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論文

Seismic transient change of natural frequency estimation by adaptive filtering scheme

桐田 史生; 金澤 健司*; 北村 春幸*

Proceedings of 14th World Conference on Earthquake Engineering (WCEE-14) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10

建築物の構造健全性を評価する構造ヘルスモニタリングに関する研究の中で、地震継続中における建築物の固有振動数の変化を詳細に把握する適応回帰型カルマンフィルタを開発した。地震中における建築物の固有振動数の変化を詳細に把握することによって、その変化の傾向から建築物の地震の影響をより詳細に評価することができると考えられる。適応回帰型カルマンフィルタとは従来のカルマンフィルタに対して3つの点を改良したシステム同定手法である。3つの点とは、(1)忘却係数による固有振動数の変動追従性の向上,(2)時間軸に対して順方向及び逆方向の解析プロセスを繰り返すことによる固有振動数の初期値の修正と解析結果の平滑化,(3)変数列更新アルゴリズムの適用による解析精度の向上である。開発手法の精度を検証するために数値シミュレーションを行い、その妥当性を評価した。さらに、実建物で観測された地震観測記録に開発手法を適用し、地震中における建築物の固有振動数の変動を評価した。

口頭

実大4層建物における固有振動数の長期モニタリングE-ディフェンス鋼構造建物実験研究,30

桐田 史生

no journal, , 

本研究では建築物の生涯に渡る振動特性の変化に着目し、実大建築物の建方終了時から崩壊まで微振動の長期モニタリングを実施して、建築物の固有振動数を長期的に評価した。さらに、振動特性の振幅依存性に着目して、建築物の状態変化を捉えることを試みた。その結果、非構造部材が建築物の振動特性に与える影響は大きく、その影響は高次の振動特性に出やすいことがわかった。さらに、固有振動数の振幅依存性に着目した基準化指標を用いることで、建築物の状態変化を明瞭に把握した。

口頭

地震継続中における免震建物の固有振動数の変動評価

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 中西 龍二

no journal, , 

筆者らは、構造ヘルスモニタリングに資するために、地震継続中における建築物の固有振動数の変動を評価する適応回帰型カルマンフィルタを開発した。これまで、本手法の有効性を数値解析においては示したが、実建築物での適用事例が乏しく、実測記録を用いた解析においてその有効性を示せていなかった。本論文では、原子力機構内の建築物で得られた地震観測記録に対して適応回帰型カルマンフィルタを適用し、地震継続中における固有振動数の変動を評価した事例を示した。その結果、地震継続中における対象建物の固有振動数の変動を捉え、加速度振幅に応じた固有振動数の応答振幅依存性を確認した。さらに、伝達関数を用いた手法で算出した評価結果と比較することで、実建築物への適用に関する適応回帰型カルマンフィルタの有効性を示した。

口頭

免震建物の地震時における固有振動数の振幅依存性に関する考察

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 中西 龍二

no journal, , 

建築物の構造健全性の評価指標として固有振動数が数多くの研究で用いられている。しかし、固有振動数には非線形性等に起因する振幅依存性があることが知られており、その性質を的確に把握しなければ、地震等により固有振動数の変動が生じた際に、その変動が損傷に由来するものかを適切に評価することが困難となる。本研究では免震建物で得た地震観測記録を用い、地震時における固有振動数の振幅依存性に関する評価・考察を行った。その結果、対象建物の固有振動数と加速度応答には相関性があることを確認し、さらに、加速度応答が低い場合では両者の相関が安定している一方で、加速度応答が増加するとその関係性が崩れ、固有振動数が大きく変化することを把握した。

口頭

平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震における免震建物の固有振動数の変動評価

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 中西 龍二; 小嶋 慶大

no journal, , 

2011年3月11日に発生した平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震とその余震により、原子力機構が所有する免震建物において数多くの強震動記録が得られた。これらの地震記録に対して、筆者らが開発した適応回帰型カルマンフィルタを適用し、地震時における免震建物の固有振動数の変動を把握するとともに、本震及び余震前後の弱震動記録を用いて固有振動数の変化に関する考察を行った。その結果、免震部材の特性について、本震及び余震における経時変化を評価することができ、さらに本震及び余震前後での弱震動記録による固有振動数の評価結果から、本震及び余震による免震部材の特性変化について把握することができた。

