JPH04366988A

JPH04366988A - 構造物倒壊のシミュレーション方法及び装置

Info

Publication number: JPH04366988A
Application number: JP3170480A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Ito; 伊東　守; Noriyuki Utagawa; 紀之歌川; Ippei Kondo; 一平近藤; Naoto Yoshida; 直人吉田
Original assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1992-12-18
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JP2672209B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は建築物を発破を用いて
破壊する場合の倒壊過程をシミュレートするシミュレー
ション方法及びシミュレーション装置に関し、特に、個
別要素法（ＤＥＭ）を用いて倒壊過程をシミュレートす
るシミュレーション方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、副都心・核都市の建設など地域や
都市の再開発事業が多く見られ、開発に伴う既存ビルの
解体作業も増加している。一方、地震や台風などの大災
害の復旧時には全壊半壊につながる構造物の早期解体撤
去が望まれる。その様な解体のニ−ズに対して、工期短
縮や費用低減につながる、火薬により構造物を破壊する
発破解体工法が注目されている。そこで、今後も解体撤
去のニ−ズが高まる中、この工法を一般工法として通常
の建屋解体工事の中で使用できる様に、技術開発を進め
ていく事の意義は非常に大きいと考えられる。

【０００３】従来においては、この工法を用いる場合、
模型を作成し、実際に破壊して倒壊過程シミュレートす
る必要があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来において
は、構造物の倒壊の過程をシミュレートする装置も方法
も存在しておらず、非常に不便であった。

【０００５】この発明は上記実情に鑑みて成されたもの
で、発破解体工法における建物倒壊の過程をシミュレー
トできるシミュレーション方法及びシミュレーション装
置を提供することである。

【０００６】また、この発明の他の目的は、発破解体工
法における建物倒壊の過程を容易に視覚的に認識できる
方法及び装置を提供することである。

【０００７】また、本発明は構造物の発破倒壊シミュレ
−ション方法及び装置を提示することにより、発破倒壊
メカニズム把握の一助とすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明にかかるシミュレーション装置は被破壊構造
物を複数の個別要素の集合とみなした場合の構造データ
を記憶する手段と、前記被破壊構造物の発破位置及び発
破条件を設定する手段と、前記発破条件及び被破壊構造
物の構造データに基づいて、所定の微小時間毎の前記個
別要素間の変位量を計算する手段と、求められた変位量
に基づいて各個別要素の所定時間での位置を表示する表
示手段、を具備することを特徴とする。

【０００９】また、この発明にかかるシミュレーション
方法は、前記構造物を複数の個別要素に分割する工程と
、発破条件及び被破壊構造物の構造データに基づいて、
所定の微小時間毎の前記個別要素間の変位量を計算する
工程と、求められた変位量に基づいて各個別要素の所定
時間での位置を表示する工程、を具備することを特徴と
する。

【００１０】

【作用】上記構成とすることにより、この発明にかかる
シミュレーション装置及び方法によれば、構造物を個別
要素で近似すると共に発破条件や構造データを設定し、
構造物の変位を微小時間単位で求め、さらに、これを積
分する。これにより、任意のタイミングでの各個別要素
の位置を知ることができる。そして、各個別要素の位置
を表示するようにしたので、視覚的に倒壊過程を理解で
きる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１２】まず、倒壊設計の考え方について説明する
。

【００１３】発破解体工法における構造物の倒壊の仕方
は大きく二つに分類できる。一つは構造物の下部柱を爆
破し、上部を落下させ、その落下衝撃によって破壊し、
倒壊させる方法（落下速度重視型）で、もう一つは各構
造部材を部分的に、または全体的に秒時差をつけて爆破
撤去する事で衝撃的に発生する死荷重による応力再配分
によって、構造部材を破壊し、構造系全体を不安定にし
て倒壊させる方法（荷重−構造系のアンバランス重視型
）である。

【００１４】落下速度重視型の方法の場合、落下高さを
十分にとる必要があり、さらに落下衝撃による破壊は多
分に経験的にしか予測できず、鉄筋量の多い我が国のＲ
Ｃ構造物においては落下衝撃による破壊は難しい。アン
バランス重視型の場合も実際には落下衝撃による破壊が
含まれるが、主な破壊は発破による構造部材の破壊と、
それによって骨組のバランスを失わせ、死荷重により生
じる不釣合モ−メントにより、構造全体を不安定にさせ
る事による破壊である。従って、アンバランス重視型の
場合には、発破位置、発破順序、さらには発破する秒時
差を調整する事によって、倒壊させる方向や最終倒壊性
状をコントロ−ルする事ができ、その様なコントロ−ル
によって、できるだけ少ない爆薬量で効率的に構造物を
倒壊させる事が可能である。

