JP2019113506A - Estimation method of structure characteristic period, determination method of structure earthquake resistance, estimation system of structure characteristic period, and determination system of structure earthquake resistance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造物の固有周期推定方法、構造物の耐震性判定方法、構造物の固有周期推定システム及び構造物の耐震性判定システムに関する。 The present invention relates to a method of estimating the natural period of a structure, a method of determining the seismic resistance of a structure, a system of estimating a natural period of a structure, and a seismic resistance determination system of a structure.
建物の地震動に対する損傷状況を判定するためのシステムとして、複数の加速度センサを建物の複数の階に設置して、構造躯体の損傷、使用安全性、修復可能性などを適切に評価するシステムが提案されている（特許文献１）。このシステムは、地震が発生した場合に、加速度センサの出力から層間変形角を算出し、算出された層間変形角を用いて予め設定された複数の基準に従って建物の損傷度を判定している。しかしながら、地震動を受けた後の建物の固有周期を用いた累積的損傷を考慮した評価は行われていなかった。 As a system to determine the damage situation to the earthquake motion of the building, a system that installs multiple acceleration sensors on multiple floors of the building and appropriately evaluates damage to the structural frame, safety in use, repairability, etc. is proposed. (Patent Document 1). In this system, when an earthquake occurs, the interlayer deformation angle is calculated from the output of the acceleration sensor, and the calculated interlayer deformation angle is used to determine the degree of damage to the building according to a plurality of preset criteria. However, no assessment was made taking into account the cumulative damage using the natural period of the building after the earthquake motion.
また、近年の巨大地震に対する対策についての関心の高まりを受け、地震後の建物健全性評価を目的とするモニタリング技術に対する期待が高まっている。そのようなモニタリング技術がこれまでにも複数提案されている（非特許文献２）。しかしながら、いずれの提案も地震動を受けた後の建物の固有周期を効率よく的確に推定し、推定された固有周期を用いることで累積的損傷を考慮する実用的な健全性評価方法ではなかった。 In addition, in response to the growing interest in measures against huge earthquakes in recent years, expectations for monitoring technology for the purpose of assessing the health of buildings after an earthquake are increasing. Several such monitoring techniques have been proposed so far (Non-patent Document 2). However, none of these proposals is a practical soundness evaluation method for considering cumulative damage by efficiently and accurately estimating the natural period of a building after being subjected to earthquake motion and using the estimated natural period.
本発明は、地震動を受けた後の構造物についての実用的な固有周期推定方法及びこれにより推定された固有周期を用いた構造物の耐震性判定方法を提供することを目的とする。また、本発明は、地震動を受けた後の構造物についての実用的な固有周期推定システム及びこれにより推定された固有周期を用いた構造物の耐震性判定システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a practical natural period estimation method for a structure after being subjected to earthquake motion, and a method of determining the earthquake resistance of the structure using the natural period estimated thereby. Another object of the present invention is to provide a practical natural period estimation system for a structure after being subjected to earthquake motion and a system for judging the earthquake resistance of a structure using the natural period estimated by the system.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 The present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following aspects or application examples.
［適用例１］
本適用例に係る構造物の固有周期推定方法は、
地震動を受ける構造物の高さ方向における複数の位置に設置された加速度センサで取得した加速度データから部分空間法を用いて固有周期、固有ベクトル及び特性行列を算出し、
前記固有ベクトル及び前記特性行列を用いて刺激係数を算出し、
前記固有周期の中から前記地震動を受けた後の前記構造物の一次固有周期を選択するか
否かについて前記刺激係数を用いて判定することを特徴とする。
Application Example 1
The natural period estimation method for a structure according to this application example is
Calculate the natural period, eigenvectors and characteristic matrix using the subspace method from the acceleration data acquired by the acceleration sensor installed at multiple positions in the height direction of the structure receiving the earthquake motion,
Calculate stimulation coefficients using the eigenvectors and the characteristic matrix,
It is characterized by using the stimulation coefficient to determine whether or not to select the first-order natural period of the structure after receiving the earthquake motion from the natural periods.
本適用例に係る構造物の固有周期推定方法によれば、刺激係数を用いることで実用的な方法で地震動を受けた後の構造物の一次固有周期を推定することができる。 According to the natural period estimation method for a structure according to this application example, it is possible to estimate the primary natural period of the structure after being subjected to the earthquake motion by a practical method by using the stimulation coefficient.
［適用例２］
上記適用例に係る構造物の固有周期推定方法において、
前記刺激係数のうち最も大きい値を全ての刺激係数の和で割った判定値を求め、前記判定値によって前記固有周期の中から前記一次固有周期を選択するか否かを判定することができる。
Application Example 2
In the natural period estimation method for a structure according to the above application example,
A determination value can be obtained by dividing the largest value among the stimulation coefficients by the sum of all stimulation coefficients, and it can be determined whether to select the primary natural period from the natural periods according to the determination value.
本適用例によれば、刺激係数に係る判定値を用いることでより正確な一次固有周期を推定することができる。 According to this application example, it is possible to estimate a more accurate primary natural period by using the determination value related to the stimulation coefficient.
［適用例３］
上記適用例に係る構造物の固有周期推定方法において、
前記刺激係数は、下記式（１）で得られ、
下記式（２）で得られた前記判定値が、予め設定されたしきい値を超えた場合に、前記固有周期の中から前記一次固有周期を選択することができる。
Application Example 3
In the natural period estimation method for a structure according to the above application example,
The stimulation coefficient is obtained by the following equation (1):
If the determination value obtained by the following equation (2) exceeds a preset threshold value, the primary natural period can be selected from the natural periods.
本適用例によれば、上記式（１）で求められる刺激係数に係る判定値を用いることでより正確な一次固有周期を推定することができる。 According to this application example, it is possible to estimate a more accurate primary natural period by using the determination value related to the stimulation coefficient obtained by the above equation (1).
［適用例４］
本適用例に係る構造物の耐震性判定方法は、
上記適用例の構造物の固有周期推定方法で選択された前記一次固有周期に対応する地震応答解析モデルを作成し、
前記地震応答解析モデルに予め設定した設定地震動条件を入力して、地震応答解析をすることで前記設定地震動条件に対する前記構造物の層間変形角を演算し、
前記層間変形角が予め設定した許容値を超えているか否かで前記構造物の耐震性を判定することを特徴とする。
Application Example 4
The earthquake resistance judgment method of the structure concerning this application example is
Create a seismic response analysis model corresponding to the first-order natural period selected by the natural period estimation method for the structure of the above application example;
The set deformation condition set in advance is input to the earthquake response analysis model, and the interlayer deformation angle of the structure with respect to the set movement condition is calculated by performing the earthquake response analysis,
It is characterized in that the seismic resistance of the structure is determined based on whether or not the interlayer deformation angle exceeds a preset allowable value.
本適用例に係る構造物の耐震性判定方法によれば、地震動を受けた後の構造物の累積損
傷を考慮した耐震性を判定することができる。
According to the method of determining the earthquake resistance of a structure according to this application example, it is possible to determine the earthquake resistance taking into consideration the cumulative damage of the structure after being subjected to earthquake motion.
［適用例５］
上記適用例に係る構造物の耐震性判定方法において、
前記地震応答解析モデルの作成は、
前記一次固有周期に対応するように前記構造物の一番上の階から前記複数の位置への地震波の伝播時間を求めると共に、前記伝播時間に基づいて、前記構造物の一番上の階から前記構造物の各階への地震波の伝播時間である各階伝播時間を求め、
前記各階伝播時間から前記一番上の階に対する各階の応答を求めることで行うことができる。
Application Example 5
In the earthquake resistance determination method for a structure according to the above application example,
The creation of the seismic response analysis model is
The propagation time of the seismic wave from the top floor of the structure to the plurality of positions is determined to correspond to the first-order natural period, and from the top floor of the structure based on the propagation time Find the propagation time of each floor, which is the propagation time of seismic waves to each floor of the structure,
It can carry out by calculating | requiring the response of each floor with respect to the said top floor from each said floor propagation time.
本適用例によれば、一次固有周期に対応するように求められる各階伝播時間を用いて地震応答解析モデルを作成することで、多層階の構造物にも対応することができる。 According to this application example, it is possible to cope with a multi-story structure by creating a seismic response analysis model using each floor propagation time required to correspond to the primary natural period.
