JP4158368B2

JP4158368B2 - 振動試験装置

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Publication number: JP4158368B2
Application number: JP2001280906A
Authority: JP
Inventors: 敏彦堀内; 雅樹栗原; 朋之浜田; 隆雄今野
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP2003083841A; US20030109992A1; US6598480B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物に変形ならび荷重を載荷して、例えば、地震応答に影響を及ぼす特性の把握や、あるいは、強度・信頼性の実証に使用する加振装置ならびに加振試験方法に関し、特に長大な構造物に好適な振動試験装置ならびに振動応答評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物は使用状態において加わると考えられる荷重に対して十分な強度を持つように設計することが必要である。例えば、建築構造物や土木構造物は、地震に対して十分な強度を持つように設計することが重要である。そこで、構造物自体の地震に対する振動応答を調べるためや、あるいは、地震応答に影響を及ぼすそれに使用される部材の特性を調べるために、加振試験が行われる。加振試験の方法は種々あるが、その一つが、構造物、あるいは、その部材に地震時発生すると想定される変形、あるいは、荷重を加振機により載荷して、その際に発生する応答や、損傷状態などを調べる方法である。
【０００３】
特に大型の構造物に適した加振装置として、数値シミュレーションと加振試験を組み合わせることで、供試体が実際に使用されるのと同等の加振状態を再現する、いわゆる、ハイブリッド実験手法が提案されており、例えば、特開昭６０−１３２４０号公報にその一手法が開示されている。また、ハイブリッド実験手法を実時間で実施する装置・方法が特開平５−１０８４６号公報に開示されている。
【０００４】
また、遠隔地にある複数の加振装置を連携して活用する技術として、特開平９−７９９３９号公報、特開平１０−２０６３０４号公報には、ホストにあたる計算機からの指示信号をネットワークを介して遠隔地にある加振装置に送り、加振装置を駆動する構成が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
長大な構造物では、供試体として加振試験を実施すべき部分も大型であり、また、複数あることが多い。そこで、複数の加振機を使用して試験を実施することが考えられるが、この場合、試験途中に一つの加振装置において何らかの問題が発生し、加振の継続が不可能となる場合が有る。その場合、他の加振試験は順調に実施されているにもかかわらず、試験全体が失敗に終わるという問題が有る。
【０００６】
また、このような大型構造物の加振試験に適した実験装置を一つの実験施設が保有することは経済的観点から困難である。したがって、複数の、必ずしも近接していない実験施設にある実験装置を連携して一つの実験ができることが望ましい。また、数値シミュレーションの負荷が大きい場合には、スーパーコンピュータなどの高性能計算機を使用するのが望ましいが、これらは通常、加振実験設備とは異なる場所に置かれる場合が多い。したがって、複数の加振装置を使用しない場合でも、遠隔地の計算機と試験装置を使用したハイブリッド実験が必要となる。しかし、前記従来技術で開示されている技術は、数値シミュレーションを実施する計算機が加振試験を行う加振装置の制御も担う構成となっており、一つの実験施設で試験を実施するのに適しており、上記課題は配慮されていない。
【０００７】
さらに、特開平９−７９９３９号公報及び特開平１０−２０６３０４号公報に開示された構成では、加振装置による加振で発生した供試体の変形・荷重などの応答によって計算機の指示信号を能動的に変動させることは考慮されていない。
【０００８】
これらの技術を組み合わせること、すなわち、数値シミュレーションを行う計算機と加振試験用加振機の制御装置をネットワークを介して結合することで、遠隔地の計算機、および、加振機を用いたハイブリッド実験が可能となる。しかし、一般にネットワークでは情報の転送速度が一定ではないため加振機の駆動がなめらかに行えないこと、計算機側で加振機制御の種々の情報の設定が必要で汎用性がないこと、などから実現が困難である。
