JP3412010B2 - Remote hybrid experiment system - Google Patents
Remote hybrid experiment systemInfo
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Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は複数の構造要素から
成る構造物の非線形的挙動を評価するハイブリッド実験
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば高架橋等の構造物を構成する各構
造要素の非線形動的特性を数理モデル化することは非常
に困難である。したがって、その構造モデルを用いて実
験的に評価することが、最も信頼性のある評価法であ
る。例えば、構造物の地震応答を求めるためには、構造
物の各構造要素の復元力特性を履歴モデルで仮定し、構
造物の地震応答性をステップバイステップの積分計算に
よって求める。
【０００３】また、このような実験には、しばしばハイ
ブリッド実験という手法が使用される。ハイブリッド実
験とは、載荷実験とコンピュータ解析を組み合わせた試
験方法であり、数学的に解明困難な、あるいは、モデル
化が非常に複雑な要素の力学特性を前記載荷実験から求
め、これをオンラインで計算機内に送り込み、構造物全
体の動的挙動をより実現象に近づけようとするものであ
る。上述した構造物の地震応答性を求める例では、ハイ
ブリッド実験では復元力の仮定は１ステップ目のみ行
い、実験制御装置が与えた目標変位に対する復元力を検
出し、逐次この値を計算機の地震応答解析プログラム内
に取り込みながら応答変位を算出する。このように、応
答計算−載荷−計測を繰り返すことによって構造物の地
震時応答性が得られる。モデル自体は、実現象よりはる
かに遅い速度ではあるが、あたかも地震を受けたかのよ
うに挙動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ハイブリッド実験システムでは、空間的、経済的制約か
ら、供試体が例えば橋脚などの構造部材レベルに限られ
ていた。
【０００５】地震、強風、波浪など様々な外力下におけ
る大規模構造物系全体の動的非線形挙動を解明すること
が望まれている。
【０００６】したがって、本発明の目的は、大規模構造
物系全体の動的非線型挙動を解析することができるハイ
ブリッド実験システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的のため、請求項
１に記載の第１発明のハイブリッド実験システムは、ネ
ットワークを介して互いに接続された複数のハイブリッ
ド実験サブシステムと、計算およびデータ通信制御シス
テムとを具え、複数の構造要素から成る構造物の挙動を
評価するリモートハイブリッド実験システムにおいて、
前記ハイブリッド実験サブシステムの各々が前記構造物
の構造要素のモデルを供試体とし、前記計算およびデー
タ通信制御システムが、前記各々のハイブリッド実験サ
ブシステムから受けたデータに基づいて前記構造物の挙
動を評価するように構成したことを特徴とする。
【０００８】請求項２に記載の第２発明のハイブリッド
実験システムは、ネットワークを介して互いに接続され
た複数のハイブリッド実験サブシステムと、計算および
データ通信制御システムとを具え、複数の構造要素から
成る構造物の挙動を評価するリモートハイブリッド実験
システムにおいて、前記ハイブリッド実験サブシステム
の各々が前記構造物の構造要素のモデルを供試体とし、
前記計算およびデータ通信制御システムが前記ハイブリ
ッド実験サブシステムの各々に該ハイブリッド実験サブ
システムの実験に関するパラメータを送り、前記ハイブ
リッド実験サブシステムの各々が前記受けたパラメータ
に基づく実験結果データを前記計算および通信制御シス
テムに送るステップを所定の回数繰り返し、最初に送る
前記パラメータを予め規定し、２回目以降に送る前記パ
ラメータを、前回受けた前記実験結果データに基づいて
前記計算および通信制御システムが計算したものとし、
前記計算およびデータ通信制御システムが、前記各々の
ハイブリッド実験サブシステムから受けたデータに基づ
いて前記構造物の挙動を評価するように構成したことを
特徴とする。
【０００９】請求項３に記載の第３発明のハイブリッド
実験システムは、前記計算およびデータ通信制御システ
ムと、ハイブリッド実験サブシステムとの間の通信を、
前記計算およびデータ通信制御システムをクライアント
とし、前記ハイブリッド実験サブシステムをサーバとし
たクライアント・サーバ形式で行うように構成したこと
を特徴とする
【００１０】請求項４に記載の第４発明のハイブリッド
実験システムは、前記ネットワークがインターネットを
含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】第１発明および第２発明によれば、各装
置間の同期を取りながら各構造要素の非線形挙動を評価
するための載荷実験と構造物全体系の応答解析を進める
ことができる。そのため、構造要素間の動的相互作用を
考慮した載荷実験が可能となり、従来の試験法では困難
であった大規模構造物系の非線形挙動を、容易かつ経済
的に予測できる。本発明が利用されることで大規模構造
物の極限状態における安全性の評価が容易になり、大規
模構造物の合理的な設計に大きく役立つものと考えられ
る。特に、この種の構造物を建設する土木・建築分野で
の適用は有利である。
【００１２】第３発明によれば、一台のデータ通信制御
システムが複数のハイブリッド実験サブシステムを同時
に制御できるようになるため、例えば、各接続ごとにパ
スワードなど認証手続きが必要であってリアルタイム性
に欠けるＦＴＰのような方法に比べて有利である。
【００１３】第４発明によれば、インターネットに接続
された世界各地に点在する既存の実験施設や解析装置を
相互依存的に結びつけた大規模実験システムを実現する
ことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明によるリモートハ
イブリッド実験システムの一実施例の構成を示す図であ
る。この例においては、高架橋の構造解析実験を行うと
する。ここでは、橋脚の復元力を実験装置によって求め
る。本リモートハイブリッド実験システムは、計算およ
びデータ通信制御システム１と、ハイブリッド実験サブ
システム２および３とを具える。計算およびデータ通信
制御システム１は、例えば、ＵＮＩＸ（登録商標）ワー
クステーションであってもよく、インターネットに接続
された第１ＬＡＮに接続され、本リモートハイブリッド
実験システム全体を制御する。ハイブリッド実験サブシ
ステム２は、実験装置である載荷装置４と、これに接続
された実験制御コンピュータ５と、これにインターネッ
トに接続された第２ＬＡＮを経て接続され、計算および
データ通信制御システム１との通信を行うサーバワーク
ステーション（以下、ＷＳ）６とを具える。同様に、ハ
イブリッド実験サブシステム２は、載荷装置７と、これ
に接続された実験制御コンピュータ８と、これにインタ
ーネットに接続された第２ＬＡＮを経て接続されたサー
バＷＳ９とを具える。計算およびデータ通信制御システ
ム１と、サーバＷＳ６および９との間の通信は、サーバ
／クライアント形式において行い、この場合、通信を制
御することによってシステム全体を制御するクライアン
トが計算およびデータ通信制御システムであり、サービ
スを提供するサーバがサーバＷＳ６および９である。ク
ライアントからサーバへの接続は、例えば、ＴＣＰ／Ｉ
Ｐプロトコルを用いて行う。
【００１５】この例において、載荷装置４および７の供
試体は、構造解析すべき高架橋の構成要素である橋脚の
モデルである。このような載荷装置の一例を図２に示
す。このような載荷装置において、供試体２１には、鉛
直荷重載荷用アクチュエータ２２および水平変位載荷用
アクチュエータ２３によって各々の方向に入力信号（目
標変位）に応じた力が加えられ、橋脚試供体の復元力が
計測される。
【００１６】図３は、図１に示すリモートハイブリッド
実験システムにおけるデータの流れを示すブロック図で
ある。この図を参照し、本発明によるリモートハイブリ
ッド実験システムにおける実験の流れを説明する。ま
ず、計算およびデータ通信制御システム１は、ハイブリ
ッド実験サブシステム２および３における実験に関する
パラメータ、本例においては、橋脚供試体の応答変位の
目標値を表すデータを、ハイブリッド実験サブシステム
２および３に各々送る。ハイブリッド実験サブシステム