【００１５】荷重−構造系のアンバランス重視型の場合
、部材の発破切断或いは切断に近い状態による倒壊の確
実性が得られていなければならない。その確実性を検討
するために倒壊シミュレ−ションを行うのであるが、こ
の検討に際して、定まった考え方はない。倒壊の現象は
弾塑性領域の動的かつ大変形の現象であり、以下の様な
種々のレベルでの検討がありえる。１．弾性骨組の静的解析により、ヒンジ発生予定部の応
力照査を行い、予定部の降伏を確認する。２．弾塑性骨組の静的解析により、架構の終局耐力を求
める事で、倒壊の確実性を検討する。３．前述の２の解析に、大変形（Ｐ−δ効果）を考慮し
て検討する。４．倒壊は構造部材の落下、衝突（接触）、散乱を伴う
非連続的な動的現象であり、これらの運動を時間ステッ
プごとにシミュレ−ションする。

【００１６】１のレベルの検討は倒壊に対して大まかな
見当をつけるための簡易手法であり、２、３のレベルの
検討は倒壊の確実性を検討し得る方法である。変形の状
況やその時刻歴を必要とする場合、さらに最終倒壊状況
を必要とする場合には４のレベルの検討が有用になる。

【００１７】そこで、本発明は４のレベルの解析ができ
るシミュレーション方法及び装置を提供することととす
る。

【００１８】次に、本実施例のシミュレーションに使用
する解析方法について説明する。

【００１９】上述の１又は２の方法による倒壊の確実性
の評価であれば、増分法を用いた静的弾塑性解析手法で
評価が可能である。３の様なＰ−δ効果、すなわち幾何
学的非線形性を考慮する場合に対しても、「建築構造力
学の最近の発展：日本建築学会，ｐｐ．３６７〜５１８
　，１９８７」で紹介されている各種方法で対応でき、
さらにそれらを動的解析ができる様に拡張する事が可能
である。しかし、構造物の倒壊現象の様に構造系が不安
定になり、さらにその後の挙動を追跡していくためには
、運動方程式を連立させて各時間ステップ毎に解いてい
く方法であるため、解が発散してしまう可能性があり、
数値計算上の工夫が必要となる。この様に、構造系が不
安定になった後の挙動を追う事と、さらに部材の落下・
衝突（接触）・散乱等の発破倒壊に伴う特有の現象を評
価するためには前述した方法で対処するのは困難である
。

【００２０】そこで、本実施例では数値解析方法として
、これらの現象を再現できる個別要素法（ＤＥＭ）を選
定した。ＤＥＭは、不連続面で区切られた要素の集合体
に対し、個々の要素が運動方程式を満足し、要素間の力
の伝達が作用・反作用の法則に従う事を条件として、集
合体の動力学的挙動を数値解析する新しい提案で、シミ
ュレ−ション手法としては、Ｃｕｎｄａｌｌ（１９７１
）　によるＤＥＭが先駆的なもので、主に（地盤、石、
岩、粒状体を含む）を対象に土木分野で研究が進められ
てきた。最近では、元来非連続である粒状要素媒質に、
連続性を与える要素の間隙物質の効果を、要素ばねとは
独立した間隙ばねとして導入する事によって、コンクリ
−トの破壊解析を行うことも提案されている。ＤＥＭを
用いて倒壊シミュレ−ションを行う際、架構のモデル化
は前述したＤＥＭを改良した手法によって、柱・梁等の
構造部材を連続体としてモデル化する事が可能であろう
が、これでは個別要素数が非常に多くなり、実用上計算
する事が不可能になる。そこで、本実施例においては梁
・柱部材を一次元的にモデル化できる様にＤＥＭ手法を
改良し、簡易に立体骨組構造の弾塑性解析が行える様に
した。

【００２１】次に、シミュレーションのための骨組構造
のモデル化とＤＥＭの修正について説明する。

【００２２】立体骨組構造を図１の様にモデル化する。すなわち、質量を有する球状の個別要素を、通常のＤＥ
Ｍと同様に法線方向ばねｋｅｓｘ　、２方向の接線方向
ばねｋｅｓｙ　，　　ｋｅｓｚ　で連結し、さらに曲げ
応力を伝達できる様に面内、面外及びねじれ方向計三つ
の回転ばねｋｅｒｙ　，ｋｅｒｚ　，ｋｅｒｘ　で連結
し、梁・柱部材を構成する。そして、これらのばねを部
材ばねと定義する。