【０００９】
本発明の目的は、長大な構造物の、例えば地震に対する強度・信頼性を評価する実験装置、ならびに、実験方法において、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、一部の加振試験に不具合があっても試験の成立性を確保するとともに、計算機と一つ、または、複数の加振装置を使用するのに合理的な試験装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本願発明の振動試験装置は、供試体に変形を加える可動部を有する加振機、前記加振機の駆動状態を計測する制御用センサ、入力される指令信号と前記制御用センサの出力を用いて加振機の駆動状態を制御する加振機制御装置及び供試体の応答状態を計測するモニタ用センサを含む一つまたは複数の加振システムと、この加振システムに指令信号を出力する計算機システムとを備えた振動試験装置において、前記計算機システムは、入力した前記モニタ用センサの出力を処理する計測処理機能と、前記加振システムで加振される供試体の特性を有限個のパラメータを用いてモデル化し加振機駆動状態に対する応答量を算出し数値シミュレーション機能に入力するモデル代替機能と、前記モデル代替機能の算出結果と前記計測処理機能の処理結果を比較し、実際の供試体の特性とモデル代替機能における供試体の特性が略一致するように前記パラメータを変更するパラメータ変更機能と、各加振システムの作動状態を判断し数値シミュレーション機能で使用する前記計測処理機能の処理結果を前記モデル代替機能の処理結果に切り替える異常診断処理機能と、予め入力された構造物数値モデルと前記計測処理機能の処理結果と構造物に加わる外力として与えられている時間関数とに基づいて予め設定された時間刻みごとの振動応答を計算する数値シミュレーション機能と、この数値シミュレーション機能の結果に基づき供試体に加える変形の時間関数を算出し前記加振機制御装置に出力する波形生成機能と、を含み、数値シミュレーション、波形生成、加振機駆動及び計測処理の一連の処理を繰り返し実施することにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図を引用しながら説明する。
【００１２】
まず、従来技術であるハイブリッド実験手法について、図２に示す橋梁の耐震性評価を例にとって説明する。
【００１３】
高速道路などに利用される橋梁は、地盤１０１上にフーチング１０２、橋脚１０３からなる支持構造物を複数個設置し、支持部材１０４を介して上部構造物１０５を支持する構造となっている。この橋脚が地震加速度によりAA断面図の左右方向に加振される場合の振動応答をハイブリッド実験で評価する。橋梁全体が同じ動きをするものと仮定し、１スパン分２０１を抜き出して考える。この抜き出した構造物２０１を数値モデル化する部分２０２と実モデルとする部分２０３に分離する。
【００１４】
試験装置は、図３に示す構成をとる。基礎３０１上に実モデル２０３（以下、供試体と呼ぶ）を固定する。反力壁３０２に固定された加振機３０３の可動部を供試体２０３に結合する。なお、加振機３０３と供試体２０３の結合に際しては、加振機により加えられた変形に対する反力が計測できるようにロードセル３０５が配置されている。加振機３０３は加振機に内蔵された変位計測装置（図示せず）からのフィードバック信号と加振機制御装置３０４に入力される指令値の差が小さくなるように制御される。計算機３０６は数値シミュレーション機能２３、波形生成機能３２、計測処理機能３３を有しており、加振機制御装置３０４への入力を生成、出力する。この指令値の計算にはロードセル３０５の出力が用いられる。
【００１５】
計算機３０６による指令値の計算は次のように行われる。数値シミュレーション機能２３により、数値モデル化した部分２０２の振動応答を次の運動方程式を用いて計算する。
【００１６】
【数１】