［適用例６］
本適用例に係る構造物の固有周期推定システムは、
地震動を受ける構造物の高さ方向における複数の位置に設置された加速度センサから取得した加速度データに基づいて演算を行う演算部を含み、
前記演算部は、
前記加速度データから部分空間法を用いて固有周期、固有ベクトル及び特性行列を算出し、
前記固有ベクトル及び前記特性行列を用いて刺激係数を算出し、
前記固有周期の中から前記地震動を受けた後の一次固有周期を選択するか否かについて前記刺激係数を用いて判定することを特徴とする。
Application Example 6
The natural period estimation system for a structure according to this application example is
And includes an operation unit that performs operations based on acceleration data acquired from acceleration sensors installed at a plurality of positions in the height direction of the structure receiving the earthquake motion,
The arithmetic unit is
Calculate the eigenperiod, eigenvectors and characteristic matrix from the acceleration data using the subspace method,
Calculate stimulation coefficients using the eigenvectors and the characteristic matrix,
It is characterized by using the stimulation coefficient to determine whether or not to select a primary natural period after receiving the earthquake motion from the natural periods.
本適用例によれば、刺激係数を用いることで実用的な方法で地震動を受けた後の構造物の一次固有周期を推定することができる。 According to this application example, by using the stimulation coefficient, it is possible to estimate the primary natural period of the structure after being subjected to the earthquake motion by a practical method.
［適用例７］
上記適用例に係る構造物の固有周期推定システムにおいて、
前記演算部は、
前記刺激係数のうち最も大きい値を全ての刺激係数の和で割った判定値を求め、前記判定値によって前記固有周期の中から前記一次固有周期を選択するか否かを判定することができる。
Application Example 7
In the natural period estimation system for a structure according to the above application example,
The arithmetic unit is
A determination value can be obtained by dividing the largest value among the stimulation coefficients by the sum of all stimulation coefficients, and it can be determined whether to select the primary natural period from the natural periods according to the determination value.
本適用例によれば、刺激係数に係る判定値を用いることでより正確な一次固有周期を推定することができる。 According to this application example, it is possible to estimate a more accurate primary natural period by using the determination value related to the stimulation coefficient.
［適用例８］
上記適用例に係る構造物の固有周期推定システムにおいて、
前記刺激係数は、下記式（１）で得られ、
下記式（２）で得られた前記判定値が、予め設定されたしきい値を超えた場合に、前記固有周期の中から前記一次固有周期を選択することができる。
Application Example 8
In the natural period estimation system for a structure according to the above application example,
The stimulation coefficient is obtained by the following equation (1):
If the determination value obtained by the following equation (2) exceeds a preset threshold value, the primary natural period can be selected from the natural periods.
本適用例によれば、刺激係数に係る判定値を用いることでより正確な一次固有周期を推定することができる。 According to this application example, it is possible to estimate a more accurate primary natural period by using the determination value related to the stimulation coefficient.
［適用例９］
本適用例に係る構造物の耐震性判定システムは、
前記構造物の固有周期推定システムを含み、
前記演算部は、
前記刺激係数を用いて前記一次固有周期を選択すると判定された場合に、前記一次固有周期に対応する地震応答解析モデルを作成し、
前記地震応答解析モデルに予め設定した設定地震動条件を入力して、地震応答解析をすることで前記設定地震動条件に対する前記構造物の層間変形角を演算し、
前記層間変形角が予め設定した許容値を超えているか否かで前記構造物の耐震性を判定することを特徴とする。
Application Example 9
The earthquake resistance determination system for a structure according to this application example is
Including a system for estimating the natural period of the structure,
The arithmetic unit is
An earthquake response analysis model corresponding to the primary natural period is created when it is determined that the primary natural period is selected using the stimulation coefficient,
The set deformation condition set in advance is input to the earthquake response analysis model, and the interlayer deformation angle of the structure with respect to the set movement condition is calculated by performing the earthquake response analysis,
It is characterized in that the seismic resistance of the structure is determined based on whether or not the interlayer deformation angle exceeds a preset allowable value.
本適用例に係る構造物の耐震性判定システムによれば、地震動を受けた後の構造物の累積損傷を考慮した耐震性を判定することができる。 According to the earthquake resistance determination system for a structure according to this application example, it is possible to determine the earthquake resistance taking into consideration the cumulative damage of the structure after the earthquake motion.
［適用例１０］
上記適用例に係る構造物の耐震性判定システムにおいて、
前記演算部は、
前記一次固有周期に対応するように前記構造物の一番上の階から前記複数の位置への地震波の伝播時間を求めると共に、前記伝播時間に基づいて、前記構造物の一番上の階から前記構造物の各階への地震波の伝播時間である各階伝播時間を求め、
前記各階伝播時間から前記一番上の階に対する各階の応答を求めることで前記地震応答解析モデルの作成することができる。
Application Example 10
In the earthquake resistance determination system for a structure according to the above application example,
The arithmetic unit is
The propagation time of the seismic wave from the top floor of the structure to the plurality of positions is determined to correspond to the first-order natural period, and from the top floor of the structure based on the propagation time Find the propagation time of each floor, which is the propagation time of seismic waves to each floor of the structure,
The seismic response analysis model can be created by obtaining the response of each floor to the top floor from the floor propagation time.
本適用例によれば、一次固有周期に対応するように求められる各階伝播時間を用いて地震応答解析モデルを作成することで、多層階の構造物にも対応することができる。 According to this application example, it is possible to cope with a multi-story structure by creating a seismic response analysis model using each floor propagation time required to correspond to the primary natural period.
本発明によれば、地震動を受けた後の構造物についての実用的な固有周期推定方法及びこれにより推定された固有周期を用いた構造物の耐震性判定方法を提供することができる。また、本発明によれば、地震動を受けた後の構造物についての実用的な固有周期推定シ
ステム及びこれにより推定された固有周期を用いた構造物の耐震性判定システムを提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a practical natural period estimation method for a structure after being subjected to earthquake motion, and a method of determining the earthquake resistance of the structure using the natural period estimated thereby. Further, according to the present invention, it is possible to provide a practical natural period estimation system for a structure after being subjected to earthquake motion and a system for judging the earthquake resistance of a structure using the natural period estimated thereby.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Further, not all of the configurations described below are necessarily essential configuration requirements of the present invention.
本実施形態に係る構造物の固有周期推定方法は、地震動を受ける構造物の高さ方向における複数の位置に設置された加速度センサで取得した加速度データから部分空間法を用いて固有周期、固有ベクトル及び特性行列を算出し、前記固有ベクトル及び前記特性行列を用いて刺激係数を算出し、前記固有周期の中から前記地震動を受けた後の前記構造物の一次固有周期を選択するか否かについて前記刺激係数を用いて判定することを特徴とする。 The natural period estimation method for a structure according to the present embodiment includes a natural period, an eigenvector, and a natural period using a subspace method from acceleration data acquired by acceleration sensors installed at a plurality of positions in the height direction of the structure receiving earthquake motion. The stimulus matrix is calculated, the stimulation coefficient is calculated using the eigenvector and the characteristic matrix, and the stimulus is selected as to whether or not to select the primary natural period of the structure after the earthquake motion from the natural periods. The determination is characterized by using a coefficient.
本実施形態に係る構造物の耐震性判定方法は、構造物の固有周期推定方法で選択された前記一次固有周期に対応する地震応答解析モデルを作成し、前記地震応答解析モデルに予め設定した設定地震動条件を入力して、地震応答解析をすることで前記設定地震動条件に対する前記構造物の層間変形角を演算し、前記層間変形角が予め設定した許容値を超えているか否かで前記構造物の耐震性を判定することを特徴とする。 The method of determining earthquake resistance of a structure according to the present embodiment creates an earthquake response analysis model corresponding to the primary natural period selected by the natural period estimation method of the structure, and sets in advance in the earthquake response analysis model. An earthquake deformation condition is input, and an interlayer deformation angle of the structure with respect to the set earthquake movement condition is calculated by performing an earthquake response analysis, and the structure is determined depending on whether or not the interlayer deformation angle exceeds a preset allowable value. To determine the seismic resistance of the
本実施形態に係る構造物の固有周期推定システムは、地震動を受ける構造物の高さ方向における複数の位置に設置された加速度センサから取得した加速度データに基づいて演算を行う演算部を含み、前記演算部は、前記加速度データから部分空間法を用いて固有周期、固有ベクトル及び特性行列を算出し、前記固有ベクトル及び前記特性行列を用いて刺激係数を算出し、前記固有周期の中から前記地震動を受けた後の一次固有周期を選択するか否かについて前記刺激係数を用いて判定することを特徴とする。 The natural period estimation system for a structure according to the present embodiment includes an operation unit that performs an operation based on acceleration data acquired from acceleration sensors installed at a plurality of positions in the height direction of the structure receiving the earthquake motion, The arithmetic unit calculates a natural period, an eigenvector and a characteristic matrix from the acceleration data using a subspace method, calculates a stimulation coefficient using the eigenvector and the characteristic matrix, and receives the earthquake motion from the natural period. It is characterized by using the stimulation coefficient to determine whether or not to select the first-order natural period after.