【００２３】本実施例では、構造部材の破壊に以下の三
種類が考えられる。１．爆破による破壊２．爆破の死荷重による応力再配分によって生じる破壊
３．部材同志の接触、または地面への落下衝撃による破
壊爆破による破壊に関しては、爆破する位置での個別要素
と、それを連結しているばねがある時間ステップで消失
するという条件、すなわち境界条件の変化で対応する。応力再配分によって生じる破壊に関しては、通常の構造
物はその倒壊に対して、梁・柱部材の曲げ降伏が先行す
る様に設計されている。この事から、本実施例では、曲
げによる破壊のみを考慮する。落下衝撃による破壊に関
しては、部材同志の衝突、または地面への落下衝撃によ
る構造部材の曲げ破壊は評価する事が可能であろうが、
圧壊や、局部的な断面欠損等の破壊は部材を連続体とし
てモデル化しないと評価する事が極めて困難である。そ
こで、この実施例では、部材同志の接触および地面への
衝突を考慮する。梁・柱部材の実際の形状を考慮して接
触現象を評価するためには六面体の個別要素を用いる必
要があるが、接触判定が繁雑になるので、本実施例では
、理解を容易にするために球状の要素を用いる。

【００２４】次に、構造物を近似する個別要素間の相対
変位について説明する。

【００２５】任意の球状の個別要素ｉ（個別要素の数を
ｍとすると、ｉは１からｍ）の時刻ｔから、ｔ＋△ｔに
至る微少時間増分△ｔ間におけるＸ，Ｙ及びＺ方向の変
位増分を△ｕｉ　，△ｖｉ　，△ｗｉ　とし、Ｘ，Ｙ及
びＺ軸回りの回転変位増分を△φＸｉ，△φＹｉ，△φ
Ｚｉとする。又、隣接する２要素ｉ，ｊに関する局所座標ｘ，ｙ，ｚ
は要素ｉの中心を原点とし、要素ｊの中心を通る方向に
ｘ軸を定める。そして、ｘ軸と直交する平面Ｐとｘ−ｙ
平面に平行な任意の平面との交線の中で、要素ｉの中心
点を通るものをｙ軸とし、右手系をなす様にｚ軸をとる
事にする。ここで、座標変換マトリクス［Ｔｅ　］を用
いて、要素ｉと要素ｊ間の法線（ｘ軸）方向、接線（ｙ
，ｚ軸）方向の相対変位増分は（１）式で与えられる。

【００２６】

【数１】回転角の相対変位増分△φｘ　，△φｙ　，△φｚ　は
（２）　式で与えられる。

【００２７】

【数２】上記（１）、（２）式により、各個別要素の相対変位を
絶対座標系の変位に変換できる。

【００２８】・部材ばね及び接触ばねについて本実施例
では、２種類のばねを定義する。第１のばねは梁・柱部
材を構成する個別要素を連結するばねで、曲げ部材とし
ての断面性能を持たせる事ができる様に（３）式で評価
する。ｋｅｓｘ　＝ＥＡ／△ｌ，ｋｅｓｙ　＝１２ＥＩｙ　／
△ｌ３　，ｋｅｓｚ　＝１２ＥＩｚ　／△ｌ３　、ｋｅ
ｒｙ　＝ＥＩｙ　／△ｌ，ｋｅｒｚ　＝ＥＩｚ　／△ｌ
，　　ｋｅｒｘ　＝ＧＪ／△ｌ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　…　（３）　　Ａ：断面積　　Ｉｙ　，Ｉｚ　：面内，面外方向の
断面２次モ−メント　　Ｊ：ねじれ定数　　Ｅ：ヤング
係数Ｇ：剪断弾性係数　　△ｌ：個別要素間距離、本実
施例においては、通常のＤＥＭと同様に要素同志の接触
判定を行うが、部材ばねで連結されている個別要素との
接触判定は行わず、それ以外の要素および地面との接触
判定を行う。接触ばねの評価に関しては、いろいろな考
え方があるが、本実施例では、接触ばねを本来弾性的性
質を有する個別要素の変形係数に相当するものと解釈し
、その算定法としてコンクリ−トの物性を持つ個別要素
の弾性接触における荷重−変位曲線の勾配を用いる。

【００２９】部材ばねに生じる作用力と接触時の作用力
について部材ばねに生じる軸力Ｆｅｘ，剪断力Ｆｅｙ、
Ｆｅｚ，曲げモ−メントＭｅｙ，Ｍｅｚ及びねじれモ−
メントＭｅｘは弾性抗力の他に粘性抗力も考慮して（４
）、（５）式で表される。

