先端技術及び高機能材料を利用した都市施設の耐震性の向上

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11209205
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 川島 一彦 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20272677)
• 研究分担者: 家村 浩和 京都大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (10026362) ; 笠井 和彦 東京工業大学, 応用セラミック研究所, 教授 (10293060)
• キーワード: 先端技術 / 高機能材料 / ダンパー技術 / 都市施設 / 地震防災 / 耐震設計 / 耐震補強 / 高じん性構造

研究概要

都市施設を構成する基本的なインフラストラクチャーである建物,橋梁を主対象として,(1)先端技術,高機能材料を用いたインテリジェント免震,制震構造の開発と,(2)先端技術及び高機能材料を用いた高じん性構造の開発を目的としている.平成12年度の研究実績は以下の通りである.
1)先端技術,高機能材料を用いたインテリジェント免震,制震構造の開発
(1)並列結合,直列結合ダンパーの開発に関しては,粘弾性体の非線形挙動がエネルギー吸収による温度上昇と温度依存性、振幅依存性の両方から起こることを明らかにし、これに基づいて非線形解析モデルを作成した。粘弾塑性ダンパーの塑性部を構成する摩擦板の性能実験を小片試験体を用いて行ったが、今年度は、実大試験体を多数用いて行った。摩擦係数を左右する様々なパラメーターを実験と解析により検討している。(2)MRダンパー単体に対する繰り返し載荷実験から、電荷と減衰力の関係、減衰力の切り替えに要する時間ラグ(減衰力を増加させる場合、減少させる場合)が制御制度に及ぼす影響を定量的に評価した。2種類の制御アルゴリズム(変位制御型、変位-速度制御型)を提案し、非線形動的解析によってこれらの特性を検証した。さらに、振動実験によっても2種類の制御アルゴリズムを検討した。なお、本研究のために東京工業大学のD2学生が1ヶ月共同研究先の米国ノートルダム大学に滞在して古典的に振動制御理論を用いた場合の応答制御に関する研究に従事した。(3)減衰性能がやや低く履歴性状も線形から外れるが温度依存性の低いダンパーに対して,軟化型、硬化型それぞれの非線形特性を有す粘弾性ダンパーの解析モデルを構築して地震応答解析プログラムへの組み込みを可能にした。温度管理を前提にして減衰性能が高く線形な履歴性状を有するダンパーに関しては-5度までの低温を含む範囲で、一日の温度変動、年間の温度変動の中で、粘弾性材料の温度差を20度C〜25度cの変動に抑えるシステムを開発した。
2)先端技術及び高機能材料を用いた高じん性構造の開発
(1)部分的にスパイラルカラムで高拘束を加えたDensely Arranged Spiral Column(DASC 橋脚)を提案し、中空断面矩形橋脚に適用して6体の模型に対する繰り返し載荷実験(断面 40cmx40cm)を行い、変形特性を実験的に検討した。この結果、在来型の橋脚に比較して高いじん性が確保できることがわかった。また、横拘束効果の違いを箇所ごとに変化させた解析を行うことにより、この履歴特性を解析的に再現できることを明らかにした。(2)カーボンファイバーシート(CFS)と帯鉄筋の両者によって横拘束した場合のコンクリートの応力度-ひずみ関係式を実験的に開発した。これを検証するために、CFSで周方向に巻き立ててじん性補強した6体の円形RC橋脚に対する繰り返し載荷実験を行い、実験によって得られた終局変位、曲げ耐力等履歴特性を解析的によく説明できることを明らかにした。 (3)鉄筋コンクリート橋御の塑性ヒンジ領域におけるコンクリートをゴム等の素材によって代替し、5%程度のドリフトに耐え、かつ、損傷を受けない橋脚の基本構造を提案し、これを繰り返し載荷実験によって検討した。まだ、いろいろな点で改良を要するが、可能性はあることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] A.Ruangrassamee and K.Kawashima: "Experimental Study on Semi-Active Control of Bridges with Use of Magnetorheological Damper"Journal of Structural Engineering, JapanSociety of Civil Engineers. 47A. (2001)
