ゴム系材料を用いた免震・制震デバイスの性能予測・統合設計支援システムの構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555126
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 阿部 雅人 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (60272358)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大鳥 靖樹 電力中央研究所, 我孫子研究所・地盤耐震部, 主任研究員(研究職) ; 藤野 陽三 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20111560)
• Keywords: 免震構造 / 制震構造 / エネルギー吸収デバイス / 高減衰ゴム / 画像解析 / 有限要素解析 / ハイブリッド解析 / 材料構成則

Research Abstract

大地震に対して損傷を許さない耐震設計は経済的に困難であることから,現実的なコストで対策を行っていくためには,構造物内にエネルギー吸収能力に富む材料を戦略的に配置することによって多少の破損を許しながらも破壊モードを制御して被害を最小に抑えることを目指した耐震設計法を構築する必要がある.その具体的な方法として,制震・免震構造が活発に研究されている.本研究では,エネルギー吸収材料,特に免震・制震装置として応用が進んでいながら解析的モデル化が進んでいない高減衰ゴムをはじめとしたゴム系材料について合理的な性能予測法を確立し,材料レベル・デバイスレベルの設計を統合的に支援するシステムを構築することを目的とする.具体的には,(1)ゴム系エネルギー吸収材料を対象とした材料試験法の体系化と汎用的構成則構築法の確立,(2)材料構成側に基づいた装置レベルの大変形時の挙動予測と性能評価法の構築,(3)材料設計とデバイスレベルの構造設計の統合化と設計開発支援システムの構築を目指したものである.
研究成果としては,まず,免震支承の力学的特性について,微分方程式方現象論的モデルを改良して一般化することで,ゴム系エネルギー吸収材料に汎用的な構成則を提示した.その際,特に,地震時の性能評価への応用を念頭に,繰り返し履歴特性ならびに速度依存性のモデル化に特に重点をおいた構成則とした.また,得られた構成則をハイブリッド解析スキームに組み込み,一般化・汎用化することによって,免震・制震デバイスの精緻な性能予測法を構築した.それにより,ゴム系エネルギー吸収材料を用いたデバイスに典型的に見られる複雑な履歴挙動を示す大変形時の挙動予測と性能評価を実現した.さらに,構築された構成則と性能評価法に基づいて,材料特性とデバイスレベルの性能の関連を明らかにし,従来,経験と試行錯誤に頼っていたデバイスレベルの設計の合理化と統合化を実現した.

Research Products

• [Publications] 吉田純司, 阿部雅人, 藤野陽三, L.C.Sujeewa: "画像解析を利用した連続体の変形場の計測法"土木学会論文集. No.710/I-60. 165-179 (2002)
• [Publications] 吉田純司, 阿部雅人, 藤野陽三: "高減衰ゴム材料の構成則"土木学会論文集. No.710/I-60. 209-224 (2002)
• [Publications] 阿部雅人, 吉田純司, 藤野陽三: "免震用積層ゴム支承の水平2方向を含む復元力特性とそのモデル化"土木学会論文集. No.696/I-58. 125-144 (2002)
• [Publications] 吉田純司, 阿部雅人, 藤野陽三: "高減衰積層ゴム支承の3次元有限要素解析法"土木学会論文集. No.717/I-61. 37-52 (2002)
• [Publications] CHAUDHARY, M.T.A., Abe, M., Fujino, Y: "Investigation of a typical seismic behavior of a base-isolated bridge"Engineering Structures. 24(7). 943-951 (2002)
• [Publications] J.Yoshida, M.Abe, Y.Fujino: "Finite Element Modeling for the High Damping Rubber Bearing, 3rd DIANA World Conference"Finite Elements in Civil Engineering Applications. 375-384 (2002)