JPH0721439B2 - 構造物の動的試験方法 - Google Patents
構造物の動的試験方法Info
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- JPH0721439B2 JPH0721439B2 JP62218113A JP21811387A JPH0721439B2 JP H0721439 B2 JPH0721439 B2 JP H0721439B2 JP 62218113 A JP62218113 A JP 62218113A JP 21811387 A JP21811387 A JP 21811387A JP H0721439 B2 JPH0721439 B2 JP H0721439B2
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Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は、構造物の動的試験方法に係り、特に、多層
構造物の各層が地震によってどのような挙動を示すかを
試験する方法に関する。
構造物の各層が地震によってどのような挙動を示すかを
試験する方法に関する。
B.従来技術 従来、この種の試験方法は、多層構造物の地盤が揺れた
ときに、各層がどのように変位するかを、予め与えられ
た地震加速度データに基づいて一定の時間間隔で逐次算
出し、得られた応答変位を目標値として多層構造物の各
層に対応して設けられた各アクチュエータのピストンの
ストロークをそれぞれステップ的に変位制御していくこ
とによって、多層構造物に実際の地震と同じような擬似
的変位を与えて、多層構造物のベースシャー応答などを
計測している。
ときに、各層がどのように変位するかを、予め与えられ
た地震加速度データに基づいて一定の時間間隔で逐次算
出し、得られた応答変位を目標値として多層構造物の各
層に対応して設けられた各アクチュエータのピストンの
ストロークをそれぞれステップ的に変位制御していくこ
とによって、多層構造物に実際の地震と同じような擬似
的変位を与えて、多層構造物のベースシャー応答などを
計測している。
C.発明が解決しようとする問題点 上述した従来の試験方法は、多層構造物の各層を変位制
御するものであるから、次のような問題点がある。
御するものであるから、次のような問題点がある。
即ち、構造物の剛性は極めて大きいから、各層にステッ
プ的に与えられていく変位量自体はたいへん小さいもの
である。このような小さな変位量を目標値として各層を
正しく変位制御することは本来困難であり、しかも構造
物の層数（階数）が増していくに従って変位誤差が累積
するから、すべての層を正確に目標とする変位に設定す
ることがむずかしい。そのため、従来の試験方法は構造
物の対地震挙動を正確に再現することが困難であり、構
造物の動的試験の精度が悪くなるという問題点がある。
プ的に与えられていく変位量自体はたいへん小さいもの
である。このような小さな変位量を目標値として各層を
正しく変位制御することは本来困難であり、しかも構造
物の層数（階数）が増していくに従って変位誤差が累積
するから、すべての層を正確に目標とする変位に設定す
ることがむずかしい。そのため、従来の試験方法は構造
物の対地震挙動を正確に再現することが困難であり、構
造物の動的試験の精度が悪くなるという問題点がある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、構造物の対地震挙動を正確に再現し、構造物の動
的試験の精度を向上させることができる構造物の動的試
験方法を提供することを目的としている。
って、構造物の対地震挙動を正確に再現し、構造物の動
的試験の精度を向上させることができる構造物の動的試
験方法を提供することを目的としている。
D.問題点を解決するための手段 この発明は、上記問題点を解決するために次のような構
成を備えている。
成を備えている。
即ち、この発明に係る構造物の動的試験方法は、 予め与えられた地震加速度データに基づいて多層構造
物の基準となる層（基準層）の対地震応答変位を一定の
時間間隔で逐次求め、 この応答変位を目標値として前記基準層を変位制御
し、 このときの前記基準層の復元力と予め与えられた各層
の外力分布とから他層に与えるべき荷重を求め、 この荷重を目標値として各層を荷重制御することを特
徴としている。
物の基準となる層（基準層）の対地震応答変位を一定の
時間間隔で逐次求め、 この応答変位を目標値として前記基準層を変位制御
し、 このときの前記基準層の復元力と予め与えられた各層
の外力分布とから他層に与えるべき荷重を求め、 この荷重を目標値として各層を荷重制御することを特
