JP6991703B2 - 損傷度判定装置及び損傷度判定システム - Google Patents

Description

本発明は、地震による工業化構造物の損傷度を判定する損傷度判定装置及び損傷度判定システムに関する。

従来、加速度センサーによって検出された、地震や常時微動の加速度時刻歴を表す応答波形に基づいて構造性能を判定する構造ヘルスモニタリングが知られている。

また、特許文献１に記載の地震表示計は、加速度センサーによって計測された加速度に基づいて構造物の変形量を推定し、変形量に基づいて行動指針コメントを表示する。

また、特許文献２に記載の管理システムは、構造物情報記憶部に記憶されている構造物情報と地震計によって計測された地盤の加速度記録を含む地震情報から算出した構造物の変位角に基づいて被害情報を抽出する。

特開２０１４－８５２６２号公報 特開２０１２－３７４３６号公報

特許文献１及び２に記載の方法では、地震が発生したときに建物の基礎に設置した加速度センサーによって計測された加速度に基づいて地盤情報又は構造物の変形量を推定しており、建物損傷に関わる物理量を測定しているわけではない。そのため、構造物の地震応答に関わる一切の測定情報を使わず、構造物の変形量が判定されることになり、構造物がどの程度損傷しているかを示す損傷度を正確に把握することができない虞があった。

また、特許文献１及び２に記載の方法は、構造物に固有の構造物特性モデルを用いて応答計算を行うことにより構造物の損傷度を判定している。しかし、損傷度を判定するにあたって、構造物ごとに構造解析モデルを作成しなければならず、迅速に損傷度を判定することができない。また、迅速に損傷度を判定するためにあらかじめ構造物特性モデルを作成しておくことが考えられるが、構造物の構造を決定するための設計要素は多数存在するため、それら多数の設計要素から構成される個別の構造物特性モデルの全てをメモリ等に記憶しておくことは容易ではない。また、構造計算によって、地震によって生じる変形角を算出しているため、余震を含め複数回の地震に遭遇する場合、最新の変形角を求めるには、経験したすべての地震情報を保存しなければならず、記憶装置の容量が過大になる。

したがって、構造物の損傷度を迅速かつ容易に判断できず、利用者の安全性および利便性を損なう虞がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、迅速、容易かつ精度良く工業化構造物の損傷度を判定することができる損傷度判定装置及び損傷度判定システムを提供することにある。

本発明の一態様としての損傷度判定装置は、一部の設計要素を設定することにより設計可能な工業化構造物について、第１の所定の期間の第１の固有振動数を算出し、前記第１の所定の期間の後の第２の所定の期間の第２の固有振動数を算出する固有振動数算出部と、前記第１の固有振動数と前記第２の固有振動数とに基づいて固有振動数変化率を算出する変化率算出部と、前記一部の設計要素を設定することにより生成された、固有振動数、及び前記工業化構造物の変形量の関係を示す構造物特性モデルと、前記変化率算出部によって算出された前記固有振動数変化率と、前記構造物特性モデルとにより決定された変形量に基づいて、前記工業化構造物における基礎又は１階から２階以上の所定の階層である上階までの損傷度を判定する判定部と、を備え、前記固有振動数算出部は、前記第１の所定の期間の、前記基礎又は前記１階の加速度のフーリエスペクトルと、前記の加速度のフーリエスペクトルとに基づいて伝達関数を算出し、該伝達関数において振幅がピークとなる周波数を前記第１の固有振動数として算出し、前記第２の所定の期間の、前記基礎又は前記１階の加速度のフーリエスペクトルと、前記上階の加速度のフーリエスペクトルとに基づいて伝達関数を算出し、該伝達関数において振幅がピークとなる周波数を前記第２の固有振動数として算出し、前記第１の所定の期間は新築時または改築時から前記工業化構造物に水平力を与えるイベントが発生する前までの一の期間であり、前記第２の所定の期間は前記イベントが終了した後の一の期間であることを特徴とする。