口頭

免震構造物の地震応答特性に関する研究; 平成23年東北地方太平洋沖地震における地震観測シミュレーション,2

中西 龍二; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 桐田 史生; 小嶋 慶大

no journal, , 

本報(その1)に引き続き、平成23年東北地方太平洋沖地震において得られた大地震時の地震観測記録を用いて、上下方向の観測記録の分析及び地震観測シミュレーションを行い、大振幅時の免震構造物の上下動応答特性について検討を行った。上下方向の変位時刻歴の比較において、ロッキングの影響とも考えられる傾向を示しており、今後の分析・検討課題ではあるが、貴重なデータが得られた。また、免震構造物の上下方向減衰定数を検討した結果、免震層に約10$$sim$$20%程度とすれば、観測記録と整合する結果となり、これまで実施している中小地震観測記録による検討結果とおおむね整合的であった。

口頭

免震構造物の地震応答特性に関する研究; 平成23年東北地方太平洋沖地震における地震観測シミュレーション,1

橋村 宏彦; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 中西 龍二; 桐田 史生; 小嶋 慶大

no journal, , 

免震構造物の上下動地震応答特性に関して、これまで中小地震観測結果の分析・解析を中心に検討を進めてきたが、平成23年東北地方太平洋沖地震により大地震時の地震観測記録が得られたので、大地震時の免震構造物の応答特性を把握するため、シミュレーション解析を実施し、免震構造物の地震応答特性の検討を行った。(その1)では、対象建物及び地震観測システムの概要を述べるとともに水平方向の観測記録の報告を行い、水平方向において、解析結果は観測結果の傾向をよく表現できており、設計時の諸元は適切であることを確認した。

口頭

平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震前後における免震建物の固有振動数の長期評価

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 中西 龍二; 小嶋 慶大

no journal, , 

平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震(以下、「本震」という。)とその余震により、原子力機構が所有する免震建物において、その固有振動数が大きく変動し、特に本震の後、固有振動数が地震前に比べて低下していることを確認した。本論文では、本震後、約1年間の地震観測記録を用いて、免震建物の固有振動数の長期的な評価を行った。その結果、対象建物においては本震以降、数多くの中小地震を経験しているが、免震装置の振動特性への影響はほとんど見られないことを把握することができた。

口頭

平成23年東北地方太平洋沖地震を経験した免震建物の鉛ダンパーに関する性能評価,1; 鉛ダンパー試験概要及び振動数依存性評価試験

橋村 宏彦; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 中西 龍二; 桐田 史生; 小嶋 慶大

no journal, , 

平成23年東北地方太平洋沖地震を経験した免震建物の鉛ダンパーについて、基本性能(降伏荷重,水平剛性)及び残存性能を確認するために「基本性能評価試験」及び「エネルギー吸収量評価試験」を行った。また、水平剛性の振動数依存性を把握するために「振動数依存性評価試験」を実施した。本報では鉛ダンパーの試験概要及び振動数依存性評価試験の結果について整理し、振動数依存性評価試験の結果から、鉛ダンパーの水平剛性に関して振動数依存性があること、特に加力直後の水平剛性には明瞭な振動数依存性があることを確認した。さらに、設計用の水平剛性に比べて瞬間的に3倍から4倍程度の値になっていることを確認した。

口頭

平成23年東北地方太平洋沖地震を経験した免震建物の鉛ダンパーに関する性能評価,2; 基本性能評価試験及びエネルギー吸収量評価試験

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 中西 龍二; 小嶋 慶大

no journal, , 

平成23年東北地方太平洋沖地震を経験した免震建物の鉛ダンパーについて、基本性能(降伏荷重,水平剛性)及び残存性能を確認するために「基本性能評価試験」及び「エネルギー吸収量評価試験」を行った。また、水平剛性の振動数依存性を把握するために「振動数依存性評価試験」を実施した。本報では鉛ダンパーの基本性能評価試験及びエネルギー吸収量評価試験の結果について整理し、3.11地震を経験した鉛ダンパーに関して、降伏荷重については建設時に比べて特に変わりないが、水平剛性については13%程度低下している可能性がある。また、エネルギー吸収量については新規鉛ダンパーとほぼ同等の性能を持っていることを確認した。また、切欠きの有無による鉛ダンパーの性能においては、降伏荷重については切欠きの程度によって低下しているが、水平剛性については大きな変化は見られない。エネルギー吸収量については切欠きの程度によって大きく変化したことから、クラックの程度だけでなく、クラックの入り方で性能が大きく変わる可能性があることを確認した。

