JP4015821B2 - Earthquake damage estimation method and apparatus, and program recording medium - Google Patents

Earthquake damage estimation method and apparatus, and program recording medium Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震時の地盤振動波形が構造物に加わった場合の被害程度を推定するための地震被害推定方法、及びこの方法を用いて被害程度を推定して出力する地震被害推定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、地震が発生した場合に、鉄道や道路等のコンクリート高架橋、橋梁、トンネル等の構造物にどの程度の被害が加わるか(以下、「加害性」という。)については、地盤の地震動の変位、速度、加速度等、振動の一般的な物理的指標を用いて推定しようとする試みが種々検討されてきた。しかし、現在では、これらの指標単独では、地震による構造物の被害(以下、「地震時構造物被害」という。)の程度を明確に評価することは非常に困難である、と考えられている。また、地震動の大きさを表す指標には、震度(計測震度を含む)や、SI(スペクトル強さ:設定された周期範囲での速度応答スペクトルの面積)といった耐震工学的指標があり、これらは地震時構造物被害との相関が高い、と考えられている。けれども、これらの指標は、地震時構造物被害の発生のメカニズムとの関係が明確ではないため、一般的に用いられるには至っていない。
【0003】
このように、地震時構造物被害の推定については、現在まで、信頼できる評価指標がなく、構造物への地震の加害性の判断基準は、もっぱら過去の被災事例等を参考にして専門家等が経験的に推定を行い総合的に判断していた。
【0004】
近年では、耐震設計や耐震補強技術などにより、各構造物の耐震性能は多様化している。このため、地震時構造物被害の程度の推定にあたっても、各構造物の耐震性能に即した個別のきめ細かい判断が求められるようになってきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように、従来の経験則に頼る推定手法では、個々の構造物の耐震性能の状況に応じて、地震時構造物被害の程度を、個別に、きめ細かく、かつ簡易に判断する、ということはできなかった。
【0006】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、各構造物の耐震性能に応じて地震時構造物被害の程度を個別にきめ細かくかつ簡易に判断し得る地震被害推定方法等を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る地震被害推定方法は、
降伏点応力に達するときの構造物の振動加速度である降伏加速度aSyと、前記降伏点応力に達するときの振動周期である降伏周期TSyを有する構造物モデルに、振動加速度の最大値である最大加速度aGMと、フーリエ変換により周波数領域に変換した場合に振幅が最大となるときの周期である卓越周期Tを有するモデル地震動波形を入力した場合の前記構造物モデルのモデル応答波形を、n1個の前記構造物モデルとn2個の前記モデル地震動波形について、非線形時刻歴動的解析により算出し、
前記算出されたモデル応答波形に基づくモデルデータ点を、前記卓越周期Tを前記降伏周期TSyで除算した正規化周期(T/TSy)を一方の直交座標軸にとるとともに、前記最大加速度aGMを前記降伏加速度aSyで除算した正規化加速度(aGM/aSy)を他方の直交座標軸にとった座標平面である正規化座標平面の上にn3個プロットし、
前記モデル地震動波形が加わった場合の前記構造物モデルの応答変位波形の最大振幅をδmaxとし、静的荷重が加えられた場合の前記構造物モデルが静的に降伏するときの変位量をδyとしたとき、δmax/δyで求められる値を応答塑性率μとしたとき、
前記正規化座標平面の上にプロットされたn3個のモデルデータ点を、前記応答塑性率μが0<μ<μ1の範囲となる場合、前記応答塑性率μがμ1≦μ<μ2の範囲となる場合、…、前記応答塑性率μがμi-1≦μ<μiの範囲となる場合、のようにi個のグループにグループ分けを行い、1つのグループのモデルデータ点を1つの前記正規化座標平面の上にプロットするようにして各グループごとのグラフを作成し、
前記各グループのグラフにおいて、前記モデルデータ点の集合が示す領域の下限輪郭線を描くことにより、その応答塑性率範囲における前記構造物モデルの被害程度を表す関数曲線である構造物被害程度関数曲線を求め、
観測された実際の地震動波形の前記最大加速度がaGM1で、かつ前記卓越周期がT1で、被害推定を行う対象となる実際の構造物の前記降伏加速度がaSy1で、かつ前記降伏周期がTSy1の場合に、正規化周期をT1/TSy1により算出するとともに、正規化加速度をaGM1/aSy1により算出し、算出された正規化周期と正規化加速度を各直交座標とした場合の実際データ点を前記正規化座標平面上にプロットし、
前記応答塑性率の値ごとに得られた前記構造物被害程度関数曲線と前記実際データ点との関係に基づき、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度を推定することを特徴とする。
【0008】
上記の地震被害推定方法において、好ましくは、
異なる応答塑性率の場合の前記構造物被害程度関数曲線をそれぞれ求め、
前記正規化座標平面上に、異なる応答塑性率の場合の前記構造物被害程度関数曲線を同時に表示することにより、構造物被害推定ノモグラムを作成し、前記構造物被害程度関数曲線に対する前記実際データ点の位置関係に応じて、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度を視覚的に推定する。
【0009】
また、上記の地震被害推定方法において、好ましくは、前記卓越周期Tは、実際の地震動波形の振動速度の最大値をvGM1としたとき、下式
1=2π×(vGM1/aGM1
により求められる。
【0010】
また、本発明に係る地震被害推定装置は、
降伏点応力に達するときの構造物の振動加速度である降伏加速度aSyと、前記降伏点応力に達するときの振動周期である降伏周期TSyを有する構造物モデルに、振動加速度の最大値である最大加速度aGMと、フーリエ変換により周波数領域に変換した場合に振幅が最大となるときの周期である卓越周期Tを有するモデル地震動波形を入力した場合の前記構造物モデルのモデル応答波形を、n1個の前記構造物モデルとn2個の前記モデル地震動波形について、非線形時刻歴動的解析により算出し、前記算出されたモデル応答波形に基づくモデルデータ点を、前記卓越周期Tを前記降伏周期TSyで除算した正規化周期(T/TSy)を一方の直交座標軸にとるとともに、前記最大加速度aGMを前記降伏加速度aSyで除算した正規化加速度(aGM/aSy)を他方の直交座標軸にとった座標平面である正規化座標平面の上にn3個プロットし、前記モデル地震動波形が加わった場合の前記構造物モデルの応答変位波形の最大振幅をδmaxとし、静的荷重が加えられた場合の前記構造物モデルが静的に降伏するときの変位量をδyとしたとき、δmax/δyで求められる値を応答塑性率μとしたとき、前記正規化座標平面の上にプロットされたn3個のモデルデータ点を、前記応答塑性率μがμ1≦μ<μ2の範囲となる場合、…、前記応答塑性率μがμi-1≦μ<μiの範囲となる場合、のようにi個のグループにグループ分けを行い、1つのグループのモデルデータ点を1つの前記正規化座標平面の上にプロットするようにして各グループごとのグラフを作成し、前記各グループのグラフにおいて、前記モデルデータ点の集合が示す領域の下限輪郭線を描くことにより、その応答塑性率範囲における前記構造物モデルの被害程度を表す関数曲線である構造物被害程度関数曲線を求め、前記各構造物被害程度関数曲線のデータ値を記憶する記憶手段と、
観測された実際の地震動波形の前記最大加速度がaGM1で、かつ前記卓越周期がT1で、被害推定を行う対象となる実際の構造物の前記降伏加速度がaSy1で、かつ前記降伏周期がTSy1の場合に、正規化周期をT1/TSy1により算出するとともに、正規化加速度をaGM1/aSy1により算出し、算出された正規化周期と正規化加速度を各直交座標とした場合の実際データ点を前記正規化座標平面上にプロットし、前記応答塑性率の値ごとに得られた前記構造物被害程度関数曲線と前記実際データ点との関係に基づき、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度の値を推定して出力する演算推定手段を備えることを特徴とする。
【0011】
上記の地震被害推定装置において、好ましくは、前記演算推定手段は、異なる応答塑性率の場合の前記構造物被害程度関数曲線をそれぞれ求め、前記正規化座標平面上に、異なる応答塑性率の場合の前記構造物被害程度関数曲線を同時に表示することにより、構造物被害推定ノモグラムを作成し、前記構造物被害程度関数曲線に対する前記実際データ点の位置関係に応じて補間を行い、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度の推定値を出力する。
【0012】
また、上記の地震被害推定装置において、好ましくは、
前記実際の構造物の前記降伏加速度aSy1及び前記降伏周期TSy1は、あらかじめデータベースとして前記記憶手段に格納されており、
前記観測された実際の地震動波形又は前記観測された実際の地震動波形から抽出されたデータは、地震発生箇所から前記演算推定手段の設置箇所まで通信回線によって送られた後に前記演算推定手段に入力され、
前記演算推定手段は、前記観測された実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度の推定値をリアルタイムで出力する。
【0013】
また、本発明に係るプログラム記録媒体は、
データを入力するための入力手段と、
データを格納するデータ格納手段と、
データを処理するとともに各手段を制御する主制御手段と、
前記入力手段に入力されたデータ又は前記主制御手段が処理したデータを一時的に記憶する一時記憶手段と
前記主制御手段が処理したデータを出力する出力手段を
備えたコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能なプログラム記録媒体であって、
前記プログラムは、地震動波形が構造物に加わった場合の構造物被害程度を推定する地震被害推定方法を実施するものであり、
前記地震被害推定方法は、
降伏点応力に達するときの構造物の振動加速度である降伏加速度aSyと、前記降伏点応力に達するときの振動周期である降伏周期TSyを有する構造物モデルに、振動加速度の最大値である最大加速度aGMと、フーリエ変換により周波数領域に変換した場合に振幅が最大となるときの周期である卓越周期Tを有するモデル地震動波形を入力した場合の前記構造物モデルのモデル応答波形を、n1個の前記構造物モデルとn2個の前記地震動波形について、前記主制御手段が、非線形時刻歴動的解析により算出し、
前記算出されたモデル応答波形に基づくモデルデータ点を、前記卓越周期Tを前記降伏周期TSyで除算した正規化周期(T/TSy)を一方の直交座標軸にとるとともに、前記最大加速度aGMを前記降伏加速度aSyで除算した正規化加速度(aGM/aSy)を他方の直交座標軸にとった座標平面である正規化座標平面の上に、前記主制御手段が、n3個プロットし、
前記モデル地震動波形が加わった場合の前記構造物モデルの応答変位波形の最大振幅をδmaxとし、静的荷重が加えられた場合の前記構造物モデルが静的に降伏するときの変位量をδyとしたとき、δmax/δyで求められる値を応答塑性率μとしたとき、
前記正規化座標平面の上にプロットされたn3個のモデルデータ点を、前記応答塑性率μがμ1<μ<μ2の範囲となる場合、…、前記応答塑性率μがμi-1<μ<μiの範囲となる場合、のように、前記主制御手段が、i個のグループにグループ分けを行い、1つのグループのモデルデータ点を1つの前記正規化座標平面の上にプロットするようにして各グループごとのグラフを作成し、
前記各グループのグラフにおいて、前記モデルデータ点の集合が示す領域の下限輪郭線を描くことにより、その応答塑性率範囲における前記構造物モデルの被害程度を表す関数曲線である構造物被害程度関数曲線を前記主制御手段が求め、観測された実際の地震動波形の前記最大加速度がaGM1で、かつ前記卓越周期がT1で、被害推定を行う対象となる実際の構造物の前記降伏加速度がaSy1で、かつ前記降伏周期がTSy1の場合に、正規化周期をT1/TSy1により算出するとともに、正規化加速度をaGM1/aSy1により算出し、算出された正規化周期と正規化加速度を各直交座標とした場合の実際データ点を前記正規化座標平面上に前記主制御手段がプロットし、
前記応答塑性率の値ごとに得られた前記構造物被害程度関数曲線と前記実際データ点との関係に基づき、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度を前記主制御手段が推定することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0015】
図1は、本発明の第1実施形態である地震被害推定装置のハードウェアの全体構成を示すブロック図である。図1に示すように、この地震被害推定装置1は、主制御部2と、主記憶装置3と、一時記憶部4と、入出力制御部5と、入力装置6と、表示装置7と、出力装置8を備えて構成されている。このような構成により、この地震被害推定装置1は、全体としてコンピュータを構成している。コンピュータとしては、大型汎用コンピュータ(メイン・フレーム・コンピュータ)、ワークステーション、パーソナル・コンピュータ(パソコン)等が含まれる。
【0016】
主制御部2は、主制御手段に相当しており、図示はしていないが、CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)等を有しており、この地震被害推定装置1の各部を統括し、各種演算やプログラム実行等の処理を行う部分である。CPUは、図示はしていないが、CPU内部での電流(信号)の授受を行うための信号線である内部バスを有しており、この内部バスに、演算部と、レジスタと、クロック生成部と、命令処理部等を有している。
【0017】
CPU内の演算部は、一般に、レジスタに記憶されている各種データに対して、四則演算(加算、減算、乗算、及び除算)を行い、又は論理演算(論理積、論理和、否定、排他的論理和など)を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。処理の結果は、レジスタに格納されるのが一般的である。
【0018】
レジスタは、一般に、1語のデータを記憶する部分である。通常、CPU内には、複数のレジスタが設けられている。クロック生成部は、CPUの各部分の時間の同期をとるための刻時信号(クロック信号)を生成する部分である。CPUは、このクロック信号に基づいて動作する。命令処理部は、演算部等が実行すべき命令の取り出し、その解読、及びその実行などを制御し処理する部分である。
【0019】
主記憶装置3は、データ格納手段に相当しており、図示はしていないが、ハードディスク装置(HDD)、ROM(Read Only Memory:読出し専用メモリ)等を有しており、後述するように、主制御部2を制御するための制御プログラムや、主制御部2が用いる各種データ等を格納している部分である。ハードディスク装置は、図示はしていないが、その内部に、円盤状の磁気ディスクを有しており、この磁気ディスクをディスク駆動機構により回転駆動し、磁気ヘッドをヘッド駆動機構によって磁気ディスクの任意位置に移動させ、磁気ディスク表面の磁性膜を磁気ヘッドからの書込電流によって磁化することによりデータを記録し、磁化された磁性膜の上を磁気ヘッドが移動する際に磁気ヘッドのコイル等に流れる電流を検出することにより記録データを読み出す装置である。また、ROMは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【0020】
主記憶装置3は、図示はしていないが、プログラム記憶領域と、読出データ記憶領域を有している。プログラム記憶領域内には、制御プログラムが格納されている。
【0021】
上記した制御プログラムは、OS(Operating System)等の主制御部2の基本ソフトウェアのほか、後述する地震被害推定ソフトウェアのための分析演算や画像処理等を主制御部2に実行させるための命令等の処理手順が、所定のプログラム用言語で記述された文字や記号の集合であり、これらの文字や記号は、実際には、「1」と「0」の組み合わせとなっている。
【0022】
また、読出データ記憶領域内には、あらかじめ設定されたデータ、例えば、後述する構造物モデルの降伏加速度aSy及び降伏周期TSyや、モデル地震動波形データ、あるいはあらかじめ算出された構造物被害程度関数曲線データ等が格納されている。これらのデータは、所定のプログラム用言語に用いるために記述された文字又は数字若しくは記号の集合であり、これらの文字又は数字若しくは記号は、実際には、「1」と「0」の組み合わせとなっている。
【0023】