一部の設計要素を設定することにより設計可能な工業化構造物の基礎又は１階の加速度を計測する第１の加速度計と、前記工業化構造物の２階以上の上階の任意の階層である上階の加速度を計測する第２の加速度計と、前記工業化構造物の損傷度を判定する損傷度判定装置と、を備え、前記損傷度判定装置は、第１の所定の期間に、前記第１の加速度計によって計測された加速度及び前記第２の加速度計によって計測された加速度に基づいて前記工業化構造物の第１の固有振動数を算出し、かつ、前記第１の所定の期間の後の第２の所定の期間に、前記第１の加速度計によって計測された加速度及び前記第２の加速度計によって計測された加速度に基づいて前記工業化構造物の第２の固有振動数を算出する固有振動数算出部と、前記第１の固有振動数と前記第２の固有振動数とに基づいて固有振動数変化率を算出する変化率算出部と、前記一部の設計要素を設定することにより生成された、固有振動数、及び前記工業化構造物の変形量の関係を示す構造物特性モデルと、前記変化率算出部によって算出された前記固有振動数変化率と、前記構造物特性モデルとにより決定された変形量に基づいて、前記工業化構造物における基礎又は１階から２階以上の所定の階層である上階までの損傷度を判定する判定部と、を含み、前記第１の所定の期間の、前記基礎又は前記１階の加速度のフーリエスペクトルと、前記上階の加速度のフーリエスペクトルとに基づいて伝達関数を算出し、該伝達関数において振幅がピークとなる周波数を前記第１の固有振動数として算出し、前記第２の所定の期間の、前記基礎又は前記１階の加速度のフーリエスペクトルと、前記上階の加速度のフーリエスペクトルとに基づいて伝達関数を算出し、該伝達関数において振幅がピークとなる周波数を前記第２の固有振動数として算出し、前記第１の所定の期間は新築時または改築時から前記工業化構造物に水平力を与えるイベントが発生する前までの一の期間であり、前記第２の所定の期間は前記イベントが終了した後の一の期間であることを特徴とする。

本発明の１つの実施形態として、前記損傷度判定装置によって判定された前記損傷度を表示する表示装置をさらに備え、前記第１及び第２の加速度計、前記損傷度判定装置、及び前記表示装置の一部または全部が、それぞれ有線、無線通信によるインターネットを介して相互に接続されて情報を送受信することが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記損傷度判定装置からネットワークを介して、１つ以上の前記工業化構造物に係る損傷度に関する情報を受信するサーバをさらに備えることが好ましい。

本発明によれば、工業化構造物の損傷度を迅速、容易かつ精度良く判定することが可能となる。

第１の実施形態の損傷度判定システムの概略構成を示す図である。 加振実験による固有振動数の変化を示す図である。 部材に加えられる水平力と該部材の変形量との関係を表す部材特性モデルを示す図である。 構造物全体に加えられる水平力と該構造物の変形量との関係を表す構造物特性モデルを示す図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る損傷度判定システム１は、工業化構造物の安全性を判定する。ここで、工業化構造物とは、一部又は全ての部材が標準化され、例えばあらかじめ工場で製作し、建築現場で組み立てるプレハブ工法により建築された構造物であり、例えば、建物、橋等を含む。工業化構造物は、上記部材の配置等の一部の設計要素を設定することにより設計可能である。工業化構造物は構成する設計要素を標準化することによって、建築の自由度をある程度確保しつつ、工業化構造物を構築するにあたって設定すべき設計要素を少なくすることを可能としている。設計要素とは、構造物を構成する部材、型式、構造形式、階数、縦横比率、構造物の大きさ、用途等である。部材には、構造部材と非構造部材が含まれる。構造部材には、耐力壁、柱、柱脚部材、梁、接合部材等が含まれる。非構造部材には、内装壁、帳壁等が含まれる。構造形式には、例えば、壁式構造、ラーメン構造形式、ブレース構造形式等がある。用途とは、例えば、戸建住宅、集合住宅、併用住宅等である。以降の説明では、工業化構造物を「構造物」ともいう。

図１に示すように、本実施形態に係る損傷度判定システム１は、第１の加速度計１０ａ、第２の加速度計１０ｂ、損傷度判定装置２０、表示装置３０、及びサーバ４０を備える。第１の加速度計１０ａ、第２の加速度計１０ｂ、表示装置３０、及びサーバ４０の一部又は全部は、それぞれ通信ケーブル、無線通信によるインターネット、イントラネット等のネットワーク等を介して損傷度判定装置２０と接続されて相互に情報を送受信する。