[M]、[C]、[K]は数値モデルの質量、減衰、剛性マトリクス、{x}は変位ベクトル、{q}は地震による外力ベクトル、{f}は数値モデルと実モデルの境界点に発生する反力のベクトル、・は時間に関する微分を表す。この変位ベクトルのうち、数値モデルと実モデルの境界点に相当する部分の変位を指令値として供試体２０３に変形を加える。外力に相当する{q}、{f}が既知であれば、微少時間刻みごとの数値積分により振動応答変位ベクトル{x}を求めることができる。例えば、中央差分法によれば、時刻ｔi+1の変位ベクトル{x}i+1は、次式で求められる。ただし、添え字iは時刻ｔiの値であることを示している。
【００１７】
【数２】

この計算に必要な{q}iは試験条件であるから予め計算機に保存されているか、試験の進行に応じて外部から与える。反力{f}iは、試験により発生した実際の供試体２０３の反力をロードセル３０５のにより計測し、その出力を計測処理機能３３で適切に処理したものを用いる。また、数値シミュレーション機能２３の処理結果に基づき、供試体に負荷する変位の時間関数を波形生成機能３２により算出し、指令値として出力する。
【００１８】
すなわち、次の手順により加振試験と振動応答計算を同時進行させる。(1)反力{f}iを計測し、（2）外力{q}iと反力{f}iを外力として（数２）により{x}i+1を計算し、(3)得られた数値モデルと実モデルの境界点の変位を加振機３０５で供試体２０３に負荷する、(4)ステップ(1)に戻る。以上を繰り返すことで、一部分だけの加振試験で構造物全体の振動応答が評価できる。
【００１９】
なお、ここでは加振機は変位制御であり、振動応答評価のために計測される物理量を荷重としたが、これらに限定されるものではなく、他の組み合わせも可能である。
【００２０】
この従来技術では、計算機３０６が直接に加振機制御装置３０４に制御信号を出力しているため、計算機３０６と加振機３０３および加振機制御装置３０４は近接して設置する必要がある。
【００２１】
以下、本発明の一実施例を図１を用いて説明する。なお、図には一部、他の実施例の説明のための記載もあり、以下に説明されていない部分は本実施例に直接関係しない。
前記従来技術では、図２に示した橋脚の支持構造物が異なる特性をもち、異なる動的挙動をする場合には対応できない。その場合、考慮する支持構造物の数だけ加振装置を計算機３０６に接続することも考えられる。しかし、加振機の構成やその動特性、センサーの特性や設置状況などは、個々の加振設備、供試体により異なるものである。したがって、計算機３０６に全ての加振機のための波形生成機能３２や計測処理機能３３を搭載するのは、データ入力などの処理が複雑になり、試験装置としての汎用性も損なわれる。そこで、計算機３０６をメイン計算機２と各加振機ごとに設けたサブ計算機３に分割し、前者に数値シミュレーション機能２３、後者に波形生成機能３２と計測処理機能３３を搭載する。さらに、大型構造物の加振ができる大型加振装置が一実験サイトに数多く保有されていることはまれであり、実現が難しい。また、計算機３０６において、複雑な数値シミュレーションが必要な場合には高速な計算機を使用する必要があるが、このような計算機は共有設備として活用されることが多く、実験サイトから離れた場所に設置される場合が多い。サブ計算機３は指令信号へのノイズを低減するために加振機制御装置３０４に設置するのが望ましいので、本実施例では、通信手段をネットワークとして加振装置と計算機を結合している。以下に、より具体的に本実施例を説明する。
【００２２】
振動試験装置を、接続された機器間のデータ送受信の媒介をするネットワーク１と、ネットワーク接続機能２１を有し前記ネットワークに接続されたメイン計算機２と、一つ、または、複数の、サブ計算機３と加振システムとから構成する。図１では一組のサブ計算機３と加振システム４が含まれている場合を示している。このとき、加振システム４は次のものからなる。(a) 供試体２０３に変形を加える可動部を有する加振機３０３、(b) 前記加振機３０３の駆動状態を計測する制御用センサ（ここでは、変位センサであり、図示せず）、(c) 入力される指令信号と前記制御用センサの出力を用いて加振機の駆動状態を制御する加振機制御装置３０４、(d) 供試体２０３の応答状態を計測するモニタ用センサ（ここではロードセルであり、３０５）。また、サブ計算機３は、ネットワーク接続機能３１を有し、前記ネットワーク１に接続され、前記加振機制御装置３０４へ指令信号を出力し、かつ、前記モニタ用センサ３０４の出力が入力される。
【００２３】