徴としている。
E.作 用 この発明は、地震加速度データから得られる応答変位を
変位制御によって基準層に与える一方、前記基準層と復
元力と各層の外力分布とから得られる荷重を目標値とし
て他の各層を荷重制御することによって、対地震挙動を
再現している。
変位制御によって基準層に与える一方、前記基準層と復
元力と各層の外力分布とから得られる荷重を目標値とし
て他の各層を荷重制御することによって、対地震挙動を
再現している。
F.実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は、この発明の一実施例に係る方法を使用した動
的試験装置の構成の概略を示したブロック図である。こ
の実施例に係る動的試験装置は、多層構造物である被試
験体１において任意に選択された基準層の変位を制御す
る変位制御系２と、前記基準層の復元力を検出する復元
力検出系３と、被試験体１の基準層以外の層に加える荷
重を制御する荷重制御系４と、被試験体１の対地震挙動
を解析するコンピュータ５とから構成されている。ただ
し、荷重制御系４は、基準層以外の各層に対応して複数
個設けられるが、第１図では一つの荷重制御系４を代表
して示している。
的試験装置の構成の概略を示したブロック図である。こ
の実施例に係る動的試験装置は、多層構造物である被試
験体１において任意に選択された基準層の変位を制御す
る変位制御系２と、前記基準層の復元力を検出する復元
力検出系３と、被試験体１の基準層以外の層に加える荷
重を制御する荷重制御系４と、被試験体１の対地震挙動
を解析するコンピュータ５とから構成されている。ただ
し、荷重制御系４は、基準層以外の各層に対応して複数
個設けられるが、第１図では一つの荷重制御系４を代表
して示している。
変位制御計２は、コンピュータ５から一定の時間間隔ご
とに与えられた対地震応答変位データをアナログ信号に
変換するD/A変換器６、サーボアンプ７、前記サーボア
ンプ７からの信号を流量に変換するサーボ弁８、前記サ
ーボ弁８から流量に応じてピストンのストロークが可変
されるアクチュエータ９、前記アクチュエータ９のピス
トンの変位を検出する変位検出器10、前記変位検出器10
の出力を増幅する変位アンプ11を含む。そして、前記サ
ーボアンプ７には、D/A変換器６の出力と変位アンプ11
の出力との偏差が与えられる。
とに与えられた対地震応答変位データをアナログ信号に
変換するD/A変換器６、サーボアンプ７、前記サーボア
ンプ７からの信号を流量に変換するサーボ弁８、前記サ
ーボ弁８から流量に応じてピストンのストロークが可変
されるアクチュエータ９、前記アクチュエータ９のピス
トンの変位を検出する変位検出器10、前記変位検出器10
の出力を増幅する変位アンプ11を含む。そして、前記サ
ーボアンプ７には、D/A変換器６の出力と変位アンプ11
の出力との偏差が与えられる。
復元力検出系３は、被試験体１の基準層の復元力を検出
するロードセル12と、前記ロードセル12の検出信号を増
幅するロードアンプ13、前記ロードアンプ13の出力をデ
ジタル信号に変換してコンピュータ５に与えるA/D変換
器14を含む。
するロードセル12と、前記ロードセル12の検出信号を増
幅するロードアンプ13、前記ロードアンプ13の出力をデ
ジタル信号に変換してコンピュータ５に与えるA/D変換
器14を含む。
一方、荷重制御系４は、コンピュータ５から一定の時間
間隔ごとに与えられた荷重データをデジタル信号に変換
するD/A変換器15、サーボアンプ16、前記サーボアンプ1
6からの信号を流量に変換するサーボ弁17、前記サーボ
弁17から流量に応じてピストンのストロークが可変され
るアクチュエータ18、前記アクチュエータ18によって被
試験体１の基準層以外の層に加えられる荷重を検出する
ロードセル19、前記ロードセル19の出力信号を増幅する
ロードアンプ20を含む。そして、サーボアンプ16には、
D/A変換器15の出力とロードアンプ20の出力との偏差が
与えられる。
間隔ごとに与えられた荷重データをデジタル信号に変換
するD/A変換器15、サーボアンプ16、前記サーボアンプ1
6からの信号を流量に変換するサーボ弁17、前記サーボ
弁17から流量に応じてピストンのストロークが可変され
るアクチュエータ18、前記アクチュエータ18によって被
試験体１の基準層以外の層に加えられる荷重を検出する
ロードセル19、前記ロードセル19の出力信号を増幅する
ロードアンプ20を含む。そして、サーボアンプ16には、
D/A変換器15の出力とロードアンプ20の出力との偏差が
与えられる。
第２図は、被試験体１へのアクチュエータの取り付け状
態を示した説明図ある。