第１の加速度計１０ａは、構造物の基礎に設置され、計測部１１ａ及び通信部１２ａを備える。第２の加速度計１０ｂは、構造物の２階以上の任意の階層（以降、「上階」という）に設置され、計測部１１ｂ及び通信部１２ｂを備える。以降の説明において、第１の加速度計１０ａ及び第２の加速度計１０ｂのうち任意の加速度計を単に加速度計１０という。また、計測部１１ａ及び計測部１１ｂのうち任意の計測部を単に計測部１１という。また、通信部１２ａ及び通信部１２ｂのうち任意の通信部を単に通信部１２という。なお、第１の加速度計１０ａは、１階に設置してもよいが、本例のように構造物の基礎に設置することが特に好ましい。

計測部１１ａは、構造物における、第１の加速度計１０ａが取り付けられた部分の加速度を計測する。計測部１１ａは、所定の期間（第１の所定の期間）に、周辺道路での車両走行での振動、構造物内での日常生活の中で発生する振動等を含む環境振動に起因する加速度を計測する。本実施形態で第１の所定の期間とは、新築時又は改築時から地震、台風、竜巻等の工業化構造物に水平力を与えるイベントが発生する前までの一の期間である。以降においては、イベントはその一例の地震であるとして説明する。

また、計測部１１ｂは、第１の所定の期間の後の期間（第２の所定の期間）に、環境振動に起因する第２の加速度計１０ｂが取り付けられた部分の加速度を計測する。本実施形態で第２の所定の期間は、イベントが終了した後、すなわち水平力による揺れが収まって定常状態に戻ってからの一の期間である。計測部１１は、例えば加速度センサーによって実現され、加速度センサーは機械式センサー、電気式センサー、光学式センサー等の任意の方式を用いたものであってよい。

通信部１２ａは、第１の加速度計１０ａの計測部１１ａによって計測した加速度の時刻歴と第１の加速度計１０ａが設置されている階層とを表す第１の加速度情報を、通信ネットワークを介して損傷度判定装置２０へ送信する。同様にして、通信部１２ｂは、第２の加速度計１０ｂの計測部１１ｂによって計測した加速度の時刻歴と第２の加速度計１０ｂが設置されている階層とを表す第２の加速度情報を、通信ネットワークを介して損傷度判定装置２０へ送信する。以降の説明において、第１の加速度情報及び第２の加速度情報のうち任意の情報を単に加速度情報という。

また、通信部１２ａ及び通信部１２ｂは、構造物を一意に識別する構造物識別情報を加速度情報に関連付けて送信する。

損傷度判定装置２０は、構造物の損傷度を判定する。損傷度判定装置２０は、通信部２１、固有振動数算出部２２、変化率算出部２３、構造物情報記憶部２４、部材特性記憶部２５、構造物特性記憶部２６、及び判定部２７を備える。

通信部２１は、第１の加速度計１０ａによって送信された、第１の加速度情報を受信する。また、通信部２１は、第２の加速度計１０ｂによって送信された、第２の加速度情報を受信する。また、通信部２１は、第１の加速度情報、第２の加速度情報にそれぞれ関連付けられた構造物識別情報を受信する。

また、通信部２１は、判定部２７によって判定された損傷度、及び該損傷度に係る構造物の構造物識別情報を表示装置３０に送信する。

固有振動数算出部２２は、地震発生前における基礎の加速度及び上階の加速度に基づいて、構造物の第１の固有振動数ｆ_１を算出する。また、固有振動数算出部２２は、地震発生後における基礎の加速度及び上階の加速度に基づいて、構造物の第２の固有振動数ｆ_２を算出する。

ここで、固有振動数算出部２２が固有振動数ｆを算出する方法について詳細に説明する。

固有振動数算出部２２は、通信部２１によって受信した第１の加速度情報が表す基礎の加速度の時刻歴を高速フーリエ変換して基礎の加速度のフーリエスペクトルを算出する。同様にして、固有振動数算出部２２は、通信部２１によって受信した第２の加速度情報が表す上階の加速度の時刻歴を高速フーリエ変換して上階の加速度のフーリエスペクトルを算出する。

