アクティブ・エアバッグシステムを適用した構造物の制震フレーム補強構造の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11750510
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 向井 洋一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70252616)
• キーワード: 構造制御 / アクティブ制震 / アクティブ・エアバッグシステム / 制御アルゴリズム / 衝撃緩和装置 / 離散型最適制御法 / 制震フレーム / エアシリンダ

研究概要

本研究では、耐力の不足する部分を有する建築構造物を適切に補強する一つの手法として、新たに制震フレーム補強方式を開発することを目的としており、この制震フレーム補強方式における衝撃緩和装置として、エアバッグシステムの原理を建築構造物の制震装置に応用する方式についての検討を行った。
1.制御装置にエアバッグ方式を応用し、衝撃的な外乱を緩和するとともに、同時にエアバッグの空圧を制御することにより、アクティブに構造物の応答も制御するというアクティブ・エアバッグ方式制震システムに関する基本性能の評価を行った。
2.建築構造物に設置するアクティブ・エアバッグ方式の制御装置として、構造物の床面と梁との間に補助柱(制震フレーム)を設け、この制震フレームと上層に固定したエアシリンダとを連結するという、基本構成に対する数値実験モデルの検討を行った。
3.エアシリンダの空圧の調整によりピストンを駆動し、制震フレームの曲げ応力を制御力として構造物に付加するとともに、衝撃的な外乱に対しては、制震フレームの変形とエアシリンダ内の空気バネの2重直列バネ機構の構成により、エアバッグ効果を発揮させ、装置の変形の十分な逃げを確保することを可能とする実験装置の各構成要素に関する所要性能の検討を行った。
4.アクティブ・エアバッグ方式による制御系を実際に駆動するための制御アルゴリズムとして、離散型最適制御法の適用について検討を行った。
5.アクティブ・エアバッグ方式による制御系の性能を実証的に検討するために、実験並びに数値シミュレーションによる検証を行った。
6.以上の基本的検証により得られたデータを分析し、制震フレーム補強方式を実用化していく上での、問題点を抽出するとともに、次年度の研究を進めていくための重要な方向性について明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 向井洋一,井上豊 他: "Applications of Quasi-Optimizaing Control Method for Aseismic Structural Response Control System"Proc. of the 12th World Conf. on Earthquake Engineering (12WCEE). 1. (1061)1-8 (2000)
• [文献書誌] 向井洋一,井上豊 他: "Active Aseismic Response Control of Building Structures by Introducing Quasi-Optimizing Control Method"Proc. of Int. Seminar on Numerical Analysis and Fluid Dynamics (IA'99). 1. 293-300 (1999)
• [文献書誌] 向井洋一,井上豊 他: "地震入力レベルに応じた最大制御力切替方式を用いた離散型最適制御法の応用に関する一考察"1999年度日本建築学会大会(中国)学術講演梗概集・構造II. B-2. 865-866 (1999)
• [文献書誌] 向井洋一,橘英三郎 他: "アクティブ・エアバッグ式制震システムの開発に関する研究(その6 制御装置の複数層配置による応答制御について)"1999年度日本建築学会大会(中国)学術講演梗概集・構造II. B-2. 851-852 (1999)
• [文献書誌] 向井洋一,井上豊 他: "地震入力レベルに応じた最大制御力切替方式による離散型最適制御法に関する一考察"日本建築学会大会近畿支部研究報告集・構造系. 39. 425-428 (1999)
• [文献書誌] 向井洋一,橘英三郎 他: "建築構造物に対するアクティブ・エアバッグ式制震システムの開発に関する研究"第45回構造工学シンポジウム論文集. 45B. 7-14 (1999)