また、メイン計算機２は次のような構成とする。前記ネットワーク１を介してサブ計算機３から送出された計測情報を後述する数値シミュレーション機能２３で使用可能なように処理する信号処理機能（図中には異常診断処理機能と記載）２２と、予め入力された構造物数値モデルと前記信号処理機能２２の処理結果と構造物に加わる外力として与えられている時間関数とに基づいて、予め設定された時間刻みごとの振動応答を計算する数値シミュレーション機能２３と、前記数値シミュレーション機能２３の計算結果に基づき加振システム４の駆動に関する指令情報を生成し、前記ネットワーク１を介して前記加振システムコントローラ３へ前記指令情報を送出する指令生成機能２４と、計測情報取得、信号処理、数値シミュレーション、指令信号生成、指令情報送出の処理の制御を繰り返し行う計算処理制御機能２５、とを有する。
【００２４】
さらに、サブ計算機３は、前記ネットワーク１を介して前記メイン計算機２から送出された指令情報に基づき加振機２０３の制御のための時間関数を生成し指令信号として前記加振機制御装置３０４に出力する波形生成機能３２と、計測値を取得するタイミングを判断しモニタ用センサの出力値を取得し、これに基づいて前記計算機２に送出する計測情報を生成し前記ネットワーク１を介して前記計算機２に送出する計測処理機能３３、とを有する。計測処理機能には、計測値を取得するタイミングを判断するために、例えば、制御用センサの出力が入力される。
【００２５】
図６により、本実施例の振動試験装置による振動試験の実施フローを説明する。
【００２６】
計算機２の内部の処理２０００は次の通りである。サブ計算機３における計測処理の結果をネットワーク１を介して転送された結果を受け取り、信号処理機能２２により信号処理（ブロック２２１）を行う。具体的には、ネットワーク転送情報を、数値シミュレーションで処理できるフォーマットに変換したり、複数の加振システム４を利用した試験を実施する場合には、それらをまとめて一つのファイルにする処理を行って、数値シミュレーション引き渡しデータを生成する。これらのデータを、数値シミュレーション機能２３に送り、数値シミュレーション（ブロック２２２）を行う。具体的には、前述のように（数１）の運動方程式に基づいて、例えば（数２）のような処理を行う。したがって、予め、数値モデルが計算機２に入力されている必要があり、また、外力に相当する{f}iが、逐次、数値シミュレーション機能に与えられる必要がある。数値シミュレーションの結果は指令信号生成機能２４に送られ指令生成処理（ブロック２２３）が行われる。具体的には、数値シミュレーションの結果から、供試体２０３に加えるべき変形量を算出し、ネットワーク上の転送先を指定して送出する。以上の処理が前後して不適切な処理が行われないように、計算処理機能２５が計算処理を管理する。
【００２７】
指令生成されたデータはネットワーク１を介して転送され（ブロック１１）、加振システムコントローラ３に送られる。加振システムコントローラ３内部の処理３０００を中心とした加振システム４での処理フローは次の通りである。加振システムコントローラ３は計算機２における処理結果をネットワーク１を介して転送された結果を受け取る。波形生成機能３２は上記処理結果に基づき、加振機駆動のための波形生成処理（ブロック３２１）を行う。具体的には、ネットワーク転送情報を波形生成のために利用できる形に変換し、現在の加振機駆動状態から指示された駆動状態まで加振機を駆動させるための指令信号の時間関数を制御対象である加振機の特性に適した形で作成し、加振機制御装置３０４に指令信号として出力する。この指令信号によって加振機を駆動する（ブロック４０１）。計測処理機能３３により計測条件が達成されたかどうかの判定が逐次なされる（ブロック３４１）。波形生成および計測条件判定の具体的内容については、後述する。もし、条件が満たされている場合には、計測処理機能３３により計測処理３３１が行われる。具体的には、計測した荷重をネットワークで転送できる形に変換し、ネットワーク上の転送先を指定して送出する。本データはネットワーク１を介して計算機２に転送され、次のステップの計算機２における処理２０００に使用される。
【００２８】
なお、上記の説明では、本ループの開始、終了については述べなかったが、これは通常の繰り返し処理と同様にそれぞれの装置構成に適した形で行われるのは言うまでもない。また、通常の処理とは別に、安全を考えた緊急停止処理などが準備されるのも、通常の振動試験装置と同様である。