固有振動数算出部２２は、基礎の加速度のフーリエスペクトルと上階の加速度のフーリエスペクトルとに基づいて伝達関数を算出する。また、固有振動数算出部２２は、算出した伝達関数において振幅がピークとなる周波数を固有振動数ｆとして算出する。

式１に示すように、構造物の固有振動数ｆは、構造物の剛性ｋと質量ｍとに依存する。具体的には、構造物の質量ｍが一定である場合、剛性ｋが大きいほど、固有振動数ｆは高い。また、構造物の剛性ｋは、構造物の耐震性に関する健全度に寄与し、具体的には損傷が進むにつれ剛性ｋが低下する傾向にある。

また、図２には発明者らが所定の構造物に振動を加える（加振する）実験を行うことによって得た、固有振動数ｆの変化が示されている。この実験では、過去に発生した比較的規模の大きい地震による振動を模した振動を、それらの地震の試験体に与える影響が概ね小さい順に構造物に加振し、その前後に微弱な振動を与えた。図２は微振動時の振動数の変化を示している。図２には、構造物の試験体のＸ方向、Ｙ方向それぞれにおける固有振動数ｆの変化が示されているが、何れの場合においても、加振回数を重ねるほど、構造物の固有振動数ｆは減少する。特に、第２回の加振から第５回の加振までは固有振動数ｆの減少率が高く、第５回の加振から第７回までの加振までの固有振動数ｆの減少率はやや低くなり、第７回以降の固有振動数ｆの減少率は微小である。また、第２回と３回の間の地震動を模した加振実験では、固有振動数ｆが大きく減少しており、これは構造物を構成する内装壁等の非構造要素が破損したことにより構造物の剛性ｋが低下したことによると推定される。

変化率算出部２３は、第１の所定の期間における基礎の加速度及び上階の加速度に基づいて、固有振動数算出部２２によって算出された第１の固有振動数ｆ_１と、第２の所定の期間における基礎の加速度及び上階の加速度に基づいて算出された第２の固有振動数ｆ_２との差の、第１の固有振動数ｆ_１に対する比率（ｆ_２－ｆ_１）／ｆ_１を固有振動数変化率として算出する。

なお、本実施形態における損傷度判定装置２０が既築の工業化構造物に設置された場合、固有振動数算出部２２は、設置された時点、又は設置された以降に、加速度計１０によって計測された加速度に基づいて算出された固有振動数と、設計時に設定すべき一部の設計要素に応じた構造物特性モデルとにより、新築時の固有振動数である第１の固有振動数ｆ_１を推定してもよい。この場合、変化率算出部２３は推定された第１の固有振動数ｆ_１と、地震終了後における第２の固有振動数ｆ_２とに基づいて固有振動数変化率を算出する。

構造物情報記憶部２４は、構造物を一意に識別する構造物識別情報に関連付けて、構造物を構成する、一部の設計要素を記憶する。また、構造物情報記憶部２４は、構造物識別情報に関連付けて所有者情報、住所等を記憶してもよい。

部材特性記憶部２５は、部材の種類ごとに、図３に示すような、水平力と変形量との関係を示す部材特性モデルを記憶する。図３の部材特性モデルは、加振されるたびに変形量に対する水平力の勾配が低くなること、すなわち部材の剛性ｋは加振されるたびに低くなることを示している。

構造物特性記憶部２６は、図４に示すような、部材の配置等の構造物の一部の設計要素に応じて生成された構造物特性モデルを記憶する。構造物特性モデルは、部材特性モデルに係る部材を含む一部の設計要素に応じて生成された、構造物全体についての水平力と変形量との関係を表すモデルである。図４の構造物特性モデルは、加振により水平力が与えられるたびに変形量が増大して、変形量に対する水平力の勾配が低くなること、すなわち構造物の剛性ｋは加振されるたびに低くなることを示している。構造物特性モデルは、構造物を構成する部材のうち建物全体の損傷に最も大きな影響を与える部材、例えば、梁の端部の部材特性モデルを利用してもよい。

