2018 Fiscal Year Research-status Report

重要災害拠点を対象とした非構造部材を含む建物の総合的な耐震余裕度評価法

Research Project

Project/Area Number	18K04431
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	藤田皓平京都大学, 工学研究科, 准教授 (40648713)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	竹脇出京都大学, 工学研究科, 教授 (20155055)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	構造ヘルスモニタリング / システム同定 / 損傷同定 / 非構造部材
Outline of Annual Research Achievements	本年度では，地震後の建物の残存耐震性能を総合的に評価する構造ヘルスモニタリングとして，地震時に建物で観測される床加速度応答を用いて，建物の物理パラメターとして層剛性を同定するシステム同定法や，機械学習のアプローチを取り入れた構造部材の損傷度と損傷位置を同定する損傷同定法の枠組を構築した。前者については，実際の建物でのセンシング技術の運用状況を踏まえて，観測データが得られる層位置を限定したシナリオを想定し，限られたデータから建物の固有モード性状と高層建物にも対応する曲げせん断型モデルとして層剛性を評価する方法である。後者については，鋼構造骨組を対象として柱や梁といった構造部材の損傷の模擬方法に課題は残るものの，地震経験後に損傷度と損傷位置が未知な観測データに対して，あらかじめチューニングされた対象建物のフレームモデルに対して，単一の部材が損傷した際の層剛性変化量をデータベースとして活用するものである。機械学習による損傷部材数と損傷度を推定することで，損傷位置を同定する探索範囲を限定し，単一の部材の損傷による層剛性変化量の重ね合わせにより損傷位置を特定することが特徴であり，構造ヘルスモニタリングにおいて重要な課題を克服するものである。また，非構造部材も対象とした総合的な残存耐震性能評価方法を確立するために，対象とする非構造部材として天井裏の配管系統の地震被害事例を集積し，被害が生じた事例について分析を行った。現在の設計指針に基づき，解析モデルを構築した上で，非構造部材に生じる応答を評価することで，非構造部材に生じた被害モードと解析から得られる応答データの関係性を整理した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本課題において構造ヘルスモニタリングとして地震後の建物の健全性を評価する上で，物理パラメターを同定するシステム同定や損傷位置の特定を行う損傷同定法は，建物における構造部材に対する被害状況の推定する基幹技術である。これらの手法は，本課題での取り組みにおいて重要な位置づけにあるものであり，本年度までに構築した方法は，実際の建物での観測データの収集を踏まえた実現性の高い方法であると考えている。
Strategy for Future Research Activity	本課題では建物の総合的な残存耐震性能評価として非構造部材についても評価対象としており，本課題で構築する建物の地震時応答を用いたシステム同定によって推定される床応答から建物に付随する非構造部材の応答性状をどのように評価し，被害モードを分類するのかを建物における非構造部材として配管等の詳細モデルを用いた数値シミュレーションによる数値実験により応答データを集積する。地震後の建物構造部材と非構造部材の損傷度について，信頼性理論に基づき損傷確率として評価する従来からの方法では取り扱われていない応答の履歴に着目し，システム同定を介して推定されるこれらの対象の時刻歴応答データから損傷確率を評価し，残存耐震性能評価法を展開する。
Causes of Carryover	現段階では，非構造部材として配管等を対象とした実験計画を進めるにあたって，計測装置の構成・選定を行っている段階にある。当初はこれらを当年度内に終了し，予算を配分していたが，実験を遂行する上で，実験の規模に応じて必要な計測装置の数も変わるため，これらを確定させ次第次年度以降に，これらの消耗品等の購入に使用する。