口頭

平成23年東北地方太平洋沖地震を経験した免震建物の鉛ダンパーに関する性能評価,3; 過去約10年間における鉛ダンパーの累積疲労損傷比の推定

小嶋 慶大; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 中西 龍二; 桐田 史生

no journal, , 

平成23年東北地方太平洋沖地震後の点検において、機構が所有する茨城県那珂郡東海村に建設された免震建物の基礎免震層に設置されている鉛ダンパーに微細な表面亀裂を確認した。表面亀裂は微細であるため、鉛ダンパーは継続使用可能と考えられるが、疲労損傷を定量的に把握するための研究は少ない。本報では、鋼構造物の疲労寿命の定量的な評価に使用される累積疲労損傷比を使用し、竣工(2003年1月)から2013年2月までの約10年間における本建物の鉛ダンパーのD値の総和を推定し、継続使用性の定量的な評価を試みた。評価の結果、以下の知見を得た。(1)3.11地震による亀裂のD値が1を超過し、本建物の鉛ダンパーに亀裂が発生する結果となり、3.11地震後の点検結果と整合した。(2)約10年間における破断のD値の総和は、保守性を見込み推定して0.087となり、本建物の鉛ダンパーは破断に対し十分な残存性能があると推定された。(3)破断のD値の総和の約75%は3.11地震によるものであり、中小地震の割合は小さい。

口頭

平成23年東北地方太平洋沖地震を経験した免震建物の鉛ダンパーに関する性能評価,4; 短周期に着目した免震建物の地震観測シミュレーション

中西 龍二; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 桐田 史生; 小嶋 慶大

no journal, , 

内部に重要機器を有する免震構造物の場合、設備の耐震性を評価するため、短周期の解析精度を向上させることが重要である。本報では、前報(その1,その2)で実施した鉛ダンパーの振動数依存試験等の結果を踏まえ、短周期の解析精度に影響を及ぼすと思われる鉛ダンパーの剛性についてパラメータスタディを実施し、免震構造物の短周期成分への影響検討を実施した。検討の結果、「設計モデルによる免震層の初期剛性は、長周期に着目して設定されているため、短周期成分は観測記録と合いにくく、解析結果が小さめの傾向にあること」、「短周期成分の解析精度を向上させるためには、鉛ダンパーの初期剛性を一般的な設計値より3倍から4倍程度大きく見込んだ方が良く、バイリニアの初期剛性を高めに設定することで短周期成分の解析と観測記録の整合性が向上すること」を確認した。

口頭

平成23年東北地方太平洋沖地震を経験した免震建物の鉛ダンパーに関する性能評価,5; 鉛ダンパーの剛性変動が免震建物の固有振動数に与える影響

瓜生 満; 桐田 史生; 山崎 敏彦; 橋村 宏彦; 中西 龍二; 小嶋 慶大

no journal, , 

平成23年の東北地方太平洋沖地震を経験した茨城県東海村に建設された免震建物については、既報において3.11地震前後の振動特性の変動について報告を行った。本報では、その変動の原因を鉛ダンパーの剛性変動によるものと考え、影響評価を行った。検討の結果、以下のことが把握した。(1)3.11地震を経験した本建物の固有振動数は微小振幅領域で1割程度小さくなっている。(2)その主要な原因は、鉛ダンパーの既存品と新規品の基本性能試験の結果からわかるように、鉛ダンパーの水平剛性低下に起因するものと推定される。(3)鉛ダンパーの水平剛性低下の原因は、大振幅の繰り返し加力による材料の塑性化及び金属粒子の並び替えによるものと推定される。