本実施形態に係る構造物の耐震性判定システムは、前記構造物の固有周期推定システムを含み、前記演算部は、前記刺激係数を用いて前記一次固有周期を選択すると判定された場合に、前記一次固有周期に対応する地震応答解析モデルを作成し、前記地震応答解析モ
デルに予め設定した設定地震動条件を入力して、地震応答解析をすることで前記設定地震動条件に対する前記構造物の層間変形角を演算し、前記層間変形角が予め設定した許容値を超えているか否かで前記構造物の耐震性を判定することを特徴とする。
The earthquake resistance determination system for a structure according to the present embodiment includes the natural period estimation system for the structure, and the computing unit is determined to select the primary natural period using the stimulation coefficient. Create an earthquake response analysis model corresponding to the primary natural period, input a preset earthquake motion condition to the earthquake response analysis model, and analyze the earthquake response to make an interlayer deformation angle of the structure with respect to the preset earthquake motion condition The earthquake resistance of the structure is determined based on whether or not the interlayer deformation angle exceeds a preset allowable value.
１．構造物の耐震性判定システム
図１〜図３を用いて、構造物１０の耐震性判定システム２０の概要について説明する。図１は本実施形態に係る構造物１０の耐震性判定システム２０の概要を示す図であり、図２は加速度センサから得られる加速度データの一例を示すグラフであり、図３は本実施形態に係る構造物１０の耐震性判定システム２０の構成を示すブロック図である。なお、以下、構造物１０の耐震性判定システム２０は、単に「システム２０」という。
1. Earthquake Resistant Judgment System of Structure The outline of the earthquake resistance judgment system 20 of the structure 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a view showing an outline of the earthquake resistance determination system 20 of the structure 10 according to the present embodiment, FIG. 2 is a graph showing an example of acceleration data obtained from an acceleration sensor, and FIG. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the earthquake resistance determination system 20 of the structure 10 according to the present invention. Hereinafter, the earthquake resistance determination system 20 of the structure 10 will be simply referred to as “system 20”.
図１に示すように、システム２０は、構造物１０に設けられる。システム２０は、構造物１０の固有周期推定システム３０を含む。システム２０は、構造物１０に設置された加速度センサ２２から取得した構造物１０の高さ方向における複数の位置の加速度データに基づいて演算を行う演算部２６を含むモニタリングサーバ２４と、を含む。構造物１０の固有周期推定システム３０は、システム２０の演算部２６の一部の処理を行うものである。システム２０は、地震動を受けた後の構造物１０の累積損傷を考慮した耐震性を判定することができる。 As shown in FIG. 1, the system 20 is provided to the structure 10. The system 20 includes a natural period estimation system 30 of the structure 10. The system 20 includes a monitoring server 24 including a computing unit 26 that performs computation based on acceleration data of a plurality of positions in the height direction of the structure 10 acquired from the acceleration sensor 22 installed in the structure 10. The natural period estimation system 30 of the structure 10 performs a part of the processing of the computing unit 26 of the system 20. The system 20 can determine earthquake resistance considering cumulative damage of the structure 10 after being subjected to earthquake motion.
構造物１０は、土地に定着する人工物である工作物であって、ビル等の建築物を含む。図１における構造物１０は、複数階を有する多層建築物である。構造物１０は、１階（１Ｆ）から屋上階（ＲＦ）までの複数階を有し、図１では３階から屋上階から５階下の階までを省略して示す。 The structure 10 is a work that is an artificial thing that settles on the land, and includes a building such as a building. The structure 10 in FIG. 1 is a multilayer structure having a plurality of floors. The structure 10 has a plurality of floors from the first floor (1F) to the roof floor (RF), and in FIG. 1, it is shown by omitting from the third floor to the fifth floor below the roof floor.
１−１．加速度センサ
加速度センサ２２は、地震動を受ける構造物１０の高さ方向における複数の位置に設けられ、例えば、構造物１０の複数の階に設置される。各階の地震時の変位を求めるためには全ての階に加速度センサ２２が設けられることが望ましいが、構造物１０における設置スペースや設置コストとの関係で加速度センサ２２が設置されない階が存在してもよい。例えば、図１では屋上階（ＲＦ）から３階下の階（ＲＦ−３Ｆ）には加速度センサ２２が設置されていない状態を示す。
1-1. Acceleration Sensor The acceleration sensor 22 is provided at a plurality of positions in the height direction of the structure 10 receiving the earthquake motion, and is installed, for example, on a plurality of floors of the structure 10. Although it is desirable to provide the acceleration sensor 22 on all the floors in order to obtain the displacement at the time of earthquake of each floor, there are floors where the acceleration sensor 22 is not installed in relation to the installation space and installation cost in the structure 10 It is also good. For example, FIG. 1 shows a state where the acceleration sensor 22 is not installed on the third floor (RF-3F) below the roof floor (RF).
加速度センサ２２は、構造物１０の一番下の階（図１では１階であるが、地下階がある場合にはその地下階）と一番上の階（図１では屋上階）に少なくとも配置されることが望ましい。これは、固有周期の推定精度を高めるためである。例えば、屋上階に加速度センサ２２を設置できない場合には、できるだけ屋上階に近い階に加速度センサ２２を設置することが望ましい。 The acceleration sensor 22 is at least on the bottom floor of the structure 10 (the first floor in FIG. 1, but if there is a basement floor, that floor) and the top floor (the roof floor in FIG. 1) It is desirable to be arranged. This is to improve the estimation accuracy of the natural period. For example, when the acceleration sensor 22 can not be installed on the roof floor, it is desirable to install the acceleration sensor 22 on the floor as close as possible to the roof floor.
加速度センサ２２は、構造物１０が地震動を受けるときの構造物１０の加速度を測定するものである。加速度データｕ（ｔ）は、例えば図２に示すような時間（ｔ）に対する加速度（ｕ）のデータであり、各階の床面に対して水平２軸の加速度データを取得する。加速度センサ２２は、構造物１０の設置階のフロア又はフロア付近の加速度を測定することが好ましい。加速度センサ２２としては、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いたものを採用することができる。加速度センサ２２は、例えばフロアに平行な２軸の加速度を測定できる。 The acceleration sensor 22 measures the acceleration of the structure 10 when the structure 10 receives an earthquake motion. The acceleration data u (t) is, for example, data of acceleration (u) with respect to time (t) as shown in FIG. 2, and acquires acceleration data of horizontal two axes with respect to the floor surface of each floor. The acceleration sensor 22 preferably measures an acceleration on the floor of the installation floor of the structure 10 or in the vicinity of the floor. As the acceleration sensor 22, for example, one using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology can be adopted. The acceleration sensor 22 can measure, for example, acceleration in two axes parallel to the floor.
１−２．演算部
モニタリングサーバ２４は、構造物１０に設置された複数の加速度センサ２２と接続されており、加速度センサ２２からの電気信号を受信することができる。モニタリングサーバ２４は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリやハード
ディスク装置等の記憶装置、外部装置との通信を行う通信インターフェース等を備える。図３に示すように、モニタリングサーバ２４は、少なくとも演算部２６と記憶部２８とを含む。演算部２６はＣＰＵやＲＡＭ等から構成することができ、記憶部２８はハードディスク装置等の記憶装置から構成することができる。
1-2. Arithmetic unit The monitoring server 24 is connected to a plurality of acceleration sensors 22 installed in the structure 10, and can receive an electrical signal from the acceleration sensor 22. The monitoring server 24 includes a CPU (central processing unit) (not shown), a memory such as a ROM and a RAM, a storage device such as a hard disk drive, and a communication interface for communicating with an external device. As shown in FIG. 3, the monitoring server 24 includes at least a computing unit 26 and a storage unit 28. The arithmetic unit 26 can be configured of a CPU, a RAM, and the like, and the storage unit 28 can be configured of a storage device such as a hard disk drive.
図１においてシステム２０は構造物１０内にモニタリングサーバ２４が設置されているが、図示しない別の構造物にモニタリングサーバ２４を設置して加速度センサ２２等と有線又は無線により通信してもよい。 Although the monitoring server 24 is installed in the structure 10 in FIG. 1, the monitoring server 24 may be installed in another structure (not shown) to communicate with the acceleration sensor 22 or the like in a wired or wireless manner.