また、一時記憶部4は、一時記憶手段に相当しており、図示はしていないが、RAM(Random Access Memory:随時書込み読出しメモリ)等を有しており、CPUにより演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。RAMは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【0024】
入出力制御部5は、インタフェース(I/O)とも呼ばれ、信号線又はその集合であるバスと、各種コネクタ、各種ポート、ハードディスク装置の読取り・書込み制御機構などを有しており、CPUからの信号や各装置からの信号を授受するための部分である。
【0025】
入力装置6は、入力手段に相当しており、図示はしていないが、キーボード、マウス又はトラックボール若しくはスティックポインタ等を含むポインティングデバイス、タッチパネル装置、データ入力用端子等を有しており、主制御部2への命令信号や、主制御部2が処理するデータ等を外部から入力するための部分である。
【0026】
表示装置7は、図示はしていないが、CRT(Cathode Ray Tube:陰極線管表示装置)モニタ、液晶表示パネル、プラズマディスプレイ装置等を有しており、主制御部2の演算結果や処理したデータを、画像や文字等として画面に表示する部分である。
【0027】
出力装置8は、出力手段に相当しており、図示はしていないが、プリンタ、外部出力用端子、モデムなどの通信装置、LAN(Local Area Network)ポート等を有しており、主制御部2の演算結果や処理したデータを、紙等に印字したり、あるいは電気信号として外部へ出力又は送信する部分である。なお、外部出力端子に、フレキシブル・ディスク(FD)装置、光磁気ディスク装置等の外部記録装置を接続すれば、後述する構造物被害の推定データ等をディスク等の記録媒体に記録して外部に取り出すことができる。
【0028】
次に、図2を参照しつつ、上記した地震被害推定装置1の動作を説明する。図2は、第1実施形態の地震被害推定装置の主制御部における処理手順を示すフローチャート図である。
【0029】
まず、地震被害推定装置1の主記憶装置3の読出データ記憶領域(図示せず)には、実際の構造物の各種諸元、寸法値、設計値等がデータベースとして格納されている(ステップS11)。これらのデータのうち、構造物の地震被害推定に用いられるのは、その構造物に振動が加わった場合に、その構造物を構成する部材のいずれかが降伏点応力に達するときの振動加速度aSy(以下、「降伏加速度」という。)と、その構造物に振動が加わった場合に、その構造物を構成する部材のいずれかが降伏点応力に達するときの振動周期TSy(以下、「降伏周期」という。)である。
【0030】
次に、地震が発生すると(ステップS21)、観測された実際の地震動波形のデータは、地震発生箇所から、地震被害推定装置1の設置箇所まで、有線又は無線の通信回線によって送られ、入力端子(図示せず)等の入力装置6、入出力制御部5を経て主制御部2に入力される。
【0031】
主制御部2のCPU(図示せず)は、この実際の地震動波形データから、振動加速度の最大値aGM1(以下、「最大加速度」という。)を算出する。また、主制御部2のCPU(図示せず)は、この実際の地震動波形データを、図3に示すようにしてフーリエ変換し、周波数領域に変換した場合に振幅が最大となるときの周期T1(以下、「卓越周期」という。)を算出する(ステップS22)。
【0032】
次に、主制御部2のCPU(図示せず)は、上記の値から、T1/TSy1の値(以下、「正規化周期」という。)を算出する。また、主制御部2のCPU(図示せず)は、上記の値から、とともに、aGM1/aSy1の値(以下、「正規化加速度」という。)を算出する。次に、主制御部2のCPU(図示せず)は、上記のようにして算出した正規化周期を横軸(対数目盛)とし、正規化加速度を縦軸(対数目盛)とした直交座標平面(以下、「正規化座標平面」という。)の上に、入力された実際の地震動を示す点をプロットする(ステップS23)。この場合、入力された実際の地震動を示す点の座標は、(T1/TSy1,aGM1/aSy1)となる。
【0033】
この地震被害推定装置1の主記憶装置3(例えば、図示しない読出データ記憶領域)には、図4に示すようなノモグラムデータ(以下、「構造物被害推定ノモグラム」という。)が格納されている。このノモグラムデータは、両対数の正規化座標平面上に描かれた複数の関数曲線C1〜C4(以下、「構造物被害程度関数曲線」という。)によって構成されている。これらのうち、曲線C1は、応答塑性率μが1の場合を示し、曲線C2は、応答塑性率μが2の場合を示し、曲線C3は、応答塑性率μが3の場合を示し、曲線C4は、応答塑性率μが4の場合を示している。
【0034】
ここに、応答塑性率μとは、構造物モデルに、波形の既知な地震動波形が加わった場合に、構造物モデルに生じる応答変位波形の最大振幅をδmaxとし、この構造物モデルに静的荷重が加えられた場合に静的に降伏するときの変位量をδyとしたとき、δmax/δyで求められる値をいう。この応答塑性率μは、構造物への地震の影響(被害)の度合を、構造物の降伏状態に対する比として表現した値である。一般に、応答塑性率μが大きくなれば、構造物への地震の影響(被害)は大きくなる。応答塑性率μと被害のランク(程度)との関係は、以下に示す表1のようになる。
【0035】
【表1】

Figure 0004015821
【0036】
上表1において、無被害とは、ほとんど被害はないが、例えばコンクリート構造物の場合には、非常に細いひび割れ(ヘアークラック)程度の被害が発生することがある、という状況である。また、小被害とは、例えばコンクリート構造物の場合に、亀裂が発生することがある、という状況である。また、中被害とは、例えばコンクリート構造物の場合に、大きな亀裂が発生することがある、という状況である。そして、大被害とは、例えばコンクリート構造物の場合に、大きな亀裂がかなり発生し、破壊に至ることがある、という状況である。
【0037】
したがって、入力された実際の地震動を示す実際データ点(T1/TSy1,aGM1/aSy1)が、図4において、例えば、構造物被害程度関数曲線C3とC4の中間位置にプロットされた場合には、主制御部2のCPU(図示せず)は、応答塑性率μの値は3〜4の値と判断する(ステップS24)。この際、主制御部2のCPU(図示せず)は、補間計算を行い、応答塑性率の値を決定するようにしてもよい。
【0038】
次に、主制御部2のCPU(図示せず)は、上表1から、構造物の被害程度は、「中被害」であると判断し、「コンクリート構造物の場合には、大きな亀裂が発生することがあるが、破壊に至るまではいかない」等という被害推定を下し、この被害推定の内容を出力装置8から外部へ出力する。あるいは、表示装置7により文字等として画像表示させる(ステップS25)。
【0039】
上記した第1実施形態の地震被害推定装置1によれば、以下のような利点がある。
【0040】
(1)地震被害を推定するために必要なデータは、観測された実際の地震動波形データからフーリエ変換によって求める卓越周期T1と、実際地震動波形から直接求められる最大加速度aGM1の2つのデータだけでよい。また、これら2個のデータから地震被害を推定する方法も、主記憶装置3にあらかじめ格納されている構造物被害程度関数曲線(構造物被害推定ノモグラム)を含む正規化座標平面の上に、上記の2つのデータを座標値とする点をプロットするだけでよく、非常に簡便である。したがって、地震被害推定を、地震発生とほぼ同時に(リアルタイムで)行うことができる。このことから、地震直後の最も重要なポイントとなる、ライフライン施設(鉄道・道路等の交通路、港湾・空港等の交通機関拠点施設など)等への地震被害の有無、程度、その位置等をほぼ瞬時に推定することができ、人命救助、施設復旧の計画等を迅速にたて、即座に実行することができる、という利点を有している。
【0041】
(2)地震被害推定の指標として応答塑性率(δmax/δy)を採用しているが、応答塑性率と構造物被害には、明確な相関があるため、主観的指標又は経験値に頼る従来の手法よりも、的確で、かつきめの細かい被害推定を行うことができる、という利点がある。
【0042】
(3)地震発生から地震被害推定出力までの過程が簡易であることから、装置、システム等の構築費用、運用コストが低廉である、という利点も有している。
【0043】
次に、上記した構造物被害推定ノモグラム(構造物被害程度関数曲線)を作成する方法について説明する。
【0044】
まず、いろいろな構造物モデルについて、その構造物に振動が加わった場合に、その構造物を構成する部材のいずれかが降伏点応力に達するときの構造物の振動加速度aSy(以下、「降伏加速度」という。)と、その構造物に振動が加わった場合に、その構造物を構成する部材のいずれかが降伏点応力に達するときの振動周期TSy(以下、「降伏周期」という。)を求める。
【0045】
次に、構造物モデルに、モデル地震動波形を入力した場合の構造物モデルのモデル応答波形を、n1個の構造物モデルとn2個の地震動波形について、非線形時刻歴動的解析により算出する。
【0046】
この場合、モデル地震動波形は、振動加速度の最大値aGM(以下、「最大加速度」という。)を有するものとし、また、このモデル地震動波形データをフーリエ変換し、周波数領域に変換した場合に振幅が最大となるときの周期T(以下、「卓越周期」という。)を有するものとする。
【0047】
また、非線形時刻歴動的解析とは、地震動波形が構造物に作用したときに、構造物の揺れがどのようになるか(応答波形)を解析する演算である。この場合には、慣性力と減衰力と復元力の釣り合い式(運動方程式)を時々刻々について解析することになる。運動方程式としては、下式などが用いられる。
【0048】
【数1】
Figure 0004015821
【0049】
上式において、左辺第1項は、変位v(t)の2階微分と地震動加速度(z(t)の2階微分)の和に質量mを乗じたものであり、これは慣性力を示している。また、左辺第2項は、減衰係数cに変位v(t)の1階微分を乗じたものであり、これは減衰力を示している。また、左辺第3項は、バネ係数(剛性)k(t)に変位v(t)を乗じたものであり、これは復元力を示している。
【0050】
この際、荷重(地震動)が大きくなると、構造物の一部又は全部が降伏点に達したりするので、剛性k(t)がフックの法則(線形な弾性則)からはずれ、非線形化する。その結果、復元力が時々刻々変化する。この荷重と変形の非線形関係を時々刻々追跡しながら運動方程式を解く手法を総称して「非線形時刻歴動的解析」と呼ぶ。
【0051】
非線形時刻歴動的解析として用いられる最も一般的な方法は、「逐次直接積分法」である。
【0052】
逐次直接積分法は、応答時間を微少時間間隔区間に分け、その微少時間区間の初めの性状を用いて解析を行って、その微少時間区間の終わりの速度と変位を求め、これを次の微少時間区間の初期値として与え、このような計算を逐次繰り返して行うものである。積分方法としては、例えば、「ニューマークのβ法」などが用いられることが多い。
【0053】
次に、上記のようにして、非線形時刻歴動的解析により算出されたモデル応答波形に基づくモデルデータ点を、卓越周期Tを降伏周期TSyで除算した正規化周期(T/TSy)を一方の直交座標軸(例えば横軸)にとるとともに、最大加速度aGMを降伏加速度aSyで除算した正規化加速度(aGM/aSy)を他方の直交座標軸(例えば縦軸)にとった座標平面である正規化座標平面の上にn3個プロットする。
【0054】
次に、モデル地震動波形が加わった場合の構造物モデルの応答変位波形の最大振幅をδmaxとし、静的荷重が加えられた場合の前記構造物モデルが静的に降伏するときの変位量をδyとしたとき、δmax/δyで求められる値を応答塑性率μとしたとき、正規化座標平面の上にプロットされたn3個のモデルデータ点を、応答塑性率μが0<μ<μ1の範囲となる場合、応答塑性率μがμ1≦μ<μ2の範囲となる場合、…、応答塑性率μがμi-1≦μ<μiの範囲となる場合、というように、i個のグループにグループ分けを行う。iは、正の整数であれば、どのような値であってもよい。
【0055】
例えば、応答塑性率μが1≦μ<2の範囲となる場合、応答塑性率μが2≦μ<3の範囲となる場合、応答塑性率μが3≦μ<4の範囲となる場合、応答塑性率μが4≦μの範囲となる場合、というように、4個のグループにグループ分けを行う。
【0056】
そして、1つのグループのモデルデータ点を1つの正規化座標平面の上にプロットするようにして各グループごとのグラフを作成する。
【0057】
図5〜図8は、モデル地震動波形として、1993年に発生した釧路沖地震のデータを用いたものであり、図5は応答塑性率μがμ<1の範囲となる場合を示し、図6は応答塑性率μが1≦μ<2の範囲となる場合を示し、図7は応答塑性率μが2≦μ<4の範囲となる場合を示し、図8は応答塑性率μが4≦μの範囲となる場合をそれぞれ示している。
【0058】
同様に、図9〜図12は、モデル地震動波形として、1994年に発生した三陸はるか沖地震のデータを用いたものであり、図9は応答塑性率μがμ<1の範囲となる場合を示し、図10は応答塑性率μが1≦μ<2の範囲となる場合を示し、図11は応答塑性率μが2≦μ<4の範囲となる場合を示し、図12は応答塑性率μが4≦μの範囲となる場合をそれぞれ示している。
【0059】
また同様に、図13〜図16は、モデル地震動波形として、1995年に発生した兵庫県南部地震のデータを用いたものであり、図13は応答塑性率μがμ<1の範囲となる場合を示し、図14は応答塑性率μが1≦μ<2の範囲となる場合を示し、図15は応答塑性率μが2≦μ<4の範囲となる場合を示し、図16は応答塑性率μが4≦μの範囲となる場合をそれぞれ示している。
【0060】
また同様に、図17〜図20は、モデル地震動波形として、2000年に発生した鳥取県西部地震のデータを用いたものであり、図17は応答塑性率μがμ<1の範囲となる場合を示し、図18は応答塑性率μが1≦μ<2の範囲となる場合を示し、図19は応答塑性率μが2≦μ<4の範囲となる場合を示し、図20は応答塑性率μが4≦μの範囲となる場合をそれぞれ示している。
【0061】
これらの各グループのグラフにおいて、モデルデータ点の集合が示す領域の下限輪郭線は、モデルデータ点の集合を代表する線であると考えられる。このため、この下限輪郭線を描けば、その応答塑性率範囲における構造物モデルの被害程度を表す関数曲線とすることができる、と考えられる。この関数曲線を、以下、「構造物被害程度関数曲線」という。
【0062】
図4に示す構造物被害推定ノモグラムは、上記のようにして異なる応答塑性率の場合の構造物被害程度関数曲線をそれぞれ求め、正規化座標平面上に、異なる応答塑性率の場合の構造物被害程度関数曲線を同時に表示することにより、作成されたものである。
【0063】
なお、本発明は、上記した第1実施形態以外の構成によっても実現可能である。例えば、上記のようにして作成された構造物被害推定ノモグラムを用い、このノモグラム上に、上記した実際データ点を、点として画像表示することにより、まわりの構造物被害程度関数曲線との関係が簡易かつ視覚的に表され、これにより、構造物被害程度を容易に推定することができる。この場合、表示される実際データ点は、色彩的に目立つようにしたり、点滅表示させて目立つように表示してもよい。
【0064】
また、他の構成も可能である。例えば、上記の地震被害推定装置1の地震被害推定方法に用いる実際の地震動の卓越周期T1は、地震動波形データにフーリエ変換を施して求めるのではなく、下式
1=2π×(vGM1/aGM1
により求めても、精度的に遜色のない値が得られることが確認されている。ここに、vGM1は、観測された実際の地震動波形の振動速度の最大値を示している。
【0065】
さらに、モデル地震動波形の卓越周期Tについても、同様に、下式
T=2π×(vGM/aGM
により求めても、精度的に遜色のない値が得られることが確認されている。ここに、vGMは、モデル地震動波形の振動速度の最大値を示している。
【0066】
このようにすれば、特に、実際の地震動の卓越周期T1を上記の簡易式で求めれば、地震が発生してからの演算時間を大幅に短縮することができ、構造物の地震被害推定をさらに迅速に行うことができる、という利点がある。
【0067】
上記実施形態において、主記憶装置3と一時記憶部4は、特許請求の範囲における記憶手段を構成している。また、主制御部2は、特許請求の範囲における演算推定手段に相当している。
【0068】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0069】
例えば、上記した地震被害推定装置1は、他の外部記録装置(図示せず)を備えるようにしてもよい。外部記録装置は、プログラム記録媒体の内容を読み取ることができる装置である。外部記録装置としては、CD−ROM装置、フレキシブル・ディスク(FD)装置等を含む磁気ディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置等が含まれる。この場合には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等がプログラム記録媒体に相当する。また、外部記録装置としては、PCカード装置等の各種記憶用カード装置も含まれる。この場合には、各種記憶用カードがプログラム記録媒体に相当する。
【0070】