口頭

茨城地域の地中岩盤記録に基づいた震源・伝播経路・地盤増幅特性の評価

湯沢 豊*; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 桐田 史生; 真下 貢*

no journal, , 

「平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震」の発生により、宮城県を中心とした太平洋沿岸では大きな地殻変動が起こり、東北日本弧の応力場が大きく変化した。そのため、九州等一部の地域を除き、国内では稀であった正断層型の地震が福島県と茨城県の県境を中心に発生している。この正断層型の内陸地殻内地震の地震動特性を評価することは、今後の強震動予測において重要である。本報告では、茨城地域を対象とし東北地方太平洋沖地震以降の地震記録を用い、震源・伝播経路・地盤増幅特性の分離を行いそれぞれの特性について評価する。検討の結果、次に示すことがわかった。(1)地盤増幅特性は、基盤の地震動と調和的。(2)伝播経路特性は低周波数領域では既往研究と調和的。高周波数領域では乖離する傾向であるが、震源距離を考慮するとおおむね調和的。(3)震源特性は既往研究とおおむね調和的。これらの結果は今後の強震動予測に対して既往研究と合わせて活用できると思われるが、さらなる精度の向上のために、今後は解析対象とする地震の数、及び観測点の面的な範囲を広げ、震源特性の地域性について分析・評価を行っていく予定である。

口頭

連動型巨大地震における模擬地震波の作成手法に関する検討

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦

no journal, , 

強震動による構造物の非線形挙動を適切に評価するためには、地震動レベルだけでなく、その経時特性も適切に考慮する必要がある。平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震(以下、「3.11地震」)のような連動型巨大地震における強震動を評価する手法としては、断層モデルを用いた半経験的波形合成手法が主流ではあるが、多数のパラメータに高度な工学的判断が必要とされる。一方、距離減衰式を用いた経験的手法については、断層モデル手法に比べ設定するパラメータが少なく、比較的容易に地震動を評価することができるが、連動型巨大地震に対して適用可能な手法は研究途上である。本発表では、既往の距離減衰式を活用し、連動型巨大地震の地震動レベルと経時特性を評価する手法を提案する。さらに3.11地震に適用し、提案手法の妥当性について検討する。その結果、既往の距離減衰式であっても、断層破壊と地震動伝播を考慮することで、連動型巨大地震による地震動を評価できる可能性があることが示せた。一方で、地震動のレベルに関しては適切な補正係数の設定が、経時特性に関しては振幅包絡線の設定に改善の余地があると考える。

口頭

茨城県北部沿岸域における福島・茨城県境を震源とする地震の長周期地震動に関する評価,1; 三次元地盤構造モデルの作成

安田 昌宏; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 桐田 史生; 藤原 了*; 河路 薫*

no journal, , 

平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震の発生に伴う応力場の変化に誘発される形で、内陸の地殻内において2011年4月11日福島県浜通りの地震(M7.0)が発生したと考えられている。浜通り地震の発生以降、震源断層と思われる井戸沢断層および湯ノ岳断層周辺では多数の余震が発生しており、これら浜通り地震およびその余震によって、茨城県北部沿岸域において、長周期地震動が観測された。3.11地震以前、この地域では内陸地殻内地震がほとんど発生しておらず、内陸地殻内地震と長周期地震動に関する地震動特性の知見は乏しかった。したがって、3.11地震以降得られた長周期地震動の特徴を正確に理解し、これらを踏まえた地震動評価を行うことは、この地域における耐震設計において重要である。本研究では、従前の一次元の平行成層を仮定した地盤構造モデルでは長周期地震動の発生を適切に表現することが困難であると考え、三次元地盤構造モデルによる地震動評価を実施した。本稿では、三次元地盤構造モデルの作成について説明する。

口頭

茨城県北部沿岸域における福島・茨城県境を震源とする地震の長周期地震動に関する評価,2; 三次元地盤構造モデルの妥当性確認

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 安田 昌宏; 藤原 了*; 河路 薫*

no journal, , 

平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震の発生に伴う応力場の変化に誘発される形で、内陸の地殻内において2011年4月11日福島県浜通りの地震(M7.0)が発生したと考えられている。浜通り地震の発生以降、震源断層と思われる井戸沢断層および湯ノ岳断層周辺では多数の余震が発生しており、これら浜通り地震およびその余震によって、茨城県北部沿岸域において、長周期地震動が観測された。3.11地震以前、この地域では内陸地殻内地震がほとんど発生しておらず、内陸地殻内地震と長周期地震動に関する地震動特性の知見は乏しかった。したがって、3.11地震以降得られた長周期地震動の特徴を正確に理解し、これらを踏まえた地震動評価を行うことは、この地域における耐震設計において重要である。本研究では、従前の一次元の平行成層を仮定した地盤構造モデルでは長周期地震動の発生を適切に表現することが困難であると考え、三次元地盤構造モデルによる地震動評価を実施した。本稿では、作成した三次元地盤構造モデルの妥当性について、最適化に用いた地震の規模と同等の中規模地震および大規模な地震である浜通り地震で検討した結果について説明する。

