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鋼構造建築物の倒壊挙動に対する予測技術と性能評価技術の高度化

研究課題

研究課題/領域番号 20H00269
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分23:建築学およびその関連分野
研究機関北海道大学

研究代表者

岡崎 太一郎  北海道大学, 工学研究院, 教授 (20414964)

研究分担者 松井 良太  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00624397)
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, 契約研究員 (10599468)
松宮 智央  近畿大学, 建築学部, 教授 (20454639)
高橋 典之  東北大学, 工学研究科, 准教授 (60401270)
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, 契約研究員 (80817049)
長江 拓也  名古屋大学, 減災連携研究センター, 准教授 (90402932)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2020年度: 24,960千円 (直接経費: 19,200千円、間接経費: 5,760千円)
キーワード鋼構造建築物 / 耐震性能 / 振動台実験 / コンピュータ解析 / 耐震性能余裕度 / 倒壊挙動
研究開始時の研究の概要

設計想定を超える地震動に対する建築構造物の安全性については、科学的な検証技術は確立されておらず、実務設計でも陽に考慮されていない。この問題を解決する糸口として、鋼構造建築物が大きく変形し、倒壊にいたる非線形かつ動的な挙動を、定量的に把握するための振動台実験を実行する。連層骨組実験によって、部材破壊から応力再分配、振動特性の変化、変形の集中と増大を経て、倒壊にいたる過程を詳細に観察する。実験的に得られた挙動を精度よく追跡できるコンピュータ解析技術を蓄積し、種々の誤差に関する感度分析を実施する。目指す成果は、鋼構造建築物の耐震性能余裕度を定量的に把握するための、性能評価技術の高度化である。

研究成果の概要

鋼構造建築物の倒壊過程を実験的に解明する研究目的に沿って、防災科学技術研究所の大型耐震実験施設で、2021年12月に縮尺1/2の重層ラーメン試験体の倒壊実験を実施した。同研究所の兵庫耐震工学研究センターで、2020年12月に実施された日米共同実験に参加し、次世代型鋼構造システムを開発する研究を推進、2022年2月に実施された10層鋼構造建物実験に参加し、構造部材に生じる力や変形を詳細に計測した。実験データを詳細に分析するとともに、部材の劣化と破断にともなう非線形・動的挙動、部材破断後の部材力再分配を追跡するためのコンピュータ解析技術を開発・蓄積した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

建築物に対する設計要求は高度化・複雑化しており、千年に一度の大地震に対しても、安全・安心はおろか、事業継続・生活継続が望まれるようになった。設計想定を超える地震動に対する構造安全性については、科学的な検証技術は確立されておらず、実務設計でも陽に考慮されていない。そこで、本研究は、典型的な鋼構造建築物が倒壊に至るまでの過程を実験的に確認し、その過程を追跡するためのコンピュータ解析技術を開発し、解析技術をさらに改善するための課題を抽出した。建築物の耐震性能余裕度の評価という、耐震工学の難題に寄与する成果を得た。

報告書

(6件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学デービス校(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] ローザンヌ工科大学(スイス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] イリノイ大学/リーハイ大学/オレゴン州立大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Modeling uncertainty of specimens employing spines and force‐limiting connections tested at E‐defense shake table2023

    • 著者名/発表者名
      Astudillo Bryam、Rivera David、Duke Jessica、Simpson Barbara、Fahnestock Larry A.、Sause Richard、Ricles James、Kurata Masahiro、Okazaki Taichiro、Kawamata Yohsuke、Tao Zhuoqi、Qie Yi
    • 雑誌名

      Earthquake Engineering and Structural Dynamics

      巻: 52 号: 14 ページ: 4638-4659

    • DOI

      10.1002/eqe.3976

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 粘性減衰モデルが弾塑性系の時刻歴応答解析に与える影響(その1):減衰モデルの比較2020

    • 著者名/発表者名
      FUKUTOMI Sho、OKAZAKI Taichiro、MATSUI Ryota、ASARI Tetsuhiro
    • 雑誌名

      日本建築学会構造系論文集

      巻: 85 号: 778 ページ: 1555-1563

    • DOI

      10.3130/aijs.85.1555

    • NAID

      130007964209

    • ISSN
      1340-4202, 1881-8153
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Numerical simulation of a reduced-scale, 4-story steel moment-resisting frame tested to collapse2024

    • 著者名/発表者名
      Jionghui Li, Martin Somarriba, Taichiro Okazaki, Takuya Nagae, Ryota Matsui
    • 学会等名
      11th International Conference on Behavior of Steel Structures in Seismic Areas (STESSA 2024)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shake-table collapse tests of a reduced-scale, 4-story steel moment resisting frame2024

    • 著者名/発表者名
      Martin Somarriba, Jionghui Li, Taichiro Okazaki, Takuya Nagae, Tomohiro Matsumiya
    • 学会等名
      11th International Conference on Behavior of Steel Structures in Seismic Areas (STESSA 2024)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Force limiting connections to mitigate accelerations in moment resisting frames with pinned-base spines2024

