建築構造物のスマートシステム化手法に関する基礎的研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450227
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 北川 良和 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10284176)
• 研究分担者: 三田 彰 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (60327674) ; 吉田 和夫 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (80101997) ; 狼 嘉彰 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (50240750) ; 玉井 宏章 広島工業大学, 建設工学科, 助教授 (80207224) ; 金子 佳生 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60312617)
• キーワード: スマート部材 / 構造システム化 / スマートセンシング / 損傷診断システム / ネットワーク化 / 圧電素子 / 形状記憶合金 / スマートシステム化

研究概要

本研究では、建築構造物をスマートシステム化する上で必要な個々の要素技術について調査研究すると共に、それぞれの最先端の知見を基に最適なシステムとして統合する手法を構築することを目的とする。すなわち、建築構造躯体、制震(振)システム等さまざまな構成要素をトータルシステムとして捕らえ、ネットワーク化することによって、その能力を最大級に発揮させるようにするための計画手法、設計手法について調査研究するものである。
平成15年度は建築構造物のスマートシステム化手法の骨格構築に必要な3つの機能について調査、実験的・解析的研究を行い、スマートシステム化手法の可能性を検証した。
1.スマート材部・構造システム化:圧電素子、形状記憶合金に関する実験的・解析的研究を基に、建築構造物のスマートシステム化、具体的には、(1)圧電ダンパーシステムの機能、(2)部材・骨組の自己修復機能としてその有用性を示した。
2.スマート部材:現時点で提案されている各種損傷制御型構造物を対象に、スマート部材の適用可能性、センシングシステムとしての調和性などについて検証した。具体的には、圧電ダンパーの強風時における居住性の向上、及び建築構造物への自己修復機能の適用可能性、ハイブリッド型繊維補強セメント系複合材料のエネルギー吸収能力について解析的に検討し、その有用性、及びシステムとしての調和性を示した。
3.スマートセンシングシステム及びネットワーク化:耐震安全性の観点から、建築構造物の損傷指標を検出するセンシング・ネットワークシステムについて検証した。具体的には、衛星通信システムの姿勢運動制御の信頼性、最適化手法、建築構造物へのセンシングシステムによる損傷・劣化に診断システムと損傷同定としての各種要素技術の適用性、情報のネットワーク化手法等を示した。
4・スマートシステム化手法の構築:センサー、アクチュエータ、プロセッサー機能を有する部材、システムに人工生命体機能を付与することによって、トータルシステムとして各種外乱に適応するスマートシステム化手法の可能性について、実験的・解析的に検討し、その可能性を示した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kitagawa, M.Takeshita, H.Tamai, K.Miura: "Characteristic of piezoelectric Damper in Smart Structural System"proc.of SPIE. vol.5057. 197-206 (2003)
• [文献書誌] 土本耕司, 和田直晃, 北川良和: "建築構造物の損傷・劣化監視システムに関する基礎的研究(その2)ニューラルネットワーク・ねじれ振動を用いた損傷同定"日本建築学会構造工学論文集. vol.50B(印刷中). (2004)
• [文献書誌] Shigemune.Taniwaki, Yoshiaki.Ohkami: "Spacecraft Attitude Rate Determination from Star Trackers based on Spatial"Velocimeter Trans.Japan Soc.Aero.Space Soci.. Vol.46, No.152. 74-80 (2004)
• [文献書誌] 大槻真嗣, 牛島由美子, 吉田和夫: "構造的および非構造的不確かさを考慮した非定常ロバスト制御"日本機械学会論文集C編. No.69-686. 2564-2571 (2003)
• [文献書誌] Hagiwara.H., A.Mita: "Local Damage Assessment of a Building Using Support Vector Machine"Earthquake Resistant Engineering Structures IV. 235-244 (2003)
• [文献書誌] 和地正浩, 金子佳生, 三橋博三: "ハイブリッド型繊維補強セメント系複合材料を用いたエネルギー吸収部材の数値解析的評価"日本建築学会東北支部研究報告集. 構造系,第66号. 153-156 (2003)