演算部２６は、地震動における加速度センサ２２の出力に基づいて、その地震動を受けた構造物１０の一次固有周期を算出する。演算部２６は、算出される一次固有周期に対応する地震応答解析モデルを作成する。演算部２６は、作成される地震応答解析モデルに予め設定した設定地震動条件を入力して、地震応答解析をすることでその設定地震動条件に対する構造物１０の層間変形角を演算する。演算部２６は、演算される層間変形角が予め設定した許容値を超えているか否かで構造物１０の耐震性を判定する。 Arithmetic unit 26 calculates the primary natural period of structure 10 that has received the earthquake motion based on the output of acceleration sensor 22 in the earthquake motion. The computing unit 26 creates an earthquake response analysis model corresponding to the calculated primary natural period. The calculation unit 26 inputs a set earthquake motion condition set in advance into the created earthquake response analysis model, and calculates the interlayer deformation angle of the structure 10 with respect to the set earthquake motion condition by performing the earthquake response analysis. The calculation unit 26 determines the seismic resistance of the structure 10 based on whether the calculated interlayer deformation angle exceeds a preset allowable value.
構造物１０は、新築当初の耐震性が経時的に徐々に変化する。例えば、構造物１０が比較的強い地震動を受けた場合には、構造物１０の一部が塑性変形を生じることもある。また、構造物１０の構造材が経時的に劣化していくこともある。したがって、構造物１０の正確な耐震性の判定は、現状の構造物１０の状況を反映したものでなければならない。そこで、システム２０は、地震発生直後の構造物１０の状況を把握するために、地震時における構造物１０の固有周期から構造物１０の耐震性を推定することとしている。 In the structure 10, the seismic resistance at the beginning of the new construction gradually changes with time. For example, when the structure 10 is subjected to a relatively strong earthquake motion, a part of the structure 10 may cause plastic deformation. In addition, the structural material of the structure 10 may be deteriorated with time. Therefore, the determination of the correct earthquake resistance of the structure 10 should reflect the current situation of the structure 10. Therefore, the system 20 estimates the earthquake resistance of the structure 10 from the natural period of the structure 10 at the time of the earthquake in order to grasp the condition of the structure 10 immediately after the occurrence of the earthquake.
２．構造物の耐震性判定方法
図１〜図７を用いて、構造物１０の耐震性判定方法について説明する。図４は、本実施形態に係る構造物１０の耐震性判定方法（以下「耐震性判定方法」という）のフローチャートであり、図５は一次固有周期の推定方法のフローチャートであり、図６は本実施形態に係る構造物の耐震性判定システムで得られる地震応答解析モデルの一例を示す図であり、図７は地震応答解析モデルにおける各階伝播時間の線形補間を説明する概念図である。
2. Method of Determining Seismic Resistance of Structure The method of determining the seismic resistance of the structure 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. 4 is a flow chart of the method of judging the seismic resistance of the structure 10 according to the present embodiment (hereinafter referred to as “the method of judging seismic resistance”), FIG. 5 is a flow chart of the method of estimating the primary natural period, and FIG. It is a figure which shows an example of the seismic response analysis model obtained by the earthquake resistance determination system of the structure which concerns on embodiment, and FIG. 7 is a conceptual diagram explaining the linear interpolation of each floor propagation time in a seismic response analysis model.
図４に示す耐震性判定方法は、図１及び図３を用いて説明したシステム２０を採用することができる。 The earthquake resistance determination method shown in FIG. 4 can employ the system 20 described with reference to FIGS. 1 and 3.
システム２０を起動し、モニタリングを開始する。 Start system 20 and start monitoring.
Ｓ１０：地震が発生すると、モニタリングサーバ２４は、地震動における構造物１０の高さ方向における複数の位置の加速度センサ２２から加速度データｕ（ｔ）の取得を開始し、地震が終了するまで加速度データｕ（ｔ）を取得し、記憶部２８に記録する。 S10: When an earthquake occurs, the monitoring server 24 starts acquiring acceleration data u (t) from the acceleration sensors 22 at a plurality of positions in the height direction of the structure 10 in the earthquake motion, and until the earthquake ends, the acceleration data u (T) is acquired and recorded in the storage unit 28.
Ｓ２０：モニタリングサーバ２４の演算部２６は、取得した加速度データｕ（ｔ）に基づいて当該地震動を受けた構造物１０の一次固有周期の推定値を算出する。 S20: The calculation unit 26 of the monitoring server 24 calculates an estimated value of the primary natural period of the structure 10 that has received the earthquake motion based on the acquired acceleration data u (t).
一次固有周期は、構造物１０の固有周期のうち一番長い周期を有するものである。固有周期は、構造物１０の自由振動のときの周期であり、構造物１０に固有な値を取るものである。構造物１０の一次固有周期は、構造物１０が地震動を受けて損傷を受けた場合には、構造物１０の設計時の固有周期計算により得られたものとは異なることになる。本実施形態では、地震動を受けた後の構造物１０の一次固有周期を加速度データから推定することで、地震動を受けた後の構造物１０の累積損傷を考慮した現実に近い耐震性を判定することができる。 The primary natural period is the one having the longest period among the natural periods of the structure 10. The natural period is a period at the time of free vibration of the structure 10, and takes a value unique to the structure 10. The primary natural period of the structure 10 is different from that obtained by the natural period calculation at the time of design of the structure 10 when the structure 10 is damaged by earthquake motion. In the present embodiment, the first-order natural period of the structure 10 after being subjected to the earthquake motion is estimated from the acceleration data to determine the earthquake resistance that is close to real considering the cumulative damage of the structure 10 after the earthquake motion. be able to.
一次固有周期の推定値の算出（Ｓ２０）については、図５を用いて説明する。図５に示すように、一次固有周期の推定方法（Ｓ２０）を開始すると、Ｓ２１０〜Ｓ２６０の処理を実行して適切な一次固有周期を選択することができる。一次固有周期の推定方法によれば、刺激係数を用いることで実用的な方法で地震動を受けた後の構造物の一次固有周期を推定することができる。上述した構造物１０の固有周期推定システム３０の演算部２６は、少なくともＳ２１０，Ｓ２２０及びＳ２４０の処理を行う。 The calculation of the estimated value of the primary natural period (S20) will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, when the estimation method (S20) of the primary natural period is started, the processes of S210 to S260 can be performed to select an appropriate primary natural period. According to the estimation method of the first-order natural period, it is possible to estimate the first-order natural period of the structure after the earthquake motion by the practical method by using the stimulation coefficient. The calculation unit 26 of the natural period estimation system 30 of the structure 10 described above performs at least the processing of S210, S220 and S240.
Ｓ２１０：モニタリングサーバ２４の演算部２６は、地震動を受ける構造物１０の加速度データｕ（ｔ）から部分空間法を用いて固有周期Ｔ１，Ｔ２，．．．，Ｔｎ、固有ベクトルφ１，φ２，．．．，φｎ及び特性行列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを算出する。ここで、「ｎ」は構造物１０に設置された加速度センサ２２の個数であり、全ての階に加速度センサ２２が設置されれば総階数（ＲＦを含む）と一致する。図６における１階（１Ｆ）、屋上階の１つ下の階（ＲＦ−１Ｆ）及び屋上階（ＲＦ）における一次固有周期Ｔ１に対応する固有ベクトルはφ１ ｎ，φ１ １，φ１ ０で表すことができる。
部分空間法は、地震応答解析に用いられる公知のアルゴリズムを用いることができ、例えばＮ４ＳＩＤ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ Ｓｕｂｓｐａｃｅ Ｓｔａｔｅ Ｓｐａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、Ｏｒｄｉｎａｒｙ ＭＯＥＳＰ（Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ−Ｅｒｒｏｒ Ｓｔａｔｅ ｓＰａｃｅ）法、ＰＯ−ＭＯＥＳＰ（Ｐａｓｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ−Ｅｒｒｏｒ Ｓｔａｔｅ ｓＰａｃｅ）法などを用いることができる。
S210: The computing unit 26 of the monitoring server 24 uses the subspace method from the acceleration data u (t) of the structure 10 that receives seismic motion to use the natural periods T 1 , T 2 ,. . . , T n , eigenvectors φ 1 , φ 2 ,. . . , Φ n and characteristic matrices A, B, C, D are calculated. Here, "n" is the number of acceleration sensors 22 installed in the structure 10. If the acceleration sensors 22 are installed on all the floors, they coincide with the total number of floors (including RF). The eigenvectors corresponding to the first natural period T1 in the first floor (1F), the first floor (RF-1F) on the roof floor and the roof floor (RF) in FIG. 6 are φ 1 n , φ 1 1 , φ 1 0 Can be represented by
The subspace method can use a known algorithm used for seismic response analysis, for example, N4 SID (Numeric algorithms for Subspace State Space System Identification) method, Ordinary MOESP (Multivariable Output-Error State sPace) method, PO-MOESP A Past Output Multivariable Output-Error State sPace method or the like can be used.