工業化構造物においては、上述のように設計要素が標準化されているため、設計時に設定すべき設計要素は、全ての設計要素に比べて少ない。そのため、工業化構造物の構造物特性モデルは、一部の設計要素を設定することにより容易に生成することができる。なお、設定すべき一部の設計要素のうちの更に一部が共通する複数の工業化構造物に対して構造物特性モデルを共通化することも可能である。したがって、工業化構造物全てについての構造物特性モデルの数は、全ての設計要素を設定する必要のある場合の構造物特性モデルの数より少なく、損傷度を判定する対象となる構造物を工業化構造物とすることで、構造物特性記憶部２６は構造物特性モデルを容易に記憶することができる。

また、構造物特性記憶部２６は、構造物の一部の設計要素に応じて、固有振動数変化率（ｆ_２－ｆ_１）／ｆ_１と変形量、及び変形量と損傷度とを記憶する。ここでは、あらかじめ行った構造部材および非構造部材の実験、シミュレーション等の結果に基づいて、例えば、パラメトリックスタディにより、構造物の一部の設計要素に共通する固有振動数変化率（ｆ_２－ｆ_１）／ｆ_１と変形量、変形量と損傷度との関係を見出すことによって、固有振動数変化率と損傷度とが関連付けられている。構造物の疲労現象が顕著な場合は、変形量に加えて繰り返し回数を考慮する必要があるため、固有振動数変化率と損傷度とを直接関連付けてもよい。

本実施形態では、構造物特性記憶部２６には、変形量が大きくなるほど、高い損傷度が関連付けて記憶されている。例えば第１の閾値未満の変形量に関連付けて「損傷は少ない」という損傷度が記憶され、第１の閾値以上で第２の閾値未満の変形量に関連付けて「損傷があるため要注意」という損傷度が記憶され、第２の閾値以上の変形量に関連付けて「損傷が大きく倒壊の可能性あり」という損傷度が記憶されてもよい。

判定部２７は、固有振動数変化率と、構造物の一部の設計要素とに基づいて構造物の損傷度を判定する。具体的には、判定部２７は、加速度計１０から加速度情報とともに送信された構造物識別情報に関連付けて構造物情報記憶部２４に記憶されている一部の設計要素を抽出する。そして、判定部２７は、一部の設計要素に関連付けて構造物特性記憶部２６に記憶されている構造物特性モデルに基づいて、固有振動数算出部２２によって算出された固有振動数変化率（ｆ_２－ｆ_１）／ｆ_１に対応する構造物の変形量を決定する。そして、判定部２７は、構造物の変形量に関連付けて構造物特性記憶部２６が記憶している損傷度を抽出することによって構造物の損傷度を判定する。

表示装置３０は、通信部３１及び表示部３２を備える。

通信部３１は、損傷度判定装置２０の通信部２１から送信された損傷度及び構造物識別情報を受信する。

表示部３２は、通信部３１によって受信された損傷度及び構造物識別情報を表示する。

サーバ４０は、通信部４１及び制御部４２を備える。

通信部４１は、損傷度判定装置２０の通信部２１から送信された、１つ以上の構造物に係る損傷度及び構造物識別情報を受信する。

制御部４２は、通信部４１によって受信した、複数の構造物に係る損傷度及び構造物識別情報に基づいて各種統計処理等を行う。例えば、制御部４２は、損傷度と、複数の構造物についての構造物識別情報にそれぞれ関連付けられている住所とを用いて被災度マップを作成する。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、損傷度判定装置２０は、あらかじめ、実験、シミュレーション等により特定された部材の部材特性モデルなどの共通となる設計要素と、邸別で個別に設定される一部の設計要素と、を組み合わせることで生成可能な構造物全体の構造物特性モデルを記憶しておく。そのため、損傷度判定装置２０は、構造物の固有振動数変化率と、あらかじめ構造物特性記憶部２６に記憶されている該構造物の一部の設計要素に応じた構造物特性モデルとを用いて迅速に損傷度を判定することが可能となる。

また、第１の実施形態によれば、損傷度判定システム１が安全性を判定する対象となる構造物は工業化構造物であるため、部材の点数や種類は限定されている。そのため工業化構造物において設定すべき設計要素は全ての設計要素より少ない。そのため、生成される構造物特性モデルの種類も少ない。そのため、構造物特性記憶部２６が一部の設計要素が異なる少ない構造物特性モデルを記憶することは容易であり、上述の効果を奏することが可能となる。

