2019 Fiscal Year Research-status Report
建築構造の耐震ロバスト性数値実験システムへの数理的アプローチ
| Project/Area Number |
18K04444
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Science |
|---|
Principal Investigator |
山川 誠 東京理科大学, 工学部建築学科, 教授 (50378816)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永野 康行 兵庫県立大学, シミュレーション学研究科, 教授 (00410374)
朝川 剛 東京電機大学, 未来科学部, 准教授 (00806127)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 建築構造 / 耐震設計 / ロバスト性 / 最適設計 / 動的応答 / 地震動 / 数値実験 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
建築構造の耐震設計におけるロバスト性（以下、耐震ロバスト性）向上を目的とし、研究を進めた。外乱および構造物パラメータに不確定変動を与え、応答の変動量の少なさを耐震ロバスト性と解釈し、構造最適化手法により耐震ロバスト性を向上させた設計解を求めた。得られた研究実績は以下の通りである。
1) 空間構造における耐震ロバスト性の向上を目的とし、単層ラチスドームに複数小型TMDを空間・周波数領域の両方で分散配置する構造システムの検討を行った。固有振動数、減衰定数、モード形状に不確定性を与えたモデルに対し、複数の順序統計量を同時に最小化する多目的最適化法の利用により、耐震ロバスト性を向上させたPareto最適解が得られることを確認した。
2) 鋼構造純ラーメン立体骨組を対象とし、立体骨組モデルの平面骨組モデルへの分解に基づく階層的な構造最適化法を提案した。立体骨組を平面骨組に分解して最適化計算を行い、その後、立体骨組に復元する本手法を用いることにより、2～3%程度以内の誤差で最小鋼材量を予測でき、かつ計算時間を数時間から数分に短縮できる結果が得られた。
3) 変位制御型PC鋼棒ブレースと座屈拘束ブレースを組み合わせたデュアルダンパーの骨組モデルにおける応答低減効果を検討し、効果的なPC鋼棒の直径と初期変位、BRBの芯材の断面積について最適化手法に基づく検討を行った。数値解析例により、特定層への変形集中が抑止され、構造物に冗長性を付与する設計が可能であるという結論が得られた。
4) PC鋼棒ブレースの縮小簡易フレームによる準静的載荷試験を実施した。端部に①緩衝材として皿ばね②緩衝材として硬質ゴム③緩衝材なしの3通りの対応を行い、いずれもフレーム端部に問題となるような衝撃力が発生しないことを確認するとともに繰返しの層間変位に対して変位制御型ブレースが想定通りの挙動を示すことを確認した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1) 複数の順序統計量を同時に最小化する多目的最適化法を提案し、単層ラチスドームへの小型TMDの最適設計問題に適用した。固有振動数、減衰定数、モード形状に不確定性を与えたモデルに対し、不確定変動に大きく影響を受けない耐震ロバスト性を向上させた設計解が得られている。
2) 立体骨組モデルの平面骨組モデルへ分解して鋼材量を最小化する手法を提案した。最適解では最適鋼材量の初期値依存性は低く、上下階制約を考慮することで断面寸法の初期値依存性も小さくすることができるという結果が得られている。
3）特定層への変形集中を防ぐ設計として、変位制御型PC鋼棒ブレースと他の制振機構を併用することにより、通常の耐震設計の想定を超える大きな地震動に対して特定層への変形集中を抑止することが可能となり、構造物に冗長性を付与する設計が可能であるという結論が得られている。
4）PC鋼棒ブレースの縮小簡易フレームによる準静的載荷試験を実施し、変位制御型ブレースが想定通りの挙動を示すことを確認している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
構造物、地震動特性の両方に不確定性が含まれる場合の最悪応答を、順序統計量から予測するという観点から、順序パラメータ、予測精度、必要標本数の関係について理論解析を行い、複数の順序統計量を同時に最小化することにより、耐震ロバスト性のレベルを制御できることを数値解析例で確認した。その関係性を理論的に究明することを引き続き行う。
また、今年度までに開発した要素技術を統合し、これらを実装した数値実験システムを開発し、パラメータ変動に対する耐震ロバスト性と応答低減率の関係を調べ、最適な構造形式についての定量的検討を行う。
さらに、変位制御型ブレースおよび皿ばねにプレストレスを導入した初期剛性付与タイプの実験および解析的検証を進める。このプレースとオイルダンパーなどを組合せた実建築物の解析的検証、準静的載荷試験を用いた終局時の静的実験を実施する予定である。
|
| Causes of Carryover |
理論的検討の項目を増やし、一部の数値解析、構造実験を次年度へと再計画したため。研究の全体計画には影響がない見込みである。
|