Ｓ２２０：演算部２６は、Ｓ２１０で得られた固有ベクトル及び特性行列を下記式（１）に代入して各モードの刺激係数βを算出する。各モードとは、構造物１０を数学的な振動モデルに置き換えたときの固有周期に対応する揺れの形（固有振動モード）である。構造物１０が多層階建物である場合には、固有周期及び固有振動モードは建物の階数の数だけ存在する。 S220: The calculation unit 26 substitutes the eigenvectors and characteristic matrix obtained in S210 into the following equation (1) to calculate the stimulation coefficient β of each mode. Each mode is a form of vibration (natural vibration mode) corresponding to the natural period when the structure 10 is replaced with a mathematical vibration model. When the structure 10 is a multi-story structure, natural cycles and natural vibration modes exist in the number of floors of the building.
Ｓ２３０：演算部２６は、Ｓ２２０で得られた各モードの刺激係数βを下記式（２）に代入し、部分空間法による計算結果の信頼性判定指標値である判定値ｗを算出する。下記式（２）において、判定値ｗは、刺激係数βのうち最も大きい値を全ての刺激係数βｉの和で割った値として求められる。判定値ｗは加速度データｕ（ｔ）における一次固有モードの寄与率を示している。一般に地震入力を受けた構造物の応答加速度データにおいては、この判定値ｗが１に近い大きい値をとることが分かっているので、この値が１に近ければ部分空間法による計算結果の信頼性は高く、逆にこの値が小さい場合は、計算の元となったデータが異常であって部分空間法によって推定された諸元の信頼性も低いものと判定できる。 S230: The calculation unit 26 substitutes the stimulation coefficient β of each mode obtained in S220 into the following equation (2), and calculates a judgment value w which is a reliability judgment index value of a calculation result by the subspace method. In Formula (2), determining value w is determined as a value obtained by dividing the largest value by the sum of all the stimulation index beta i of the stimulation coefficient beta. The determination value w indicates the contribution rate of the primary eigenmode in the acceleration data u (t). Generally, in response acceleration data of a structure that receives earthquake input, it is known that this judgment value w takes a large value close to 1; therefore, if this value is close to 1, the reliability of the calculation result by the subspace method On the contrary, when this value is small, it can be determined that the data which is the basis of calculation is abnormal and the reliability of the items estimated by the subspace method is also low.
Ｓ２４０：演算部２６は、固有周期の中から地震動を受けた後の構造物１０の一次固有周期Ｔ１を選択するか否かについて刺激係数βを用いて判定する。ここでは、上記式（２）で得られる判定値ｗによって固有周期の中から一次固有周期Ｔ１を選択するか否かを判定する。より具体的には、上記式（２）で得られた判定値ｗが、予め設定されたしきい値εを超えた場合に、Ｓ２１０で得られた固有周期の中から一次固有周期Ｔ１を選択する。刺激係数βに係る判定値ｗを用いることでより正確な一次固有周期Ｔ１を推定することができる。しきい値εは、０．６〜１．０に予め設定することができる。 S240: calculation unit 26 determines using the stimulation index whether or not to select the primary natural period T 1 of the structure 10 after receiving the ground motion from the natural period beta. Here, it is determined whether or not to select the primary natural period T 1 from the natural periods according to the determination value w obtained by the above equation (2). More specifically, when the determination value w obtained by the equation (2) exceeds the preset threshold value ε, the primary natural period T 1 is selected from the natural periods obtained in S210. select. It can be estimated more accurately primary natural period T 1 by using the determination value w according to the stimulation factor beta. The threshold value ε can be preset to 0.6 to 1.0.
Ｓ２５０：演算部２６は、Ｓ２４０において判定値ｗがしきい値εより大きい場合に、部分空間法で得られた一次固有周期Ｔ１を出力する。ここで選択された一次固有周期Ｔ１は、判定値ｗを用いて異常値を排除しているので、正確性が高い。演算部２６から出力された一次固有周期Ｔ１は、例えば記憶部２８に地震動後の構造物１０の一次固有周期Ｔ１として保存され、図５のＳ３０における一次固有周期Ｔ１に対応する地震応答解析モデル８０の作成に用いられる。 S250: computation unit 26, when the determination value w is larger than the threshold ε at S240, and outputs the primary natural period T 1 obtained by the partial space method. Selected here primary natural period T 1, since the exclusion of outliers using the determination value w, a high accuracy. Output from the arithmetic unit 26 primary natural period T 1, for example is stored in the storage unit 28 as the primary natural period T 1 of the structure 10 after the ground motion, seismic response corresponding to the primary natural period T 1 in S30 in FIG. 5 It is used to create an analysis model 80.
Ｓ２６０：演算部２６は、Ｓ２４０において判定値ｗがしきい値ε以下である場合に、地震動後の構造物１０の一次固有周期Ｔ１は、記憶部２８に保存されている構造物１０の一次固有周期Ｔ０に変化が無いと出力する。すなわち、地震動後の構造物１０の一次固有周期Ｔ１は地震動前の構造物１０の一次固有周期Ｔ０と同じあるため、図５のＳ３０以降の処理を行わない。 S260: computation unit 26, when the determination value w is less than or equal to the threshold ε In S240, the primary natural period T 1 of the structure 10 after ground motion, the primary structure 10 stored in the storage unit 28 It is output when there is no change in the natural period T 0 . That is, the primary natural period T 1 of the structure 10 after ground motions because there the same as the primary natural period T 0 of the structure 10 prior to ground motion and does not S30 and subsequent steps in FIG.
Ｓ２５０又はＳ２６０の処理の後、一次固有周期の推定方法が終了する。 After the process of S250 or S260, the estimation method of the primary natural period ends.
Ｓ３０：図５のＳ２５０において一次固有周期Ｔ１が出力されると、図４において一次固有周期Ｔ１に対応する地震応答解析モデル８０（例えば図６）を作成する。 S30: When S250 in the primary natural period T 1 of the FIG. 5 is outputted, to create a seismic response analysis model 80 corresponding to the primary natural period T 1 (e.g., Fig. 6) in FIG. 4.
図６を用いて、地震応答解析モデル８０の作成について、説明する。地震応答解析モデル８０は、演算部２６が算出した一次固有周期Ｔ１に対応する多質点系モデルである。多質点系モデルは、構造物１０の重量分布を各階の床面に重量が集中していると考える。図６では、一次モードにおける共振時（一次固有周期Ｔ１で揺れた時）の構造物１０の変形を表している。 The creation of the seismic response analysis model 80 will be described with reference to FIG. Seismic response analysis model 80 is a multi-mass point model corresponding to the primary natural period T 1 by the calculation unit 26 is calculated. The multi-mass point model considers that the weight distribution of the structure 10 is concentrated on the floor surface of each floor. In Figure 6, it represents the deformation of the structure 10 at resonance in the primary mode (when shaking the primary natural period T 1).
地震応答解析モデル８０は、構造物１０がある地震動を受けるとき、各階における応答変位を解析することができる。 The seismic response analysis model 80 can analyze the response displacement on each floor when the structure 10 receives a certain earthquake motion.
地震応答解析モデル８０は、演算部２６で作成する。演算部２６は、一次固有周期Ｔ１に対応するように構造物１０の一番上の階から加速度センサ２２が設置された複数の位置（例えば構造物１０の各階）への地震波の伝播時間を求めると共に、伝播時間に基づいて、構造物１０の一番上の階から構造物１０の各階への地震波の伝播時間である各階伝播時間を求め、各階伝播時間から一番上の階に対する各階の応答を求めることで地震応答解析モデル８０を作成する。このように、一次固有周期に対応するように求める各階伝播時間を用いて地震応答解析モデルを作成することで、多層階の構造物１０に対応することができる。なお、「一番上の階」は、以下の説明のように屋上階であることが望ましいが、屋上階に近い階としてもよい。 The earthquake response analysis model 80 is created by the computing unit 26. Calculation unit 26, a propagation time of the seismic wave to the top a plurality of positions acceleration sensor 22 is installed from the floor of the structure 10 so as to correspond to the primary natural period T 1 (e.g. each floor structure 10) Based on the propagation time, each floor propagation time, which is the propagation time of seismic waves from the top floor of the structure 10 to each floor of the structure 10, is determined. The earthquake response analysis model 80 is created by obtaining the response. As described above, it is possible to correspond to the structure 10 of the multi-storey floor by creating the seismic response analysis model using each floor propagation time determined to correspond to the first-order natural period. The “top floor” is preferably a roof floor as described below, but may be a floor near the roof floor.
