論を構築するという目標については概ね達成することができた．また，この理論を実証するための実験を並行して実施しているが，これについても試験体の設計と製作を終え，試験体の単体試験特性の取得まで終了している．翌年の最終年度において，実験による理論の検証と，得られた成果のまとめに当たっての更なる理論の深度化と論文執筆を残しているところであって，現在までのところの進捗状況の評価としては，当初予定していた翌年度中の研究を持って概ね目標を達成できる見込みである．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後，最終年度である翌年度において下記の方策で研究を推進する．
これまでの研究成果で得られた，長周期構造物の地震時過大変形抑制に有効な複素減衰を因果的かつ物理的に実現するアイディアを，免震建物縮小試験体を用いて検証する．試験体には，東北大学が保有する一層及び三層建物を模擬する鉄骨試験体，周期四秒の免震架台と，本研究課題で製作したオイルダンパー試験体および鋼製コイルバネを組み合わせて用いる．実験は，①鋼製コイルバネとオイルダンパーを直列接続して得られるマクスウェル型ダンパー加振実験による周波数応答特性などの同定，②マクスウェル型ダンパー試験体を物理試験体，ダンパー以外の建物全体モデルを数値モデルとしたリアルタイムオンラインハイブリッド実験，③免震架台に一層または三層の建物縮小試験体を載せた免震試験体にマクスウェル型ダンパー試験体を組み込んで実施する振動台実験の３通りを実施する予定である．これら動的実験，振動台実験の結果が理論で予測されている効果を発揮することを確認する．
また，これまでに得られている理論的成果と，今後実施する実験の成果を取りまとめて，本研究課題で得られた成果を広く周知するため，国際journal論文へ投稿するための論文執筆を行う．
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