また、第１の実施形態によれば、損傷度判定装置２０は、構造物の基礎に設置された第１の加速度計１０ａによって計測された加速度と、構造物の上階に設置された第２の加速度計１０ｂによって計測された加速度とに基づいて算出された固有振動数ｆを用いて損傷度を判定する。そのため、地盤の揺れではなく構造物の揺れに基づいて損傷度を判定することができる。したがって、実際の建物の損傷に関する物理量を測定せず、地盤の揺れに基づく構造計算によって、損傷度を推定する場合に比べて、精度良く正確に損傷度を判定することが可能となる。

また、第１の実施形態によれば、地震発生前に計測した加速度に基づく固有振動数ｆ_１と、地震終了後に計測した加速度に基づく固有振動数ｆ_２とに基づいて、固有振動数変化率を算出し、構造物の損傷度を判定する。そのため、地震の発生により停電となって加速度計１０が作動することができなくなった場合も、地震前と、地震後の停電から復旧した後とに加速度計１０は加速度を計測することができ、これにより損傷度判定装置２０は損傷度を判定することができる。また、地震の発生中に加速度計１０が破損したとしても、地震後に別途加速度計を設置して計測することができる。また、損傷度判定装置２０は、地震の発生中に加速度計１０が加速度を計測する必要がないため、地震の発生中に停電が発生した場合に加速度計１０に電力を供給するバッテリーを備える必要がなく、該バッテリーに係る費用を節減することが可能となる。また、損傷度判定装置２０は、損傷度を判定するにあたって地震の発生中に加速度計１０を利用しないため、地震の発生中の加速度を記憶するメモリを備える必要がなく、該バッテリーの設置及びメンテナンスに係る費用及び手間を節減することが可能となる。地震が発生していないときに、定期的に加速度を計測する必要がなく、ＣＰＵの処理負荷、及びＣＰＵを動作させるために供給する電力を節減することが可能となる。

また、第１の実施形態によれば、損傷度判定装置２０は、工業化構造物の新築時又は改築時における第１の固有振動数ｆ_１と、地震終了後における第２の固有振動数ｆ_２とに基づいて算出される固有振動数変化率に基づいて損傷度を判定する。そのため、損傷度判定装置２０は、構造物が新築又は改築されてからの経年劣化、過去の地震による構造の変化を鑑みた損傷度の判定を行うことができる。損傷度判定装置２０は、過去の地震履歴の全てについて応答計算を行うことによって損傷度を判定する場合のように地震履歴を保持するためのメモリ等を備える必要がなく、メモリ量を節減することが可能となる。

また、第１の実施形態によれば、損傷度判定装置２０は、インターネット、イントラネット等の通信ネットワークを介してサーバ４０に接続される。このため、サーバ４０は複数の構造物の損傷度、構造物の住所等を損傷度判定装置２０から受信することができ、例えば、これらの情報を活用して、地震後の被災度マップを容易に作成することが可能となる。したがって、地震被害の分布を把握し、被災地の復旧支援活動の計画および実施を円滑に効果的に行ことが可能となる。

なお、第１の実施形態によれば、固有振動数算出部２２は基礎と上階の加速度計１０によってそれぞれ計測された加速度からフーリエスペクトルを算出することによって固有振動数ｆを算出するが、これに限られない。例えば、固有振動数算出部２２は、地震時の基礎と上階の加速度計１０によってそれぞれ計測された加速度を二階積分することによって、各層の最大変位を算出してもよい。この場合、固有振動数算出部２２は、算出した基礎と上階の変位差に基づいて層間変形角を算出して固有振動数ｆを算出することができる。

第１の実施形態において、変化率算出部２３は、地震前に計測した加速度に基づく固有振動数ｆ_１と、地震後に計測した加速度に基づく固有振動数ｆ_２との比率ｆ_２／ｆ_１を固有振動数変化率として算出してもよい。この場合、判定部２７は、比率ｆ_２／ｆ_１と構造物特性モデルとに基づいて構造物の損傷度を判定する。

また、第１の実施形態において、損傷度判定装置２０と表示装置３０とは別の装置として構成したが、損傷度判定装置２０と表示装置３０とが一体として構成されてもよい。また、加速度計１０ａ及び１０ｂのいずれかと損傷度判定装置２０とが一体として構成されてもよい。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。

