空間構造の動的非線形挙動に関する理論的および実験的研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04452244
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 半谷 裕彦 東京大学, 生産技術研究所・第5部, 教授 (90013193)
• 研究分担者: 川口 健一 東京大学, 生産技術研究所・第5部, 講師 (40234041)
• キーワード: シェル / スペースフレーム / 膜構造 / 非線形振動 / 動座屈 / 波動伝播 / 変動風圧 / 幾何学的非線形

研究概要

本研究は、シェル、スペースフレーム、膜構造等の空間構造の動的非線形挙動を調査するもので、本年度は以下の項目の研究を実施した。
1.偏平シェルの上下動外乱に対する動的挙動と安定
EPシェルおよび偏平アーチを対象として、周期成分を含む外乱に対する動的挙動とその結果として発生する動座屈を調査した。偏平シェルと偏平アーチの幾何学的非線形性を考慮した基礎方程式を誘導し、上下動外乱の作用する場合の数値解析をおこない、外乱の有している周期性、構造性状(減衰や偏平度)等が動座屈へ与える影響を定量的に評価した。その際、動座屈荷重の評価法として、スペクトルを用いる方法を提案している。
2.スペースフレームの波動伝播性状
プラスチック製偏平シェル模型と同一形状のスペースフレーム模型を2種類製作し、衝撃力を作用したときの波動伝播を実験的に調査した。また、フーリェ変換を利用した波動伝播解析プログラムを開発し、単層スペースフレームの波動伝播解析を行った。以上の結果より、部材配置の租密による波動伝播性状の変化や減衰効果が明らかにされている。
不安定スペースフレームの安定化移行過程をビデオトラッカーシステムを利用して観測し、理論解析結果との比較をおこなった。
3.風荷重を受ける膜構造の非線形振動
既存の風洞実験データに基づいて、偏平屋根に作用する平均風圧の分布、変動風圧の分布、および変動風力のパワースペクトルのモデル化を行い、風荷重の人工合成を行うための数値シミュレーション手法を提案した。次いで、矩形境界を持つ任意形状の偏平膜構造に対して、時刻歴応答解析を行い、変位応答における線形解析と非線形解析の差、移流速度の影響、変動風圧の相関性の効果等を調査した。

研究成果

• [文献書誌] 半谷 裕彦 林 暁光: "Geometrical Nonlinear Vibration of Shallow Membrane Structures under Wind Load" Proc.of IASS-CSCE Innovative Large Span Structures. 2. 431-437 (1992)
• [文献書誌] 小田 憲史 半谷 裕彦: "Snap-through Buckling and Torsional Buckling of Joint of Single-Layer Lattice Shell" Proc.of IASS-CSCE Innovative Large Span Structures. 2. 487-496 (1992)
• [文献書誌] 川口 健一,宮崎 賢一 半谷 裕彦,田波 徹行: "不安定構造物の動的大変位解析における高次項の導入" 構造工学における数値解析シンポジウム論文集. 16. 87-90 (1992)
• [文献書誌] 西田 明美 半谷 裕彦: "スペースフレーム(立体骨組構造物)の波動伝播に関する研究" 日本建築学会大会学術講演梗概集. 1705-1706 (1992)
• [文献書誌] 林 暁光 半谷 裕彦: "偏平膜構造の幾何学的非線形解析ー風荷重に対する応答解析ー" 日本建築学会大会学術講演梗概集. 1825-1826 (1992)
• [文献書誌] 半谷 裕彦: "不安定構造の形態解析法" 建築雑誌. 107. 64-65 (1992)
• [文献書誌] 半谷 裕彦,田波 徹行(分担執筆): "シェル・単層ラチス構造の振動解析ー地震・風応答と動的安定ー" 日本建築学会シェル空間構造運営委員会, 250 (1993)