2021 Fiscal Year Annual Research Report
Uncertainty quantification considering global sensitivity for seismic risk analysis of existing bridge structural systems
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20H02229
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
西尾 真由子 筑波大学, システム情報系, 准教授 (00586795)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 不確定性定量化 / 事後分布 / 非線形構造振動 / 構造信頼性 / 画像計測 / 地震フラジリティ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，構造モニタリングを活用する非線形地震応答解析のモデルパラメータ事後分布推定によるデータ同化法を構築し，既存橋梁の地震リスク解析への有効性を実証する．
具体的には，次の(A)-(C)の検証を進めていくこととしている：(A) 劣化損傷状態と地震動特性に依存する「不確定性感度」の高いパラメータを自動的に抽出し，非適切性を回避して事後分布を推定するデータ同化法を定式化する．(B) 構造振動模型や部材模型を用いる実験で構築した推定法の非適切性回避の効果を示し，不確定性感度を考慮することでパラメータ事後分布を高い精度と信頼性で推定できることを示す．(C) 実橋梁を対象として構築するデータ同化法を適用する地震リスク解析を実施し，既存構造状態をモニタリングデータで得る事後分布考慮する有効性を示す．
2021年度は(A)と(B)について，腐食損傷を局所的に有する平板部材の引張耐荷力評価を対象に事後分布推定への検証を実施した．ここでは「不確定性感度」に基づく計測点配置での非適切性回避を検証するため，画像で得る分布的なひずみデータを用いて，計測点の数や配置，データ精度の影響を調べた．また，非線形構造振動解析における不確定パラメータ事後分布推定を念頭に，動画による非線形振動の計測および評価法の構築に着手した．
(C)では，構造振動モニタリングを行っている道路高架橋を対象に，その数値解析モデルを構築してフラジリティ解析への詳細な検討を行った．既往研究の多くは，構造物を構成する部材ごとのフラジリティを導出するアプローチが多いが，本研究は構造全体へのシステムフラジリティを導出して地震リスクを検討する有効性を示した．
以上の成果について，学術誌論文投稿や国際会議発表で報告することができた．
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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
2021年度は(A)と(B)について，腐食損傷を局所的に有する平板部材の引張耐荷力評価を対象に事後分布推定への検証を実験によって実施した．ここでは「不確定性感度」に基づく計測点配置での非適切性回避を検証するため，画像で得る分布的なひずみデータを用いて，計測点の数や配置，データ精度の影響を調べた．画像ひずみ計測は3次元デジタル画像相関法を用いたが，事後分布推定で用いることを念頭に取得されるひずみデータの精度を評価した．ここでは，供試体に局所的な腐食を発生させる腐食促進作業，各構造状態での有限要素モデル構築と妥当性評価，また計測点数や配置を任意に設定して観測データとしてマルコフ連鎖モンテカルロ法による事後分布推定を行うためのコード構築といった作業が必要であったが，順調に進捗させることができた．
また，非線形構造振動解析における不確定パラメータ事後分布推定を念頭に，動画による非線形振動の計測および評価法の構築に着手したが，ここでは建物せん断モデルを用いる振動台実験を構築し，基本振動特性の同定や地震動入力の構造振動で考えなければならない非線形性・非定常性の付与法を決定した．
(C)では，構造振動モニタリングを行っている多径間道路高架橋を対象に，その数値解析モデルを構築してシステムフラジリティ解析を行った．ただし，システムの限界状態を設定する従来の古典的なフラジリティ解析法では，対象とする高架橋全体の構造解析を繰り返し実施する必要があり，確率論的に妥当に考慮できる不確定パラメータ数が少なくなってしまう課題を認識することができた．
以上の成果については随時，学術誌論文投稿や国際会議発表で報告することができた．これらの進捗状況から「概ね順調に進行している」とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
(A)-(C)各項目について2021年度に得られた結果を踏まえ，それらを継続・発展させる形で，以下の検証に取組む計画としている．
(A)と(B)については，引き続き，局所的な劣化を有する板部材の不確定モデルパラメータの事後分布推定について，画像計測によるひずみデータの量と精度に対する不確定性低減度との関係を明らかにし，不確定性感度に基づく計測点配置で効果的に非適切性回避が可能となることを示す．そして，不確定性が効果的に低減された事後分布を用いて，構造状態を適切に考慮するデータ同化耐荷力解析を実施する．また，非線形地震応答解析のデータ同化を扱うために，画像計測から非線形振動の発現とその評価を行う手法を示す．
(C)では2021年度に認識されたシステムフラジリティ解析の実施における課題に対応するため，高次元不確定性を有する非線形解析を扱う構造信頼性解析ための代替モデリング法を構築し、ここで対象としている道路高架橋の多数構成部材のパラメータ不確定性を扱うシステムフラジリティ解析を可能とする．
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