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本研究の目的は、建築構造物の設計用地震外乱に対する各種力学性能を、経済性とのトレードオフを通じて最大化するための新しい設計法を開発することにある。本研究において以下の成果を得た。
1.地震危険度解析手法を用いて基盤面における設計用地震動レベルを決定し、基盤面において作成した人工地震波をSHAKEプログラムを用いて地表面レベルへと変換した。これを設計用地震動として採用した。
2.鉛直荷重時、鉛直荷重+レベル1地震時、鉛直荷重+レベル2地震時の3種類の限界状態に対する制約条件を全て考慮し、応答量と制約条件の関係を「不満足度関数」を用いて統一的に表現した。構造物総重量についても同様の不満足度関数を導入し、最終的に制約条件の満足度を性能レベルの尺度と見なすことにより、経済性を含めた多目的最適設計問題を構成した。
3.基礎・地盤系の力学特性が全て指定されたモデルについて、1次固有周期・1次固有モードを指定した時の「ハイブリッド型逆問題定式化」により構造物の各部材剛性および対応する強度を求め、初期解として採用した。「増分型逆問題定式化」による組織的な部材剛性変更アルゴリズムと、上記各限界状態に対する応答レベル決定手法を組み合わせ、最大不満足レベルを最小化(性能最大化)する設計解を見いだす方法を構築した。
4.軟弱地盤から良質地盤までの各種地盤に対して上記設計法を適用し、「性能最大化設計構造物」の剛性分布を求めた。その結果に基づき、地盤特性が上部構造物の設計に及ぼす影響を調べた。有限要素モデルを用いた時刻歴応答解析により本設計法の妥当性を検証し、良好な精度を有することを確認した。
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