大振幅地震動対応アクティブ系振動制御構造と非線形ハイブリッドシミュレーション検証

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01587
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 藤谷 秀雄 神戸大学, 工学研究科, 教授 (10344011)
• 研究分担者: 向井 洋一 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (70252616) ; 藤永 隆 神戸大学, 都市安全研究センター, 准教授 (10304130) ; 浅田 勇人 神戸大学, 工学研究科, 助教 (70620798) ; 梶原 浩一 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, 総括主任研究員 (10450256) ; 佐藤 栄児 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, 主任研究員 (60343761) ; 榎田 竜太 東北大学, 災害科学国際研究所, 准教授 (20788624) ; 伊藤 麻衣 国立研究開発法人建築研究所, 国際地震工学センター, 主任研究員 (90647421) ; 丸尾 純也 戸田建設株式会社(価値創造推進室 技術開発センター(構造技術ユニット、環境創造ユニット、社会基盤構築, 構造技術ユニット, 研究員 (80834142)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 振動台 / 高速油圧アクチュエータ / 二加振器同時制御 / セミアクティブ免震 / 大質量比AMD

研究実績の概要

今年度は、大質量比アクティブマスダンパー（AMD）による基礎固定建築物のアクティブ制御と非線性セミアクティブ免震構造について、デュアル・リアルタイムハイブリッド実験（デュアルRTHS）による検証に基づく研究成果を得た。
まず実験システムを構成するアクチュエータと振動台の動作補償を実施した。アクチュエータおよび振動台に生じていた時間遅れが、アクチュエータで平均約0.044s、振動台で平均約0.020sであった。それに対して、PID制御器と時系列補償器(TSC)を用いてアクチュエータと振動台の動作補償を行った。アクチュエータはむだ時間と1次遅れ系としてモデル化でき、むだ時間L=0.014s、1次遅れ系の時定数T=0.030sと算出された。PID制御器とTSCを組み合わせた動作補償器を導入しランダム波加振を行ったところ、アクチュエータと振動台ともに時間遅れは平均約0.002sまで短縮された。
２層の基礎固定建築物のAMD制御において制御時と非制御時の応答を比較したところ、AMDを２階に設置した方が、１階に設置した場合より応答低減効果が大きいことを確認した。
積層ゴムハードニング時の非線形セミアクティブ免震構造において、制御効果を検証した結果、適用したいずれのセミアクティブ制御でも、減衰20%のパッシブ制御と比べて絶対加速度を低減できることが確認できた。また積層ゴムのハードニングが制御効果に与える影響を解析で検証した結果、減衰30%としたパッシブ制御またはセミアクティブ制御を適用したいずれの場合でも積層ゴムのハードニングによって絶対加速度は上昇するが、履歴制御を加えたエネルギーファンクション制御（EF履歴制御）が、その上昇を小さく抑制できることが、パルス性地震動および長周期地震動に対しても確認できた。このEF履歴制御を実建築物の設計例に適用して、その効果の検証を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] コネチカット大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: コネチカット大学
• [雑誌論文] Real-Time Hybrid Test Using Two-Individual Actuators to Evaluate Seismic Performance of RC Frame Model Controlled by AMD (2020)
  • 著者名/発表者名: Mukai Yoichi、Yokoyama Ayaka、Fushihara Kohiro、Fujinaga Takashi、Fujitani Hideo
  • 雑誌名: Frontiers in Built Environment 巻: 6 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fbuil.2020.00145
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 振動台と油圧アクチュエータを利用したリアルタイム・ハイブリッド実験 その２ ２層RC建物モデルの振動制御を想定したRTHS実験 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤井俊之助、横山綾香、太田雅也、向井洋一、藤永隆、藤谷秀雄
  • 学会等名: 日本建築学会近畿支部研究発表会
• [学会発表] 振動台によるAMDのリアルタイム・ハイブリッドシミュレーションに関する研究 その３ 1質点系モデルのAMD制御に関する検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中麦空, 伏原小裕, 向井洋一
  • 学会等名: 日本建築学会近畿支部研究発表会
• [学会発表] デュアル・リアルタイムハイブリッド実験と非線形免震構造へのセミアクティブ制御の有効性 その３ ダンパーの時間遅れを考慮した制御効果の検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 本間葵衣、藤谷秀雄、向井洋一
  • 学会等名: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [学会発表] 振動台と油圧アクチュエータの同期によるRC 構造建物のリアルタイム・ハイブリッド実験 （その3 リアルタイム・ハイブリッド実験の概要と遅れ時間補償） (2021)
  • 著者名/発表者名: 太田雅也、藤井俊之助、向井洋一、藤永隆、藤谷秀雄
  • 学会等名: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [学会発表] 振動台と油圧アクチュエータの同期によるRC 構造建物のリアルタイム・ハイブリッド実験 （その4 想定する2 質点構造モデルの構成とAMD による応答制御の検証） (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤井俊之助、太田雅也、向井洋一、藤永隆、藤谷秀雄