【００３０】

【数３】接触時に作用する力は法線方向と接触方向力だけであっ
て、法線方向の作用力は粘性抵抗力も考慮して（６）式
で表される。

【００３１】

【数４】ここで、接触ばねは引張時には抵抗しない事より（７）
式が成立する。

【００３２】　　ｅｓｘｔ　＜０のとき、ｅｓｘｔ　＝ｄｓｘｔ　＝
０　　　　　　…　　　　　　　　　　　　　　　　…
　（７）　　接線方向の作用力は同様に式（８）で表される。

【００３３】

【数５】これらには、次の条件が付加される。

【００３４】　　ｅｓｘｔ　＜０のとき、ｅｓｙ（ｚ）ｔ＝ｄｓｙ（
ｚ）ｔ＝０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
…　（９）　　また、接線方向が、摩擦力によって生じるものとす
ると、式（１０）が得られる。

【００３５】ｅｓｙ（ｚ）ｔ＞μｅｓｘｔ　のとき、　
　ｅｓｙ（ｚ）ｔ＝μＳＩＧＮ（ｅｓｘｔ　，ｅｓｙ（
ｚ）ｔ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　…（１０）　　部材の破壊のシミュレーションについて本実施例で
は、部材の破壊を曲げ破壊だけに限定する。そこで、回
転ばねに完全弾塑性型の履歴特性を持たせ、回転角があ
る限界に達したところで曲げ耐力を０とする。数値計算
上は、接線方向ばねｋｅｓｙ（ｚ）、回転ばねｋｅｒｘ
（ｙ）（ｚ）　を０にする事によって、近似的にピン接
合状態をつくる事ができる。

【００３６】運動方程式の差分近似解法について個別要
素ｉに部材ばねで連結している、または接触しているす
べての要素ｊによる作用力を（４）〜（１０）式から求
め、要素ｉに関する全体座標系のそれぞれの方向の力の
成分、ＦＸｉ，ＦＹｉ，ＦＺｉ及びＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの
モ−メント（反時計回りを正）ＭＸｉ，ＭＹｉ，ＭＺｉ
を（１０ａ）、（１０ｂ）式で求める。

【００３７】

【数６】ここで、Σｅは、要素ｉに部材ばねで連結するすべての
要素に関する総和で、Σｓ　　は接触するすべての要素
に関する総和を意味する。（１０ａ），（１０ｂ）式よ
り、時刻ｔにおける加速度成分は（１１）式によって与
えられる。

【００３８】

【数７】ここに、ｍｉ　は要素ｉの質量を表し、ｍＪｉ　は要素
ｉの回転慣性モ−メントである。時刻ｔにおける要素ｉ
の速度は式（１１）を積分して（１２）式のようになる
。

【００３９】

【数８】上式をさらに積分すると、時間増分△ｔ間の変位増分は
（１３）式となる。

【００４０】

【数９】この単位時間当たりの変位増分を積分（累算）すると、
任意のタイミングでの各個別要素の位置を求めることが
できる。なお、表示の際に直前のタイミングにおける各
部材の位置から変位分だけ各個別要素を移動して表示す
ることにより、数値データとして積分しなくても倒壊過
程を表示装置に表示できる。

【００４１】次に、前記第１実施例と実質的に同一であ
るが、若干具体的な第２実施例を説明する。

【００４２】図２は、第２実施例にかかるシミュレーシ
ョンシステムの構成を示す。

【００４３】図２において、入力装置１０、メインメモ
リ１２、ＣＰＵ１４、画像メモリ１６、表示コントロー
ラ１８、補助記憶装置２０、コンバータ２２がバス２４
を介して接続されている。入力装置１０はキーボード、
マウス等を含み、このシステムにデータや指示を入力す
る。メインメモリ１２は比較的大容量のＲＡＭ等から構
成され、シミュレーションプログラムなどを記憶したシ
ステムエリアと、設定データなどが記憶される基本デー
タエリア、シミュレーションに必要な計算データなどが
記憶されるワークエリアなどが形成される。ＣＰＵ１４
は中央処理装置であり、メインメモリ１２に記憶された
シミュレーションプログラムに従って、シミュレーショ
ンに必要な計算等の動作、計算結果に基づく画像データ
の生成等の動作を行う。

【００４４】画像メモリ１６は表示装置に表示されるべ
き画像を例えば、ビットマップ形式で記憶する。

【００４５】表示コントローラ１８はＣＰＵ１４の制御
下に画像メモリ１６に記憶された画像データを表示装置
２６に表示する。表示装置２６としては、例えば、ＣＲ
Ｔ，ＬＣＤなどの通常知られたものを使用できる。

