JP5130462B1 - 増幅倍率の推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】常時微動や地震動を測定することで、その対象とする地盤や構造物の増幅倍率を、測定した常時微動波形や地震動波形の上下動成分に混入したノイズの影響を除去して推定する方法を提供する。
【解決手段】常時微動や地震動の上下動にパルスノイズやロッキング振動成分が混入しても卓越振動数は正しく求めることができることから、この振動数周辺の振動数領域における伝達スペクトル２を推定し、水平動と上下動のスペクトル比１と伝達スペクトルとの比を用いて、常時微動や地震動の水平動と上下動のスペクトル比を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は地盤や構造物の増幅倍率の推定方法に関する。

地盤の増幅倍率を推定する方法については、対象とする地盤で常時微動測定や地震観測を行い、その観測された常時微動や地震動の水平動と上下動のスペクトル比を算出し、ピーク周波数に対応した倍率をもって増幅倍率とする方法が知られている（例えば特許文献１、非特許文献１参照）。

しかし、この方法を用いる場合、常時微動や地震動の上下動にパルスノイズが混入すると水平動と上下動のスペクトル比が全体に下方にシフトしたものとなり、結果として増幅倍率を正しく見積もることができなくなる。

また構造物の増幅倍率を推定する方法については、対象とする構造物の上で常時微動測定や地震観測を行い、その観測された常時微動や地震動の水平動と上下動のスペクトル比を算出し、ピーク周波数に対応した倍率をもって増幅倍率とする方法が知られている。

しかし、この方法を用いる場合、常時微動や地震動の測定を行っている箇所が構造物のロッキング中心をはずれていると、ロッキング振動の影響が上下動に混入し水平動と上下動のスペクトル比が全体に下方にシフトしたものとなり、結果として増幅倍率を正しく見積もることができなくなる。

特許公開昭６３−１９５８３号公報

中村豊：常時微動計測に基づく表層地盤の地震動特性の推定，鉄道総研報告，Vol.2，No.4，pp.18-27，1988.4.

本件発明が解決しようとする課題は、地盤の増幅倍率を常時微動や地震動を用いて推定する場合に、観測された常時微動波形や地震動波形にパルスノイズが混入した場合に正しく増幅倍率を見積もることができないことである。

また構造物の増幅倍率を常時微動や地震動を用いて推定する場合に、観測された常時微動波形や地震動波形にロッキング振動などが混入した場合に正しく増幅倍率を見積もることができたいことである。

堅固な地盤はあらゆる方向に一様に振動しており、軟弱な地盤で増幅される。この増幅は振動の水平動成分Ｈと上下動成分Ｖで周波数に違いがあり、水平動成分に着目した場合、水平動と上下動のスペクトル比、いわゆるＨ／Ｖスペクトルによってその増幅倍率を推定することができる。

しかし、振動の上下動成分にパルスノイズが混入すると、このノイズはスペクトルを算出した場合は上下動成分の広い周波数範囲にわたって一定に印加される。このため、ノイズの混入していない場合のスペクトル比とくらべて、形状は似ているものの全体が下方にシフトしたものとなる。このため増幅倍率を正しく見積もることができなくなる。

しかし、卓越周波数は正しく見積もることができる。そこで、表層地盤を一層と仮定して基盤面での振動Ｂ（ｔ）を表層地盤面での振動Ｓ（ｔ）を元に数１のように推定し、地盤表面と基盤面のスペクトル比で卓越振動数周辺の増幅倍率を推定する。

ここで、ｈは表層地盤の厚さ（ｍ）、Ｖｓは表層の主要動伝播速度（ｍ／ｓｅｃ）である。ここでｈ／Ｖｓは地表面において測定した常時微動のＨ／Ｖスペクトル比のピーク振動数をＦ（Ｈｚ）として、数２で表される。

これらから、伝達スペクトルＴ（ｔ）は数３のように推定される。

ただし、Ｆ［Ｓ（ｔ）］およびＦ［Ｂ（ｔ）］は、Ｓ（ｔ）およびＢ（ｔ）のフーリエ変換を表す。

この伝達スペクトルの卓越振動数における増幅倍率で、地表面において測定した常時微動のＨ／Ｖスペクトル比の卓越振動数時の増幅倍率で補正する。このことで、表層地盤の伝達特性を反映した増幅倍率を推定することができる。
なお、ここでは基盤と表層地盤から構成される地盤を例にとって説明したがこの例のみに実施が制限されるものではなく、基礎地盤の上の構造物に対しても同様の処理を行うことで増幅倍率を推定することができる。

