2023 Fiscal Year Annual Research Report
Application of Metabolism Structure to be able to Upgrade Structural Performance under Service Continuity
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21H04574
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高橋 良和 京都大学, 工学研究科, 教授 (10283623)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 充良 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00302191)
聲高 裕治 京都大学, 工学研究科, 教授 (80343234)
北根 安雄 京都大学, 工学研究科, 教授 (10444415)
山本 貴士 京都大学, 経営管理研究部, 教授 (70335199)
石川 敏之 関西大学, 環境都市工学部, 教授 (00423202)
倉田 真宏 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70624592)
植村 佳大 京都大学, 工学研究科, 助教 (80882133)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | メタボリズム / 柱 / 鋼構造 / 耐震 / 数値解析 / ハイブリッドシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに、地震後復旧時に残留変位がゼロに戻る復旧時セルフセンタリング機能を実現させることを目的として，可換部を鋼部材とし、永続部に鋼管拘束コンクリートヒンジを用いたメタボリズム柱構造の正負交番載荷実験、可換部の取り替え実験を実施した。本実験に対し、数値シミュレーションによる再現解析を試みた。主な検討内容は下記の通りである。
鋼製可換部を座屈挙動を表現するためにシェル要素、永続部をファイバーモデルを用いた断面要素によりモデル化し、①永続部モデルのみによる正負交番載荷解析→②鋼製可換部の取付→③鋼製可換部＋永続部モデルによる正負交番載荷解析→④鉛直荷重支持したまま可換部取り外し→⑤永続部モデルのみによる正負交番載荷解析を、一連の数値シミュレーション（解析コードOpenSees）により実施、実験結果と比較した。従来の解析では、初期剛性が実験より過大に評価され、また座屈発生が早期に発生する結果となっていたところ、基部に回転ばねを導入することにより、実験結果との一致度が高くすることができた。これにより、鋼製可換部＋永続部モデルによる実験での永続部に損傷が蓄積し、永続部単体でのセルフセンタリング性能が変化することが変化することを解析的にも再現することができた。
また、リアルタイムハイブリッドシミュレーション技術の高度化に関する研究では、試験機の制御遅延に対する補償法として荷重ベース補償法に着目し、実験供試体の部材情報から簡易的な非線形モデルを作成し，そのモデルを用いて計測荷重を随時補償する手法を提案した。提案手法を、加力実験と振動台を用いて検証予定であったが、振動台の動作不良のため、代わりに既存のDSP（ハイブリッドシミュレータ）を用い、実験模型を再現するモデルを組み込むことで、数値的に検討を実施し、その補償効果を検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
メタボリズムを実現するためのコア技術である永続部について、地震時の挙動により、可換部取替後の性能が変化すること（損傷すること）が課題となり、数値シミュレーションによる性能変化の予測が課題であった。本年度の検討により、可換部取り外し、取り替えを含む一連の数値シミュレーションが可能となり、永続部単体でのセルフセンタリング性能が変化することが変化することを解析的にも再現することができたため、最終年度の取りまとめに向け、重要な成果を得ることができた。
一方、試験機を用いて検証する予定であったハイブリッドシミュレーションの高度化では、振動台の動作不良のため、代わりにDSPに実験模型と振動台の挙動を再現するモデルを組み込むことで、数値的に検討を実施した。これらは試験機を用いた検討も実施したい。
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| Strategy for Future Research Activity |
・セルフセンタリング機能を有する永続部を有する鋼製可換部柱の載荷実験を実施する。
・鉛直荷重を支持しながら可換部を取り替える過程を数値シミュレーションで再現するための手法を確立する。
・ハイブリッドシミュレーションの高度化について、試験機を用いた検証を実施する。
・土木学会・ASCEの社会基盤レジリエンスフレームワークを参照し，構造性能を変化できることを前提とした将来の要求性能の予測とその持続可能性評価を試みる。
・実大構造を想定したメタボリズム柱の試設計を実施する。
・本研究で得られた結果を取りまとめ、メタボリズム構造が社会の持続可能性を支援する総合技術となり得ることを示す。
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[Book] Infrastructure System Resilience: An Engineering Framework for Assessment, Management, and Governance2023
Author(s)
Craig A. Davis, Bilal M. Ayyub, Riki Honda, Kiyoshi Kobayashi, Toshio Koike, Sue McNeil, Masamitsu Onishi, Yoshikazu Takahashi, Hirokazu Tatano, John van de Lind
Total Pages
94
Publisher
American Society of Civil Engineers
ISBN
9780784485088
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