態を示した説明図ある。
この実施例では、被試験体１は３層（階）の構造物であ
る。被試験体１の基準層は、後で説明する対地震挙動の
解析において基準座標となるものである。したがって、
これをどこに設定するかは任意である。この実施例で
は、第３層IIIを基準層に設定している。この基準層で
ある第３層IIIに、変位制御系２のアクチュエータ９
が、第２層IIに荷重制御系４のアクチュエータ18が、第
１層Ｉに他の荷重制御系のアクチュエータ21が、それぞ
れ取り付けられている。なお、22は各アクチュエータ9,
18,21をそれぞれ支える反力壁である。
る。被試験体１の基準層は、後で説明する対地震挙動の
解析において基準座標となるものである。したがって、
これをどこに設定するかは任意である。この実施例で
は、第３層IIIを基準層に設定している。この基準層で
ある第３層IIIに、変位制御系２のアクチュエータ９
が、第２層IIに荷重制御系４のアクチュエータ18が、第
１層Ｉに他の荷重制御系のアクチュエータ21が、それぞ
れ取り付けられている。なお、22は各アクチュエータ9,
18,21をそれぞれ支える反力壁である。
次に、上述した装置の動作を、第３図に示した被試験体
１への加力PAD（problem analysis diagram）図に従っ
て説明する。
１への加力PAD（problem analysis diagram）図に従っ
て説明する。
処理＃1:まず、コンピュータ５に地震加速度データと外
力分布データとを入力しておく。地震加速度データは、
地震波を例えば10m secごとにサンプリングした加速度
データ群から構成されている。一方、外力分布データ
は、被試験体１のせん断質点系がどのように構成される
かを決めるデータであって、この実施例では逆三角形１
次モードの均等質量せん断系に設定している。
力分布データとを入力しておく。地震加速度データは、
地震波を例えば10m secごとにサンプリングした加速度
データ群から構成されている。一方、外力分布データ
は、被試験体１のせん断質点系がどのように構成される
かを決めるデータであって、この実施例では逆三角形１
次モードの均等質量せん断系に設定している。
処理＃2:処理＃１で与えられた地震加速度データと、被
試験体１の質量マトリックス〔Ｍ〕と剛性マトリックス
〔Ｋ〕とを用いて固有値解析を行い、被試験体１の固有
周期を求め、各層のｓ次変形モード｛su｝を求める。こ
の実施例では、３層の構造物を被試験体１としているの
で、３次までの変形モードがそれぞれ求められる。
試験体１の質量マトリックス〔Ｍ〕と剛性マトリックス
〔Ｋ〕とを用いて固有値解析を行い、被試験体１の固有
周期を求め、各層のｓ次変形モード｛su｝を求める。こ
の実施例では、３層の構造物を被試験体１としているの
で、３次までの変形モードがそれぞれ求められる。
処理＃3:次に、基準層の線形応答変位をステップごとに
逐次計算する。このステップは10〜20sec程度の一定の
時間間隔に設定されており、この時間間隔は地震加速度
データのサンプリングタイムに対応している。換言すれ
ば、地震加速度データのサンプリング時間10m secを10
〜20sec程度のステップに時間軸を引き延ばし、各ステ
ップｉ（ｉ＝1,n）について各地震加速度データに基づ
いて基準層の弾塑性応答変位を算出するのである。処理
＃３は、基準層の各ステップｉについて弾塑性応答変位
を算出する処理＃31と、処理＃31で算出された変位など
を被試験体１に静的に加えていくためのサブステップで
ある処理＃32とに分かれている。以下、これらの処理を
具体的に説明する。
逐次計算する。このステップは10〜20sec程度の一定の
時間間隔に設定されており、この時間間隔は地震加速度
データのサンプリングタイムに対応している。換言すれ
ば、地震加速度データのサンプリング時間10m secを10
〜20sec程度のステップに時間軸を引き延ばし、各ステ
ップｉ（ｉ＝1,n）について各地震加速度データに基づ
いて基準層の弾塑性応答変位を算出するのである。処理
＃３は、基準層の各ステップｉについて弾塑性応答変位
を算出する処理＃31と、処理＃31で算出された変位など
を被試験体１に静的に加えていくためのサブステップで
ある処理＃32とに分かれている。以下、これらの処理を
具体的に説明する。
処理＃31:地震加速度データを０、算出すべき基準層
の変位をｙ、加速度をとすると、非減衰時の被試験体
１の振動方程式は、次のように表される。
の変位をｙ、加速度をとすると、非減衰時の被試験体
１の振動方程式は、次のように表される。
〔Ｍ〕｛｝＋〔Ｋ〕｛ｙ｝＝−〔Ｍ〕｛１｝｛０｝ … ｓ次変形モード｛su｝と外力分布｛sp｝とを用い、式