【００２９】
本実施例によれば、加振機制御に関する詳細な設定はサブ計算機３で行えるので、メイン計算機２側の運用が簡便かつ汎用的にすることができる。また、メイン計算機２からは駆動状態目標値が送られてくるだけで、加振機を駆動する指令信号そのものはサブ計算機３で加振機の特性に合わせて生成されるので、適切な加振機制御が可能となる。また、既設の加振機３０３、加振機制御装置３０４を用いても、サブ計算機３をその構成・性能に応じて適切に構成することにより、本発明の振動試験装置を構成できる。また、ネットワークを介して、計算機、加振システムを結んでいわゆるハイブリッド実験を実施することが可能となり、大規模な構造物の試験を経済的に実施することが可能となる。
【００３０】
なお、上記実施例では説明を簡略にするために、加振システム４が一つの場合について説明したが本発明では、複数の加振システムを連携した試験を実施することも可能である。図２に示した橋梁の耐震試験を例に説明する。橋梁は複数の橋脚によって支持されており、それらの特性や支持条件が異なっている可能性がある。その場合、上述のような、橋梁全体が同じ動きをするという仮定は成り立たなくなる。そこで、図１の実施例のように部分２０１だけを加振対象とするのではなく、部分２０４〜２０６も加振対象とする。この時の構成を示したものが図４である。この構成により、構造物の実際の状況により近い振動試験が可能となる。また、離れた位置に設置された多くの加振装置を連携させた振動試験であるので、ネットワークを利用するメリットが高い。この構成による試験を実施するには、メイン計算機２における信号処理機能２２、指令生成機能２４は複数の加振システムとサブ計算機の組４１〜４４を用いることを考慮した内容にする必要があり、また、数値シミュレーション機能２３で用いられる数値モデルも、複数の供試体の使用に適応したものである必要があるのは、言うまでもない。
【００３１】
また、上記実施例では通信手段としてネットワークを例として説明したが、これに限定されるものではない。使用される通信手段に伴ってデータ授受のための構成を変えることにより、本発明が構成できる。これは、以下の実施例でも同様である。
【００３２】
次に、波形生成および計測条件判定の具体的内容の一例を図１、および、図８を用いて説明する。
【００３３】
サブ計算機３には制御用センサの出力を入力するようにし、計測処理機能３３による計測値を取得するタイミングの判断は、前記制御用センサの出力による実際の加振機の駆動状態と波形生成機能３２が受け取る指令情報によって指示された加振機の駆動状態との誤差が、予め定められた範囲内にあることをもって行う。図８では制御すべき加振機駆動状態が加振機位置である場合を例に取り説明している。下側のグラフは加振機位置を時間関数として表したもの、上側の帯は、処理内容を下側のグラフの横軸（時間）に合わせて記述したタイムテーブルである。指令信号としては、直接指令位置となる信号を出さず、しだいに漸近するような信号とする。そして、その都度、実際の変位と指令変位を比較し、誤差が予め指定された範囲内に入っていない場合には、さらに、あらたな指令信号を生成出力する。このとき、供試体に衝撃的な荷重が発生しないように、加振機駆動の始めと終わりはなめらかに開始・停止することが望ましい。
【００３４】
本実施例によれば、供試体の応答状態を計測される時の変形状態がほぼ指令された状態と一致させることができるので、構造物全体の振動応答評価を精度よく実施することができる。
【００３５】
さらに、波形生成および計測条件判定の具体的内容の別の一例を図１、および、図９を用いて説明する。
【００３６】
本実施例では、図１に示すようにメイン計算機２とサブ計算機３を、同じ時間を設定したタイマー（２６および３５）を有するものとしている。メイン計算機２においては、指令生成機能２４にて、最初の加振機３０３の駆動状態の指示値を実現すべき指定時刻として数値シミュレーション機能２３が動作を始めた時刻を指定し、以後のステップでは前記指定時刻として前ステップで指定した時刻に前記予め定められた時間刻みΔｔを加えた時刻を指定し、前記サブ計算機３に送出される指令情報として、加振機３０３の駆動状態の指示値と前記指定時刻の組を含む情報を生成する。サブ計算機３においては、波形生成機能３２は、駆動状態の指示値が指定時刻に実現するように波形を生成し、計測制御機能３４は、計測値を取得するタイミングとして前記指定時刻を指定する。そして、全体の一連の処理を前記予め定められた時間刻みごとに実施するものとする。図１１では制御すべき加振機駆動状態が加振機位置である場合を例に取り説明している。下側のグラフは加振機位置を時間関数として表したもの、上側の帯は、処理内容を下側のグラフの横軸（時間）に合わせて記述したタイムテーブルである。