• [文献書誌] A.Ruangrassamee and K.Kawashima: "Semi-Active Control of Bridges with Use of Magnetorheological Dampers"Symposiumon Smart Structures and Materials, SPIE, Newport Beach, CA, USA. 4330. (2001)
• [文献書誌] 米田慶太,川島一彦,庄司学: "炭素繊維シートを巻いた円形断面RC橋脚の耐震性に関する実験的検討"第4回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集、土木学会. 4. 231-238 (2000)
• [文献書誌] 剱持安伸,川島一彦: "部分拘束を加えた中空断面RC橋脚の耐震性に関する実験的検討,"第4回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集、土木学会. 4. 439-446 (2000)
• [文献書誌] Anat Ruangrassamee,川島一彦: "Cyclic Loading Test of Magnetorheological Damper"第4回地震時保有耐力法に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集、土木学会. 4. 477-484 (2000)
• [文献書誌] 剱持安伸,川島一彦,庄司学: "部分拘束を加えた中空断面RC橋脚の耐震性に関する研究"土木学会第55回年次学術講演会概要集第I部. CD-ROM,Paper No.B207. (2000)
• [文献書誌] 米田慶太,川島一彦,庄司学: "炭素繊維シートを用いた円形断面鉄筋コンクリート橋脚の耐震補強効果"土木学会第55回年次学術講演会概要集第I部. CD-ROM,Paper No.B218. (2000)
• [文献書誌] 家村浩和,高橋良和,曽我部直樹,鵜飼正裕: "アンボンド高強度芯材を用いたRC橋脚の高耐震化に関する基礎的研究"第4回地震時保有水平耐力に基づく橋梁の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集、土木学会. 4. 433-438 (2000)
• [文献書誌] 曽我部直樹,家村浩和,高橋良和,鵜飼正裕: "アンボンド高強度芯材を用いた高耐震性能RC橋脚の正負交番載荷解析"土木学会第55回年次学術講演会講演概要集第I部. CD-ROM,Paper No.V-480. (2000)
• [文献書誌] 大塚隆人,五十嵐晃,家村浩和: "パルス状地震動に対する免震橋梁の応答と設計パラメータに関する考察"土木学会第55回年次学術講演会講演概要集第I部. CD-ROM,Paper No.B-156. (2000)
• [文献書誌] 豊岡亮洋,家村浩和,五十嵐晃: "バリアブルジョイントダンパーシステムを用いた実大構造物の振動制御実験"土木学会第55回年次学術講演会講演概要集第I部. CD-ROM,Paper No.B-167. (2000)
• [文献書誌] 田中創,家村浩和,五十嵐晃: "実大ダンパーを対象とした動的応答載荷試験装置の性能評価実験"土木学会第55回年次学術講演会講演概要集第I部. CD-ROM,Paper No.B-168. (2000)
• [文献書誌] 家村浩和,五十嵐晃,豊岡亮洋: "バリアブルジョイントダンパーによる実大構造物の振動制御実験"第2回免震・制震コロキウム講演論文集、土木学会. 91-98 (2000)
• [文献書誌] 家村浩和,五十嵐晃,田中創: "実大ダンパーを対象とした動的応答載荷試験手法に関する実験的検討"第2回免震・制震コロキウム講演論文集、土木学会. 2. 99-106 (2000)
• [文献書誌] 家村浩和,高橋良和,平井崇士: "機能分離型免震装置の水平・上下動応答実験"第2回免震・制震コロキウム講演論文集、土木学会. 2. 107-114 (2000)
• [文献書誌] 高橋良和,家村浩和,平手知: "主鉄筋の座屈初期大変形後のRC橋脚の履歴特性に及ぼす影響"土木学会関西支部年次学術講演概要. V-11. 1-2 (2000)
• [文献書誌] H.Iemura,Y.Takahashi and N.Sogabe: "Unbonded reinforcement for high seismic performance of RC piers"Proceedings of the 13th KKNN Symposium on Civil Engineering. 13. 93-100 (2000)
• [文献書誌] 笠井和彦,寺本道彦,渡辺祐一,矢沢俊介,伊藤秀樹: "粘弾性・弾塑性体直列ダンパーの制振効果に関する研究(その3.動的載荷実験、その4.地震動応答解析)"日本建築学会大会講演梗概集. Vol.B-2. 953-956 (2000)
