多様な地震動に備える次世代高機能免震構造の開発

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00788
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 菊地 優 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50344479)
• 研究分担者: 渡辺 宏一 清水建設株式会社技術研究所, その他部局等, 研究員 (10811094) ; 白井 和貴 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20610968) ; 石井 建 北海道大学, 工学研究院, 助教 (50840550) ; 壇 一男 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (90393561) ; 齊藤 隆典 地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 建築研究本部 北方建築総合研究所, 主査 (90586497) ; 小穴 温子 株式会社大崎総合研究所, 研究部, 研究職(主任研究員) (60811172) ; 宮本 皓 清水建設株式会社技術研究所, その他部局等, 研究員 (20904717)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 免震構造 / 積層ゴム / 弾性すべり支承 / 振動実験 / 長周期地震動 / 大振幅地震動 / 耐震設計 / 地震防災

研究実績の概要

本研究の目的は、多様な特性を有する地震動に対処可能な次世代型の高機能免震構造の創出である。この目的に沿い、①多様な地震動の予測、②高耐久免震構造の開発、③変位抑制免震構造の開発の３項目を同時並行で実施した。以下に各項目の実績概要を記す。
①多様な地震動の予測では、切迫性が高いとされる千島海溝沿いの巨大地震による地震動予測を行った。マグニチュードMw9.1、長さ850km×幅170kmという超大すべり域の断層モデルを設定し、経験的グリーン関数法を用いて地震動を計算した。予測地震動は、海溝型巨大地震による地震動であるにもかかわらず短周期成分の卓越するものであった。これらの予測地震動を後続の②、③の免震建物の地震応答解析へ適用して、予測地震動が建物応答に与える影響について検討した。
②高耐久免震構造については、鉛プラグ入り積層ゴムに対して、開発した熱・力学連成挙動解析システムを用いて装置の寸法効果を考慮したシミュレーション解析を行い、実大免震部材の力学特性変化を再現した。弾性すべり支承に対して、速度依存性と温度依存性を分離して評価するための試験プログラムを考案し、試験結果の分析と再現解析を実施した。画像解析による大変形時の積層ゴムひずみ分布評価では、せん断変形成分の卓越しやすい二次形状係数の大きな積層ゴムに対して、加力試験および画像解析を行った。
③変位抑制免震構造については、前年度の大型試験体加振実験結果を解析により良好に再現できていたことを踏まえ、その解析手法により提案システムの最適化を行い、硬化型復元力と回転慣性質量の具体的な最適設計条件を得た。また、提案システムは様々な特性の地震波加振に対する変位抑制効果があるものの、一部のケースで応答変位が増大する課題があった。この問題は慣性質量ダンパーを用いることで解決を試み、再度、免震縮小試験体による検証を実施して、その有効性を確認した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] A Seismic Mass Damper System Using Scrap Tire Pads: Loading Tests on Mechanical Properties and Numerical Assessment of the Response Control Effects (2022)
  • 著者名/発表者名: Jihyun PARK, Kazutaka SHIRAI, Masaru KIKUCHI
  • 雑誌名: Soil Dynamics and Earthquake Engineering 巻: 157 ページ: 1-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] 錫プラグ入り免震積層ゴムの大変形復元力モデルに関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柳勝幸，清水美雪，齊木健司，安永亮，菊地優
  • 雑誌名: 構造工学論文集 巻: Vol.67B ページ: 519-529
  • 査読あり
• [雑誌論文] 硬化型復元力と回転慣性質量を組み合わせた変位抑制型免震構造に関する基礎的研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 射場淳，渡辺宏一，石井建，菊地優
  • 雑誌名: 構造工学論文集 巻: Vol.67B ページ: 539-548
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大振幅地震動に対する免震用多段速度依存型可変減衰オイルダンパーに関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荻野伸行，菊地優，岡本真成，中原学
  • 雑誌名: 構造工学論文集 巻: Vol.67B ページ: 549-556
  • 査読あり
• [雑誌論文] 強震動と永久変位の再現と予測のための断層モデルに関する研究のレビュー－2016年熊本地震で明らかになったことを中心に－ (2021)
  • 著者名/発表者名: 壇一男
  • 雑誌名: 日本建築学会構造系論文集 巻: 第86巻第789号 ページ: 1495-1506
  • 査読あり
• [学会発表] 菊地優，高橋慶太，渡辺厚：免震U型ダンパーの復元力モデルに関する研究 (その２ 標準型式の復元力モデル構築) (2021)
  • 著者名/発表者名: 菊地優，高橋慶太，渡辺厚
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] 免震U型ダンパーの復元力モデルに関する研究 (その３ 他型式への拡張) (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋慶太，菊地優，渡辺厚