本発明の方法によれば、常時微動や地震動を測定することで、その対象とする地盤や構造物の増幅倍率を、測定した常時微動波形や地震動波形の上下動成分に混入したノイズの影響を除去して推定することができる。

実際に地盤において測定した常時微動波形の水平動と上下動のスペクトル比と、本発明により算出した伝達スペクトルと、本発明により補正したスペクトル比である。

以下、本発明の実施の形態を図１に従って示す。

図１には実際に地盤において測定した常時微動波形の水平動と上下動のスペクトル比１と、本発明により算出した伝達スペクトル２と、本発明により補正したスペクトル比３のスペクトル比を示している。また、このグラフは横軸が周波数軸１０１、縦軸が増幅倍率軸１０２となっている。

この図から、常時微動のスペクトル比１はとくに高い周波数領域で大きく１を下回っており、上下動成分へのノイズの混入が疑われるが、本発明により算出した伝達スペクトルによりピーク周波数１５１における増幅倍率を本発明により算出した伝達スペクトル２の増幅倍率で補正することにより、補正されたスペクトル比３を得られることがわかる。

地盤や構造物の地震時の振動特性を把握するための調査に資することができる。

１ 実際に地盤において測定した常時微動波形の水平動と上下動のスペクトル比
２ 本発明により算出した伝達スペクトル
３ 本発明により補正したスペクトル比
１０１ 周波数軸
１０２ 増幅倍率軸
１５１ ピーク周波数

Claims (4)

1. 増幅倍率の推定方法において、
   基盤の上に表層地盤が存在するような地盤で、
   地表面において水平動と上下動の常時微動を測定し、
   測定された常時微動の水平動と上下動のスペクトル比を算出し、
   算出された常時微動の水平動と上下動のスペクトル比から卓越周波数を算出し、
   算出した卓越周波数と測定された常時微動から基盤面における振動を推定し、
   推定した基盤面における振動と、測定された常時微動とのスペクトル比から伝達スペクトルを算出し、
   算出された伝達スペクトルから得られる卓越周波数時の増幅倍率で、算出された常時微動の水平動と上下動のスペクトル比の卓越振動数時の増幅倍率を補正することにより地盤の増幅倍率を推定することを特徴とする、
   増幅倍率の推定方法。
2. 増幅倍率の推定方法において、
   基盤の上に表層地盤が存在するような地盤で、
   地表面において水平動と上下動の地震動を測定し、
   測定された地震動の水平動と上下動のスペクトル比を算出し、
   算出された地震動の水平動と上下動のスペクトル比から卓越周波数を算出し、
   算出した卓越周波数と測定された地震動から基盤面における振動を推定し、
   推定した基盤面における振動と、測定された地震動とのスペクトル比から伝達スペクトルを算出し、
   算出された伝達スペクトルから得られる卓越周波数時の増幅倍率で、算出された地震動の水平動と上下動のスペクトル比の卓越振動数時の増幅倍率を補正することにより地盤の増幅倍率を推定することを特徴とする、
   増幅倍率の推定方法。
3. 増幅倍率の推定方法において、
   基礎地盤の上に存在するような構造物で、
   構造物上において水平動と上下動の常時微動を測定し、
   測定された常時微動の水平動と上下動のスペクトル比を算出し、
   算出された常時微動の水平動と上下動のスペクトル比から卓越周波数を算出し、
   算出した卓越周波数と測定された常時微動から基礎地盤上における振動を推定し、
   推定した基礎地盤上における振動と、測定された常時微動とのスペクトル比から伝達スペクトルを算出し、
   算出された伝達スペクトルから得られる卓越周波数時の増幅倍率で、算出された常時微動の水平動と上下動のスペクトル比の卓越振動数時の増幅倍率を補正することにより構造物の増幅倍率を推定することを特徴とする、
   増幅倍率の推定方法。
4. 増幅倍率の推定方法において、
   基礎地盤の上に存在するような構造物で、
   構造物上において水平動と上下動の地震動を測定し、
   測定された地震動の水平動と上下動のスペクトル比を算出し、
   算出された地震動の水平動と上下動のスペクトル比から卓越周波数を算出し、
   算出した卓越周波数と測定された地震動から基礎地盤上における振動を推定し、
   推定した基礎地盤上における振動と、測定された地震動とのスペクトル比から伝達スペクトルを算出し、
   算出された伝達スペクトルから得られる卓越周波数時の増幅倍率で、算出された地震動の水平動と上下動のスペクトル比の卓越振動数時の増幅倍率を補正することにより構造物の増幅倍率を推定することを特徴とする、
   増幅倍率の推定方法。
   

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