【００４６】補助記憶装置２０はメインメモリ１２に記
憶されているデータやＣＰＵ１４の計算により得られた
データ等を必要に応じて記憶する不揮発性メモリであり
、ハードデスク装置、光デスク装置等から構成される。

【００４７】コンバータ２２はこのシミュレーションシ
ステムで生成された画像データをビデオデータなどに変
換し、図示せぬビデオデッキの録画端子等に供給する。

【００４８】次に、図２に示されるシミュレーションシ
ステムの動作を図３、図４のフローチャートを参照して
説明する。

【００４９】オペレータは入力装置１０のキーボードな
どを用いて破壊対象建築物の構造データを入力する（ス
テップＳ１）。図１に示されるように、本実施例では、
柱や梁部材を数個の球状剛体要素でモデル化し、各要素
間を法線方向ばね、接線方向ばね、回転ばねで接続して
考える。このため、構造データは、部材の寸法、解析定
数（ばね定数（法線方向ばね定数、接線方向ばね定数、
回転ばね定数）、要素データ（要素の並びのデータ）な
どを含む。なお、ヤング係数や個別要素間距離をオペレ
ータが入力すると、（３）式に従って、ＣＰＵ１４がば
ね定数を自動的に計算するようにしても良い。入力され
た構造データはＣＰＵ１４によりメインメモリ１２の基
本データエリアに記憶される。

【００５０】同様に、オペレータは入力装置１０から発
破条件（発破位置、発破順序、秒時差）を入力する（ス
テップＳ２）。入力されたデータはＣＰＵ１４によりメ
インメモリ１２の基本データエリアに記憶される。

【００５１】ＣＰＵ１４はメインメモリ１２の基本デー
タエリアに記憶された構造データに基づいて破壊対象建
築物の発破前の変形状態の計算を行う（ステップＳ３）
。このステップＳ３は、破壊対象建築物の自重による変
位等を計算し、各要素の位置を出力する。

【００５２】次に、ＣＰＵ１４は発破倒壊シミュレーシ
ョンのための計算プロセス（Ｓ４）を実行する。

【００５３】まず、ＣＰＵ１４は、ｍ個の個別要素のそ
れぞれにつて、発破開始時刻ｔ＝０のタイミングにおい
て、その個別要素が発破されるのか否かをチェックする
（ステップＳ４１）。ある個別要素が発破位置に存在す
る場合、その要素は、図５に示されるように消去される
（ステップＳ４２）。この際、消去された要素と隣接す
る要素間のばねも消去される。発破位置にない個別要素
については、ステップＳ４２は実行されない。

【００５４】次に、ステップＳ４３において、各個別要
素について、隣接する個別要素からの作用力が算定され
る。この算定は、前述の式（４）と（５）に基づいて行
われる。この際、要素間を接続する回転ばねにより、部
材の曲げ・曲げ破壊挙動を表現している。この際、作用
力が一定値を越え、部材間を接続する回転ばねに所定以
上の作用力が加わった時、塑性ヒンジが発生したものと
して、その位置を記憶する。

【００５５】次に、フローはステップＳ４４に進み、各
個別要素について、他の個別要素或いは地面と接触する
か否かについてチェックする。個別要素間の接触の有無
は２つ要素の中心点の距離が個別要素の半径の２倍以下
か否かを判別することによりチェックできる。

【００５６】他の個別要素と接触すると判別された各個
別要素について、ステップＳ４５で、接触する個別要素
からの作用力が計算される。この算定は式（６）〜（１
０）に基づいて成される。即ち、接触した要素間に新た
に接触ばねを設け、この接触ばねの反発力を作用させる
ことで作用力を計算する。この際、作用力により、回転
ばねに一定値以上の作用力が加わった場合、塑性ヒンジ
が発生したものとして、その位置を記憶する。

【００５７】ステップＳ４６で、ステップＳ４３、Ｓ４
５で求められた作用力の合計が式（１０ａ）、（１０ｂ
）に従って求められる。

【００５８】ステップＳ４７で、式（１１）〜（１３）
に基づいて、各個別要素の加速度、速度、変位が求めら
れる。

【００５９】以上で、ｔ＝０についての処理が終了する
。求められたデータは、例えば、ｔ＝０のタイミングの
各個別要素についての、加速度、速度、変位、消失の有
無、塑性ヒンジの発生の位置等のデータの集合となる。これらのデータはメインメモリ１２のワークエリアに記
憶される。