    • 著者名/発表者名
      Jessica Duncan (Duke), Bryam Astudillo, Richard Sause, James Ricles, Larry Fahnestock, Barbara Simpson, Masahiro Kurata, Yohsuke Kawamata, Taichiro Okazaki, Zhuoqi Tao, and Yi Qie
    • 学会等名
      11th International Conference on Behavior of Steel Structures in Seismic Areas (STESSA 2024)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Panel zone and column response in a shake-table test on a 10-story steel moment-resisting frame2024

    • 著者名/発表者名
      Jionghui Li, Jun Fujiwara, Koichi Kajiwara, Akiko Kishida, Ryota Nishi, Taichiro Okazaki, Takuya Nagae, Jialiang Jin, Tatsuya Asai
    • 学会等名
      18th World Conference on Earthquake Engineering (18WCEE)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shake-Table Collapse Test of a Scaled 4-Story Steel Moment-Frame Part 4: Transition of Structural Behavior Following Damage Progression2023

    • 著者名/発表者名
      SOMARRIBA Martin, OKAZAKI Taichiro, NAGAE Takuya, MATSUMIYA Tomohiro
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Shake-Table Collapse Test of a Scaled 4-Story Steel Moment-Frame Part 1: Test Plan2022

    • 著者名/発表者名
      OKAZAKI Taichiro, SOMARRIBA Martin, NAGAE Takuya, MATSUMIYA Tomohiro, ASAI Kenshiro
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Shake-Table Collapse Test of a Scaled 4-Story Steel Moment-Frame Part 2: Test Results2022

    • 著者名/発表者名
      SOMARRIBA Martin, OKAZAKI Taichiro, NAGAE Takuya, MATSUMIYA Tomohiro
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Shake-Table Collapse Test of a Scaled 4-Story Steel Moment-Frame Part 3: Numerical Analysis2022

    • 著者名/発表者名
      LI Jionghui, OKAZAKI Taichiro, NAGAE Takuya, MATSUI Ryota, SOMARRIBA Martin
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Comprehensive seismic performance assessment testing Part 5 Ultimate failure simulation of the ten-story test specimen2022

    • 著者名/発表者名
      JIN Jialiang, OKAZAKI Taichiro, NAGAE Takuya, TAKAHASHI Noriyuki, MATSUMIYA Tomohiro, FUJIWARA Jun, KISHIDA Akiko, KAJIWARA Koichi
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 画像処理と モニタリングを用いた間仕切壁のフラジリティ 評価 に関する 基礎的 検討2022

    • 著者名/発表者名
      梅林舞,高橋典之,千田紘之,長江拓也,岡崎太一郎,松宮智央,梶原浩一,中澤博志,神崎喜和
    • 学会等名
      構造工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Numerical simulation of fracture propagation in high-rise buildings subjected to long period-long duration earthquakes2021

    • 著者名/発表者名
      Taichiro Okazaki, Akiri Seki, Hashini Herath, Takuya Nagae
    • 学会等名
      17th World Conference on Earthquake Engineering
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Computational study on the seismic behavior of steel chevron braced frames in Japan2021

    • 著者名/発表者名
      Ilanildo Dias, Akiri Seki, Taichiro Okazaki
    • 学会等名
      17th World Conference on Earthquake Engineering
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 鋼構造骨組に対する地震応答解析の精度検証の振動台実験 その2 解析方法と解析結果2021

    • 著者名/発表者名
      浅井健志郎・谷口佳代・長江拓也・岡崎太一郎・松宮智央・高橋典之・中澤博志・松井良太・梶原浩一
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 鋼構造骨組に対する地震応答解析の精度検証の振動台実験 その1設計と実験概要2021

    • 著者名/発表者名
      谷口佳代・浅井健志郎・長江拓也・岡崎太一郎・松宮智央・高橋典之・中澤博志・松井良太・梶原浩一
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Full-Scale Shake Table Tests on Frame-Spine System with Force Limiting Connections Part 2: Test Results2021

    • 著者名/発表者名
      岡崎太一郎・Yi Qie・倉田真宏・河又洋介・Larry A. Fahnestock
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Full-Scale Shake Table Tests on Steel Frame-Spine System with Force Limiting Connections Part 1: Test Plan2021

    • 著者名/発表者名
      Yi Qie・岡崎太一郎・倉田真宏・河又洋介・Larry A. Fahnestock
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Full-Scale Shake Table Tests on Steel Frame-Spine System with Force Limiting Connections2020

    • 著者名/発表者名
      DIAS Ilanildo, OKAZAKI Taichiro, MATSUI Ryota, ASARI Tetsuhiro
    • 学会等名
      2020年度日本建築学会大会(関東)学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Fracture Simulation of Beams in a High-Rise Building Subjected to Long Period Ground Motion Part 2 Monte Carlo Simulation over Fatigue Parameter2020

    • 著者名/発表者名
      OKAZAKI Taichiro, SEKI Akiri, MATSUI Ryota, NAGAE Takuya
    • 学会等名
      2020年度日本建築学会大会(関東)学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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