２および３におけるサーバＷＳ６および９は、受けたデ
ータを、実験制御用コンピュータ５および８に各々伝送
する。実験制御用コンピュータ５および８の各々は、受
けたデータに基づいて載荷装置４および７を制御し、そ
れぞれの目標変位にしたがって各橋脚供試体に載荷し、
復元力を測定する。実験制御用コンピュータ５および８
は、測定された復元力の測定データをサーバＷＳ６およ
び９に各々送る。計算およびデータ通信制御システム１
は、前記測定データをサーバＷＳ６および９から取得
し、これらのデータに基づいて次のステップのための前
記各橋脚の応答変位目標値を計算する。これらの目標値
を表すデータをハイブリッド実験サブシステム２および
３に各々送り、以下同様に所定のステップ数だけ繰り返
し、単径間高架橋の地震時応答性状の評価を行う。
【００１７】このように、２本の橋脚からなる単径間高
架橋に適用することによって、従来のハイブリッド実験
法では困難であった複数の橋脚の力学挙動を実験により
正確に評価することができ、従来に比べより実現象に近
い単径間高架橋の地震時挙動を解明することができる。
また、本実施形態ではインターネットを介して２つの実
験装置を同時に制御したが、制御する実験装置の数を増
やすことで従来の試験法では困難であった大規模構造物
系の非線形挙動を容易かつ経済的に予測することが可能
になる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid experimental system for evaluating a nonlinear behavior of a structure including a plurality of structural elements. 2. Description of the Related Art It is very difficult to mathematically model nonlinear dynamic characteristics of each structural element constituting a structure such as a viaduct. Therefore, experimental evaluation using the structural model is the most reliable evaluation method. For example, to determine the seismic response of a structure, the restoring force characteristics of each structural element of the structure are assumed by a history model, and the seismic response of the structure is determined by a step-by-step integration calculation. In such experiments, a technique called a hybrid experiment is often used. A hybrid experiment is a test method that combines a loading experiment and a computer analysis.It calculates the mechanical properties of elements that are difficult to mathematically elucidate or that are very complex to model from the above-mentioned loading experiments, and calculates them online. To try to make the dynamic behavior of the whole structure closer to the real phenomenon. In the above example of determining the seismic response of the structure, in the hybrid experiment, the assumption of the restoring force is made only in the first step, the restoring force with respect to the target displacement given by the experiment control device is detected, and this value is sequentially calculated by the seismic response of the computer. Calculate the response displacement while taking it into the analysis program. In this way, by repeating the response calculation-loading-measurement, the seismic response of the structure can be obtained. The model itself behaves as though it has been affected by an earthquake, albeit at a much slower speed than the actual phenomenon. [0004] However, in the conventional hybrid experimental system, the specimen is limited to a structural member level such as a pier due to space and economic constraints. [0005] It is desired to elucidate the dynamic nonlinear behavior of the entire large-scale structural system under various external forces such as earthquakes, strong winds, and waves. Accordingly, an object of the present invention is to provide a hybrid experimental system capable of analyzing the dynamic nonlinear behavior of an entire large-scale structure system. [0007] To achieve the above object, a hybrid experimental system according to a first aspect of the present invention includes a plurality of hybrid experimental subsystems connected to each other via a network, and includes a calculation and a sub-system. In a remote hybrid experiment system that includes a data communication control system and evaluates the behavior of a structure composed of multiple structural elements,