【００６０】次に、ＣＰＵ１４は、微小時間Δｔをｔに
加算し、ステップＳ４１にリターンし、先の処理で得ら
れているデータに基づいて各個別要素について上述のス
テップＳ４１−Ｓ４７を繰り返す。

【００６１】上記ループがｎ回繰り返され、ｔ＝ｎ・Δ
ｔについての処理が終了すると、フローはステップＳ４
８に進み、解析結果を出力する。この解析結果は、例え
ば、各タイミングでの、各個別要素の位置（ｘ、ｙ、ｚ
座標）、塑性ヒンジの発生位置等のデータを含む。

【００６２】なお、計算の際には、時間ｔをΔｔづつ更
新したが、計算過程で得られたデータを全て出力すると
データ量が大きくなり過ぎ、この場合には適当に間引い
て解析結果を出力するようにしても良い。例えば、ｔ＝
０、１００Δｔ、２００Δｔ、・・・での解析結果のみ
を出力するようにしても良い。

【００６３】以上で、発破倒壊シミュレーション処理（
ステップＳ４）が終了する。

【００６４】次に、フローは可視化処理（図４、ステッ
プＳ５）に進む。

【００６５】ＣＰＵ１４は、システムメモリの基本デー
タ領域に記憶されていた構造データ、発破条件、ワーク
エリア又は補助記憶装置に記憶された解析結果を読み込
む。

【００６６】次に、ＣＰＵ１４はモデリング処理を行う
。即ち、解析結果から、各タイミングでの各個別要素の
中心位置が得られる。例えば、式（１３）を積分して中
心位置を求めることができる。また、直前の各個別要素
の位置に微小時間での各個別要素の変位量を加算して、
中心位置を求めてもよく、その手法は任意である。

【００６７】ＣＰＵ１４は求められた中心位置を中心と
して、予め定められた形状、例えば、球又は立方体の要
素を配列して、倒壊過程にある構造物のモデルを作成す
る。

【００６８】ここで、例えば、立方体を要素として使用
した場合、図６（ａ）に示されるように、傾いた部材の
モデルがぎこちなく表現される可能性がある。このよう
な場合、例えば、連続している複数の個別要素の中心位
置から、傾きαを求め、その角度だけ、立方体を回転し
て、図６（ｂ）に示されるように実物に近いモデルを構
築できる。

【００６９】次に、ＣＰＵ１４は得られたモデルの表示
アングル、縮尺、色等の調整を行う（ステップＳ５３）
。この際、ＣＰＵ１４は各個別要素に付された番号（１
−ｍ）からその要素が柱に対応するか梁に対応するかを
求める。そして、柱には緑、梁には青というように異な
った色を割り付ける。これにより、倒壊過程及び倒壊後
の各部材の位置関係等が容易に認識できる。さらに、Ｃ
ＰＵ１４は、発破条件データに基づいて、発破位置の発
破直前のタイミングの個別要素（消失する個別要素）に
赤を割り付ける。これにより、発破が行われるタイミン
グが視覚的に認識できる。また、各タイミングで塑性ヒ
ンジが発生している場合には、その位置を表示すべく塑
性ヒンジ発生箇所（回転ばね）を黒等で着色する。

【００７０】さらに、ＣＰＵ１４は必要に応じて、構造
物の倒壊前の骨組を示す図を倒壊過程を示すモデルに重
ね合わせて表示する。（図７〜図１２参照）また、表示
アングルについては、通常知られた三次元表示技術を用
いて、オペレータがマウス等を用いて、任意の方向から
見た倒壊過程を表示できるようにする。

【００７１】得られた画像データが画像メモリ１６に、
例えば、ビットマップパターンの形式で展開される。表
示コントローラ１８は必要に応じてこれを静止画として
表示装置２６に表示する（ステップＳ５６）。この画像
データは必要に応じて補助記憶装置２０に蓄えられる。

【００７２】全ての処理が終了した後で、又は、データ
を処理しながらアニメーション画像として出力する（ス
テップＳ５５）ようにしても良い。また、所定の微小時
間毎の個別要素の変位量又は積分値に基づいて、任意の
タイミングでのグでの画像データを補助記憶装置２０に
蓄え、全ての処理が終了した後で、または、データを処
理しながらアニメーション画像として出力する（ステッ
プＳ５５）ようにしても良い。また、必要に応じて、得
られた画像データをＶＴＲ用にコマ取りし、コンバータ
２２を介して図示せぬビデオターミナルに提供できる。