第２の実施形態に係る損傷度判定システム２は、第１の実施形態に係る損傷度判定システム１と同様に、第１の加速度計１０ａ、第２の加速度計１０ｂ、損傷度判定装置２０、、表示装置３０、及びサーバ４０を備える。

第２の実施形態における加速度計１０の計測部１１は、地震が発生してから地震が終了するまでの加速度を計測する点で第１の実施形態の計測部１１とは異なる。

固有振動数算出部２２は、第１の加速度情報及び第２の加速度情報に含まれる、基礎と上階とのそれぞれにおける、所定の期間（第１の所定の期間）の加速度の時刻歴に基づいて第１の固有振動数ｆ_１を算出する。本実施形態で第１の所定の期間は、地震が発生している間の一の期間、例えば地震発生時から５秒間である。

また、固有振動数算出部２２は、基礎と上階とのそれぞれにおける、所定の期間（第２の所定の期間）の加速度の時刻歴に基づいて第２の固有振動数ｆ_２を算出する。加速度の時刻歴に基づいて固有振動数ｆを算出する具体的な方法については第１の実施形態と同様である。本実施形態で第２の所定の期間は、地震の発生中の、第１の所定の期間より後の期間であって、例えば構造物が弾性応答する強振動後の自由振動期間である。

変化率算出部２３は、第１の固有振動数ｆ_１と第２の固有振動数ｆ_２との差の、第１の固有振動数ｆ_１に対する比率（ｆ_２－ｆ_１）／ｆ_１を固有振動数変化率として算出する。

判定部２７は、加速度計１０から送信された加速度情報に含まれる構造物識別情報に関連付けて構造物情報記憶部２４に記憶されている、設定すべき一部の設計要素を抽出する。そして、判定部２７は、構造物特性記憶部２６に記憶されている、設定すべき一部の設計要素に応じた構造物特性モデルに基づいて、固有振動数算出部２２によって算出された固有振動数変化率（ｆ_２－ｆ_１）／ｆ_１に対応する構造物の変形量を判定する。そして、判定部２７は、構造物の変形量に関連付けて構造物特性記憶部２６が記憶している損傷度を抽出することによって構造物の損傷度を判定する。

第２の実施形態におけるその他の構成、作用は第１の実施形態と同様なので、同一または対応する構成要素には、同一参照符号を付して説明を省略する。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、構造物特性記憶部２６は、構造物の一部の設計要素に応じて生成された、構造物特性モデルを記憶する。そして、判定部２７は、構造物の、第１の所定の期間における第１の固有振動数ｆ_１と、第２の所定の期間における第２の固有振動数ｆ_２に基づく固有振動数変化率と、構造物の一部の設計要素とに基づいて損傷度を判定する。そのため、実際の建物の損傷に関する物理量を測定せず、地盤の地震情報のみを用いて損傷度を推定する場合に比べて精度よく正確に損傷度を判定することができるという第１の実施形態と同様の効果を奏する。また、第１の実施形態と同様、迅速かつ容易に損傷度を判定することができる。

第２の実施形態において、変化率算出部２３は、地震中の第１の所定の時間での加速度の時刻歴に基づく第１の固有振動数ｆ_１と、同じ地震中の第２の所定の時間での加速度の時刻歴に基づく第２の固有振動数ｆ_２との比率ｆ_２／ｆ_１を固有振動数変化率として算出してもよい。この場合、判定部２７は、比率ｆ_２／ｆ_１と構造物特性モデルとに基づいて構造物の損傷度を判定する。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態及び実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

１，２ 損傷度判定システム
１０ 加速度計
１０ａ 第１の加速度計
１０ｂ 第２の加速度計
１１ 計測部
１１ａ 第１の計測部
１１ｂ 第２の計測部
１２ 通信部
１２ａ 第１の通信部
１２ｂ 第２の通信部
２０ 損傷度判定装置
２１ 通信部
２２ 固有振動数算出部
２３ 変化率算出部
２４ 構造物情報記憶部
２５ 部材特性記憶部
２６ 構造物特性記憶部
２７ 判定部
３０ 表示装置
３１ 通信部
３２ 表示部
４０ サーバ
４１ 通信部
４２ 制御部

Claims (4)