の解を各モードの重ね合わせで表現すると、次のように
表される。
の解を各モードの重ね合わせで表現すると、次のように
表される。
ここで、sp（ｔ）は基準座標である。式を式に代入
し、左から｛su｝の転置行列｛su｝Ｔを乗じた後、
〔Ｍ〕，〔Ｋ〕の直交性を考慮すると、式は次のよう
に表される。
し、左から｛su｝の転置行列｛su｝Ｔを乗じた後、
〔Ｍ〕，〔Ｋ〕の直交性を考慮すると、式は次のよう
に表される。
｛su｝Ｔ〔Ｍ〕ｓ＋｛su｝Ｔ｛sp｝ ＝−｛su｝Ｔ〔Ｍ〕｛１｝０ … 式はｓ次の刺激関数ｓβを用いると、次のように表さ
れる。
れる。
（1/sβ）｛su｝Ｔ〔Ｍ〕｛１｝ｓ＋｛su｝＋｛sp｝ ＝−｛su｝Ｔ〔Ｍ〕｛１｝０ … ここで、 である。さらに、 とおくと、式は次のようになる。
この式を数値積分して、得られた基準座標 を刺激関数倍すると、次式で表される基準層の応答変位
を得ることができる。
を得ることができる。
上述したように、ここでいうステップは地震加速度デー
タの時間間隔に対応するから、このステップごとに基準
層の応答変位が求まることになる。第４図は、このよう
にして求められた基準層のステップごとの応答変位を示
している。
タの時間間隔に対応するから、このステップごとに基準
層の応答変位が求まることになる。第４図は、このよう
にして求められた基準層のステップごとの応答変位を示
している。
処理＃32:＃31で得られた応答変位をアクチュエータ９
によって被試験体１の基準層に与えるわけであるが、こ
こでは更に、変位の現在値と計算によって得られた目標
値（応答変位）との間をｍ個に比例配分する。これを、
第３図ではサブステップと称している。サブステップ
は、被試験体１に対して、できる限りスムーズ（静的）
な加力を行うための手段である。もし、＃31で得られた
応答変位をそのまま被試験体１に加えると、実際の地震
挙動では発生しないようなオーバーシュートやアンダー
シュートが被試験体１に生じて、正しい測定を行うこと
ができくなるからである。
によって被試験体１の基準層に与えるわけであるが、こ
こでは更に、変位の現在値と計算によって得られた目標
値（応答変位）との間をｍ個に比例配分する。これを、
第３図ではサブステップと称している。サブステップ
は、被試験体１に対して、できる限りスムーズ（静的）
な加力を行うための手段である。もし、＃31で得られた
応答変位をそのまま被試験体１に加えると、実際の地震
挙動では発生しないようなオーバーシュートやアンダー
シュートが被試験体１に生じて、正しい測定を行うこと
ができくなるからである。
サブステップ＃32では、ｍ個に比例配分された微小な変
位を逐次に基準層に与え（＃321）、これによって生じ
た基準層の復元力をロードセル12によって検出して、こ
れをコンピュータ５に入力する（＃322）。そして、こ
の復元力と予め与えられた外力分布とを用いて他層に与
えるべき荷重を算出する（＃323）。このようにして算
出された多層へのサブステップの荷重を目標値として、
各層が荷重制御系４によって荷重制御されることによ
り、多層が外力分布通りに制御される（＃324）。
位を逐次に基準層に与え（＃321）、これによって生じ
た基準層の復元力をロードセル12によって検出して、こ
れをコンピュータ５に入力する（＃322）。そして、こ
の復元力と予め与えられた外力分布とを用いて他層に与
えるべき荷重を算出する（＃323）。このようにして算
出された多層へのサブステップの荷重を目標値として、
各層が荷重制御系４によって荷重制御されることによ
り、多層が外力分布通りに制御される（＃324）。
以上のような各処理を実行して試験を進め、各ステップ
ごとにベースシャー応答を得ることにより、正確に構造
物の対地震挙動を把握することができる。
ごとにベースシャー応答を得ることにより、正確に構造
物の対地震挙動を把握することができる。
なお、上述の実施例では、３層の構造物を被試験体１と
した例について説明したが、本発明はさらにそれ以上の
多層構造物の試験にも適用できることは言うまでもな
い。
した例について説明したが、本発明はさらにそれ以上の
多層構造物の試験にも適用できることは言うまでもな
い。
G.発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る構造物
の動的試験方法は、基準層以外の各層について、変位に
比べてその変化幅の大きな復元力と各層の外力分布とか
ら得られる荷重を目標値として各層を荷重制御している
から制御誤差が小さくなる。したがって、本考案発明に
よれば、構造物の対地震挙動を正確に再現でき、正確な
ベースシャー応答が得られるなど構造物の動的試験の精
度を向上させることができる。