口頭

茨城県及び福島県の県境付近で発生した内陸地殻内地震による茨城県沿岸域における長周期地震動に関する評価・分析

藤原 了*; 桐田 史生; 河路 薫*; 山崎 敏彦; 瓜生 満; 安田 昌宏

no journal, , 

平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震(Mw9.0)の発生以降、同年4月11日に発生した福島県浜通りの地震(Mj7.0)の他、茨城県及び福島県の県境付近で発生した内陸地殻内地震によって、茨城県沿岸域の幾つかの地震観測点において長周期成分を有する地震動が観測された。3.11地震以前、茨城県沿岸域については目立った内陸地殻内地震が発生しておらず、これらの地震による長周期地震動の発生要因や、その地震動特性については未知の領域が多い。したがって、これら内陸地殻内地震によって観測された地震観測記録を用いて長周期地震動の発生要因やその地震動特性を的確に把握することは、茨城県沿岸域における地震動評価を高度化させることができ、この地域における建家及び地盤の合理的な耐震安全性評価に繋がるものである。本研究においては長周期地震動の発生要因として茨城県沿岸域の基盤構造に着目し、茨城県沿岸域における三次元地盤構造モデルを作成した上で、長周期地震動の発生要因が地震観測点周辺の基盤構造に由来することと、三次元地盤構造モデルによる地震動評価の妥当性を確認した。

口頭

茨城県北部沿岸域における福島・茨城県境を震源とする地震の長周期地震動に関する評価,3; 三次元地盤構造モデルの改良

桐田 史生; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 藤原 了*; 河路 薫*

no journal, , 

2011年4月11日福島県浜通りの地震(M7.0、以下「浜通り地震」)の発生以降、震源断層とされる井戸沢断層および湯ノ岳断層周辺では多数の余震が発生し、内陸地殻内地震であるこれら浜通り地震およびその余震によって、茨城県北部沿岸域にある幾つかの地震観測点において長周期地震動が観測された。筆者らは、当該地域における長周期地震動評価の高精度化を目的として、浜通り地震の震源域付近から茨城県北部沿岸域を範囲とする三次元地盤構造モデルを作成し、中規模あるいは大規模な地震の実記録を用いたモデルの最適化および妥当性について検討し、三次元地盤構造モデルを用いた長周期地震動評価の有用性を確認した。本研究では、長周期地震動評価について更なる精度の向上のために三次元地盤構造モデルを改良するとともに、プレート間地震等、内陸地殻内地震以外の地震に対するモデルの適用性について検討を行った。本発表では、改良した三次元地盤構造モデルについて説明する。

口頭

茨城県北部沿岸域における福島・茨城県境を震源とする地震の長周期地震動に関する評価,4; 改良した三次元地盤構造モデルの妥当性確認

藤原 了*; 瓜生 満; 山崎 敏彦; 桐田 史生; 河路 薫*

no journal, , 

2011年4月11日福島県浜通りの地震(M7.0、以下「浜通り地震」)の発生以降、震源断層とされる井戸沢断層および湯ノ岳断層周辺では多数の余震が発生し、内陸地殻内地震であるこれら浜通り地震およびその余震によって、茨城県北部沿岸域にある幾つかの地震観測点において長周期地震動が観測された。筆者らは、当該地域における長周期地震動評価の高精度化を目的として、浜通り地震の震源域付近から茨城県北部沿岸域を範囲とする三次元地盤構造モデルを作成し、中規模あるいは大規模な地震の実記録を用いたモデルの最適化および妥当性について検討し、三次元地盤構造モデルを用いた長周期地震動評価の有用性を確認した。本研究では、長周期地震動評価について更なる精度の向上のために三次元地盤構造モデルを改良するとともに、プレート間地震等、内陸地殻内地震以外の地震に対するモデルの適用性について検討を行った。本稿では、最適化された三次元地盤構造モデルの妥当性を確認するため、最適化に用いた地震と同様の内陸地殻内地震のほか、太平洋プレートと陸のプレートの境界で発生したプレート間地震の観測記録を用いて検討した結果について説明する。

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