プログラム記録媒体には、上記した地震被害推定アプリケーション・ソフトウェアが格納されている。このプログラム記録媒体を用いる場合には、ソフトウェアの内容を地震被害推定装置1の主記憶装置3、特にハードディスク装置等の記憶領域にインストールした後に、このソフトウェアを実行することができる。また、プログラム記録媒体内のソフトウェアを地震被害推定装置1の主記憶装置3(ハードディスク装置等)の記憶領域にインストールを行うことはせずに、主制御部2がプログラムを実行する際に、制御命令やデータ等を、プログラム記録媒体にその都度アクセスして読み出すようにしてもよい。
【0071】
また、上記した実施形態とは逆に、正規化加速度aGM1/aSy1を横軸とし、正規化周期T1/TSy1を縦軸としてもよい。また、また、横軸と縦軸の目盛りは、両対数目盛ではなく、いずれか一方の軸を対数とし他の軸を普通の目盛とする片対数目盛、あるいは両軸とも普通の目盛としてもよい。
【0072】
また、上記した実施形態における個数n1〜n3は、正の整数であればよく、また、互いに異なる数であってもよいし、一部又は全部が等しい数であってもよい。
【0073】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、地震動による構造物の応答塑性率に着目し、過去の地震動波形が構造物モデルに加えられた場合の正規化周期T1/TSy1と正規化加速度aGM1/aSy1をいずれかの直交座標とする点を正規化座標平面上にプロットした後に応答塑性率の値の範囲ごとにグルーピングし、各グループの点の集合領域の下限輪郭線を描いて構造物被害程度関数曲線とし、この構造物被害程度関数曲線を用いて、観測された実際の地震動波形が実際の構造物に加わった場合の被害推定を行うこととし、実際の地震動波形の卓越周期T1を実際の構造物の降伏加速度aSy1で除算して正規化周期T1/TSy1を得るとともに、実際の地震動波形の最大加速度aGM1を実際の構造物の降伏加速度aSy1で除算して正規化加速度aGM1/aSy1を得て、正規化周期と正規化加速度を各直交座標とした場合の実際データ点を正規化座標平面上にプロットし、応答塑性率の値ごとに得られた構造物被害程度関数曲線と実際データ点との関係に基づき、実際の地震動波形が実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度を推定するようにした。このため、以下のような利点を有している。
【0074】
地震被害を推定するために必要なデータは、観測された実際の地震動波形データからフーリエ変換によって求める卓越周期T1と、実際地震動波形から直接求められる最大加速度aGM1の2つのデータだけでよい。また、これら2個のデータから地震被害を推定する方法も、主記憶装置3等の記憶手段にあらかじめ格納されている構造物被害程度関数曲線(構造物被害推定ノモグラム)を含む正規化座標平面の上に、上記の2つのデータを座標値とする点をプロットするだけでよく、非常に簡便である。したがって、地震被害推定を、地震発生とほぼ同時に(リアルタイムで)行うことができる。このことから、地震直後の最も重要なポイントとなる、ライフライン施設(鉄道・道路等の交通路、港湾・空港等の交通機関拠点施設など)等への地震被害の有無、程度、その位置等をほぼ瞬時に推定することができ、人命救助、施設復旧の計画等を迅速にたて、即座に実行することができる、という利点を有している。また、上記の卓越周期Tを、フーリエ変換を用いずに、実際の地震動波形の振動速度の最大値vGM1を用いて、下式
1=2π×(vGM1/aGM1
により求めるようにしても精度的に遜色のない値を得ることができる。したがって、この場合には、演算をさらに簡易にし、迅速に行うことができる、という利点がある。
【0075】
地震被害推定の指標として応答塑性率(δmax/δy)を採用しているが、応答塑性率と構造物被害には、明確な相関があるため、主観的指標又は経験値に頼る従来の手法よりも、的確で、かつきめの細かい被害推定を行うことができる、という利点がある。
【0076】
地震発生から地震被害推定出力までの過程が簡易であることから、装置、システム等の構築費用、運用コストが低廉である、という利点も有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態である地震被害推定装置のハードウェアの全体構成を示すブロック図である。
【図2】 第1実施形態の地震被害推定装置の主制御部における処理手順を示すフローチャート図である。
【図3】 図2に示す処理手順における卓越周期の算出方法を説明する概念図である。
【図4】 図1に示す地震被害推定装置の主記憶装置に記憶されている構造物被害推定ノモグラムを示す図である。
【図5】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、釧路沖地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が1未満の場合の図である。
【図6】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、釧路沖地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が1 以上2未満の場合の図である。
【図7】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、釧路沖地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が2以上4未満の場合の図である。
【図8】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、釧路沖地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が4以上の場合の図である。
【図9】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、三陸はるか沖地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が1未満の場合の図である。
【図10】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、三陸はるか沖地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が1以上2未満の場合の図である。
【図11】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、三陸はるか沖地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が2以上4未満の場合の図である。
【図12】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、三陸はるか沖地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が4以上の場合の図である。
【図13】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、兵庫県南部地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が1未満の場合の図である。
【図14】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、兵庫県南部地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が1以上2未満の場合の図である。
【図15】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、兵庫県南部地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が2以上4未満の場合の図である。
【図16】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、兵庫県南部地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が4以上の場合の図である。
【図17】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、鳥取県西部地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が1未満の場合の図である。
【図18】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、鳥取県西部地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が1以上2未満の場合の図である。
【図19】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、鳥取県西部地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が2以上4未満の場合の図である。
【図20】 図4に示す構造物被害推定ノモグラムの構造物被害程度関数曲線を作成するためのグループ分けされたモデルデータ点の集合を示す図であり、鳥取県西部地震の波形をモデル地震動波形とし、応答塑性率が4以上の場合の図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an earthquake damage estimation method for estimating the extent of damage when a ground vibration waveform during an earthquake is applied to a structure, and an earthquake damage estimation apparatus that estimates and outputs the extent of damage using this method It is.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, how much damage is applied to structures such as concrete viaducts, bridges, and tunnels such as railways and roads (hereinafter referred to as “harmfulness”) in the event of an earthquake, the displacement of the ground motion of the ground Various attempts have been made to attempt estimation using general physical indicators of vibration, such as velocity, acceleration, and the like. However, at present, these indicators alone are considered to be very difficult to clearly assess the extent of damage to structures caused by earthquakes (hereinafter referred to as “structure damage during an earthquake”). . In addition, there are seismic engineering indices such as seismic intensity (including measured seismic intensity) and SI (spectrum strength: area of velocity response spectrum in the set period range) as indices representing the magnitude of ground motion. It is thought that there is a high correlation with damage to structures during an earthquake. However, these indicators have not been generally used because their relationship with the mechanism of occurrence of earthquake damage is not clear.
[0003]
As described above, there is no reliable evaluation index to estimate the damage to structures during an earthquake, and the criteria for determining the damage of an earthquake to a structure can be based on experts from past damage cases. Made an empirical estimation and made a comprehensive judgment.
[0004]
In recent years, the seismic performance of each structure has diversified due to seismic design and seismic reinforcement technology. For this reason, in order to estimate the degree of structural damage during an earthquake, individual and detailed judgments in accordance with the seismic performance of each structure have been required.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, in the estimation method that relies on the conventional rule of thumb, according to the situation of the seismic performance of each structure, the degree of damage to the structure at the time of the earthquake is determined individually, finely and simply, I couldn't.
[0006]
The present invention has been made to solve the above problems, and the problem to be solved by the present invention is that the degree of damage to a structure during an earthquake is individually finely and simply according to the seismic performance of each structure. It is to provide an earthquake damage estimation method that can be judged.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the earthquake damage estimation method according to the present invention is:
Yield acceleration a which is the vibration acceleration of the structure when the yield point stress is reachedSyAnd the yield period T, which is the vibration period when the yield point stress is reached.SyA maximum acceleration a which is the maximum value of vibration acceleration.GMAnd a model response waveform of the structure model when a model ground motion waveform having a dominant period T, which is a period when the amplitude is maximum when converted into the frequency domain by Fourier transform, is n1The structural models and n2For the model seismic waveform, the nonlinear time history analysis,
