JP2019158731A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
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加速度データから周波数ごとの振幅データを算出し、
前記振幅データから前記構造物の一番下の階に対する一番上の階のスペクトル比を算出するに際し、分母にパワースペクトルの平均値に基づく値を加算して前記スペクトル比を算出し、
前記スペクトル比から増幅率が一番大きな固有周波数を選択し、
前記固有周波数から一次固有周期を算出することを特徴とする。
上記適用例に係る構造物の固有周期推定方法において、
前記固有周波数における前記スペクトル比が予め設定されたしきい値以上である場合に、前記固有周波数から前記一次固有周期を算出し、
前記しきい値は、2〜10に設定することができる。
上記適用例に係る構造物の固有周期推定方法において、
前記固有周波数が前記スペクトル比から得られたピーク周波数のうち最も低周波数側である場合に、前記固有周波数から前記一次固有周期を算出することができる。
上記適用例に係る構造物の固有周期推定方法において、
前記スペクトル比は、下記式(1)で算出されることができる。
本適用例に係る構造物の耐震性判定方法は、
上記適用例に係る構造物の固有周期推定方法で得られた前記一次固有周期に対応する伝達関数を作成し、
前記伝達関数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。
上記適用例に係る構造物の耐震性判定方法において、
前記伝達関数は、
前記振幅データにおける前記一次固有周期に対応する前記振幅データの前記一番上の階に対する加速度センサの設置階のスペクトル比を用いて前記一番上の階から前記設置階への地震動の伝播時間を求め、さらにそれを線形補間して求まる、前記一番上の階から前記構造物の各階への地震動の伝播時間である各階伝播時間により定まることができる。
本適用例に係る構造物の固有周期推定システムは、
構造物の高さ方向における複数の位置の加速度を取得する加速度センサから取得された加速度に基づいて演算を行う演算部を含み、
前記演算部は、
地震動を受ける構造物の加速度データから周波数ごとの振幅データを算出し、
前記振幅データから前記構造物の一番下の階に対する一番上の階のスペクトル比を算出するに際し、分母にパワースペクトルの平均値に基づく値を加算して前記スペクトル比を算出し、
前記スペクトル比から増幅率が一番大きな固有周波数を選択し、
前記固有周波数から一次固有周期を算出することを特徴とする。
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、
前記固有周波数における前記スペクトル比が予め設定されたしきい値以上である場合に、前記固有周波数から前記一次固有周期を算出し、
前記しきい値は、2〜10に設定することができる。
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、
前記固有周波数が前記スペクトル比から得られたピーク周波数のうち最も低周波数側である場合に、前記固有周波数から一次固有周期を算出することができる。
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、
前記スペクトル比は、下記式(1)で算出されることができる。
本適用例に係る構造物の耐震性判定システムは、
前記演算部が、
上記適用例に係る構造物の固有周期推定システムで得られた前記一次固有周期に対応する伝達関数を作成し、
前記伝達関数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。
本適用例に係る構造物の耐震性判定システムにおいて、
前記伝達関数は、
前記振幅データにおける前記一次固有周期に対応する前記振幅データの前記一番上の階に対する加速度センサの設置階のスペクトル比を用いて前記一番上の階から前記設置階への地震動の伝播時間を求め、さらにそれを線形補間して求まる、前記一番上の階から前記構造物の各階への地震動の伝播時間である各階伝播時間により定まることができる。
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。
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。
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。
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伝達関数を作成し、前記伝達関数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。
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。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。構造物10の一次固有周期は、地震動を受ける構造物10の加速度センサ22からの加速度データに基づいて算出する。一次固有周期の推定は、後述するスペクトル比を用いた一次固有周期の推定方法を用いて行うことができる。
(水平方向の変位)を求める。
について上記式(2)で得られるσiに等しい。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。
図4におけるS20の一次固有周期の推定方法について説明する。地震動を受けた構造物10は、いずれかの箇所に損傷を受けることで設計時または施工時の固有周期と異なる固有周期を有する可能性がある。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。