【００７３】表示されたシミュレーション結果をモニタ
リングし（ステップＳ６１）、結果が好ましくない場合
、或いは、好ましいが他の条件について調べる場合等は
、解析定数を変更し（ステップＳ６２）て、改めてシミ
ュレーションが行われる。

【００７４】本願発明の効果を確認するため、第２の実
施例に基づくシミュレーション装置を実際に作成しシミ
ュレーションテストを行った。そこで、テスト結果につ
いて簡単に説明する。

【００７５】まず、シミュレーションの前提として平面
骨組構造の倒壊型について若干説明する。

【００７６】コンクリ−ト構造物の柱脚および梁の一部
を切断するか、切断に近い状態まで破壊した場合の倒壊
型については、以下の様に分類される。１．片側倒壊　　片側に倒壊させる。２．内側倒壊　　内側にたたみ込む様に倒壊させる。３．外側倒壊　　外側に広げる。４．ジグザグ倒壊　　層毎に倒壊方向を交互に変え、ジ
グザグにたたみ込む様に倒壊させる。

【００７７】上記方法に基づいて、ここではこれに従っ
て倒壊シミュレ−ションを行い、特に２の内側倒壊が実
現されるかどうかを確認した。構造モデルは純ラ−メン
構造のＲＣ５階立て建物の一架構（スパン６ｍ，階高３
．６ｍ）を取り出したもので、ここではＲＣ部材のモデ
ル化において、鉄筋の効果も考慮に入れて簡易にモデル
化した。図７に発破位置及び発破順序を示す。（発破位
置及び発破順序等については、「コンクリート構造物の
とりこわし倒壊型について」日本建築学会関東支部第４
１回学術研究発表回、ｐｐ２８９−２９２，昭和４５年
に従った。）また、段発秒時差は０．２５ｓｅｃ　とし
た。

【００７８】図３を参照して説明したように、最初に自
重に対する初期応力計算を行い、その後、段発秒時差に
従って発破倒壊シミュレ−ションを行った。シミュレ−
ション結果はアニメ−ション機能を持ち、かつ三次元の
視覚化が可能な汎用グラフイクスツ−ルを用いて視覚化
した。図７，図８にシミュレ−ション結果を示す。図７
、図８に示されるように、構造物が倒壊していく様子だ
けではなく、倒壊後の構造部材が堆積する様子も適切に
シミュレ−トされている。

【００７９】また、５層２スパン構造モデルを用い、発
破位置は同じで、段発秒時差を０．２５ｓｅｃ　とし、
ケ−スのシミュレーション結果を図９と図１０に示す。図９は下層から上層の順序で柱脚および梁端部を爆破す
る場合で、図１０は発破順序を上層から下層とした場合
である。

【００８０】爆破の秒時差として、０．１２５ｓｅｃ，
　０．５ｓｅｃの場合のシミュレ−ション結果を図１１
、図１２に示す。また、爆破の秒時差が０．２５ｓｅｃ　の時の例は前述
の図９に示されている。これらの結果は実際の倒壊現象
を正確にシミュレートしており、本発明のシミュレーシ
ョン装置及び方法が優れたものであることが証明された
。

【００８１】以上説明したように、本願実施例のシミュ
レーション装置によれば、建造物の発破による倒壊過程
を視覚的に認識できると共に、塑性ヒンジの発生量や発
生位置等もシミュレートできる。

【００８２】なお、本願発明は上記実施例に限定されず
、種々の変形が可能である。

【００８３】

【発明の効果】本願発明のシミュレーション装置及び方
法により、倒壊過程を種々の条件の下で視覚的に容易に
認識できる。その結果、発破前に倒壊過程を正確に予想
でき、より完全で、確実な発破解体を施工できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】構造物を個別要素を用いて近似する様子を示す
図。