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] 硬化型復元力と回転慣性質量を組み合わせた過大変位抑制型免震構造に関する基礎的研究 (その4) 大型免震試験体と解析モデル概要 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木瑛大，渡辺宏一，宮本晧，射場淳，石井建，菊地優
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] 硬化型復元力と回転慣性質量を組み合わせた過大変位抑制型免震構造に関する基礎的研究 (その5) 実験と時刻歴解析結果の比較 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡辺宏一，宮本晧，射場淳，石井建，菊地優
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] 硬化型復元力と回転慣性質量を組み合わせた過大変位抑制型免震構造に関する基礎的研究 (その6) 非線形現象の再現 (2021)
  • 著者名/発表者名: 射場淳，宮本晧，渡辺宏一，石井建，菊地優
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] 大振幅地震動に対するオイルダンパーの繰り返し依存性を考慮した時刻歴応答解析に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荻野伸行，石井建，菊地優，岡本真成
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] 鉛プラグ入り免震ゴム支承の力学特性の寸法効果に関する実験と解析 その2 実大実験・解析結果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高山峯夫，笠井和彦，牟雨，菊地優，石井建
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] 弾性すべり支承の速度依存性と温度依存性の同時評価 (その1) 実験計画 (2021)
  • 著者名/発表者名: 入澤祐太，和氣知貴，石井建，菊地優，高田悠大
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] 弾性すべり支承の速度依存性と温度依存性の同時評価 (その2) 実験結果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高田悠大，石井建，菊地優，入澤祐太，和氣知貴
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] 弾性すべり支承の速度依存性と温度依存性の同時評価 (その3) シミュレーション解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石井建，菊地優，高田悠大，入澤祐太，和氣知貴
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] Thermal-Mechanical Coupled Analysis Model for Matrix Sliding Bearings (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaru Kikuchi, Ken Ishii, Takahisa Mori, Ryotaro Kurosawa, Hiroshi Sugiyama, Takahiro Koizumi
  • 学会等名: 17th World Conference on Earthquake Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] An Analytical Model for Tin Rubber Bearings under Large Shear Deformations (2021)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Yanagi, Miyuki Shimizu, Yuto Kobashi, Akira, Yasunaga, Masaru Kikuchi
  • 学会等名: 17th World Conference on Earthquake Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of effective seismic energy input rates based on long-term earthquake observation records (2021)
  • 著者名/発表者名: Ken Ishii, Masaru Kikuchi, Masanori Iiba, Toshihide Kashima
  • 学会等名: 17th World Conference on Earthquake Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] Scale Effect on Mechanical Behavior of Lead Rubber Bearings for Seismic Isolation (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaru Kikuchi, Mineo Takayama
  • 学会等名: 17th World Conference on Earthquake Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] A Seismic Mass Damper Using Scrap Tire Pads: Experiment on Mechanical Property and Analysis of Control Effect (2021)
  • 著者名/発表者名: Jihyun Park, Kazutaka Shirai, Masaru Kikuchi
  • 学会等名: 17th World Conference on Earthquake Engineering
  • 国際学会