The model data point based on the calculated model response waveform is represented by the dominant period T as the yield period T.SyNormalized period divided by (T / TSy) On one orthogonal coordinate axis and the maximum acceleration aGMYield acceleration aSyNormalized acceleration divided by (aGM/ ASy) On a normalized coordinate plane that is a coordinate plane taken on the other orthogonal coordinate axis.ThreePlot
The maximum amplitude of the response displacement waveform of the structure model when the model ground motion waveform is added is δmaxAnd the displacement when the structural model yields statically when a static load is applied.yWhere δmax/ ΔyWhen the value obtained in is the response plasticity μ,
N plotted on the normalized coordinate planeThreeWhen the model plastic data points have a response plasticity ratio μ of 0 <μ <μ1The response plasticity ratio μ is μ1≦ μ <μ2When the above range is satisfied, the response plasticity ratio μ is μ.i-1≦ μ <μiIf the range is, group into i groups as shown below, and create a graph for each group by plotting the model data points of one group on one normalized coordinate plane. ,
In the graph of each group, by drawing a lower limit contour line of the region indicated by the set of model data points, a structure damage degree function curve which is a function curve representing the damage degree of the structure model in the response plastic modulus range Seeking
The maximum acceleration of the observed actual seismic motion waveform is aGM1And the dominant cycle is T1The yield acceleration of the actual structure that is the target of damage estimation is aSy1And the yield period is TSy1The normalization period is T1/ TSy1And the normalized acceleration as aGM1/ ASy1And plot the actual data points on the normalized coordinate plane when the calculated normalization period and normalized acceleration are the orthogonal coordinates,
Based on the relationship between the structure damage degree function curve obtained for each value of the response plasticity factor and the actual data point, the structure damage degree when the actual seismic motion waveform is added to the actual structure is calculated. It is characterized by estimating.
[0008]
In the above earthquake damage estimation method, preferably,
Each of the structural damage degree function curves in the case of different response plasticity rates,
A structure damage estimation nomogram is created on the normalized coordinate plane by simultaneously displaying the structure damage degree function curves for different response plastic moduli, and the actual data points for the structure damage degree function curves According to the positional relationship, the degree of structural damage when the actual seismic waveform is added to the actual structure is visually estimated.
[0009]
In the above earthquake damage estimation method, it is preferable that the dominant period T is the maximum value of the vibration velocity of the actual seismic waveform.GM1When the following formula
T1= 2π × (vGM1/ AGM1)
It is calculated by.
[0010]
The earthquake damage estimation apparatus according to the present invention is
Yield acceleration a which is the vibration acceleration of the structure when the yield point stress is reachedSyAnd the yield period T, which is the vibration period when the yield point stress is reached.SyA maximum acceleration a which is the maximum value of vibration acceleration.GMAnd a model response waveform of the structure model when a model ground motion waveform having a dominant period T, which is a period when the amplitude is maximum when converted into the frequency domain by Fourier transform, is n1The structural models and n2The model seismic waveform is calculated by nonlinear time historical analysis, and the model data point based on the calculated model response waveform is expressed as the dominant period T and the yield period T.SyNormalized period divided by (T / TSy) On one orthogonal coordinate axis and the maximum acceleration aGMYield acceleration aSyNormalized acceleration divided by (aGM/ ASy) On a normalized coordinate plane that is a coordinate plane taken on the other orthogonal coordinate axis.ThreeThe maximum amplitude of the response displacement waveform of the structure model when the model ground motion waveform is added is δmaxAnd the displacement when the structural model yields statically when a static load is applied.yWhere δmax/ ΔyWhere n is plotted on the normalized coordinate plane, where the value of the response plasticity is μThreeModel data points, the response plasticity ratio μ is μ1≦ μ <μ2When the above range is satisfied, the response plasticity ratio μ is μ.i-1≦ μ <μiIf the range is, group into i groups as shown below, and create a graph for each group by plotting the model data points of one group on one normalized coordinate plane. In the graph of each group, a structural damage degree function that is a function curve representing the damage degree of the structural model in the response plastic modulus range by drawing the lower limit contour of the region indicated by the set of model data points A storage means for obtaining a curve and storing data values of the respective function damage degree function curves;
The maximum acceleration of the observed actual seismic motion waveform is aGM1And the dominant cycle is T1The yield acceleration of the actual structure that is the target of damage estimation is aSy1And the yield period is TSy1The normalization period is T1/ TSy1And the normalized acceleration as aGM1/ ASy1The actual data points in the case where the calculated normalization period and normalization acceleration are used as the respective orthogonal coordinates are plotted on the normalization coordinate plane, and the structure obtained for each value of the response plasticity ratio Based on the relationship between the damage degree function curve and the actual data point, it comprises an operation estimation means for estimating and outputting the value of the degree of damage to the structure when the actual seismic motion waveform is applied to the actual structure. Features.
[0011]
In the above earthquake damage estimation apparatus, preferably, the calculation estimation unit obtains the structure damage degree function curves in the case of different response plasticity rates, and the normalized coordinate plane has different response plasticity rates. By simultaneously displaying the structure damage degree function curve, a structure damage estimation nomogram is created, interpolation is performed according to the positional relationship of the actual data points with respect to the structure damage degree function curve, and the actual earthquake motion waveform Outputs an estimated value of the degree of damage to the structure when it is added to the actual structure.
[0012]
In the above earthquake damage estimation apparatus, preferably,
The yield acceleration a of the actual structureSy1And the yield period TSy1Is stored in advance in the storage means as a database,
The observed actual seismic wave waveform or the data extracted from the observed actual seismic wave waveform is sent to the calculation estimating unit after being transmitted from the earthquake occurrence point to the installation site of the calculation estimating unit. ,
The calculation estimation means outputs in real time an estimated value of the degree of structural damage when the observed actual seismic motion waveform is applied to the actual structure.
