Development of a seismic response inverse method based on fish-bone model to estimate damage and physical parameters in buildings

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01484
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
• Principal Investigator: 梶原 浩一 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, 主幹研究員 (10450256)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岸田 明子 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, 主幹研究員 (10599468) ; 五十子 幸樹 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (20521983) ; 榎田 竜太 東北大学, 災害科学国際研究所, 准教授 (20788624) ; 青木 崇 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, 特別研究員 (20870017) ; 郭 佳 東北大学, 災害科学国際研究所, 助教 (50868081) ; 藤原 淳 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, 主幹研究員 (80817049)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 魚骨モデル / 逆解析 / 非線型 / 動特性 / 時刻歴応答

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、梁の回転を表現できる魚骨モデルの逆解析手法を構築し、既開発の逆解析手法と組み合わせることで、梁剛性を時刻歴で表現できる新たな損傷検知技術を開発する。この新しい損傷検知技術を、振動実験から得られる構造物の地震応答に適用することで，その有効性を検証する。さらに、今後の構造モニタリングには、配線を伴わない無線センサーの積極的な応用が期待されるため、無線センサーで計測された地震応答への適応性も検討する。
研究実施計画では、1，2年目を基礎技術開発・検証期として、線形・非線形構造物を対象とした魚骨逆解析手法を構築し、損傷検知技術を開発する。加えて、基礎振動試験によって、損傷検知技術の基礎検証を行う。3，4年目を実構造物への応用・精度検証期として位置付け、より現実味のある試験体を対象に、東北大学において振動台実験を実施し、その実験データから損傷検知技術の精度を評価する。
１年目の２０２１年度は、線形構造物を対象とした魚骨逆解析手法を構築するため、魚骨モデルの順解析によるデータから逆解析により剛性、減衰の時刻歴を求めるプログラムを構築した。また、既開発の逆解析手法であるSPLiTSと組み合わせる逆解析アルゴリズムも構築した。更に既開発の逆解析手法のSPLiTSについては、これまで変位データを使用していたが、本研究に組み込むことを意図して、加速度データにより行えるアルゴリズムの高度化を進めた。なお、無線センサーによる計測については、構造物の回転角を計測するため、防災科学技術研究所が有する振動試験機を用いた実験と，東北大学の振動台を用いた実験を２０２２年度に実施する予定とし、２０２１年度に試験体の検討と実験計画を進めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実施計画では、1，2年目を基礎技術開発・検証期として、線形・非線形構造物を対象とした魚骨逆解析手法を構築し、損傷検知技術を開発する。加えて、基礎振動試験によって、損傷検知技術の基礎検証を行う。3，4年目を実構造物への応用・精度検証期として位置付け、より現実味のある試験体を対象に、東北大学において振動台実験を実施し、その実験データから損傷検知技術の精度を評価する。
１年目の２０２１年度は、線形構造物を対象とし、魚骨逆解析手法を構築するため、魚骨モデルの順解析によるデータから逆解析により剛性、減衰の時刻歴を求めるプログラムを構築した。また、既開発の逆解析手法であるSPLiTSと組み合わせる逆解析アルゴリズムも構築し予定の進捗を得た。更に既開発の逆解析手法のSPLiTSについては、これまで変位データを使用していたが、本研究に組み込むことを意図して、加速度データにより行えるアルゴリズムの高度化を進めた。
なお、無線センサーによる計測については、構造物の回転角を計測するため、防災科学技術研究所が有する振動試験機を用いた実験と，東北大学の振動台を用いた実験を２０２２年度に実施する予定とし、２０２１年度に試験体の検討と実験計画を進めた。コロナ過であることから実験現場での打合せがスムーズに行えないため、実験に支障が生じることが懸念されるが、現状は予定の進捗を得ている。

Strategy for Future Research Activity

研究実施計画では、1，2年目を基礎技術開発・検証期として、線形・非線形構造物を対象とした魚骨逆解析手法を構築し、損傷検知技術を開発する。加えて、基礎振動試験によって、損傷検知技術の基礎検証を行う。3，4年目を実構造物への応用・精度検証期として位置付け、より現実味のある試験体を対象に、東北大学において振動台実験を実施し、その実験データから損傷検知技術の精度を評価する。
２年目の２０２２年度は、非線形の構造物を対象とし、魚骨逆解析手法を構築するため、魚骨モデルの順解析によるデータから逆解析により剛性、減衰の時刻歴を求めるアルゴリズム検討を進める。また、既開発の逆解析手法であるSPLiTSと組み合わせる逆解析アルゴリズムの構築も進める。
なお、無線センサーによる計測については、構造物の回転角を計測するため、防災科学技術研究所が有する振動試験機を用いた実験と，東北大学の振動台を用いた実験準備を２０２２年度に実施する予定である。コロナ過であることから実験現場での打合せがスムーズに行えないため、実験に支障が生じないように十分な検討を踏まえて実験を実施する。