【００３７】
サブ計算機３の計測処理（ブロック３３１）を受けて、ネットワークによる転送（ブロック１２）を介し、計算機は計測結果を受け取る。そして、信号処理（ブロック２２１）、数値シミュレーション（ブロック２３１）、指令生成（ブロック２４１）の各処理を逐次行う。指令情報はネットワークを介しサブ計算機３へ転送される（ブロック１１）。この情報をサブ計算機３を受け取る時点まで、1ステップ前の指示時刻における指示変位から、どのように次の指示時刻まで加振機を駆動すればよいかは確定しないので、例えば、過去の指示値を用いて外挿するなどで波形生成を続け（ブロック３２１ａ）、加振機の駆動をつづける。次の指示変位の情報が入手できた段階で、指示変位が指示時刻に実現するように、指令信号の軌道を修正して波形生成を行う（ブロック３２１ｂ）。ブロック３２１ｂと平行して計測処理御機能３３はタイマー３５の監視を行い（ブロック３４１）、指示時刻になった時点で計測処理（ブロック３３１）が行われる。
【００３８】
本実施例によれば、供試体の応答状態を計測される時の変形状態のみならず、その変動状態までもほぼ指令された状態と一致させることができるので、構造物全体の振動応答評価をさらに精度よく実施することができる。
【００３９】
さらに図１を用いて、別の実施例の説明を行う。本実施例は、上述の実施例において、計算機２がさらに、加振システムで加振される供試体の特性を有限個のパラメータを用いてモデル化し加振機駆動状態に対する応答量を算出するモデル代替機能２７と、前記モデル代替機能２７の算出結果と異常診断処理機能２２の信号処理結果を比較し実際の供試体の特性とモデル代替機能における供試体の特性が概略一致するように前記パラメータを変更するパラメータ変更機能２８を有する。そして、異常診断処理２２は前述の実施例における信号処理を行うとともに、加振システム４の作動状態を判断する処理を含んでおり、試験に使用されている加振システム、もしくは、サブ計算機が異常と判断された場合には、数値シミュレーション機能に入力する処理結果を、その加振システムで加振される供試体の計測情報に基づくものから、前記モデル代替機能２７の対応する処理結果に置き換える。
【００４０】
供試体特性のモデルとしては、例えば次に述べるMasingの法則により記述される弾塑性要素が考えられる。一般化力Ｐ（たとえば、せん弾力）と一般化変位δに骨格曲線が次のように定められているとする。
【００４１】
【数３】

この関数を用い、力と変位がＰrとδrから出発した場合の一般化力Ｐと一般化力δの関係を次のように定める。
【００４２】
【数４】

ここでは、ｍは骨格曲線を引き伸ばす倍率を表し、通常はδ＝−δ0〜δ0を往復する定常状態での力変位関係を実現できるようにｍ＝２が選ばれる。また、再載荷した場合には除構えの曲線に交わったところでその曲線上を動くものとする。また、弾塑性要素として用いられることが多いのがRanberg−Osgoodモデルであり、骨格曲線が次式で表される。
【００４３】
【数５】

ここで、α、β、Ｐyは骨格曲線を決めるためのパラメータであり、Ｋ0は初期剛性である。このモデルでの変位−荷重関係の一例を図６に示す。すなわち、４つのパラメータが指定ができれば、供試体の特性は概略記述できる。これらのパラメータとしてパラメータ変更機能２８で、モデル代替機能２７の出力と異常診断処理機能２２での計測信号の処理結果を比較することにより、実際の供試体の特性をよく表す最適値を逐次求めることでモデル代替機能２７を精度のよいものにすることができる。
【００４４】
また、本実施例の場合の異常診断処理フローの一例の詳細を図７に示す。まず、加振システムの作動状態を判断する（ブッロク２２２）。すべての加振システムが正常に動作している場合には、通常の計測情報処理を行う（ブロック２２３）。また、いずれかの加振システムでエラーが発生している場合には、モデル代替機能２７の処理結果を取り込む（ブロック２２４）。引き続いて、数値シミュレーションに引き渡すデータの生成を行うが（ブッロク２２５）、さらに、モデル代替機能２７やパラメータ変更機能２８で使用するデータも生成する必要がある（ブロック２２６，２２７）。