[0013]
Further, the program recording medium according to the present invention is:
An input means for inputting data;
Data storage means for storing data;
Main control means for processing data and controlling each means;
Temporary storage means for temporarily storing data input to the input means or data processed by the main control means;
Output means for outputting data processed by the main control means;
A computer-readable program recording medium that records a program to be executed by a computer provided with the computer,
The program implements an earthquake damage estimation method for estimating the degree of damage to a structure when a seismic motion waveform is applied to the structure,
The earthquake damage estimation method is:
Yield acceleration a which is the vibration acceleration of the structure when the yield point stress is reachedSyAnd the yield period T, which is the vibration period when the yield point stress is reached.SyA maximum acceleration a which is the maximum value of vibration acceleration.GMAnd a model response waveform of the structure model when a model ground motion waveform having a dominant period T, which is a period when the amplitude is maximum when converted into the frequency domain by Fourier transform, is n1The structural models and n2For the seismic wave waveforms, the main control means calculates by nonlinear time historical analysis,
The model data point based on the calculated model response waveform is represented by the dominant period T as the yield period T.SyNormalized period divided by (T / TSy) On one orthogonal coordinate axis and the maximum acceleration aGMYield acceleration aSyNormalized acceleration divided by (aGM/ ASy) On a normalized coordinate plane which is a coordinate plane taking the other orthogonal coordinate axis,ThreePlot
The maximum amplitude of the response displacement waveform of the structure model when the model ground motion waveform is added is δmaxAnd the displacement when the structural model yields statically when a static load is applied.yWhere δmax/ ΔyWhen the value obtained in is the response plasticity μ,
N plotted on the normalized coordinate planeThreeModel data points, the response plasticity ratio μ is μ1<Μ <μ2When the above range is satisfied, the response plasticity ratio μ is μ.i-1<Μ <μiThe main control means divides the data into i groups and plots one group of model data points on one normalized coordinate plane as shown in FIG. Create a graph for each group,
In the graph of each group, by drawing a lower limit contour line of the region indicated by the set of model data points, a structure damage degree function curve which is a function curve representing the damage degree of the structure model in the response plastic modulus range And the maximum acceleration of the observed actual seismic waveform is aGM1And the dominant cycle is T1The yield acceleration of the actual structure that is the target of damage estimation is aSy1And the yield period is TSy1The normalization period is T1/ TSy1And the normalized acceleration as aGM1/ ASy1The main control means plots the actual data points on the normalized coordinate plane when the calculated normalization period and normalized acceleration are the orthogonal coordinates.
Based on the relationship between the structure damage degree function curve obtained for each value of the response plasticity factor and the actual data point, the structure damage degree when the actual seismic motion waveform is added to the actual structure is calculated. The main control means estimates.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall hardware configuration of the earthquake damage estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this earthquake damage estimation apparatus 1 includes a main control unit 2, a main storage device 3, a temporary storage unit 4, an input / output control unit 5, an input device 6, a display device 7, An output device 8 is provided. With this configuration, the earthquake damage estimation apparatus 1 forms a computer as a whole. Computers include large general-purpose computers (main frame computers), workstations, personal computers (personal computers), and the like.
[0016]
The main control unit 2 corresponds to main control means, and although not shown, has a CPU (Central Processing Unit) and the like, and controls each part of the earthquake damage estimation device 1. It is a part that performs processing such as various calculations and program execution. Although not shown, the CPU has an internal bus which is a signal line for transmitting and receiving current (signals) inside the CPU. The internal bus includes an arithmetic unit, a register, and a clock generator. A command processing unit and the like.
[0017]
The arithmetic unit in the CPU generally performs four arithmetic operations (addition, subtraction, multiplication, and division) or various logical operations (logical product, logical sum, negation, exclusive) on various data stored in the register. This is a portion for performing processing such as logical sum or data comparison or data shift. In general, the result of the processing is stored in a register.
[0018]
The register is generally a part for storing one word of data. Usually, a plurality of registers are provided in the CPU. The clock generator is a part that generates a clock signal (clock signal) for synchronizing the time of each part of the CPU. The CPU operates based on this clock signal. The instruction processing unit is a part that controls and processes fetching, decoding, and execution of instructions to be executed by the arithmetic unit and the like.
[0019]
The main storage device 3 corresponds to data storage means and has a hard disk device (HDD), a ROM (Read Only Memory), etc. (not shown). This is a part that stores a control program for controlling the main control unit 2, various data used by the main control unit 2, and the like. Although not shown, the hard disk device has a disk-shaped magnetic disk therein, and the magnetic disk is rotated by a disk drive mechanism, and the magnetic head is moved to an arbitrary position of the magnetic disk by a head drive mechanism. The data is recorded by magnetizing the magnetic film on the surface of the magnetic disk with a write current from the magnetic head, and flows to the coil of the magnetic head when the magnetic head moves over the magnetized magnetic film. It is a device that reads recorded data by detecting current. The ROM is generally composed of a semiconductor chip or the like.
[0020]
Although not shown, the main storage device 3 has a program storage area and a read data storage area. A control program is stored in the program storage area.
[0021]
The control program described above includes basic software for the main control unit 2 such as an OS (Operating System), instructions for causing the main control unit 2 to perform analysis operations and image processing for earthquake damage estimation software described later, and the like. Is a set of characters and symbols described in a predetermined programming language, and these characters and symbols are actually a combination of “1” and “0”.
[0022]
In the read data storage area, preset data, for example, a yield acceleration a of a structure model to be described later is stored.SyAnd yield cycle TSyIn addition, model earthquake motion waveform data, pre-calculated structure damage degree function curve data, and the like are stored. These data are a set of letters, numbers or symbols written for use in a given programming language. These letters, numbers or symbols are actually a combination of “1” and “0”. It has become.
[0023]
The temporary storage unit 4 corresponds to temporary storage means, and although not shown, has a RAM (Random Access Memory), etc., and is halfway calculated by the CPU. And the like are temporarily stored. The RAM is generally composed of a semiconductor chip or the like.
[0024]
The input / output control unit 5 is also referred to as an interface (I / O), and includes a signal line or a bus that is a set thereof, various connectors, various ports, a read / write control mechanism of a hard disk device, and the like. It is a part for sending and receiving signals and signals from each device.
[0025]
The input device 6 corresponds to an input means and has a keyboard, a mouse, a pointing device including a trackball or a stick pointer, a touch panel device, a data input terminal, etc., which are not shown, This is a part for inputting a command signal to the control unit 2 and data to be processed by the main control unit 2 from the outside.
[0026]
Although not shown, the display device 7 includes a CRT (Cathode Ray Tube) monitor, a liquid crystal display panel, a plasma display device, and the like. Is displayed on the screen as an image or a character.
[0027]
The output device 8 corresponds to output means, and although not shown, has a printer, an external output terminal, a communication device such as a modem, a LAN (Local Area Network) port, etc. This is a part for printing the calculation result of 2 and the processed data on paper or the like, or outputting or transmitting to the outside as an electrical signal. If an external recording device such as a flexible disk (FD) device or a magneto-optical disk device is connected to the external output terminal, the estimated damage data of a structure, which will be described later, is recorded on a recording medium such as a disk and the like. It can be taken out.
[0028]
Next, the operation of the above-described earthquake damage estimation apparatus 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart illustrating a processing procedure in the main control unit of the earthquake damage estimation apparatus according to the first embodiment.
[0029]
First, in the read data storage area (not shown) of the main storage device 3 of the earthquake damage estimation apparatus 1, various specifications, dimension values, design values, etc. of the actual structure are stored as a database (step S11). ). Of these data, the earthquake damage estimation of a structure is used to estimate the vibration acceleration a when any of the members constituting the structure reaches the yield point stress when vibration is applied to the structure.Sy(Hereinafter referred to as “yield acceleration”), and when vibration is applied to the structure, the vibration period T when any of the members constituting the structure reaches the yield point stress.Sy(Hereinafter referred to as “yield period”).
[0030]
Next, when an earthquake occurs (step S21), the observed actual seismic motion waveform data is sent from the earthquake occurrence location to the location where the earthquake damage estimation apparatus 1 is installed via a wired or wireless communication line, and an input terminal The data is input to the main control unit 2 through the input device 6 (not shown) and the input / output control unit 5.
[0031]
The CPU (not shown) of the main control unit 2 determines the maximum vibration acceleration value a from this actual seismic motion waveform data.GM1(Hereinafter referred to as “maximum acceleration”). Further, the CPU (not shown) of the main control unit 2 performs a Fourier transform on the actual seismic waveform data as shown in FIG. 3, and a period T when the amplitude becomes maximum when converted into the frequency domain.1(Hereinafter referred to as “excellent period”) is calculated (step S22).
[0032]
Next, the CPU (not shown) of the main control unit 2 calculates T from the above values.1/ TSy1(Hereinafter referred to as “normalization period”). In addition, the CPU (not shown) of the main control unit 2 uses aGM1/ ASy1(Hereinafter referred to as “normalized acceleration”). Next, the CPU (not shown) of the main control unit 2 has an orthogonal coordinate plane with the normalized cycle calculated as described above as the horizontal axis (logarithmic scale) and the normalized acceleration as the vertical axis (logarithmic scale). A point indicating the inputted actual earthquake motion is plotted on (hereinafter referred to as “normalized coordinate plane”) (step S23). In this case, the coordinates of the point indicating the actual ground motion input are (T1/ TSy1, AGM1/ ASy1)
[0033]
The main memory 3 (for example, a read data storage area not shown) of the earthquake damage estimation apparatus 1 stores nomogram data as shown in FIG. 4 (hereinafter referred to as “structure damage estimation nomogram”). . This nomogram data is composed of a plurality of function curves C1 to C4 (hereinafter referred to as “structure damage degree function curves”) drawn on a log-normalized coordinate plane. Among these, the curve C1 shows the case where the response plasticity ratio μ is 1, the curve C2 shows the case where the response plasticity ratio μ is 2, the curve C3 shows the case where the response plasticity ratio μ is 3, C4 indicates a case where the response plasticity ratio μ is 4.
[0034]
Here, the response plasticity ratio μ is the maximum amplitude of the response displacement waveform generated in the structure model when a known ground motion waveform is added to the structure model.maxAnd the displacement amount when yielding statically when a static load is applied to this structure model.yWhere δmax/ ΔyThis is the value obtained by. This response plasticity μ is a value expressing the degree of the influence (damage) of the earthquake on the structure as a ratio to the yield state of the structure. In general, if the response plasticity μ increases, the influence (damage) of the earthquake on the structure increases. The relationship between the response plasticity ratio μ and the damage rank (degree) is as shown in Table 1 below.
[0035]
[Table 1]
Figure 0004015821
[0036]
In Table 1 above, “no damage” means that there is almost no damage, but in the case of a concrete structure, for example, damage such as a very thin crack (hair crack) may occur. In addition, the small damage is a situation in which a crack may occur, for example, in the case of a concrete structure. Moreover, the medium damage is a situation in which a large crack may occur in the case of a concrete structure, for example. The major damage is a situation in which, for example, in the case of a concrete structure, a large crack is considerably generated and may be destroyed.
[0037]
Therefore, the actual data points (T1/ TSy1, AGM1/ ASy14 is plotted at an intermediate position between the structural damage degree function curves C3 and C4 in FIG. 4, for example, the CPU (not shown) of the main control unit 2 indicates that the value of the response plasticity ratio μ is 3 It is determined as a value of ˜4 (step S24). At this time, a CPU (not shown) of the main control unit 2 may perform interpolation calculation to determine the value of the response plasticity rate.
[0038]
Next, the CPU (not shown) of the main control unit 2 determines from the above table 1 that the damage level of the structure is “medium damage”. The damage estimation such as “it may occur but will not be destroyed” is performed, and the contents of the damage estimation are output from the output device 8 to the outside. Alternatively, an image is displayed as characters or the like by the display device 7 (step S25).