  • 学会等名: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [学会発表] 振動台を用いたAMDのリアルタイム・ハイブリッド実験システムに関する研究 （その3）1質点モデルのAMD制御に関する検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伏原小裕, 田中麦空, 向井洋一
  • 学会等名: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [学会発表] 振動台を用いたAMDのリアルタイム・ハイブリッド実験システムに関する研究 （その4）数値解析による実験結果の再現性の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中麦空, 伏原小裕, 向井洋一
  • 学会等名: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [学会発表] Real-Time Hybrid Test Using Multi-Actuators to Estimate Response Control Performance of RC Frame Structure (2020)
  • 著者名/発表者名: Ayaka Yokoyama, Kohiro Fushihara, Yoichi Mukai, Takashi Fujinaga, Hideo Fujitani
  • 学会等名: Proc. of 17th World Conference on Earthquake Engineering, (2g-0089)1-11
  • 国際学会
• [学会発表] DUAL REAL-TIME HYBRID SIMULATION AND SEMI-ACTIVE BASE ISOLATION SYSTEM WITH NONLINEAR BEHAVIOR (2020)
  • 著者名/発表者名: Aoi Honma, Hideo Fujitani, Yoichi Mukai, Mai Ito
  • 学会等名: Proc. of 17th World Conference on Earthquake Engineering, (2g-0120)1-9
  • 国際学会
• [学会発表] Real-Time Hybrid Test System Using Shaking Table for Performance Evaluation of Active Mass Damper (2020)
  • 著者名/発表者名: Kohiro Fushihara, Ayaka Yokoyama, Yoichi Mukai
  • 学会等名: Proc. of 17th World Conference on Earthquake Engineering, (2g-0144)1-9
  • 国際学会
• [学会発表] PERFORMANCE EVALUATION OF SLIDING MODE CONTROL FOR SEMI-ACTIVE SYSTEM ON SEISMIC-ISOLATED STRUCTURE (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Mukai, Hideo Fujitani, Eiji Sato, Erik A. Johnson, Richard Christenson
  • 学会等名: Proc. of 17th World Conference on Earthquake Engineering, (2g-0216)1-9
  • 国際学会
• [学会発表] 振動台と油圧アクチュエータを利用したリアルタイム・ハイブリッド実験 その１ １層 RC フレーム構造の応答制御を想定した予備実験 (2020)
  • 著者名/発表者名: 横山綾香、伏原小裕、向井洋一、藤永隆、藤谷秀雄
  • 学会等名: 日本建築学会近畿支部研究発表会
• [学会発表] 振動台を用いたAMD のリアルタイム・ハイブリッド実験システムに関する研究 その２ 複数の制御則による実験結果の検証 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伏原小裕, 横山綾香, 向井洋一
  • 学会等名: 日本建築学会近畿支部研究発表会
• [学会発表] デュアル・リアルタイムハイブリッド実験と非線形免震構造へのセミアクティブ制御の有効性 その２ 数値解析による制御効果の検証 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本間葵衣、伊藤麻衣、向井洋一、藤谷秀雄
  • 学会等名: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [学会発表] 振動台と油圧アクチュエータの同期による RC 構造建物のリアルタイム・ハイブリッド実験 （その 1 油圧アクチュエータの駆動の時間遅れ補償） (2020)
  • 著者名/発表者名: 太田雅也、横山綾香、伏原小裕、向井洋一、藤永隆、藤谷秀雄
  • 学会等名: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [学会発表] 振動台と油圧アクチュエータの同期による RC 構造建物のリアルタイム・ハイブリッド実験 （その 2 リアルタイム・ハイブリッド実験の概要と AMD による応答制御の検証） (2020)
  • 著者名/発表者名: 横山綾香、太田雅也、伏原小裕、向井洋一、藤永隆、藤谷秀雄
  • 学会等名: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [学会発表] 振動台を用いたAMD のリアルタイム・ハイブリッド実験システムに関する研究 その２ 複数の制御則による実験結果の検証 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伏原小裕, 向井洋一
  • 学会等名: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [学会発表] 鉄筋コンクリート造部分試験体とアクティブマスダンパーを用いた制振構造のリアルタイム・ハイブリッドシミュレーション実験 (2020)
  • 著者名/発表者名: 太田雅也、横山綾香、伏原小裕、向井洋一、藤谷秀雄、藤永隆
  • 学会等名: 日本地震工学会大会