【００４５】
また、作動状態の判断は、例えば、次のように行う。サブ計算機３の計測処理機能３３は、加振機制御状態を判断する処理を含み、計算機２に送出する計測情報には前記判断結果が含まれ、また、計算機２の信号処理機能２２が行う加振システムの作動状態の判断処理には、前記計測情報に含まれる判断結果、および、指令情報が送出された後に対応する計測情報の予め定められた所定の時間内の受信の有無、が利用するようにしてもよい。前者に寄れば、加振システムのトラブルが認識でき、後者によればネットワークのトラブルによる通信不良を認識することができる。
【００４６】
本実施例によれば、複数の加振システム４を用いて振動試験を実施している際、一つの加振システムで何らかのトラブルが発生し、その供試体に関する計測情報が得られなくなった場合でも、モデル代替機能２７にその供試体の応答を代替摸擬させることができるので、試験を続行することができる。そのため、試験が失敗し試験費用全体がロスとなる危険を減らすことができる。なお、計算機がメインとサブに分割されていない試験装置においても、同様の効果が得られる。
【００４７】
上記の実施例の説明では、いずれも特にネットワークの種別について述べていないが、本試験装置専用にＬＡＮを構築し利用することもできるし、あるいは、いわゆるインターネットを利用して、試験装置を構成することもできる。後者の場合には、ネットワーク構築に大きな費用を必要とせず、遠距離、例えば、日本の計算機とアメリカ合衆国の加振システムの連携による振動試験システムの構成も可能となる。
【００４８】
さらに、上記の実施例のいずれかにおいて、図１に示すように、メイン計算機２に接続された画像表示装置６を備え、メイン計算機２は、数値シミュレーション機能２３の処理結果と計測情報を統合して、構造物の振動応答を表す画像データを作成する画像処理機能２９を有し、画像処理機能２９の処理結果を画像表示装置６により表示するようにすることができる。
【００４９】
本実施例によれば、振動試験実施状態が実施中に一目で確認することができ、振動試験の効率を向上させることができる。また、ここで処理された画像情報を、それぞれの加振システムサイトにネットワークを介して転送することで、各サイトで全体状況が把握できる。
【００５０】
以上、さまざまな実施例を引用しながら、本発明の好適な実施の形態について述べてきたが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく種々の様態をとることができることは言うまでもない。また、ここでは橋梁の地震応答評価を例として実施の形態を説明したが、本発明が適用できるのはこの場合に限定されず、種々の構造物に対する種々の荷重条件の評価が可能であり、本発明の範囲内で、それぞれの場合に応じた構成をとることが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の加振装置を結合してのハイブリッド実験を合理的、かつ、信頼性高く実施できる。とくに、遠隔地に設置された計算機と一つ、または、複数の加振装置をネットワークを介して結合して振動試験が実施できる。したがって、長大な構造物の、例えば地震に対する強度・信頼性を評価する実験にあたって、汎用的であり高精度かつ経済的な試験を実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】本発明の一実施例の評価対象構造物である橋梁の模式図。
【図３】従来技術であるハイブリッド実験装置の模式図。
【図４】本発明の別の一実施例の構成図。
【図５】Ramberg−Osgoodモデルによる荷重−変位曲線
【図６】本発明の一実施例の処理フロー
【図７】本発明の一実施例の異常診断処理の詳細フロー
【図８】本発明の一実施例の処理のタイムテーブル
【図９】本発明の一実施例の処理のタイムテーブル
【符号の説明】
