| 研究課題/領域番号 |
26289195
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
曽田 五月也 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70134351)
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| 研究分担者 |
宮津 裕次 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70547091)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | オイルダンパ / 流体慣性ダンパ / 油圧式リンク機構 / 変形集中防止 / 負剛性 / パッシブマスドライバー |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、木造、軽量形鋼造（薄板も含む）による低層戸建住宅・共同住宅を主な対象として、それらの耐震安全性を向上させるための制振構造システムを提案し、その有効性・実用性を実験的・解析的に明らかにすることを目的としている。提案する構造システムは、油圧式のリンク機構に、負剛性を発現するオイルダンパとしての機能と構造各部の変形分布の制御機能とを併せ持たせるものである。大地震を対象として建築物に制振システムを適用する場合に、変形抑制効果と加速度応答低減効果とが互いにトレードオフの関係を有することが一般的な傾向であるが、本開発ダンパは負の剛性を発揮することでその弱点を大幅に緩和することができる。また、システムの基本となる油圧機構が単純で小型であるために、既往のダンパシステムよりコストを抑えることが可能であるため、建物を長期間安全に利用するための技術の一つとして有望である。
平成26年度の研究では (1)液体慣性ダンパの基本性能を検証することと、(2)油圧式リンク機構の設置によりもたらされる建築物の制振効果を明らかにすること、また、(3)ダンパの効果を高めるためのダンパ仕様を定性的かつ定量的に明らかにする事であった。(1)については、試作ダンパに対する実験結果に基づいてダンパの力学モデルを考案し、その減衰特性、慣性質量効果、リンク効果を検討し、特に、ダンパに封入する流体の密度を高めるために適した各種高密度流体を封入した場合の効果の違いを実験・解析により明らかにした。リンク効果は異なるシリンダの油室間を結ぶチューブの長さや剛性の影響も受けるため、高い効果を得るためにその適切な仕様の決定方法についても定式化した。リンク機構は建物の中の異なる部位、例えば上下の層間であるとか異なる構面間であるとかの変形割合を一様に設定可能な事を小型振動台実験により検証した。
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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
26年度の研究実施目標の (1)、(2)、(3)の何れについても試作したダンパに対する繰り返し加力実験により、目指す制振効果が達成可能であることを明らかにした。(1)については、試作ダンパに対する実験結果に基づいてダンパの力学モデルを考案し、その減衰特性、慣性質量効果、リンク効果を検討し、適切なパラメータを選択することで、目的に応じたダンパの設計が可能な事を示した。特に、ダンパに封入する流体の密度を高めるために適した各種高密度流体を封入した場合の効果の違いを実験・解析により比較検討し、コスト面での採算性についても指標が得られたた。リンク効果を高めるために2つのシリンダ間を結ぶチューブの長さや剛性も影響することが明らかになるとともに、使用方法に応じた適切な仕様の決定方法についても定式化出来ることを明らかにした。リンク機構は建物の中の異なる部位、例えば上下の層であるとか異なる構面であるとかの変形割合を一様に設定可能な事が大きな特徴であり、鉄骨造の2層立体骨組みに対する振動台実験により、目指す制御効果が容易に得られることを確認した。以上の成果は、提案する構造システムのポテンシャルの高い事を示しており、27年度に予定している実大に準ずる大型ダンパを用いた実験の実施、さらには、最終年度の実施する予定の実スケールの建物モデルに対する振動台実験実施が意義あるものであることを示すことが出来た。
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| 今後の研究の推進方策 |
建築物に制振工法を適用することの目的は（１）変位（変形）を抑えること、（２）加速度を抑えること、（３）残留変形を抑えることである。本研究で開発を目指しているリンク式流体慣性ダンパは、負の剛性を発揮することにより、大地震時には塑性変形を生じる建築物の加速度応答の増大を抑えるという優れた特性を発揮するものである。また、建物の異なる部位の変位（変形）を揃えることもできる。しかしながら、ダンパの抵抗力が過大になるとダンパの取り付け部の応力が過大になったり、あるいは地震後に残留変形が残ったりする可能性が有る。そこで、これらの何点を取り除くために、シリンダ燗を結ぶ連結チューブにリリーフ機構を取り付ける仕組み、また、連結チューブの任意点にポンプを設置してオイルをオイルを移動することにより残留変形を除去する仕組みを検討中である。これらの仕組みはシリンダの外に設けるために、26年度の製作したダンパを用いて性能の検証を行うことが出来る解析で得られたこのような知見を実ダンパの特性に反映すべく2点の改善を取り込む予定である。
今年度は、ダンパに上記の性能を付加した上で、免震建物のねじ変形防止装置として応用することの有効性を、解析ならびに振動台実験により検証する。本研究の計画時には同調質量ダンパとしての活用にも触れたが、現時点では手つかずでいる。代わりに、一方のピストンの端部に重量を付加することで、PMD（パッシブマスドライバー）として活用する方法を解析により探り、有為性が認められれば実験による効果の検証項目に加える予定である。（６６８字）
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| 次年度使用額が生じた理由 |
26年度研究計画の区切りがついた
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| 次年度使用額の使用計画 |
２７年度の実験用消耗品購入に充てる
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