【図２】この発明の第２実施例にかかるシミュレーショ
ンシステムの構成を示すブロック図。

【図３】図２に示されるシステムの動作を示すフローチ
ャート。

【図４】図２に示されるシステムの動作を示すフローチ
ャート。

【図５】図１に示される個別要素の発破による消失の様
子を示す図。

【図６】モデルを見やすくする手法を示す図。

【図７】この発明の第２実施例によるシミュレーション
の例を示す図。

【図８】この発明の第２実施例によるシミュレーション
の例を示す図。

【図９】この発明の第２実施例によるシミュレーション
の例を示す図。

【図１０】この発明の第２実施例によるシミュレーショ
ンの例を示す図。

【図１１】この発明の第２実施例によるシミュレーショ
ンの例を示す図。

【図１２】この発明の第２実施例によるシミュレーショ
ンの例を示す図。

【符号の説明】

１０…入力装置、１２…メインメモリ，１４…ＣＰＵ、
１６…画像メモリ、１８…表示制御装置、２０…補助記
憶装置，２２…コンバータ，２４…バス，２６…表示装
置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物を発破により破壊する場合の、構造
物の倒壊過程をシミュレートするシミュレーション装置
であって、被破壊構造物を複数の個別要素の集合とみな
した場合の構造データを記憶する手段と、前記被破壊構
造物の発破条件を設定する手段と、前記発破条件及び被
破壊構造物の構造データに基づいて、所定の微小時間当
たりの前記個別要素の変位量を計算する計算手段と、前
記計算手段により計算された単位時間当たりの変位量に
基づいて、任意のタイミングでの各前記個別要素の位置
を表示する表示手段、を具備することを特徴とするシミ
ュレーション装置。
【請求項２】前記計算手段は、発破により破壊された個
別要素を該当個別要素の消失と見なして、各個別要素の
変位量の計算を行う手段を含むことを特徴とする請求項
１記載のシミュレーション装置。
【請求項３】前記計算手段は、隣接する個別要素の間を
回転ばねで接続して近似し、この回転ばねのばね定数に
基づいて部材の曲げ及び曲げ破壊挙動による各個別要素
の単位時間当たりの変位を計算する手段を備えることを
特徴とする請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項４】前記計算手段は、各個別要素について、隣
接する個別要素からの作用力を求める手段と、接触する
個別要素からの作用力を求める手段と、作用力の合計を
求める手段と、作用力の合計に基づいて変位量を求める
手段を含むことを特徴とする請求項１記載のシミュレー
ション装置。
【請求項５】前記表示手段は発破される個別要素の位置
と発破タイミング、及び塑性ヒンジの発生と発生位置の
少なくとも一方を表示することを特徴とする請求項１記
載のシミュレーション装置。
【請求項６】前記表示装置は構造物を構成する柱に対応
する個別要素と梁に対応する個別要素を色分けして表示
することを特徴とする請求項１記載のシミュレーション
装置。
【請求項７】前記表示手段は前記被破壊構造物の倒壊過
程と破壊前の構造物を重ね合わせて表示することを特徴
とする請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項８】前記表示手段は各個別要素を所定形状で表
示し、個別要素と個別要素間に不連続が生ずる場合にこ
れを、連続線で近似する手段を含むことを特徴とする請
求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項９】構造物の発破による倒壊過程をシミュレー
トするシミュレーション方法であって、前記構造物を複
数の個別要素に分割する工程と、発破条件及び被破壊構
造物の構造データに基づいて、所定の微小時間毎の前記
個別要素の変位量を計算する計算工程と、前記計算工程
により求められた変位に基づいて、各前記個別要素の所
定タイミングでの位置を表示する工程、を具備すること
を特徴とするシミュレーション方法。
【請求項１０】前記計算工程は、発破により破壊された
個別要素を該当個別要素の消失と見なして、変位量の計
算を行う工程を含むことを特徴とする請求項９記載のシ
ミュレーション方法。
【請求項１１】前記計算工程は、隣接する個別要素の間
を回転ばねで接続して近似し、この回転ばねのばね定数
に基づいて部材の曲げ及び曲げ破壊挙動による各個別要
素の単位時間当たりの変位を計算する工程を備えること
を特徴とする請求項９記載のシミュレーション装置。
【請求項１２】前記計算工程は、各個別要素について、
隣接する個別要素からの作用力を求める工程と、接触す
る個別要素からの作用力を求める工程と、作用力の合計
を求める工程と、作用力の合計に基づいて変位量を求め
る工程を含むことを特徴とする請求項９記載のシミュレ
ーション方法。
【請求項１３】前記表示工程は前記被破壊構造物の倒壊
過程を連続的に表示すると共に発破される個別要素及び
塑性ヒンジの発生を表示することを特徴とする請求項９
記載のシミュレーション方法。
【請求項１４】前記表示工程は構造物を構成する柱に対
応する個別要素と梁に対応する個別要素を異なる色を付
して表示することを特徴とする請求項９記載のシミュレ
ーション方法。
【請求項１５】前記表示工程は前記被破壊構造物の倒壊
過程と破壊前の構造物を重ね合わせて表示することを特
徴とする請求項９記載のシミュレーション方法。。
【請求項１６】前記表示手段は表示の際、個別要素と個
別要素間に不連続が生ずる場合に、個別要素と個別要素
を連続線で近似する工程を含むことを特徴とする請求項
９記載のシミュレーション方法。