[0039]
According to the earthquake damage estimation apparatus 1 of the first embodiment described above, there are the following advantages.
[0040]
(1) The data necessary for estimating earthquake damage is the dominant period T obtained by Fourier transform from the observed actual seismic waveform data.1And the maximum acceleration a directly obtained from the actual seismic motion waveformGM1Only two pieces of data are required. In addition, the method for estimating earthquake damage from these two data is also performed on the normalized coordinate plane including the structure damage degree function curve (structure damage estimation nomogram) stored in the main storage device 3 in advance. It is only necessary to plot the points having the two data as coordinate values, which is very simple. Therefore, the earthquake damage estimation can be performed almost simultaneously with the occurrence of the earthquake (in real time). From this, the most important point immediately after the earthquake, the presence, extent, and location of earthquake damage to lifeline facilities (traffic roads such as railways and roads, transportation facilities such as ports and airports), etc. Can be estimated almost instantaneously, and has the advantage that lifesaving, facility restoration plans, etc. can be quickly established and executed immediately.
[0041]
(2) Response plasticity ratio (δ) as an index for earthquake damage estimationmax/ ΔyHowever, since there is a clear correlation between the response plasticity rate and structural damage, the damage estimation is more precise and detailed than conventional methods that rely on subjective indicators or experience values. There is an advantage that you can.
[0042]
(3) Since the process from the occurrence of the earthquake to the earthquake damage estimation output is simple, there is an advantage that the construction cost and operation cost of the apparatus and system are low.
[0043]
Next, a method for creating the above-described structure damage estimation nomogram (structure damage degree function curve) will be described.
[0044]
First, with respect to various structural models, when vibration is applied to the structure, the vibration acceleration a of the structure when any of the members constituting the structure reaches the yield point stress aSy(Hereinafter referred to as “yield acceleration”), and when vibration is applied to the structure, the vibration period T when any of the members constituting the structure reaches the yield point stress.Sy(Hereinafter referred to as “yield period”).
[0045]
Next, the model response waveform of the structure model when the model ground motion waveform is input to the structure model is expressed as n1N structural models and n2Each seismic motion waveform is calculated by nonlinear time history analysis.
[0046]
In this case, the model ground motion waveform is the maximum vibration acceleration value a.GM(Hereinafter referred to as “maximum acceleration”), and when this model seismic waveform data is Fourier transformed and converted into the frequency domain, the period T (hereinafter “excellent period”) when the amplitude is maximum. And so on).
[0047]
The nonlinear time history analysis is an operation for analyzing how a structure shakes (response waveform) when an earthquake motion waveform acts on the structure. In this case, a balance equation (equation of motion) of inertial force, damping force, and restoring force is analyzed from moment to moment. The following equation is used as the equation of motion.
[0048]
[Expression 1]
Figure 0004015821
[0049]
In the above equation, the first term on the left side is the sum of the second derivative of displacement v (t) and the acceleration of ground motion (second derivative of z (t)) multiplied by mass m, which indicates inertial force. ing. The second term on the left side is obtained by multiplying the damping coefficient c by the first-order derivative of the displacement v (t), which indicates the damping force. The third term on the left side is obtained by multiplying the spring coefficient (rigidity) k (t) by the displacement v (t), and this indicates the restoring force.
[0050]
At this time, if the load (earthquake) becomes large, part or all of the structure reaches the yield point, and the stiffness k (t) deviates from Hook's law (linear elasticity law) and becomes non-linear. As a result, the restoring force changes from moment to moment. The technique of solving the equation of motion while tracking the nonlinear relationship between load and deformation is called “nonlinear time history analysis”.
[0051]
The most common method used for nonlinear time history analysis is the “sequential direct integration method”.
[0052]
In the sequential direct integration method, the response time is divided into minute time interval intervals, and the analysis is performed using the initial properties of the minute time interval to obtain the velocity and displacement at the end of the minute time interval. This is given as the initial value of the time interval, and such calculation is repeated sequentially. As an integration method, for example, “Newmark β method” is often used.
[0053]
Next, as described above, model data points based on the model response waveform calculated by the non-linear time-history analysis are used to express the dominant period T as the yield period TSyNormalized period divided by (T / TSy) On one orthogonal coordinate axis (for example, the horizontal axis) and the maximum acceleration aGMYield acceleration aSyNormalized acceleration divided by (aGM/ ASy) On a normalized coordinate plane which is a coordinate plane with the other orthogonal coordinate axis (for example, the vertical axis) takenThreePlot.
[0054]
Next, the maximum amplitude of the response displacement waveform of the structure model when the model ground motion waveform is added ismaxAnd the displacement when the structural model yields statically when a static load is applied.yWhere δmax/ ΔyWhere n is plotted on the normalized coordinate plane, where the value of response plasticity is μThreeThe model plastic data points have a response plasticity ratio μ of 0 <μ <μ.1The response plasticity ratio μ is μ1≦ μ <μ2, The response plasticity ratio μ is μi-1≦ μ <μiIf it falls within the range, grouping into i groups is performed. i may be any value as long as it is a positive integer.
[0055]
For example, when the response plasticity ratio μ is in the range of 1 ≦ μ <2, when the response plasticity ratio μ is in the range of 2 ≦ μ <3, when the response plasticity ratio μ is in the range of 3 ≦ μ <4, When the response plasticity ratio μ is in a range of 4 ≦ μ, grouping into four groups is performed.
[0056]
Then, a graph for each group is created by plotting one group of model data points on one normalized coordinate plane.
[0057]
  5 to 8 use the data of the 1993 Kushiro-oki earthquake as model seismic motion waveforms, and FIG. 5 shows the response plasticity ratio μ.μ <16 shows a case where the response plasticity ratio μ is1 ≦ μ <27 shows a case where the response plasticity ratio μ is2 ≦ μ <4FIG. 8 shows a case where the response plasticity ratio μ is in a range of 4 ≦ μ.
[0058]
  Similarly, FIG. 9 to FIG. 12 use data of the Sanriku Haruka-oki earthquake that occurred in 1994 as model seismic motion waveforms, and FIG.μ <110 shows a case where the response plasticity ratio μ is1 ≦ μ <2FIG. 11 shows the response plasticity ratio μ.2 ≦ μ <412 shows a case where the response plasticity ratio μ is in a range of 4 ≦ μ.
[0059]
  Similarly, FIGS. 13 to 16 use the data of the 1995 Hyogoken-Nanbu earthquake as model seismic motion waveforms, and FIG. 13 shows the response plasticity ratio μ.μ <1FIG. 14 shows the response plasticity ratio μ.1 ≦ μ <215 shows the case where the response plasticity ratio μ is2 ≦ μ <416 shows a case where the response plasticity ratio μ is in the range of 4 ≦ μ.
[0060]
  Similarly, FIGS. 17 to 20 use data of the 2000 Tottori-ken Seibu earthquake that occurred as model seismic motion waveforms, and FIG. 17 shows the response plasticity ratio μ.μ <118 shows a case where the response plasticity ratio μ is1 ≦ μ <219 shows a case where the response plasticity ratio μ is2 ≦ μ <4FIG. 20 shows a case where the response plasticity ratio μ is in a range of 4 ≦ μ.
[0061]
In the graphs of these groups, the lower limit contour line of the region indicated by the set of model data points is considered to be a line representing the set of model data points. For this reason, if this lower limit outline is drawn, it is thought that it can be set as the function curve showing the damage degree of the structure model in the response plasticity rate range. Hereinafter, this function curve is referred to as a “structure damage degree function curve”.
[0062]
The structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4 obtains the structure damage degree function curves for different response plasticity rates as described above, and displays the structure damage for different response plasticity rates on the normalized coordinate plane. It was created by displaying the degree function curve simultaneously.
[0063]
Note that the present invention can also be realized by configurations other than the first embodiment described above. For example, by using the structure damage estimation nomogram created as described above and displaying the above actual data points as points on this nomogram, the relationship with the surrounding structure damage degree function curve can be obtained. It is expressed simply and visually, and the degree of structural damage can be easily estimated. In this case, the actual data points to be displayed may be displayed so as to be conspicuous in terms of color, or displayed in a blinking manner.
[0064]
Other configurations are possible. For example, the dominant period T of the actual ground motion used in the earthquake damage estimation method of the earthquake damage estimation apparatus 1 described above1Is not obtained by applying a Fourier transform to the seismic motion waveform data.
T1= 2π × (vGM1/ AGM1)
It has been confirmed that even if obtained by the above, a value that is not inferior in accuracy can be obtained. Where vGM1Indicates the maximum value of the observed vibration velocity of the actual ground motion waveform.
[0065]
Furthermore, for the dominant period T of the model ground motion waveform,
T = 2π × (vGM/ AGM)
It has been confirmed that even if obtained by the above, a value that is not inferior in accuracy can be obtained. Where vGMIndicates the maximum vibration velocity of the model ground motion waveform.
[0066]
In this way, in particular, the dominant period T of the actual ground motion1Is obtained by the above simple formula, there is an advantage that the calculation time after the occurrence of the earthquake can be greatly shortened and the earthquake damage estimation of the structure can be performed more quickly.
[0067]
In the above embodiment, the main storage device 3 and the temporary storage unit 4 constitute storage means in the claims. The main control unit 2 corresponds to the calculation estimation means in the claims.
[0068]
The present invention is not limited to the embodiment described above. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0069]
For example, the above-described earthquake damage estimation apparatus 1 may include another external recording device (not shown). The external recording device is a device that can read the contents of the program recording medium. The external recording device includes a magnetic disk device including a CD-ROM device, a flexible disk (FD) device and the like, an optical disk device, a magneto-optical disk device, and the like. In this case, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, etc. correspond to the program recording medium. Also, the external recording device includes various storage card devices such as a PC card device. In this case, various storage cards correspond to the program recording medium.
[0070]
The program recording medium stores the earthquake damage estimation application software described above. When this program recording medium is used, the software can be executed after the software content is installed in the main storage device 3 of the earthquake damage estimation apparatus 1, particularly in a storage area such as a hard disk device. In addition, the software in the program recording medium is not installed in the storage area of the main storage device 3 (hard disk device or the like) of the earthquake damage estimation apparatus 1, and control is performed when the main control unit 2 executes the program. Instructions, data, and the like may be read by accessing the program recording medium each time.
[0071]
In contrast to the above-described embodiment, the normalized acceleration aGM1/ ASy1Is the horizontal axis and the normalization period T1/ TSy1May be the vertical axis. Moreover, the scale of the horizontal axis and the vertical axis is not a double logarithmic scale, but a semilogarithmic scale in which one of the axes is a logarithm and the other axis is a normal scale, or both axes may be a normal scale. .
[0072]
In addition, the number n in the above-described embodiment1~ NThreeMay be any positive integer, may be different from each other, or may be partly or entirely equal.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, focusing on the response plasticity rate of the structure due to the earthquake motion, the normalized period T when the past earthquake motion waveform is added to the structure model.1/ TSy1And normalized acceleration aGM1/ ASy1After plotting the points with any orthogonal coordinates on the normalized coordinate plane, group them for each range of values of the response plasticity rate, draw the lower limit contour of the set area of the points of each group, and the structure damage degree function This structure damage degree function curve is used to estimate damage when the observed actual seismic motion waveform is added to the actual structure. The dominant period T of the actual seismic motion waveform1Yield acceleration a of the actual structureSy1Divide by and normalize period T1/ TSy1And the maximum acceleration a of the actual seismic motion waveformGM1Yield acceleration a of the actual structureSy1Normalized acceleration a divided byGM1/ ASy1And plot the actual data points on the normalized coordinate plane when the normalization period and normalized acceleration are each orthogonal coordinate, and the actual structure damage degree function curve obtained for each response plasticity value and the actual Based on the relationship with data points, the extent of damage to structures when an actual seismic motion waveform is added to an actual structure is estimated. For this reason, it has the following advantages.