１…ネットワーク、２…メイン計算機、３…サブ計算機、４…加振システム、５…計算機、６…画像表示装置、２1…ネットワーク接続機能、２２…信号処理機能、２３…数値シミュレーション機能、２４…指令生成機能、２５…計算処理機能、２６…タイマー、２７…モデル代替機能、２８…パラメータ変更機能、２９…画像処理機能、３１…ネットワーク接続機能、３２…波形生成機能、３３…計測処理機能、３５…タイマー、４１…部材２０１用の加振システム、４２…部材２０４用の加振システム、４３…部材２０５用の加振システム、４４…部材２０６用の加振システム、１０１…地盤、１０２…フーチング、１０３…橋脚、１０４…支持部材、１０５…上部構造、２０１、２０４〜２０６…橋梁の部分構造、２０２…数値モデル化部分、２０３…実モデル化部分、３０１…基礎、３０２…反力壁、３０３…加振機、３０４…加振機制御装置、３０５…ロードセル、３０６…計算機。

Claims

供試体に変形を加える可動部を有する加振機、前記加振機の駆動状態を計測する制御用センサ、入力される指令信号と前記制御用センサの出力を用いて加振機の駆動状態を制御する加振機制御装置及び供試体の応答状態を計測するモニタ用センサを含む一つまたは複数の加振システムと、この加振システムに指令信号を出力する計算機システムとを備えた振動試験装置において、
一つの計算機または複数の計算機群により構成する計算機システムと、
前記計算機システムは、
入力した前記モニタ用センサの出力を処理する計測処理機能と、
予め入力された構造物数値モデルと前記計測処理機能の処理結果と構造物に加わる外力として与えられている時間関数とに基づいて予め設定された時間刻みごとの振動応答を計算する数値シミュレーション機能と、
この数値シミュレーション機能の結果に基づき供試体に加える変形の時間関数を算出し前記加振機制御装置に出力する波形生成機能と、
前記加振システムで加振される供試体の特性を有限個のパラメータを用いてモデル化し加振機駆動状態に対する応答量を算出し前記数値シミュレーション機能に入力するモデル代替機能と、
前記モデル代替機能の算出結果と前記計測処理機能の処理結果を比較し、実際の供試体の特性とモデル代替機能における供試体の特性が略一致するように前記パラメータを変更するパラメータ変更機能と、
各加振システムの作動状態を判断し前記数値シミュレーション機能で使用する前記計測処理機能の処理結果を前記モデル代替機能の処理結果に切り替える異常診断処理機能と、
を含み、数値シミュレーション、波形生成、加振機駆動及び計測処理の一連の処理を繰り返し実施する振動試験装置。
請求項１に記載の振動試験装置において、前記計算機システムは、数値シミュレーション機能、モデル代替機能、パラメータ変更機能及び異常診断機能を持つメイン計算機と、各加振システムごとに設けられ該加振システムのための計測処理機能と波形生成機能と有するサブ計算機とを備え、
前記メイン計算機と前記サブ計算機はネットワークによって、データの授受を行うことを特徴とする振動試験装置。
請求項１または２記載の振動試験装置において、前記制御用センサで計測される信号は変位信号を含み、前記モニタ用センサで計測される信号は前記加振機に加えられた変位に対する供試体の反力を含むことを特徴とする振動試験装置。
請求項２又は３に記載の振動試験装置において、前記通信の手段はインターネットであることを特徴とする振動試験装置。
請求項２に記載の振動試験装置において、
前記メイン計算機とサブ計算機は、同じ時間を設定したタイマーを有し、
前記メイン計算機では、最初の数値シミュレーション機能の出力を実現すべき指定時刻として数値シミュレーション機能が動作を始めた時刻を指定し、以後のステップでは前記指定時刻として前ステップで指定した時刻に前記予め定められた時間刻みを加えた時刻を指定し、数値シミュレーション機能の出力と前記指定時刻を組として前記サブ計算機の波形生成機能に入力し、
前記サブ計算機においては、前記波形生成機能は、前記数値シミュレーション機能の結果に対応する加振機の駆動状態が前記指定時刻に実現するように波形を生成し、前記計測処理機能は、前記指定時刻に計測値を取得し、
数値シミュレーション、波形生成、加振機駆動、計測処理の一連の処理を前記予め設定された時間刻みごとに実施することを特徴とする振動試験装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の振動試験装置において、
前記計算機システムは、画像表示装置と、前記数値シミュレーション機能の処理結果と計測情報を統合して構造物の振動応答を表す画像データを作成する画像処理機能とを有し、前記画像処理機能の処理結果を前記画像表示装置により表示することを特徴とする振動試験装置。