• [文献書誌] 笠井和彦: "シンポジウム主旨及び制振性能に関する私見"第1回パッシブ制振構造シンポジウム論文集、東京工業大学建築物理研究センター. 61-76 (2000)
• [文献書誌] 笠井和彦,大原和之: "速度依存型制振構造の設計"第1回パッシブ制振構造シンポジウム論文集、東京工業大学建築物理研究センター. 293-308 (2000)
• [文献書誌] 大熊潔,笠井和彦,寺本道彦: "アクリル系粘弾性体VEMの評価方法"第1回パッシブ制振構造国際シンポジウム論文集、東京工業大学建築物理研究センター. 249-260 (2000)
• [文献書誌] 笠井和彦,寺本道彦,大熊潔 所建: "粘弾性体の温度・振動数・振幅依存性を考慮した解析モデル(その1〜3)"日本建築学会大会講演梗概集. Vol.B-2. 999-1005 (2000)
• [文献書誌] 石井正人,北村春幸,和田章,笠井和彦: "粘弾性制振部材付き架構のモデル化に関する検討"日本建築学会構造系論文集. 531. 55-62 (2000)
• [文献書誌] I.Aiken,P.Clark,F.Tajirian,K.Kasai,I.Kimura and E.Ko: "Unbonded Braces in the United States : Design Studies, Large-Scale Testing and the First Building Application"Proceedings, Japan Passive Control Symposium, Tokyo Institute of Technology. 203-218 (2000)
• [文献書誌] P.Clark,I.Aiken,K.Kasai and I.Kimura: "Large-Scale Testing of Steel Unbonded Braces for Energy Dissipation"Proceedings, Structures Congress 2000, ASCE/SEI, Philadelphia, Pennsylvania.. Vol.1. 237-242 (2000)
• [文献書誌] 笠井和彦,槙島健太郎,渡辺厚,大木洋司: "鋼材のせん断方向・軸方向における低サイクル疲労特性の関連について(その1:実験方法および試験体、その2:実験結果および考察)"日本建築学会大会講演梗概集. Vol.C-1. 933-936 (2000)
• [文献書誌] T.Mitsui,S.Ryu,A.Tani,H.Kawamura,and J.T.P.Yao: "An Evolutionary Hybrid Control System of Building Structures by Fuzzy and GA Logic"12th World Conference on Earthquake Engineering. CD-ROM,Paper No.0804. (2000)
• [文献書誌] 柿本和茂,曽田五月也,高橋雄司,関谷英一: "非線形粘弾性ダンパーの解析モデルの構築"早稲田大学理工総研プロジェクト研究「第1回高減衰構造物に関するシンポジウム」. 22-27 (2000)
• [文献書誌] 柿本和茂,曽田五月也,高橋雄司,関谷英一: "非線形粘弾性ダンパーの力学モデルの構築"日本建築学会大会学術講演梗概集. 1007-1008 (2000)
• [文献書誌] 柿本和茂,曽田五月也,高橋雄司,関谷英一: "非線形粘弾性ダンパーの解析モデルの構築"第2回日本制震(振)シンポジウム. 2. 263-268 (2000)
• [文献書誌] 曽田五月也,柿本和茂,高橋雄司: "制振装置つき建物のVDRSフォーマットによる地震最大応答予測"第2回日本制震(振)シンポジウム. 2. 325-330 (2000)
• [文献書誌] T.Mazda,H.Otsuka and A.S Kiremidjian: "Evaluation of Input Energy Caused by Earthquake as Seismic Load for Highway Bridges"12th World Conference on Earthquake Engineering. CD-ROM,Paper No.2241. (2000)
• [文献書誌] T.Irie,T.Mazda,H.Otsuka and A.D Sumaya: "Application of an Estimation Method for Response of Structures by Equilibrium of Energies"12th World Conference on Earthquake Engineering. CD-ROM,Paper No.1380. (2000)