ω)がしきい値ε1よりも大きい値であれば、S350の処理に進む。修正スペクトル比G*(ω)がしきい値ε1よりも小さい値であれば、S380の処理に進む。
図4のS30において、一次固有周期に対応する地震応答解析モデル80(図5)を作成する。
上記一次固有周期の推定方法について、従来のスペクトル比92と図7のS320で求めた修正スペクトル比94との違いを図8のグラフに示した。図8の縦軸は一番下の階1Fと一番上の階(屋上階)RFとのスペクトル比であり、横軸は周波数である。従来のスペクトル比92は同じ程度の高さのピークが複数あるが、修正スペクトル比94は0.7Hz付近のピークを一次モードの周波数として確実に選択することができた。修正スペクトル比94を用いることで、従来の単純なスペクトル比92に比べると振幅データのノイ
ズによる誤差を排除することができることがわかった。
実際のビルに設置した加速度センサの加速度データを用いて、上記一次固有周期の推定方法によりビルの一次固有周期を推定した結果を図9に示した。図9において、縦軸は一次固有周期の推定方法により推定した一次固有周期であり、横軸は実際に地震が観測された日付である。このビルの初期の一次固有周期T0が約4秒であったので、図9で1秒付近に表れている推定された一次固有周期T1は、T1/T0が0.25となり、図7のS360で設定したしきい値ε2が0.7であったので、一次固有周期を異常値として排除できた。
Claims (12)
- 地震動を受ける構造物の加速度データから周波数ごとの振幅データを算出し、
前記振幅データから前記構造物の一番下の階に対する一番上の階のスペクトル比を算出するに際し、分母にパワースペクトルの平均値に基づく値を加算して前記スペクトル比を算出し、
前記スペクトル比から増幅率が一番大きな固有周波数を選択し、
前記固有周波数から一次固有周期を算出することを特徴とする、構造物の固有周期推定方法。 - 請求項1において、
前記固有周波数における前記スペクトル比が予め設定されたしきい値以上である場合に、前記固有周波数から前記一次固有周期を算出し、
前記しきい値は、2〜10に設定することを特徴とする、構造物の固有周期推定方法。 - 請求項1または2において、
前記固有周波数が前記スペクトル比から得られたピーク周波数のうち最も低周波数側である場合に、前記固有周波数から前記一次固有周期を算出することを特徴とする、構造物の固有周期推定方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項において、
前記スペクトル比は、下記式(1)で算出されることを特徴とする、構造物の固有周期推定方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項の構造物の固有周期推定方法で得られた前記一次固有周期に対応する伝達関数を作成し、
前記伝達関数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。 - 請求項5において、
前記伝達関数は、
前記振幅データにおける前記一次固有周期に対応する前記振幅データの前記一番上の階に対する加速度センサの設置階のスペクトル比を用いて前記一番上の階からの前記設置階への地震動の伝播時間を求め、さらにそれを線形補間して求まる、前記一番上の階から前記構造物の各階への地震動の伝播時間である各階伝播時間により定まることを特徴とする、構造物の耐震性判定方法。 - 構造物の高さ方向における複数の位置の加速度を取得する加速度センサから取得された加速度に基づいて演算を行う演算部を含み、
前記演算部は、
地震動を受ける構造物の加速度データから周波数ごとの振幅データを算出し、
前記振幅データから前記構造物の一番下の階に対する一番上の階のスペクトル比を算出するに際し、分母にパワースペクトルの平均値に基づく値を加算して前記スペクトル比を算出し、
前記スペクトル比から増幅率が一番大きな固有周波数を選択し、
前記固有周波数から一次固有周期を算出することを特徴とする、構造物の固有周期推定システム。 - 請求項7において、
前記固有周波数における前記スペクトル比が予め設定されたしきい値以上である場合に、前記固有周波数から前記一次固有周期を算出し、
前記しきい値は、2〜10に設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。 - 請求項7または8において、
前記固有周波数が前記スペクトル比から得られたピーク周波数のうち最も低周波数側である場合に、前記固有周波数から一次固有周期を算出することを特徴とする、構造物の固有周期推定システム。 - 請求項7〜9のいずれか1項において、
前記スペクトル比は、下記式(1)で算出されることを特徴とする、構造物の固有周期推定システム。
- 前記演算部は、
請求項7〜10のいずれか1項の構造物の固有周期推定システムで得られた前記一次固有周期に対応する伝達関数を算出し、
前記伝達関数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。 - 請求項11において、
前記伝達関数は、
前記振幅データにおける前記一次固有周期に対応する前記振幅データの前記一番上の階
に対する加速度センサの設置階のスペクトル比を用いて前記一番上の階からの前記設置階への地震動の伝播時間を求め、さらにそれを線形補間して求まる、前記一番上の階から前記構造物の各階への地震動の伝播時間である各階伝播時間により定まることを特徴とする、構造物の耐震性判定システム。
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