構造物１０に加速度センサ２２が設置されていない階がある場合には、構造物１０の一番上の階から加速度センサ２２が設置されている階への各階伝播時間σｉは、下記式（３）で求めることができる。加速度センサ２２は、少なくとも構造物１０の一番上の階と一番下の階に設置することができる。 When there is a floor where the acceleration sensor 22 is not installed in the structure 10, each floor propagation time σ i from the top floor of the structure 10 to the floor where the acceleration sensor 22 is installed is It can be determined in 3). The acceleration sensor 22 can be installed at least on the top floor and the bottom floor of the structure 10.
この場合、屋上階のα０は、１になる。なお、ｎは、加速度センサ２２の数である。 In this case, α 0 on the roof floor is 1. Here, n is the number of acceleration sensors 22.
加速度センサ２２が設置されていない階の波動伝播時間は上記式（３）で求める各階伝播時間σｉを線形補間により求める。波動伝播時間は、加速度センサ２２が設置されている一番上の階から当該階までの地震動の伝播時間である。図７において、加速度センサ２２が設置されている階には質点（○）があり、加速度センサ２２が設置されていない階には質点がない（●）。図７に示すように、センサの設置されている中で一番上の階（ＮＦ）から数えてｍ０番目の階（Ｎ−ｍ０）Ｆ及びｍ２番目の階（Ｎ−ｍ２）Ｆに加速度センサ２２が設置されており、ＮＦから数えてｍ１番目の階（Ｎ−ｍ１）Ｆに加速度センサ２２が設置されていない場合を考える。加速度センサ２２が設置されている階の各階伝播時間σｉは、上記式（３）により求めることができるが、加速度センサ２２が設置されていない階では水平方向の変位は上記式（３）だけでは求めることができない。そこで、加速度センサ２２が設置されていない階の波動伝播時間は、上記式（３）から求められた各階伝播時間σｉを図７及び下記式（４）のように線形補間して求める。構造物１０の総階数をＦとすると、各階伝播時間σｉは下記式（４）を用いて例えばＳ１，Ｓ２，・・・，ＳＦとして得られる。 Acceleration sensor 22 is installed in floors not the wave propagation time is obtained by linear interpolation each floor propagation time sigma i calculated by the above formula (3). The wave propagation time is the propagation time of the earthquake motion from the top floor where the acceleration sensor 22 is installed to the floor. In FIG. 7, there is a mass point (○) on the floor where the acceleration sensor 22 is installed, and there is no mass point on the floor where the acceleration sensor 22 is not installed (●). As shown in FIG. 7, from the top floor (NF) of the installed sensors, the m0th floor (N-m0) F and the m2nd floor (N-m2) F are acceleration sensors It is assumed that the acceleration sensor 22 is not installed at the m1st floor (N-m1) F counted from the NF. Although each floor propagation time σ i of the floor where the acceleration sensor 22 is installed can be obtained by the above equation (3), the horizontal displacement of the floor where the acceleration sensor 22 is not installed is only the above equation (3) I can not ask for it. Therefore, floor wave propagation time acceleration sensor 22 is not provided is obtained by linear interpolation as in the formula (3) each floor propagation time sigma i found from FIG. 7 and the following formula (4). Assuming that the total rank of the structure 10 is F, each floor propagation time σ i can be obtained, for example, as S 1 , S 2 ,..., S F using the following equation (4).
屋上階に加速度センサ２２が設置されていない場合は、加速度センサ２２が設置されている一番上の階の番号をｍ０＝０、その一つ下の加速度センサ２２が設置されている階の番号の番号をｍ２として上記式（４）に代入し、波動伝播時間を線形に外挿して、屋上階−センサの設置されている一番上の階の間の波動伝播時間を求める。 When the acceleration sensor 22 is not installed on the roof floor, m0 = 0 for the number of the top floor where the acceleration sensor 22 is installed, and the number for the floor where the acceleration sensor 22 below it is installed The number of m is substituted into the above equation (4) as m2 and the wave propagation time is linearly extrapolated to determine the wave propagation time between the roof floor and the top floor where the sensor is installed.
このとき、各階伝播時間から一番上の階に対する各階の応答は下記式（５）の通りに求まる。ここで、「一番上の階」は、全ての階に加速度センサ２２が設置されている場合には「屋上階」のことであり、一部の階にしか加速度センサ２２が設置されていない場合には「加速度センサ２２が設置されている中で一番上の階」のことである。これを用いると
、建物に設定地震条件が入力された際の一番上の階から数えてf番目の階の周波数領域における応答Ｙｆ(ω)は、下記式（６）のようになる。これが本発明における地震応答解析モデル８０である。ここでの設定地震条件には、後述のＬ１地震動を用いることができる。また、減衰定数（ｈ）は、一般的な建物で０．０２〜０．０５であるが、構造物１０の健全性を判定するために、例えば０．０１に設定することができる。
At this time, the response of each floor to the top floor from each floor propagation time can be obtained as the following formula (5). Here, the "top floor" is the "roof floor" when the acceleration sensor 22 is installed on all floors, and the acceleration sensor 22 is installed only on a part of floors. In the case, it is "the top floor in which the acceleration sensor 22 is installed". Using this, the response Y f (ω) in the frequency domain of the f-th floor counted from the top floor when the set earthquake condition is input to the building is as shown in the following formula (6). This is the earthquake response analysis model 80 in the present invention. L1 ground motion, which will be described later, can be used as the set earthquake condition here. Moreover, although a damping constant (h) is 0.02-0.05 in a general building, in order to determine the soundness of the structure 10, it can be set, for example to 0.01.
Ｓ４０：図４に示すように、Ｓ３０で得られた地震応答解析モデル８０に予め設定した設定地震動条件（例えばＬ１地震動条件）を入力して、地震応答解析をすることで設定地震動条件に対する構造物１０の層間変形角を演算する。 S40: As shown in FIG. 4, the earthquake response analysis model 80 obtained in S30 is input with preset earthquake motion conditions (for example, L1 earthquake motion conditions), and seismic response analysis is performed to obtain a structure for the earthquake motion conditions. Calculate 10 interlayer deformation angles.
層間変形角は、地震などの横揺れによって住宅などの建築物が変形する時、各階の床と真上または真下の床との、水平方向における変形の角度である。 The interlayer deformation angle is an angle of deformation in the horizontal direction between the floor of each floor and the floor immediately above or below when a building or the like, such as a house, is deformed by a roll such as an earthquake.
設定地震動条件は、構造物１０の耐震性を判定する基準となる地震動として適当な条件を設定することができるが、建物の耐震設計における地震応答解析に用いられる「レベル１の地震動（以下「Ｌ１地震動」という）」を用いることができる。Ｌ１地震動は２５カイン（ｃｍ／ｓ）以上で基準化した地震波であり、建物の供用期間中複数回受けることが想定される規模の地震であるため、Ｌ１地震動に対して、主要構造体は弾性範囲内で応答しなければならない。 The set earthquake motion condition can be set as an appropriate condition as the earthquake motion serving as a standard for determining the earthquake resistance of the structure 10, but “Level 1 earthquake motion (hereinafter referred to as“ L1 ”used for earthquake response analysis in earthquake resistant design of a building. It is possible to use ")". The L1 ground motion is a seismic wave standardized at 25 kam (cm / s) or more, and since it is an earthquake of a size expected to be received multiple times during the service period of the building, the main structure is elastic against the L1 ground motion. Must respond within range.
地震応答解析は、地震動に対して、建物等の構造物等の各部がどのような力を受けたり変形したりするかを検討するために、構造物等を適切な解析モデルに置き換え、相互作用を考慮した上で、設計用の地震動を入力してコンピューターで計算し、地震によって構造物等の各位置が受ける力と揺れの大きさを算出する解析法である。ここでは、地震応答解析モデル８０にＬ１地震動の条件を入力して解析を行う。 In seismic response analysis, in order to examine what kind of force each part of a structure such as a building receives or deforms in response to earthquake motion, the structure etc. is replaced with an appropriate analysis model, and interaction In consideration of the above, it is an analysis method to input the design ground motion and calculate with a computer, and to calculate the magnitude of the force and sway that each position such as a structure receives due to the earthquake. Here, analysis is performed by inputting the conditions of the L1 ground motion into the earthquake response analysis model 80.
Ｌ１地震動の条件を入力した場合の各階変位のフーリエスペクトルは、上記式（６）で演算することができる。すなわち、構造物１０の１階部分にＬ１地震動が入力された場合に、Ｌ１地震動は予め定められており、ＧＦ（ω）も得られるので、Ｇｆ（ω）が上記式（５）により求まれば、構造物１０の揺れによる各階の変位のフーリエスペクトルの値が上記式（６）により求められる。 The Fourier spectrum of each floor displacement when the conditions of L1 earthquake motion are input can be calculated by the above equation (6). That is, when the L1 ground motion is input to the first floor portion of the structure 10, the L1 ground motion is determined in advance and G F (ω) is also obtained, so G f (ω) is given by the above equation (5) If it finds, the value of the Fourier spectrum of the displacement of each floor due to the sway of the structure 10 is determined by the above equation (6).
上記式（６）により得られたＹｆ（ω）をフーリエ逆変換すれば、各階の変位の波形Ｙｆ（ｔ）が求められる。ここで、ｔは時間である。 If Y f (ω) obtained by the above equation (6) is subjected to inverse Fourier transform, a waveform Y f (t) of displacement of each floor can be obtained. Here, t is time.
そして、Ｙｆ（ｔ）について各層で差分をとった最大値が層間変形角になる。層間変形角は、下記式（７）で求めることができる。 Then, the maximum value obtained by taking the difference in each layer for Y f (t) is the interlayer deformation angle. The interlayer deformation angle can be obtained by the following equation (7).
１−２−４．耐震性の判定
演算部２６は、上記式（７）で得られた層間変形角が予め設定した許容値を超えているか否かで構造物１０の耐震性を判定する。予め設定した許容値は、各階ごとに設定することができる。
1-2-4. Determination of Seismic Resistance The operation unit 26 determines the seismic resistance of the structure 10 based on whether or not the interlayer deformation angle obtained by the above equation (7) exceeds a preset allowable value. The preset tolerance value can be set for each floor.
Ｓ５０：設定地震動条件としてＬ１地震動を用いる場合、層間変形角の許容値は構造物１０における主要構造体の弾性限界となる。弾性限界の層間変形角の目安としては一般に０．０１（１／１００）が多く用いられており、本発明においても０．０１を用いることができる。 S50: When L1 ground motion is used as the setting ground motion condition, the allowable value of the interlayer deformation angle becomes the elastic limit of the main structure in the structure 10. In general, 0.01 (1/100) is often used as a measure of the interlayer deformation angle at the elastic limit, and 0.01 can be used in the present invention.
耐震性の判定は、構造物１０において算出される層間変形角の最大値が予め設定した許容値を超えている場合には構造物１０の耐震性能が不足していると判定し、当該最大値が許容値を超えていなければ耐震性能に不足がないと判定する。判定結果は、記憶部２８に保存され、例えば図示しないディスプレイに表示し、又はアラームとして出力等してもよい。 In the determination of the seismic resistance, when the maximum value of the interlayer deformation angle calculated in the structure 10 exceeds the preset allowable value, it is determined that the seismic performance of the structure 10 is insufficient, and the maximum value If it does not exceed the allowable value, it is judged that there is no shortage in seismic performance. The determination result may be stored in the storage unit 28 and may be displayed on a display (not shown), or may be output as an alarm, for example.
このように、本実施形態に係る耐震性判定方法によれば、地震動を受けた後の構造物１０の累積損傷を考慮した耐震性を判定することができる。 As described above, according to the earthquake resistance determination method according to the present embodiment, it is possible to determine the earthquake resistance in consideration of the cumulative damage of the structure 10 after the earthquake motion.
（実施例１）
上記一次固有周期の推定方法について、振動台上に設置した高さ３ｍの３階建て建物の模型（試験体）を用いて実験を行った。各階及び屋上階に戸田建設社製ユレかんち（加速度センサを含むビルメディカルシステム。戸田建設社の登録商標）を設置した。各階の水平方向の実際の変位は、レーザー変位計で測定した。加振条件は、平成７年(１９９５年)兵庫県南部地震のＪＭＡ神戸加振と、東北地方太平洋沖地震加振（最大振幅周辺の時間帯）と、を用いた。
Example 1
About the estimation method of the said primary intrinsic period, it experimented using the model (test body) of the 3-story high building installed on the shaking table. Toray Construction Co., Ltd. Urayan (a building medical system including an acceleration sensor, a registered trademark of Toda Construction Company) was installed on each floor and on the roof floor. The actual horizontal displacement of each floor was measured by a laser displacement meter. As excitation conditions, JMA Kobe excitation of the 1995 Hyogoken Nanbu Earthquake and Tohoku region Pacific offshore earthquake excitation (time zone around the maximum amplitude) were used.
図８は、実施例１における実験の結果であり、レーザー変位計で計測された時間−各階変位振幅の実測値と、一次固有周期の推定方法に基づく時間−各階変位振幅の推定値とを示すグラフである。同図において、薄い灰色の太い線がレーザー変位計による実測値であり、濃い黒い線が推定値である。また、同図横軸は時間（ｓ）であり、同図の縦軸は下が２層変位（ｃｍ）、上が３層変位（ｃｍ）である。実験の結果、実測値と推定値とは高い整合性を示した。この結果より、上記一次固有周期推定結果を用いた層間変形角の推定結果が実測と良く整合し、信頼できるものであることが確認できた。 FIG. 8 shows the results of experiments in Example 1, and shows the time-measured actual value of each floor displacement amplitude measured by the laser displacement meter and the estimated value of each time-floor displacement amplitude based on the estimation method of the primary natural period. It is a graph. In the figure, thick lines of light gray are measured values by the laser displacement meter, and dark black lines are estimated values. The horizontal axis in the figure is time (s), and in the vertical axis in the figure, the lower part is a two-layer displacement (cm) and the upper part is a three-layer displacement (cm). As a result of the experiment, the measured value and the estimated value showed high consistency. From this result, it was confirmed that the estimation result of the inter-layer deformation angle using the above-mentioned first-order natural period estimation result matches well with the actual measurement and is reliable.
（実施例２）
振動台上に設置した高さ２０ｍの１８階の建物の模型（試験体）を用いて振動台の水平振動を繰り返す実験を行ったデータを用いて、上記一次固有周期の推定方法の検証を行った。試験体は３３回目の振動試験で倒壊した。図９は、試験体の固有周波数を縦軸に、振動試験の回数を横軸に、図５のＳ２３０で求めたｗを右側のカラーバーに表した。ここで
はカラーバーに対応する各点の色は判別できないが、図９の符号９０で示した点の色はｗの値が０．１６以下であり、異常値である。したがって、図５のＳ２４０で０．６未満のもの（符号９２で示した点）を排除することで、図９に示す通り適正な固有周期（固有周波数の逆数）が得られた。
(Example 2)
The method of estimating the first-order natural period was verified using data obtained from experiments conducted by repeating horizontal vibration of a vibrating table using a model (test body) of an 18-floor building with a height of 20 m installed on a vibrating table. The The test body collapsed in the 33rd vibration test. FIG. 9 shows the natural frequency of the test body on the vertical axis, the number of vibration tests on the horizontal axis, and w obtained in S230 of FIG. 5 on the right color bar. Although the color of each point corresponding to the color bar can not be determined here, the color of the point indicated by reference numeral 90 in FIG. 9 is an abnormal value because the value of w is 0.16 or less. Therefore, by excluding those less than 0.6 (point indicated by reference numeral 92) in S240 of FIG. 5, the proper natural period (reciprocal of natural frequency) is obtained as shown in FIG.
