2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the effects of vertical earthquake motion on structures, etc. and advancement of vertical seismic isolation mechanism to reduce the effects
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18K04339
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| Research Institution | National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention |
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Principal Investigator |
佐藤 栄児 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 地震減災実験研究部門, 主任研究員 (60343761)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 鉛直地震動 / 鉛直免震機構 / セミアクティブ免震 / 回転慣性マスダンパー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年1Gを超える鉛直地震動が観測され、構造物への影響も問題視されつつある。そこで本研究では、その鉛直動の影響低減をめざし、鉛直免震を検討してきた。鉛直免震では免震効果向上のため鉛直方向の剛性を柔らかくしたいが一方、建物の自重を支えるため剛性を堅くしなければならないというトレードオフが生じ、従来の水平免震技術を鉛直方向にそのまま適用させることができない。
本研究では、鉛直剛性を堅くしたまま、回転慣性マスダンパーを用いることで見かけの質量を上げ免震周期の長周期化を実現させる。また、鉛直方向は水平方向ほど許容変位量を大きくできないため、変位低減性能として有効なセミアクティブ技術を用いた鉛直免震機構を提案、検討した。
まず、過去の地震記録の収集と分析を行い、鉛直動の影響の評価と効果的な免震機構の検討を行った。それらの結果より、鉛直動での検証が可能な鉛直免震台の製作を行い、解析的評価のための鉛直免震システムのモデル構築を行った。上部構造の自重を支え鉛直運動のみを許すリンク機構を採用した免震装置による鉛直免震台を実現した。免震の周期をより長周期化されるため負剛性の効果を期待した負ばねによる復元力機構を免震装置に組み込んだ鉛直免震台となっている。
また、ダンパーとして回転慣性マスとともに、電磁コイルで磁力可変させることで減衰力を可変させる機構を組み込んだ可変減衰回転慣性マスダンパーを考案し製作した。本ダンパーが、回転慣性マスで見かけの質量を変え、また外部から電磁コイルの電流を制御することで、減衰力を可変できることを検証し確認した。
提案した鉛直免震機構の数値解析モデルを構築し、性能検証を行い、製作した可変減衰回転慣性マスダンパーを用いることで、免震対象物の付加質量や免震機構の復元力を変更しなくとも免震周期を変化させ、セミアクティブ免震が可能であることを確認した。以上により当初の目的を達成できた。
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