の動的試験方法は、基準層以外の各層について、変位に
比べてその変化幅の大きな復元力と各層の外力分布とか
ら得られる荷重を目標値として各層を荷重制御している
から制御誤差が小さくなる。したがって、本考案発明に
よれば、構造物の対地震挙動を正確に再現でき、正確な
ベースシャー応答が得られるなど構造物の動的試験の精
度を向上させることができる。
第１図は本発明の一実施例に係る方法を使用した試験装
置の構成の概略を示したブロック図、第２図は前記実施
例において被試験体の各層に対応したアクチュエータの
取り付け位置の説明図、第３図は前記実施例における被
試験体への加力手順を示したPAD図、第４図は前記実施
例における基準層のステップごとの応答変位の変化を示
した図である。 １……被試験体、２……変位制御系 ３……復元力検出系、４……荷重制御系 ５……コンピュータ
置の構成の概略を示したブロック図、第２図は前記実施
例において被試験体の各層に対応したアクチュエータの
取り付け位置の説明図、第３図は前記実施例における被
試験体への加力手順を示したPAD図、第４図は前記実施
例における基準層のステップごとの応答変位の変化を示
した図である。 １……被試験体、２……変位制御系 ３……復元力検出系、４……荷重制御系 ５……コンピュータ
Claims (1)
- 【請求項１】予め与えられた地震加速度データに基づい
て多層構造物の基準となる層（基準層）の対地震応答変
位を一定の時間間隔で逐次求め、この応答変位を目標値
として前記基準層を変位制御し、このときの前記基準層
の復元力と予め与えられた各層の外力分布とから他層に
与えるべき荷重を求め、この荷重を目標値として各層を
荷重制御する構造物の動的試験方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62218113A JPH0721439B2 (ja) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | 構造物の動的試験方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62218113A JPH0721439B2 (ja) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | 構造物の動的試験方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6459134A JPS6459134A (en) | 1989-03-06 |
| JPH0721439B2 true JPH0721439B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=16714833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62218113A Expired - Fee Related JPH0721439B2 (ja) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | 構造物の動的試験方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0721439B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4028320A1 (de) * | 1990-09-06 | 1992-03-12 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verfahren zum lenken von strassenfahrzeugen mit vorder- und hinterradlenkung |
| US9658627B2 (en) * | 2011-05-05 | 2017-05-23 | The Boeing Company | Detection of imminent control instability |
| CN114705386B (zh) * | 2022-02-25 | 2024-03-01 | 河海大学 | 一种长大隧道结构拟静力抗震试验装置及试验方法 |
-
1987
- 1987-08-31 JP JP62218113A patent/JPH0721439B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6459134A (en) | 1989-03-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |