On multiaxial strain characteristics of piping systems subjected to earthquake loads

地震荷重による配管系ひずみの多軸特性について

森下 正樹 ; 大谷 章仁*

Morishita, Masaki; Otani, Akihito*

日本機械学会コードケースN-CC-008は、非弾性応答時刻歴解析とひずみ基準による配管耐震設計のための設計ルールを定めている。コードケースは疲労損傷評価において、サイクルカウントにレインフロー法を用いている。一方、ASME Code Section VIII, Division 2には"The Rainflow cycle counting method is recommended but not applicable for non-proportional loading"と記載されている。そこで、われわれは地震加振による配管のひずみが比例か非比例かを検証した。解析には伊藤らにより提案されたIS法を用いた。解析の結果、地震動によって配管系に生じる多軸ひずみは、ほぼ比例することが示された。この結果に基づき、われわれはRainflowサイクルカウント法が配管の地震時疲労評価に十分適用可能であると結論づけた。本論文では地震荷重による配管のひずみが比例するという結論を支持するために、振動モードとひずみ成分の関係の観点からもいくつかの考察を行った。

The JSME Code Case N-CC-008 provides design rules for piping seismic design by inelastic response analysis and strain-based fatigue criteria. The Code Case uses the Rainflow method for cycle counting. The Rainflow method is used for identifying pairs of peaks/valleys of the representative strain and their occurrence times. On the other hand, ASME Code reads "The Rainflow cycle counting method is recommended but not applicable for non-proportional loading." The authors analyzed the behavior of multi-axial strain of piping systems to test the non-proportionality. The analysis results showed that the multi-axial strain in piping systems induced by seismic excitation is almost proportional. Based on this result, the authors concluded that the Rainflow cycle counting method is well applicable for the piping seismic fatigue evaluation. In addition to these numerical analyses with the IS method, some discussions are also made in this paper from the viewpoint of the relation between vibration mode and strain components to support the conclusion that the piping strain by seismic loads is proportional.