Each of the hybrid experimental subsystems takes a model of a structural element of the structure as a specimen, and the calculation and data communication control system determines the behavior of the structure based on data received from each of the hybrid experimental subsystems. It is characterized in that it is configured to be evaluated. According to a second aspect of the present invention, there is provided a hybrid experimental system comprising a plurality of hybrid experimental subsystems connected to each other via a network and a calculation and data communication control system, and comprising a plurality of structural elements. In a remote hybrid experimental system for evaluating the behavior of a structure, each of the hybrid experimental subsystems uses a model of a structural element of the structure as a specimen,
The computing and data communication control system sends parameters relating to the experiments of the hybrid experimental subsystem to each of the hybrid experimental subsystems, and each of the hybrid experimental subsystems computes and communicates experimental result data based on the received parameters. Repeating the step of sending to the control system a predetermined number of times, preliminarily defining the parameter to be sent first, and calculating the parameter to be sent from the second time onward based on the experimental result data received last time by the calculation and communication control system. age,
The computing and data communication control system is configured to evaluate behavior of the structure based on data received from each of the hybrid experimental subsystems. According to a third aspect of the present invention, in the hybrid experimental system according to the third aspect, communication between the calculation and data communication control system and the hybrid experimental subsystem is performed by:
5. The hybrid experiment according to claim 4, wherein the computation and data communication control system is used as a client, and the hybrid experiment subsystem is used as a server in a client-server format. The system is characterized in that the network comprises the Internet. According to the first and second aspects of the present invention, a loading experiment for evaluating the non-linear behavior of each structural element and a response analysis of the entire structure system are performed while synchronizing the devices. be able to. Therefore, it is possible to carry out loading experiments in consideration of the dynamic interaction between structural elements, and it is possible to easily and economically predict the nonlinear behavior of a large-scale structural system, which has been difficult with conventional testing methods. It is considered that the use of the present invention facilitates the evaluation of the safety of a large-scale structure in an extreme state, and greatly contributes to the rational design of a large-scale structure. In particular, the application in the civil engineering and construction fields for constructing such a structure is advantageous. According to the third aspect of the present invention, since one data communication control system can simultaneously control a plurality of hybrid experimental subsystems, for example, an authentication procedure such as a password is required for each connection, and real-time performance is required. This is advantageous as compared to a method such as FTP lacking. According to the fourth aspect of the invention, it is possible to realize a large-scale experimental system in which existing experimental facilities and analytical devices scattered around the world connected to the Internet are interdependently connected. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of a remote hybrid experimental system according to the present invention. In this example, it is assumed that a structural analysis experiment of a viaduct is performed. Here, the restoring force of the pier is determined by an experimental device. The remote hybrid experimental system includes a calculation and data communication control system 1 and hybrid experimental subsystems 2 and 3. The calculation and data communication control system 1 may be, for example, a UNIX (registered trademark) workstation, is connected to a first LAN connected to the Internet, and controls the entire remote hybrid experimental system. The hybrid experiment subsystem 2 includes a loading device 4 as an experimental device, an experiment control computer 5 connected thereto, and a computer / data communication control system 1 connected thereto via a second LAN connected to the Internet. A server workstation (hereinafter, WS) 6 for performing communication. Similarly, the hybrid experiment subsystem 2 includes a loading device 7, an experiment control computer 8 connected thereto, and a server WS9 connected thereto via a second LAN connected to the Internet. Communication between the calculation and data communication control system 1 and the servers WS6 and 9 is performed in a server / client format, and in this case, a client that controls the entire system by controlling the communication is used by the calculation and data communication control system. The servers that provide the service are the servers WS6 and WS9. The connection from the client to the server is, for example, TCP / I
This is performed using the P protocol. In this example, the specimens of the loading devices 4 and 7 are models of bridge piers which are components of viaducts to be structurally analyzed. FIG. 2 shows an example of such a loading device. In such a loading device, a force corresponding to the input signal (target displacement) is applied to the specimen 21 in each direction by the vertical load loading actuator 22 and the horizontal displacement loading actuator 23, and the bridge pier specimen is restored. The force is measured. FIG. 3 is a block diagram showing a data flow in the remote hybrid experimental system shown in FIG. With reference to this figure, the flow of the experiment in the remote hybrid experiment system according to the present invention will be described. First, the calculation and data communication control system 1 sends parameters relating to the experiments in the hybrid experiment subsystems 2 and 3, in this example, data representing the target value of the response displacement of the pier specimen to the hybrid experiment subsystems 2 and 3. Send each. The servers WS6 and 9 in the hybrid experiment subsystems 2 and 3 transmit the received data to the experiment control computers 5 and 8, respectively. Each of the experiment control computers 5 and 8 controls the loading devices 4 and 7 based on the received data, and loads the respective pier specimens in accordance with the respective target displacements.
Measure the restoring force. Experiment control computers 5 and 8
Sends the measured data of the measured restoring force to the servers WS6 and WS9, respectively. Calculation and data communication control system 1
Acquires the measured data from the servers WS6 and 9, and calculates the response displacement target value of each pier for the next step based on the data. Data representing these target values is sent to the hybrid experimental subsystems 2 and 3 respectively, and the same procedure is repeated for a predetermined number of steps in the same manner to evaluate the seismic response properties of the single span viaduct. As described above, by applying the present invention to a single span viaduct composed of two piers, the mechanical behavior of a plurality of piers, which was difficult with the conventional hybrid experiment method, can be accurately evaluated by experiments. It is possible to clarify the behavior of single-span viaducts during earthquakes that is closer to the actual phenomenon than before.
