| 研究課題/領域番号 |
18K04431
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
藤田 皓平 京都大学, 工学研究科, 准教授 (40648713)
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| 研究分担者 |
竹脇 出 京都大学, 工学研究科, 教授 (20155055)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 構造ヘルスモニタリング / システム同定 / 損傷同定 / 非構造部材 / 画像計測 / 信頼性解析 |
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| 研究実績の概要 |
地震後の建物の残存耐震性能を総合的に評価する構造ヘルスモニタリングでは，建物で観測される地震時床加速度応答を用いた従来のシステム同定に加えて，非構造部部材を対象としたモニタリングデータを併用して建物全体の被災度を判断することが重要となる。本年度では，提案する構造ヘルスモニタリングの枠組として，システム同定については実際に利用できる床加速度が限定されている場合にも適用が可能な建物モデルの構築を行った。また，非構造部材を対象としたモニタリングについては，天井裏の定点画像計測を行うことで，地震後の損傷の程度を推定するモニタリングシステムの開発を行った。
前者については，同定に用いることができる観測データが限定される場合を想定した際に課題となるのは，建物の固有モードの推定が必要となるため，観測層位置間について水平1次固有モードを3次スプラインで補間する方法を提示した。1次固有モードの推定を行うことで，層剛性を逆固有モード展開手法により一意に同定することが可能となる。さらに，高層建物で問題となる曲げ変形を考慮するため，曲げせん断型モデルに同定するために，建物の設計図書に基づいて得られる設計モデルのPushover解析結果を併用する方法を示した。
後者については，天井や間仕切り壁，設備配管など建物内で地震被害を受けると想定される対象物が多岐にわたることから，対象物を広範にわたって捉えることが可能な定点画像計測による被害状況の評価が有効であると考えられる。そこで，本年度では，対象物として天井裏の設備配管について画像計測を行うセンサーの開発を行い，実大要素試験において対象配管に強制変形を与え撮影された画像データを用いて残留変形の推定を行う方法を提示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本課題において，地震後の建物全体の総合的な建物性能を評価する上では，従来の構造ヘルスモニタリングで利用されている床加速度記録のみならず，建物内で観測される種々の記録を併用することが重要となる。建物内の非構造部材を対象とした場合のモニタリングについて，加速度計からは判別ができない情報が得られる可能性が高く，本年度で開発した画像計測センサーは，振動台試験においても地震時の天井裏配管のモニタリングが可能であることを確認した。これらの付加情報を利用できることを踏まえて地震後の建物の安全性や性能を早急に判定する方法を検討している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本課題では，地震後の建物の総合的な耐震性能や建物の安全性を早期に評価するために，建物の床応答から建物の構造的な損傷度の評価に加えて，建物内の非構造部材の地震被害を定量的に評価することが求められる。特に入力レベルが大きな場合には，建物が塑性化することが考えられるため，同定する物理モデルにおいても塑性化に関する非線形パラメターを推定することが求められる。建物の設計骨組モデルのPushover解析から建物の復元力特性を評価することは可能であるが，質点系モデルにPushover解析から得られる復元力特性（降伏変位や降伏後剛性比）をそのまま適用しても地震時応答の精度はよいとは言えないため，今後は，観測記録と設計モデルから得られる事前情報を併用して非線形パラメターを高精度に推定する方法を構築する。さらに，非構造部材を対象としたモニタリングについては，損傷が生じた可能性がある部材や位置の特定を計測した画像データの画像解析によって行う。画像解析に基づく被害損傷度を人の手を介さずに自動的に評価するAI手法を展開する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度に開発を行ってきた画像計測センサーについて，想定した開発費用に比べて安価に生産・開発を行い，ある程度の性能が得られることが確認できた。また，実大要素試験では，振動台試験に設備配管を設けて，画像計測を行ったが，配管の設置費用が想定よりも安価であった。次年度では，開発した画像計測センサーに加速度センサーを搭載させ，高機能化する予定であり，画像計測センサーのコストが増大する。また，ソフトウェア開発にあたっては，外部発注もしくは，院生等による補助を行ってもらうため人件費等が必要となる予定である。さらに，次年度に計画している実大要素試験では，相当数のセンサーを設置予定であり，より多くの観測データを収集する。
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