[0074]
The data required to estimate the earthquake damage is the dominant period T obtained from the observed actual seismic waveform data by Fourier transform.1And the maximum acceleration a directly obtained from the actual seismic motion waveformGM1Only two pieces of data are required. In addition, the method for estimating earthquake damage from these two pieces of data also uses a normalized coordinate plane including a structure damage degree function curve (structure damage estimation nomogram) stored in advance in storage means such as the main storage device 3. Above, it is only necessary to plot the points having the above two data as coordinate values, which is very simple. Therefore, the earthquake damage estimation can be performed almost simultaneously with the occurrence of the earthquake (in real time). From this, the most important point immediately after the earthquake, the presence, extent, and location of earthquake damage to lifeline facilities (traffic roads such as railways and roads, transportation facilities such as ports and airports), etc. Can be estimated almost instantaneously, and has the advantage that lifesaving, facility restoration plans, etc. can be quickly established and executed immediately. In addition, the above-described dominant period T can be calculated by using the maximum value v of the vibration velocity of the actual seismic waveform without using the Fourier transform.GM1Using the following formula
T1= 2π × (vGM1/ AGM1)
Even if it calculates | requires by this, the value which is inferior in accuracy can be obtained. Therefore, in this case, there is an advantage that the calculation can be further simplified and performed quickly.
[0075]
Response plasticity ratio (δ) as an index of earthquake damage estimationmax/ ΔyHowever, since there is a clear correlation between the response plasticity rate and structural damage, the damage estimation is more precise and detailed than conventional methods that rely on subjective indicators or experience values. There is an advantage that you can.
[0076]
Since the process from the occurrence of an earthquake to the earthquake damage estimation output is simple, it has an advantage that the construction cost and operation cost of the apparatus and system are low.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall hardware configuration of an earthquake damage estimation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure in a main control unit of the earthquake damage estimation apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a method for calculating a dominant period in the processing procedure shown in FIG.
4 is a diagram showing a structure damage estimation nomogram stored in a main storage device of the earthquake damage estimation apparatus shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a group of model data points grouped to create a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; Response plasticity factor is 1Less thanFIG.
6 is a diagram showing a group of model data points grouped to create a structural damage degree function curve of the structural damage estimation nomogram shown in FIG. The response plasticity is1 More than 2FIG.
7 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structural damage degree function curve of the structural damage estimation nomogram shown in FIG. The response plasticity is2 to less than 4FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. The response plasticity factor is 4more thanFIG.
FIG. 9 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity factor is 1.Less thanFIG.
FIG. 10 is a diagram showing a group of model data points grouped to create a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity ratio is1 to less than 2FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structural damage degree function curve of the structural damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity ratio is2 to less than 4FIG.
12 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity ratio is 4more thanFIG.
FIG. 13 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity factor is 1.Less thanFIG.
FIG. 14 is a diagram showing a group of model data points grouped to create a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity ratio is1 to less than 2FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structural damage degree function curve of the structural damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity ratio is2 to less than 4FIG.
FIG. 16 is a diagram showing a group of model data points grouped to create a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity ratio is 4more thanFIG.
FIG. 17 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity factor is 1.Less thanFIG.
FIG. 18 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity ratio is1 to less than 2FIG.
FIG. 19 is a diagram showing a group of model data points grouped to create a structure damage degree function curve of the structure damage estimation nomogram shown in FIG. 4; And the response plasticity ratio is2 to less than 4FIG.
20 is a diagram showing a set of grouped model data points for creating a structural damage degree function curve of the structural damage estimation nomogram shown in FIG. And the response plasticity ratio is 4more thanFIG.

Claims (7)

降伏点応力に達するときの構造物の振動加速度である降伏加速度aSyと、前記降伏点応力に達するときの振動周期である降伏周期TSyを有する構造物モデルに、振動加速度の最大値である最大加速度aGMと、フーリエ変換により周波数領域に変換した場合に振幅が最大となるときの周期である卓越周期Tを有するモデル地震動波形を入力した場合の前記構造物モデルのモデル応答波形を、n1個の前記構造物モデルとn2個の前記モデル地震動波形について、非線形時刻歴動的解析により算出し、
前記算出されたモデル応答波形に基づくモデルデータ点を、前記卓越周期Tを前記降伏周期TSyで除算した正規化周期(T/TSy)を一方の直交座標軸にとるとともに、前記最大加速度aGMを前記降伏加速度aSyで除算した正規化加速度(aGM/aSy)を他方の直交座標軸にとった座標平面である正規化座標平面の上にn3個プロットし、
前記モデル地震動波形が加わった場合の前記構造物モデルの応答変位波形の最大振幅をδmaxとし、静的荷重が加えられた場合の前記構造物モデルが静的に降伏するときの変位量をδyとしたとき、δmax/δyで求められる値を応答塑性率μとしたとき、
前記正規化座標平面の上にプロットされたn3個のモデルデータ点を、前記応答塑性率μが0<μ<μ1の範囲となる場合、前記応答塑性率μがμ1≦μ<μ2の範囲となる場合、…、前記応答塑性率μがμi-1≦μ<μiの範囲となる場合、のようにi個のグループにグループ分けを行い、1つのグループのモデルデータ点を1つの前記正規化座標平面の上にプロットするようにして各グループごとのグラフを作成し、
前記各グループのグラフにおいて、前記モデルデータ点の集合が示す領域の下限輪郭線を描くことにより、その応答塑性率範囲における前記構造物モデルの被害程度を表す関数曲線である構造物被害程度関数曲線を求め、
観測された実際の地震動波形の前記最大加速度がaGM1で、かつ前記卓越周期がT1で、被害推定を行う対象となる実際の構造物の前記降伏加速度がaSy1で、かつ前記降伏周期がTSy1の場合に、正規化周期をT1/TSy1により算出するとともに、正規化加速度をaGM1/aSy1により算出し、算出された正規化周期と正規化加速度を各直交座標とした場合の実際データ点を前記正規化座標平面上にプロットし、
前記応答塑性率の値ごとに得られた前記構造物被害程度関数曲線と前記実際データ点との関係に基づき、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度を推定すること
を特徴とする地震被害推定方法。
The structure model having the yield acceleration a Sy which is the vibration acceleration of the structure when reaching the yield point stress and the yield period T Sy which is the vibration period when reaching the yield point stress is the maximum value of the vibration acceleration. A model response waveform of the structure model when a model ground motion waveform having a dominant period T, which is a period when the amplitude becomes maximum when converted to the frequency domain by Fourier transform, is input to the maximum acceleration a GM. for one of the structure model and the n 2 of the model seismic motion waveform, it is calculated by nonlinear time history dynamic analysis,
The model data point based on the calculated model response waveform has a normalized cycle (T / T Sy ) obtained by dividing the dominant cycle T by the yield cycle T Sy on one orthogonal coordinate axis, and the maximum acceleration a GM was n 3 pieces plotted on the yield acceleration a Sy in dividing the normalized acceleration (a GM / a Sy) normalized coordinate plane is a coordinate plane taken on the other of the orthogonal coordinate axes,
The maximum amplitude of the response displacement waveform of the structure model when the model ground motion waveform is added is δ max, and the displacement amount when the structure model is statically yielded when a static load is applied is δ When y is the value obtained by δ max / δ y and the response plasticity ratio μ,
The n 3 pieces of model data points plotted on the normalized coordinate plane, if the response ductility factor mu is 0 <μ <μ 1 of the range, the response ductility factor mu is μ 1 ≦ μ <μ When the range is 2 , when the response plasticity ratio μ is in the range of μ i-1 ≦ μ <μ i , grouping into i groups as shown in FIG. Are plotted on one of the normalized coordinate planes to create a graph for each group,
In the graph of each group, by drawing a lower limit contour line of the region indicated by the set of model data points, a structure damage degree function curve which is a function curve representing the damage degree of the structure model in the response plastic modulus range Seeking
The maximum acceleration of the observed actual ground motion waveform is a GM1 and the dominant period is T 1 , the yield acceleration of the actual structure to be damaged is a Sy1 and the yield period is In the case of T Sy1 , the normalization period is calculated by T 1 / T Sy1 , the normalization acceleration is calculated by a GM1 / a Sy1 , and the calculated normalization period and normalization acceleration are used as orthogonal coordinates Plot the actual data points on the normalized coordinate plane,
Based on the relationship between the structure damage degree function curve obtained for each value of the response plasticity factor and the actual data point, the structure damage degree when the actual seismic motion waveform is added to the actual structure is calculated. An earthquake damage estimation method characterized by estimating.
請求項1記載の地震被害推定方法において、
異なる応答塑性率の場合の前記構造物被害程度関数曲線をそれぞれ求め、
前記正規化座標平面上に、異なる応答塑性率の場合の前記構造物被害程度関数曲線を同時に表示することにより、構造物被害推定ノモグラムを作成し、前記構造物被害程度関数曲線に対する前記実際データ点の位置関係に応じて、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度を視覚的に推定すること
を特徴とする地震被害推定方法。
In the earthquake damage estimation method according to claim 1,
Each of the structural damage degree function curves in the case of different response plasticity rates,
A structure damage estimation nomogram is created on the normalized coordinate plane by simultaneously displaying the structure damage degree function curves for different response plastic moduli, and the actual data points for the structure damage degree function curves An earthquake damage estimation method characterized by visually estimating the degree of structural damage when the actual seismic motion waveform is applied to the actual structure according to the positional relationship.
請求項1記載の地震被害推定方法において、
前記卓越周期Tは、実際の地震動波形の振動速度の最大値をvGM1としたとき、下式
1=2π×(vGM1/aGM1
により求められること
を特徴とする地震被害推定方法。
In the earthquake damage estimation method according to claim 1,
The prevailing period T is expressed by the following formula T 1 = 2π × (v GM1 / a GM1 ), where v GM1 is the maximum vibration velocity of the actual seismic motion waveform.
