2023 Fiscal Year Research-status Report
耐震レジリエンス／ロバスト性向上のための数値実験システムの開発
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22K04420
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
山川 誠 東京理科大学, 工学部建築学科, 教授 (50378816)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永野 康行 兵庫県立大学, 減災復興政策研究科, 教授 (00410374)
朝川 剛 東京電機大学, 未来科学部, 准教授 (00806127)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 建築構造 / 耐震設計 / ロバスト性 / レジリエンス / 構造最適化 / 制振装置 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
建物性能、地震動特性の不確定性について耐震ロバスト性と耐震レジリエンスを評価し、構造計画上の意思決定に有用な学術的基盤の提供と数値実験システムの実現に必要な研究を行った。また構造最適化・機械学習と一般的に用いられる構造計算ソフトウェアとの連携についての検討を行った。得られた研究実績の概要は以下の通りである。
1)建物の耐震ロバスト性の向上を目的として、ストッパー機構の一種である変位制御型ブレースについて、順序統計量を指標としたロバスト最適設計を通じて初期離間量の不確定変動が建物応答へ与える影響を調べた。2)耐震レジリエンス／ロバスト性向上を目的にした変位制御型ブレースについて、自由落下実験による衝撃的荷重の確認と端部の挙動確認を目的にした準静的載荷実験を行い、その力学性状と終局耐力のそれぞれについて検討を行った。3)変位制御型ブレース、座屈拘束ブレース、オイルダンパーを併用することによって得られる応答制御効果について数値解析に基づく検討を行った。4)構造設計実務に使用される構造計算ソフトウェアと数値実験システムとの連携について、制約パラメータに基づき制御する手法を提案し、 座屈拘束ブレースを有するモデルを対象に検討を行った。5)山形体育館モデルを対象に設定した縮小模型の振動台実験で観察された応答性状について、拡張CQC法に基づくTMD最適同調比との関係について調べ、無損傷時と損傷時の両方の状態を同時に考慮して、損傷時の応答増大を抑止する方法について検討を行った。6)建物内にいる人を想定した人力加振実験による被験者の不安度調査を実施し、最大加速度と最大速度に基づく実験結果を整理した。
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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
建物性能、地震動特性の不確定性について耐震ロバスト性と耐震レジリエンスを評価し、構造計画上の意思決定に有用な学術的基盤の提供と数値実験システムの実現に必要な研究を行っている。現在までの進捗状況は以下の通りである。
1)変位制御型ブレースとオイルダンパーを組み合わせたハイブリッド型変位制御装置を鋼構造骨組に付加し初期離間量の不確定変動を考慮したロバスト最適設計では、各層の最大応答層間変形角の分布がより一様化される結果が得られている。地震動特性の不確定性についても検討を行っている。2)皿ばねを用いた初期剛性を有する変位制御型ブレースの開発を行っており、初期変位と初期剛性を設計変数とする場合に適切な設計解を導くための設計法の提案を検討している。3)フレーム内に座屈拘束ブレースとオイルダンパーの異種要素混合配置をする場合において複数位相特性での時刻歴応答解析に基づく検討を行い、地震動によって要求されるダンパー量やダンパー特性についての検討を行っている。4)構造設計実務に使用される構造計算ソフトウェアと数値実験システムとの連携を目的とし、複数の探索フェーズを用いた最適化手法を提案し、探索経路の制御を行うことで、候補断面数が限定され計算コストを削減できる方法を検討している。5)鋼構造骨組を対象とし、断面規格を考慮した鋼材最小設計への深層学習の適用性について開発中の数値実験システムを用いた検討を行っており、数パーセント程度の予測誤差で最適解および単位面積鋼材量を予測可能な結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
建物性能、地震動特性の不確定性について耐震ロバスト性と耐震レジリエンスを評価し、構造計画上の意思決定に有用な学術的基盤の提供と数値実験システムの実現に必要な研究を行う。今後の研究の推進方策は以下の通りである。
1)変位制御型ブレースとオイルダンパーを組み合わせたハイブリッド型変位制御装置を有する鋼構造骨組を対象とし、順序統計量を指標としたロバスト最適設計が可能な数値実験システムを用いて、耐震ロバスト性の向上に有効な因子と改善された指標値との関係分析を行う。2)初期剛性を有する変位制御型ブレースに加え、柱脚に皿ばねを有する制振システムの提案を行い、静的載荷実験および数値解析に基づく応答制御性能の検討を行う。3)フレーム内に座屈拘束ブレースとオイルダンパーの異種要素混合配置をする場合の応答制御効果について、最大応答層間変形角、最大絶対応答加速度、コスト指標、耐震ロバスト性の複数指標から検討を行う。4)鋼構造骨組の最適設計では鋼材重量の最小化が扱われることが多いが、設計実務では各種の建設コストを扱えることが望ましく、またCO2排出量のような環境配慮型の設計も求められる。そういった各種の指標を扱えるように複数の探索フェーズを用いた最適化手法を提案し、数値実験システムへの実装と機能拡張を行う。5)スパン数、スパン長、階数等を設計パラメータとするモデル建物を設定し、扱うデータセットの大規模化を行う。また建物における梁せいや柱径等の断面分布が学習性能に与える影響を調べ、有効な制御方法を提案する。6)不安度が小さい免震構造に着目し、免震層の層剛性同定の新たな方法論を構築する。
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| Causes of Carryover |
当該年度の数値実験・解析には既存の設備を有効利用し、新たに必要となる計算機は次年度に購入するように計画変更した。この変更による研究計画遂行上の影響はない見込みである。
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