1. 一部の設計要素を設定することにより設計可能な工業化構造物について、第１の所定の期間の第１の固有振動数を算出し、前記第１の所定の期間の後の第２の所定の期間の第２の固有振動数を算出する固有振動数算出部と、
   前記第１の固有振動数と前記第２の固有振動数とに基づいて固有振動数変化率を算出する変化率算出部と、
   前記一部の設計要素を設定することにより生成された、固有振動数、及び前記工業化構造物の変形量の関係を示す構造物特性モデルと、
   前記変化率算出部によって算出された前記固有振動数変化率と、前記構造物特性モデルとにより決定された変形量に基づいて、前記工業化構造物における基礎又は１階から２階以上の所定の階層である上階までの損傷度を判定する判定部と、
   を備え、
   前記固有振動数算出部は、前記第１の所定の期間の、前記基礎又は前記１階の加速度のフーリエスペクトルと、前記上階の加速度のフーリエスペクトルとに基づいて伝達関数を算出し、該伝達関数において振幅がピークとなる周波数を前記第１の固有振動数として算出し、前記第２の所定の期間の、前記基礎又は前記１階の加速度のフーリエスペクトルと、前記上階の加速度のフーリエスペクトルとに基づいて伝達関数を算出し、該伝達関数において振幅がピークとなる周波数を前記第２の固有振動数として算出し、
   前記第１の所定の期間は新築時または改築時から前記工業化構造物に水平力を与えるイベントが発生する前までの一の期間であり、前記第２の所定の期間は前記イベントが終了した後の一の期間であることを特徴とする損傷度判定装置。
2. 一部の設計要素を設定することにより設計可能な工業化構造物の基礎又は１階の加速度を計測する第１の加速度計と、
   前記工業化構造物の２階以上の上階の任意の階層である上階の加速度を計測する第２の加速度計と、
   前記工業化構造物の損傷度を判定する損傷度判定装置と、を備え、
   前記損傷度判定装置は、
   第１の所定の期間に、前記第１の加速度計によって計測された加速度及び前記第２の加速度計によって計測された加速度に基づいて前記工業化構造物の第１の固有振動数を算出し、かつ、前記第１の所定の期間の後の第２の所定の期間に、前記第１の加速度計によって計測された加速度及び前記第２の加速度計によって計測された加速度に基づいて前記工業化構造物の第２の固有振動数を算出する固有振動数算出部と、
   前記第１の固有振動数と前記第２の固有振動数とに基づいて固有振動数変化率を算出する変化率算出部と、
   前記一部の設計要素を設定することにより生成された、固有振動数、及び前記工業化構造物の変形量の関係を示す構造物特性モデルと、
   前記変化率算出部によって算出された前記固有振動数変化率と、前記構造物特性モデルとにより決定された変形量に基づいて、前記工業化構造物における基礎又は１階から２階以上の所定の階層である上階までの損傷度を判定する判定部と、
   を含み、
   前記第１の所定の期間の、前記基礎又は前記１階の加速度のフーリエスペクトルと、前記の加速度のフーリエスペクトルとに基づいて伝達関数を算出し、該伝達関数において振幅がピークとなる周波数を前記第１の固有振動数として算出し、前記第２の所定の期間の、前記基礎又は前記１階の加速度のフーリエスペクトルと、前記上階の加速度のフーリエスペクトルとに基づいて伝達関数を算出し、該伝達関数において振幅がピークとなる周波数を前記第２の固有振動数として算出し、
   前記第１の所定の期間は新築時または改築時から前記工業化構造物に水平力を与えるイベントが発生する前までの一の期間であり、前記第２の所定の期間は前記イベントが終了した後の一の期間であることを特徴とする損傷度判定システム。
3. 前記損傷度判定装置によって判定された前記損傷度を表示する表示装置をさらに備え、
   前記第１及び第２の加速度計、前記損傷度判定装置、及び前記表示装置の一部または全部が、それぞれ有線、無線通信によるインターネットを介して相互に接続されて情報を送受信することを特徴とする請求項２に記載の損傷度判定システム。
4. 前記損傷度判定装置からネットワークを介して、１つ以上の前記工業化構造物に係る損傷度に関する情報を受信するサーバをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の損傷度判定システム。

Images