Earthquake damage estimation method characterized by being obtained by
降伏点応力に達するときの構造物の振動加速度である降伏加速度aSyと、前記降伏点応力に達するときの振動周期である降伏周期TSyを有する構造物モデルに、振動加速度の最大値である最大加速度aGMと、フーリエ変換により周波数領域に変換した場合に振幅が最大となるときの周期である卓越周期Tを有するモデル地震動波形を入力した場合の前記構造物モデルのモデル応答波形を、n1個の前記構造物モデルとn2個の前記モデル地震動波形について、非線形時刻歴動的解析により算出し、前記算出されたモデル応答波形に基づくモデルデータ点を、前記卓越周期Tを前記降伏周期TSyで除算した正規化周期(T/TSy)を一方の直交座標軸にとるとともに、前記最大加速度aGMを前記降伏加速度aSyで除算した正規化加速度(aGM/aSy)を他方の直交座標軸にとった座標平面である正規化座標平面の上にn3個プロットし、前記モデル地震動波形が加わった場合の前記構造物モデルの応答変位波形の最大振幅をδmaxとし、静的荷重が加えられた場合の前記構造物モデルが静的に降伏するときの変位量をδyとしたとき、δmax/δyで求められる値を応答塑性率μとしたとき、前記正規化座標平面の上にプロットされたn3個のモデルデータ点を、前記応答塑性率μがμ1≦μ<μ2の範囲となる場合、…、前記応答塑性率μがμi-1≦μ<μiの範囲となる場合、のようにi個のグループにグループ分けを行い、1つのグループのモデルデータ点を1つの前記正規化座標平面の上にプロットするようにして各グループごとのグラフを作成し、前記各グループのグラフにおいて、前記モデルデータ点の集合が示す領域の下限輪郭線を描くことにより、その応答塑性率範囲における前記構造物モデルの被害程度を表す関数曲線である構造物被害程度関数曲線を求め、前記各構造物被害程度関数曲線のデータ値を記憶する記憶手段と、
観測された実際の地震動波形の前記最大加速度がaGM1で、かつ前記卓越周期がT1で、被害推定を行う対象となる実際の構造物の前記降伏加速度がaSy1で、かつ前記降伏周期がTSy1の場合に、正規化周期をT1/TSy1により算出するとともに、正規化加速度をaGM1/aSy1により算出し、算出された正規化周期と正規化加速度を各直交座標とした場合の実際データ点を前記正規化座標平面上にプロットし、前記応答塑性率の値ごとに得られた前記構造物被害程度関数曲線と前記実際データ点との関係に基づき、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度の値を推定して出力する演算推定手段を備えること
を特徴とする地震被害推定装置。
The structure model having the yield acceleration a Sy which is the vibration acceleration of the structure when reaching the yield point stress and the yield period T Sy which is the vibration period when reaching the yield point stress is the maximum value of the vibration acceleration. A model response waveform of the structure model when a model ground motion waveform having a dominant period T, which is a period when the amplitude becomes maximum when converted to the frequency domain by Fourier transform, is input to the maximum acceleration a GM. About one said structure model and n 2 said model ground motion waveforms, it calculates by nonlinear time history analysis, model data point based on said calculated model response waveform, said superior period T is said yield period with take normalization period divided by T Sy of (T / T Sy) on one of orthogonal coordinate axes, the maximum acceleration a GM the yield acceleration a Sy in dividing the normalized acceleration (a GM / The sy) and n 3 pieces plotted on the other an orthogonal coordinate plane taken on coordinate axes normalized coordinate plane, the maximum amplitude of displacement response waveform of the structure model when the model seismic motion waveform is applied [delta] max and then, the static when the displacement amount when the structure model when a load is applied to yield statically set to [delta] y, when the [delta] max / [delta] response ductility factor the value obtained by y mu, When n 3 model data points plotted on the normalized coordinate plane have the response plasticity ratio μ in the range of μ 1 ≦ μ <μ 2 , the response plasticity ratio μ is μ i− When the range is 1 ≦ μ <μ i , each group is divided into i groups as shown below, and the model data points of one group are plotted on one normalized coordinate plane. For each group, and in each group graph, By drawing the lower limit contour of the area indicated by the set of Dell data points, a structure damage degree function curve that is a function curve representing the degree of damage of the structure model in the response plasticity rate range is obtained, and each structure damage Storage means for storing data values of degree function curves;
The maximum acceleration of the observed actual ground motion waveform is a GM1 and the dominant period is T 1 , the yield acceleration of the actual structure to be damaged is a Sy1 and the yield period is In the case of T Sy1 , the normalization period is calculated by T 1 / T Sy1 , the normalization acceleration is calculated by a GM1 / a Sy1 , and the calculated normalization period and normalization acceleration are used as orthogonal coordinates Are plotted on the normalized coordinate plane, and based on the relationship between the structural damage degree function curve obtained for each response plasticity value and the actual data points, the actual seismic motion waveform is An earthquake damage estimation apparatus comprising: an operation estimation unit that estimates and outputs a value of a degree of damage to a structure when it is added to the actual structure.
請求項4記載の地震被害推定装置において、
前記演算推定手段は、異なる応答塑性率の場合の前記構造物被害程度関数曲線をそれぞれ求め、前記正規化座標平面上に、異なる応答塑性率の場合の前記構造物被害程度関数曲線を同時に表示することにより、構造物被害推定ノモグラムを作成し、前記構造物被害程度関数曲線に対する前記実際データ点の位置関係に応じて補間を行い、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度の推定値を出力すること
を特徴とする地震被害推定装置。
In the earthquake damage estimation apparatus according to claim 4,
The calculation estimating means obtains the structure damage degree function curves for different response plasticity rates, and simultaneously displays the structure damage degree function curves for different response plasticity rates on the normalized coordinate plane. Thus, a structure damage estimation nomogram is created, interpolation is performed according to the positional relationship of the actual data points with respect to the structure damage degree function curve, and the actual earthquake motion waveform is added to the actual structure An earthquake damage estimation device that outputs an estimated value of the degree of structural damage.
請求項4記載の地震被害推定装置において、
前記実際の構造物の前記降伏加速度aSy1及び前記降伏周期TSy1は、あらかじめデータベースとして前記記憶手段に格納されており、
前記観測された実際の地震動波形又は前記観測された実際の地震動波形から抽出されたデータは、地震発生箇所から前記演算推定手段の設置箇所まで通信回線によって送られた後に前記演算推定手段に入力され、
前記演算推定手段は、前記観測された実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度の推定値をリアルタイムで出力すること
を特徴とする地震被害推定装置。
In the earthquake damage estimation apparatus according to claim 4,
The yield acceleration a Sy1 and the yield period T Sy1 of the actual structure are stored in advance in the storage means as a database,
The observed actual seismic wave waveform or the data extracted from the observed actual seismic wave waveform is sent to the calculation estimating unit after being transmitted from the earthquake occurrence point to the installation site of the calculation estimating unit. ,
The operation estimation means outputs in real time an estimated value of the extent of structural damage when the observed actual seismic motion waveform is applied to the actual structure.
データを入力するための入力手段と、
データを格納するデータ格納手段と、
データを処理するとともに各手段を制御する主制御手段と、
前記入力手段に入力されたデータ又は前記主制御手段が処理したデータを一時的に記憶する一時記憶手段と
前記主制御手段が処理したデータを出力する出力手段を
備えたコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能なプログラム記録媒体であって、
前記プログラムは、地震動波形が構造物に加わった場合の構造物被害程度を推定する地震被害推定方法を実施するものであり、
前記地震被害推定方法は、
降伏点応力に達するときの構造物の振動加速度である降伏加速度aSyと、前記降伏点応力に達するときの振動周期である降伏周期TSyを有する構造物モデルに、振動加速度の最大値である最大加速度aGMと、フーリエ変換により周波数領域に変換した場合に振幅が最大となるときの周期である卓越周期Tを有するモデル地震動波形を入力した場合の前記構造物モデルのモデル応答波形を、n1個の前記構造物モデルとn2個の前記地震動波形について、前記主制御手段が、非線形時刻歴動的解析により算出し、
前記算出されたモデル応答波形に基づくモデルデータ点を、前記卓越周期Tを前記降伏周期TSyで除算した正規化周期(T/TSy)を一方の直交座標軸にとるとともに、前記最大加速度aGMを前記降伏加速度aSyで除算した正規化加速度(aGM/aSy)を他方の直交座標軸にとった座標平面である正規化座標平面の上に、前記主制御手段が、n3個プロットし、
前記モデル地震動波形が加わった場合の前記構造物モデルの応答変位波形の最大振幅をδmaxとし、静的荷重が加えられた場合の前記構造物モデルが静的に降伏するときの変位量をδyとしたとき、δmax/δyで求められる値を応答塑性率μとしたとき、
前記正規化座標平面の上にプロットされたn3個のモデルデータ点を、前記応答塑性率μがμ1<μ<μ2の範囲となる場合、…、前記応答塑性率μがμi-1<μ<μiの範囲となる場合、のように、前記主制御手段が、i個のグループにグループ分けを行い、1つのグループのモデルデータ点を1つの前記正規化座標平面の上にプロットするようにして各グループごとのグラフを作成し、
前記各グループのグラフにおいて、前記モデルデータ点の集合が示す領域の下限輪郭線を描くことにより、その応答塑性率範囲における前記構造物モデルの被害程度を表す関数曲線である構造物被害程度関数曲線を前記主制御手段が求め、
観測された実際の地震動波形の前記最大加速度がaGM1で、かつ前記卓越周期がT1で、被害推定を行う対象となる実際の構造物の前記降伏加速度がaSy1で、かつ前記降伏周期がTSy1の場合に、正規化周期をT1/TSy1により算出するとともに、正規化加速度をaGM1/aSy1により算出し、算出された正規化周期と正規化加速度を各直交座標とした場合の実際データ点を前記正規化座標平面上に前記主制御手段がプロットし、
前記応答塑性率の値ごとに得られた前記構造物被害程度関数曲線と前記実際データ点との関係に基づき、前記実際の地震動波形が前記実際の構造物に加わった場合の構造物被害程度を前記主制御手段が推定すること
を特徴とするプログラム記録媒体。
An input means for inputting data;
Data storage means for storing data;
Main control means for processing data and controlling each means;
A program to be executed by a computer having temporary storage means for temporarily storing data input to the input means or data processed by the main control means and output means for outputting data processed by the main control means A computer-readable program recording medium on which is recorded,
The program implements an earthquake damage estimation method for estimating the degree of damage to a structure when a seismic motion waveform is applied to the structure,
The earthquake damage estimation method is:
The structure model having the yield acceleration a Sy which is the vibration acceleration of the structure when reaching the yield point stress and the yield period T Sy which is the vibration period when reaching the yield point stress is the maximum value of the vibration acceleration. A model response waveform of the structure model when a model ground motion waveform having a dominant period T, which is a period when the amplitude becomes maximum when converted to the frequency domain by Fourier transform, is input to the maximum acceleration a GM. With respect to one structure model and n 2 seismic motion waveforms, the main control means calculates by nonlinear time history analysis,
The model data point based on the calculated model response waveform has a normalized cycle (T / T Sy ) obtained by dividing the dominant cycle T by the yield cycle T Sy on one orthogonal coordinate axis, and the maximum acceleration a GM The main control means plots n 3 pieces on the normalized coordinate plane which is a coordinate plane obtained by dividing the normalized acceleration (a GM / a Sy ) obtained by dividing the value by the yield acceleration a Sy on the other orthogonal coordinate axis. ,
The maximum amplitude of the response displacement waveform of the structure model when the model ground motion waveform is added is δ max, and the displacement amount when the structure model is statically yielded when a static load is applied is δ When y is the value obtained by δ max / δ y and the response plasticity ratio μ,
When n 3 model data points plotted on the normalized coordinate plane have the response plasticity ratio μ in the range of μ 1 <μ <μ 2 , the response plasticity ratio μ is μ i− When the range of 1 <μ <μ i is satisfied, the main control unit performs grouping into i groups, and model data points of one group are placed on one normalized coordinate plane. Create a graph for each group like plotting,
In the graph of each group, by drawing a lower limit contour line of the region indicated by the set of model data points, a structure damage degree function curve which is a function curve representing the damage degree of the structure model in the response plastic modulus range The main control means
The maximum acceleration of the observed actual ground motion waveform is a GM1 and the dominant period is T 1 , the yield acceleration of the actual structure to be damaged is a Sy1 and the yield period is In the case of T Sy1 , the normalization period is calculated by T 1 / T Sy1 , the normalization acceleration is calculated by a GM1 / a Sy1 , and the calculated normalization period and normalization acceleration are used as orthogonal coordinates The main control means plots the actual data points on the normalized coordinate plane,
Based on the relationship between the structure damage degree function curve obtained for each value of the response plasticity factor and the actual data point, the structure damage degree when the actual seismic motion waveform is added to the actual structure is calculated. The program recording medium estimated by the main control means.
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