地震動の位相制御に基づく設計用地震動の革新的設定法と新しい性能設計規範の提案

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19360209
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造工学・地震工学・維持管理工学
• 研究機関: 神戸学院大学
• 研究代表者: 佐藤 忠信 神戸学院大学 (00027294)
• 研究分担者: 吉田 郁政 東京都市大学, 工学部, 教授 (60409373) ; 室野 剛隆 (財)鉄道総合技術研究所, 構造物技術研究部, 主任研究員 (70425924) ; 舩木 伸江 神戸学院大学, 学際教育機構, 講師 (50434915)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 設計用地震動 / 群遅延時間 / 位相差分 / 確率微分方程式 / フラクタル / 弾性応答スペクトル / 降伏震度スペクトル / モンテカルロシミュレーション

研究概要

設計された構造物の耐震性能を照査するためには地震動の振幅と位相特性が重要な情報となる。この研究では、群遅延時間(円振動数に関する地震動位相の一階微分)とウエーブレット解析を利用して地震動の位相特性をモデル化する簡便な方法を提案する。既存の地震観測データとウエーブレット解析を用いて地震動の群遅延時間を計算し、用いたウエーブレットの振動数帯域ごとに群遅延時間の平均値と標準偏差を求め、それらの回帰式を地震動のマグニチューと震源パラメータ、震源距離、ならびに局所的な地盤条件の関数として求めた。群遅延時間の不確定性が正規分布で表現できることを確かめた後、群遅延時間の模擬法を開発した。この方法に基づく煩雑性を避けるため、群遅延時間を一階の確率微分方程式で模擬するための方法を開発した。地震動位相のサンプルは群遅延時間を円振動数で積分することにより求められる。
このサンプル位相を用いて設計応答スペクトル準拠の地震動を模擬し、その特性を必要降伏強度スペクトルにより調べた結果、必要降伏強度スペクトルは解析に用いた位相スペクトルに強く依存することが明らかになった。模擬された地震動が同じ設計用弾性応答スペクトルを満たしていても、異なったサンプル位相スペクトルを用いると必要降伏震度スペクトルが異なることが分かった。この問題を解決するために、与えられた設計用弾性応答スペクトルと必要降伏強度スペクトルの両者を同時に満たすことのできる唯一の設計用地震動を模擬するための方法論を提案した。
さらに、地震動位相情報のみから実際的な地震動を模擬するための方法論を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] A phase model of earthquake motions based on stochastic differential equation (2010)
  • 著者名/発表者名: C. Zhang, T. Sato, L. Lu
  • 雑誌名: KSCE Journal of Civil Engineering
• [雑誌論文] ethod to simulate phase spectrum of earthquake motion by using a stochastic differential equation (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, C. Zhang, L. Lu
  • 雑誌名: Releiability and Risk of Structures Infrastructures and Engineering System ページ: 3333-3336
• [雑誌論文] Modeling of phase spectrum of earthquake motion using the concept of group delay time (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, T. Kawanishi, Y. Murono, W. Isaka, H. Furuta
  • 雑誌名: Releiability and Risk of Structures Infrastructures and Engineering System ページ: 3326-3332
• [雑誌論文] Analitical solution of structural response under stochastic excitation with phase uncertainty (2009)
  • 著者名/発表者名: L. Lu, T. Sato
  • ページ: 1799-1803
• [雑誌論文] Novel Support Vector Regression for Structural System Identification (2008)
  • 著者名/発表者名: Jian Zhang, Tadanobu Sato, Susum Iai
  • 雑誌名: Structural Control and Health Monitoring 14 ページ: 609-626
• [雑誌論文] Non-linear system identification of the versatile-typed structures by a novel signal processing technique (2007)
  • 著者名/発表者名: Jian Zhang, Tadanobu Sato, Susum Iai
  • 雑誌名: Earthquake Engineering & Structural Dynamics 36 ページ: 909-925
• [雑誌論文] Topics to define seismic design earthquake motions, Tuchi-to-Kiso (2007)
  • 著者名/発表者名: Tadanobu Sato
  • 雑誌名: Japan Society of Geotechnical Engineering 55(2) ページ: 18-21
• [雑誌論文] An operator-split ALE model for large deformation analysis of geomaterials (2007)
  • 著者名/発表者名: Yuan Di., Jun Yang., Tadanobu Sato
  • 雑誌名: International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 31 ページ: 1375-1399
• [雑誌論文] ffective calculation of limit state exceed ANCE probability of earth slopes potentially having multiple critical slip surfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Shinoda, Tadanobu Sato, Yoyoji Yonezawa
  • 雑誌名: Journal of Japan Society of Civil Engineers Vol.63,No.1 ページ: 22-32
• [学会発表] 地震動位相のモデル化に関する試み (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤忠信
  • 学会等名: 第28回自然災害研究発表会
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] Current efforts to define design earthquake motion in Japan (2007)
  • 著者名/発表者名: Tadanobu Sato
  • 学会等名: Proceedings of the International Symposium on Advances in Urban Safety (SAUS2007)
  • 年月日: 20070000