JP5106343B2 - 復元力特性同定方法 - Google Patents
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免震用積層ゴム支承の水平2方向を含む復元力特性とそのモデル化(土木学会論文集NO.696/I−58、125−144,2002.1)
なお、粘性域とは、部材の特性が変化し、当該部材の粘性特性が顕在化する領域のこという。
なお、原点O(静止原点)は、X軸とY軸との交点を指し、積層ゴム10に水平荷重を載荷して変形させる前の静止状態における点である。
データ読出手段は、外部記憶装置に入力された水平2方向載荷試験による同定対象部材(上記実施形態では、積層ゴム10)の各時刻における平面位置情報(X軸方向の変位量x、Y軸方向の変位量y)及び復元力情報(X軸方向の復元力成分FX、Y軸方向の復元力成分Fy)を読み出すと共にコンピュータのRAMに記憶して処理を終了する。
復元力分離手段は、先ず、第1ステップとして、入力装置に入力されたパラメータとしての移動原点、及び更新曲線の情報(例えば、更新曲線が円形である場合、当該円形の半径)及びROMに記録された静止原点の位置情報を読み出す。次に、第2ステップとしてコンピュータのRAMに記憶された所定時刻(例えば、所定時刻T1)における平面位置情報と時系列的に次の平面位置情報(例えば、所定時刻T2)とを比較し、所定時刻T2における平面位置が更新曲線から外れるか否かを判定する。この判定が否定された場合、第3ステップとして、所定時刻T2における復元力情報(X軸方向の復元力成分FX、Y軸方向の復元力成分Fy)を静止原点へ向かう第1復元力成分と移動原点に向かう第2復元力成分とに分離し、それぞれの第1復元力成分、第2復元力成分をRAMに記憶する。第2ステップにおける判定において、判定結果が肯定された場合、第4ステップとして、所定時刻T2における変位位置と移動原点とを結ぶ線上に沿って当該移動原点を移動させ、移動後の位置を新たな移動原点として所定時刻T2における変位位置上に更新曲線を形成し、この新たな移動原点をRAMに記憶し直す。そして、所定時刻T2における復元力情報(X軸方向の復元力成分FX、Y軸方向の復元力成分Fy)を静止原点へ向かう第1復元力成分と新たな移動原点に向かう第2復元力成分とに分離し、それぞれの第1復元力成分、第2復元力成分をRAMに記憶する。上記第2ステップから第4ステップをRAMに記憶された所定時刻における平面位置情報がなくなるまで繰り返し、平面位置情報がなくなったら処理を終了する。
復元力成分同定手段は、先ず、第1ステップとして、入力装置又は外部記憶装置に入力されたパラメータとしての各第1復元力成分、第2復元力成分の指標情報(例えば、静止原点からの距離、温度、速度、経年変化等)を読み出し、RAMに記憶する。次に、第2ステップとしてRAMに記憶された所定時刻における第1復元力成分、第2復元力成分を読み出し、各第1復元力成分、第2復元力成分に対応する指標情報に対して整理し、RAMに記憶する。次に、第3ステップとして、一般的な最小二乗法演算プログラムをサブルーチンとして展開し、指標情報によって整理された第1復元力成分、第2復元力成分を所定の直線、又は曲線等に収束させ、収束した所定の直線又は曲線を出力装置に出力すると共に関数化してRAMに記憶し、処理を終了する。
このような同定装置において同定対象部材の復元力特性を同定しても良い。なお、上記同定装置は、一例であって、不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりすることができることは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変形、変更、改良が可能である。
水平2方向載荷試験では、試験体としての円形の積層ゴム(直径1300mm、ゴム総厚さ261mm、ゴムの材料:高減衰ゴム)に、鉛直荷重1860トンを載荷した状態で積層ゴムに水平2方向の水平荷重を載荷し、図11に示す変形パターンにより20、22、24、26、28、30の順で積層ゴムを変形させた。そして、水平荷重の載荷開始から所定時刻毎に積層ゴムのX軸方向の変位量、Y軸方向の変位量、X軸方向の復元力、及びY軸方向の復元力を計測した。なお、積層ゴムには、鉛直油圧ジャッキ、水平油圧ジャッキにより鉛直荷重、水平荷重を載荷した。
更新曲線を半径65mm(図5における半径Lに相当)の円として本発明の復元力特性同定方法を適用し、積層ゴムの復元力特性のモデル化を行った。具体的には、解析プログラムを用いて、各時刻におけるX軸方向の復元力、Y軸方向の復元力として計測された復元力Fを静止原点Oへ向う復元力成分FOと移動原点Sへ向う復元力成分FSに分離した。なお、更新曲線の半径は、各時刻における復元力成分FO、FSにばらつきがなくなるように半径を変更しながら繰り返し復元力成分FO、FSを算出し、最適値(65mm)を決定した。なお、最適値の65mmは、載荷試験に用いた免震アイソレータの25%せん断ひずみに相当する値である。
R<300の場合 FO=R ・・・ (1)
300≦Rの場合 FO=1.4R−120 ・・・ (2)
R<261.5の場合 FS=0.3R+320 ・・・ (3)
261.5≦Rの場合 FS=0.95R+150 ・・・ (4)
モデル化された式(1)〜式(4)を用いて、試験体である積層ゴムに対して水平2方向載荷試験のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、式(1)〜式(4)に対して図12に示す変形パターンをパラメータとして付与し、距離Rを変化させて得られる復元力成分FO、FSを合成した復元力Fから、各時刻における積層ゴムのX軸方向の復元力成分FX及びY軸方向の復元力成分FYを算出した。
14 建物(躯体)
FO 復元力成分(第1復元力成分、弾性復元力成分)
FS 復元力成分(第2復元力成分、塑性復元力成分)
O 原点(静止原点)
S 移動原点
U 変位位置
Claims (4)
- 部材に水平2方向の力が加えられて変位したときの前記部材の復元力を、
前記部材の変位位置から、該部材が変位する前の静止原点へ向かう第1復元力成分と、
前記部材の変位位置から、前記静止原点以外の移動原点へ向かう第2復元力成分と、
に分離して前記部材の復元力特性を同定するとき、
前記部材の変位位置が前記移動原点を基点とする更新曲線内を外れて新たな位置に移動したときに、前記部材の新たな変位位置と該移動原点とを結ぶ線上に沿って前記移動原点を移動させた位置を新たな移動原点として前記部材の新たな変位位置上に前記更新曲線を形成する復元力特性同定方法。 - 前記部材は、該部材の上に配置される躯体を支持すると共に外力によって水平方向に変形する軸力部材である請求項1に記載の復元力特性同定方法。
- 前記軸力部材は、免震アイソレータである請求項2に記載の復元力特性同定方法。
- 前記軸力部材は、鉄筋コンクリート造の柱である請求項2に記載の復元力特性同定方法。
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