In this embodiment, two experimental devices are simultaneously controlled via the Internet. However, by increasing the number of experimental devices to be controlled, the nonlinear behavior of a large-scale structural system, which is difficult with the conventional test method, can be easily and easily controlled. It can be economically predicted.
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるリモートハイブリッド実験シス
テムの構成を示す図である。
【図２】 載荷装置の構成を示す図である。
【図３】 本発明によるリモートハイブリッド実験シス
テムにおけるデータの流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 計算およびデータ通信制御システム
２、３ ハイブリッド実験サブシステム
４、７ 載荷装置
５、８ 実験制御用コンピュータ
６、９ サーバワークステーションBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a remote hybrid experimental system according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a loading device. FIG. 3 is a block diagram showing a data flow in the remote hybrid experimental system according to the present invention. [Description of Signs] 1 Computation and data communication control system 2, 3 Hybrid experiment subsystem 4, 7 Loading device 5, 8 Computer for experiment control 6, 9 Server workstation
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−306115（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−206304（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−227769（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 21/00 G01M 7/02 G06F 19/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-7-306115 (JP, A) JP-A-10-206304 (JP, A) JP-A-10-227769 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) G01D 21/00 G01M 7/02 G06F 19/00
Claims (1)
複数のハイブリッド実験サブシステムと、計算およびデ
ータ通信制御システムとを具え、複数の構造要素から成
る構造物の挙動を評価するリモートハイブリッド実験シ
ステムであって、前記ハイブリッド実験サブシステムの
各々が前記構造物の構造要素のモデルを評価対象とし、
前記計算およびデータ通信制御システムが前記ハイブリ
ッド実験サブシステムの各々に該ハイブリッド実験サブ
システムの実験に関するパラメータを送り、前記ハイブ
リッド実験サブシステムの各々が前記受けたパラメータ
に基づく実験結果データを前記計算および通信制御シス
テムに送るステップを所定の回数繰り返し、最初に送る
前記パラメータを予め規定し、２回目以降に送る前記パ
ラメータを、前回受けた前記実験結果データに基づいて
前記計算および通信制御システムが計算したものとし、
前記計算およびデータ通信制御システムが、前記各々の
ハイブリッド実験サブシステムから受けたデータに基づ
いて前記構造物の挙動を評価するように構成し、前記計
算およびデータ通信制御システムと、ハイブリッド実験
サブシステムとの間の通信を、前記計算およびデータ通
信制御システムをクライアントとし、前記ハイブリッド
実験サブシステムをサーバとしたクライアント・サーバ
形式で行うように構成し、前記ネットワークがインター
ネットを含むリモートハイブリッド実験システムにおい
て、前記ハイブリッド実験サブシステムの各々が、実験
制御コンピュータおよびローカルサーバを具えたことを
特徴とするリモートハイブリッド実験システム。(57) [Claim 1] Behavior of a structure including a plurality of hybrid experiment subsystems connected to each other via a network and a calculation and data communication control system and including a plurality of structural elements A remote hybrid experiment system for evaluating each, wherein each of the hybrid experiment subsystems evaluates a model of a structural element of the structure,
The computing and data communication control system sends parameters relating to the experiments of the hybrid experimental subsystem to each of the hybrid experimental subsystems, and each of the hybrid experimental subsystems computes and communicates experimental result data based on the received parameters. Repeating the step of sending to the control system a predetermined number of times, preliminarily defining the parameter to be sent first, and calculating the parameter to be sent from the second time onward based on the experimental result data received last time by the calculation and communication control system. age,
The computation and data communication control system is configured to evaluate the behavior of the structure based on data received from each of the hybrid experiment subsystems, and wherein the computation and data communication control system and the hybrid experiment subsystem Communication between the client and the computation and data communication control system, the hybrid experiment subsystem is configured to be performed in a client-server format as a server, the network in the remote hybrid experiment system including the Internet, A remote hybrid experimental system, wherein each of the hybrid experimental subsystems comprises an experimental control computer and a local server.
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- 2000-07-14 JP JP2000214163A patent/JP3412010B2/en not_active Expired - Lifetime
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