次に、得られた固有周期を用いて、Ｌ１地震動条件を用いて各階の層間変形角を演算した結果を図１０に示す。図１０の縦軸は試験体の階数であり、横軸は層間変形角であり、振動回数を右側のカラーバーに示した。Ｌ１地震動に対する許容値（０．０１）を超えるのは加振回数２５回の時点（符号９３で示した点）であり、最終的に試験体が倒壊するのは加振３３回目なので、許容値を超えた２５回目の時点で「耐震性不足」の判定が出れば、まだ大地震８回分の加振に耐える余力を残して補修・補強あるいは解体等の対策が打てることになる。この結果から、層間変形角の許容値「０．０１」は、前述の通り法的に適切なだけでなく、建物の倒壊および倒壊による被害を未然に防ぐ意味でも有用であることが分かる。 Next, the result of having calculated the interlayer deformation angle of each floor using L1 earthquake motion condition using the obtained intrinsic period is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 10 is the rank of the test body, the horizontal axis is the interlayer deformation angle, and the number of vibrations is shown in the color bar on the right. The allowable value (0.01) for L1 ground motion is exceeded at 25 times (the point indicated by reference numeral 93), and the test body collapses finally at the 33rd excitation, so the allowable value If it is judged that “the earthquake resistance is insufficient” at the 25th time which exceeds the above, measures such as repair, reinforcement, or dismantling will be left with enough power to endure the vibration for eight large earthquakes. From this result, it is understood that the tolerance value "0.01" of the interlayer deformation angle is not only legally appropriate as described above, but also useful in the sense of preventing damage due to collapse of the building.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. For example, the present invention includes configurations substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations having the same function, method, and result, or configurations having the same purpose and effect). The present invention also includes configurations in which nonessential parts of the configurations described in the embodiments are replaced. The present invention also includes configurations that can achieve the same effects or the same objects as the configurations described in the embodiments. Further, the present invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
１０…構造物、２０…システム、２２…加速度センサ、２４…モニタリングサーバ、２６…演算部、２８…記憶部、３０…構造物の固定周期推定システム、８０…地震応答解析モデル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Structure, 20 ... System, 22 ... Acceleration sensor, 24 ... Monitoring server, 26 ... Arithmetic part, 28 ... Storage part, 30 ... Fixed period estimation system of a structure, 80 ... Earthquake response analysis model
Claims (10)
前記固有ベクトル及び前記特性行列を用いて刺激係数を算出し、
前記固有周期の中から前記地震動を受けた後の前記構造物の一次固有周期を選択するか否かについて前記刺激係数を用いて判定することを特徴とする、構造物の固有周期推定方法。 Calculate the natural period, eigenvectors and characteristic matrix using the subspace method from the acceleration data acquired by the acceleration sensor installed at multiple positions in the height direction of the structure receiving the earthquake motion,
Calculate stimulation coefficients using the eigenvectors and the characteristic matrix,
A method for estimating a natural period of a structure, comprising determining whether or not to select a primary natural period of the structure after receiving the earthquake motion from the natural periods using the stimulation coefficient.
前記刺激係数のうち最も大きい値を全ての刺激係数の和で割った判定値を求め、前記判定値によって前記固有周期の中から前記一次固有周期を選択するか否かを判定することを特徴とする、構造物の固有周期推定方法。 In claim 1,
A determination value is obtained by dividing the largest value among the stimulation coefficients by the sum of all stimulation coefficients, and it is determined whether to select the primary natural period from the natural periods according to the determination value. How to estimate the natural period of a structure.
前記刺激係数は、下記式（１）で得られ、
下記式（２）で得られた前記判定値が、予め設定されたしきい値を超えた場合に、前記固有周期の中から前記一次固有周期を選択することを特徴とする、構造物の固有周期推定方法。
The stimulation coefficient is obtained by the following equation (1):
When the determination value obtained by the following equation (2) exceeds a preset threshold value, the primary natural period is selected from the natural periods, and the structure is characterized in particular. Period estimation method.
前記地震応答解析モデルに予め設定した設定地震動条件を入力して、地震応答解析をすることで前記設定地震動条件に対する前記構造物の層間変形角を演算し、
前記層間変形角が予め設定した許容値を超えているか否かで前記構造物の耐震性を判定することを特徴とする、構造物の耐震性判定方法。 An earthquake response analysis model corresponding to the primary natural period selected by the natural period estimation method for a structure according to any one of claims 1 to 3 is created,
The set deformation condition set in advance is input to the earthquake response analysis model, and the interlayer deformation angle of the structure with respect to the set movement condition is calculated by performing the earthquake response analysis,
A method of judging earthquake resistance of a structure, comprising determining the earthquake resistance of the structure based on whether or not the interlayer deformation angle exceeds a preset allowable value.
前記地震応答解析モデルの作成は、
前記一次固有周期に対応するように前記構造物の一番上の階から前記複数の位置への地震波の伝播時間を求めると共に、前記伝播時間に基づいて、前記構造物の一番上の階から前記構造物の各階への地震波の伝播時間である各階伝播時間を求め、
前記各階伝播時間から前記一番上の階に対する各階の応答を求めることで行うことを特徴とする、構造物の耐震性判定方法。 In claim 4,
The creation of the seismic response analysis model is
The propagation time of the seismic wave from the top floor of the structure to the plurality of positions is determined to correspond to the first-order natural period, and from the top floor of the structure based on the propagation time Find the propagation time of each floor, which is the propagation time of seismic waves to each floor of the structure,
A method of determining earthquake resistance of a structure, comprising: determining a response of each floor to the top floor from each floor propagation time.
前記演算部は、
前記加速度データから部分空間法を用いて固有周期、固有ベクトル及び特性行列を算出し、
前記固有ベクトル及び前記特性行列を用いて刺激係数を算出し、
前記固有周期の中から前記地震動を受けた後の一次固有周期を選択するか否かについて前記刺激係数を用いて判定することを特徴とする、構造物の固有周期推定システム。 And includes an operation unit that performs operations based on acceleration data acquired from acceleration sensors installed at a plurality of positions in the height direction of the structure receiving the earthquake motion,
The arithmetic unit is
Calculate the eigenperiod, eigenvectors and characteristic matrix from the acceleration data using the subspace method,
Calculate stimulation coefficients using the eigenvectors and the characteristic matrix,
A system for estimating a natural period of a structure, which uses the stimulation coefficient to determine whether to select a primary natural period after receiving the earthquake motion from the natural periods.
前記演算部は、
前記刺激係数のうち最も大きい値を全ての刺激係数の和で割った判定値を求め、前記判定値によって前記固有周期の中から前記一次固有周期を選択するか否かを判定することを特徴とする、構造物の固有周期推定システム。 In claim 6,
The arithmetic unit is
A determination value is obtained by dividing the largest value among the stimulation coefficients by the sum of all stimulation coefficients, and it is determined whether to select the primary natural period from the natural periods according to the determination value. Natural period estimation system for structures.
前記刺激係数は、下記式（１）で得られ、
下記式（２）で得られた前記判定値が、予め設定されたしきい値を超えた場合に、前記固有周期の中から前記一次固有周期を選択することを特徴とする、構造物の固有周期推定システム。
The stimulation coefficient is obtained by the following equation (1):
When the determination value obtained by the following equation (2) exceeds a preset threshold value, the primary natural period is selected from the natural periods, and the structure is characterized in particular. Period estimation system.
前記演算部は、
前記刺激係数を用いて前記一次固有周期を選択すると判定された場合に、前記一次固有周期に対応する地震応答解析モデルを作成し、
前記地震応答解析モデルに予め設定した設定地震動条件を入力して、地震応答解析をすることで前記設定地震動条件に対する前記構造物の層間変形角を演算し、
前記層間変形角が予め設定した許容値を超えているか否かで前記構造物の耐震性を判定することを特徴とする、構造物の耐震性判定システム。 A system for estimating a natural period of a structure according to any one of claims 6 to 8, comprising:
The arithmetic unit is
An earthquake response analysis model corresponding to the primary natural period is created when it is determined that the primary natural period is selected using the stimulation coefficient,
The set deformation condition set in advance is input to the earthquake response analysis model, and the interlayer deformation angle of the structure with respect to the set movement condition is calculated by performing the earthquake response analysis,
The earthquake resistance determination system for a structure, wherein the earthquake resistance of the structure is determined based on whether or not the interlayer deformation angle exceeds a preset allowable value.
前記演算部は、
前記一次固有周期に対応するように前記構造物の一番上の階から前記複数の位置への地震波の伝播時間を求めると共に、前記伝播時間に基づいて、前記構造物の一番上の階から
前記構造物の各階への地震波の伝播時間である各階伝播時間を求め、
前記各階伝播時間から前記一番上の階に対する各階の応答を求めることで前記地震応答解析モデルの作成することを特徴とする、構造物の耐震性判定システム。 In claim 9,
The arithmetic unit is
The propagation time of the seismic wave from the top floor of the structure to the plurality of positions is determined to correspond to the first-order natural period, and from the top floor of the structure based on the propagation time Find the propagation time of each floor, which is the propagation time of seismic waves to each floor of the structure,
The earthquake resistance determination system for a structure, characterized in that the seismic response analysis model is created by obtaining the response of each floor to the top floor from the each floor propagation time.
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