弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置
【課題】地震タイプを決定し、地震による弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を推定する弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置及び方法を提供すること。
【解決手段】実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成部20と、該等値線図に基づいて地震タイプ情報を算出する地震タイプ情報算出部15と、建物の実地震に対する最大変位量を算出する最大変位量算出部16と、地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関関係情報を記憶する相関関係情報ＤＢ17と、算出された地震タイプ情報と、最大変位量算出部16により算出された最大変位量と、相関関係情報ＤＢ17に記憶された弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出する累積損傷値算出部18を有する。
【解決手段】実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成部20と、該等値線図に基づいて地震タイプ情報を算出する地震タイプ情報算出部15と、建物の実地震に対する最大変位量を算出する最大変位量算出部16と、地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関関係情報を記憶する相関関係情報ＤＢ17と、算出された地震タイプ情報と、最大変位量算出部16により算出された最大変位量と、相関関係情報ＤＢ17に記憶された弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出する累積損傷値算出部18を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプレファブ化された建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置及び弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建物の地震による被害予測、或いは建物の地震発生時の被害推定について、特に弾塑性エネルギー吸収体を有する耐力要素としての弾塑性エネルギー架構体が装備される建物における弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値の予測、推定を的確に且つ早急に行うことにより弾塑性エネルギー吸収体の劣化を診断する技術が望まれている。
【０００３】
例えば、特開２００５−３５１７４２号公報（特許文献１）には、弾塑性エネルギー吸収体に塗布された塗料の剥離状態で弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を推定出来ることが記載されている。
【０００４】
また、日本建築学会構造系論文集No562、p159〜p166(非特許文献１）には、弾塑性エネルギー吸収体の損傷評価方法の記載が有り、地震による荷重変形履歴が影響することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３５１７４２号公報
【非特許文献１】２００２年１２月 社団法人 日本建築学会発行 小山雅人，青木博文著「日本建築学会構造系論文集No562 繰返し変形を受ける鋼部材の累積損傷評価指標に関する研究」ｐ.159〜ｐ.166
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の特許文献１の技術では、地震発生後に塗装の剥離状態を調べ、弾塑性エネルギー吸収体の損傷を推定するには、該弾塑性エネルギー吸収体が埋設された建物の内壁を破壊しなければならないという問題がある。
【０００７】
また、非特許文献１の技術では、想定する地震に対しての時刻歴応答解析が必要となるが、時刻歴応答解析は解析に用いた地震波に対する個別解であり、そのばらつきの影響を除去するためには多数の地震波による解析が必要となるという問題があった。
【０００８】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、地震が発生したとき、建物の建設地における地震タイプをいち早く決定することが出来、地震による弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を推定することが出来る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置及び弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の第１の構成は、建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置であって、実地震データに基づいて、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成手段と、前記等値線図作成手段により作成された等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出する地震タイプ情報算出手段と、実地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出する最大変位量算出手段と、地震により発生する前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係情報を記憶する相関関係情報記憶手段と、前記地震タイプ情報算出手段により算出された地震タイプ情報と、前記最大変位量算出手段により算出された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、前記相関関係情報記憶手段に記憶された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出する累積損傷値算出手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、地震のタイプとは、活断層の変動によって断層が相互にズレる震源の浅い内陸直下型地震と、海洋にある巨大なプレート（岩板）が陸側のプレートの下に沈み込む海溝の近くでプレート境界で滑りが生じて起きる海溝型地震と、更にはその中間型とに大別することが出来る
【００１１】
また、本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記実地震データに含まれる地震のタイプを表す数値は、位相差分分布に変換された地震データの位相差分分布の標準偏差であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法は、建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法であって、実地震データに基づいて、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成し、該等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出し、実地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出し、前記地震タイプ情報と、前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、予め作成された地震により発生する前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係情報と、から前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出することを特徴とする。
【００１３】
ここで、弾塑性エネルギー吸収体の劣化の診断を行なうために用いる累積損傷値とは、疲労破壊や延性破壊による金属の疲労寿命を評価する線形累積損傷則（Miner則）に基づいて求められた値であり、「累積損傷値＝１」を限界値とする。
【００１４】
ここで、建物の実地震に対する最大変位量とは、例えば、建物躯体の下階梁と上階梁との間の水平方向の変位量等の最大層間変位量(cm)、柱と梁との間の角度等の最大変位角（rad)、弾塑性エネルギー吸収体等の最大せん断変形量（cm)等が適用出来る。
【００１５】
ここで、規格化された弾塑性エネルギー吸収体とは、その形状、材料が規格化されており、更にはその疲労寿命特性から累積損傷値を求めることが出来る弾塑性エネルギー吸収体を言う。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、最大変位量算出手段により、地震発生後に弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出する一方で、地震タイプ情報算出手段により等値線図に基づいて建物の建設地における地震のタイプを容易に特定することが出来る。
【００１７】
そして、累積損傷値算出手段により、地震タイプ情報算出手段により算出された地震タイプ情報と、最大変位量算出手段により算出された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、予め相関関係情報記憶手段に記憶された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から使用されている弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出して該弾塑性エネルギー吸収体の劣化を予測することが出来、これにより建物の劣化予測が容易に出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図により本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の構成を示す制御系のブロック図、図２は弾塑性エネルギー吸収体を有する弾塑性エネルギー架構体を耐力要素として装備した弾塑性エネルギー架構体の構成を示す図、図３は弾塑性エネルギー吸収体の一例を示す図、図４は地震のタイプ別に作成した模擬地震データの一例を示す図、図５及び図６は図４の位相差分布の標準偏差毎に作成された模擬地震の地震のタイプ毎に、異なる複数の地震波の波形及び異なる複数の建物強度に応じてプロットされた弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量に対する累積損傷値群を包絡する上限曲線を、該地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係として設定する様子を示す図、図７は実地震の波形データを修正した後にフーリエ変換して求めた位相差分分布を示す図、図８は位相差分分布の極値の求め方を説明する図、図９は各地震波データの位相差分分布と正規分布との関係を示す図、図10及び図11は弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係を活用するフローチャート、図12は複数の観測点で観測された実地震波のデータから地震のタイプを表す数値の等値線図の一例である。
【００１９】
図１において、11は建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体６の劣化診断装置であり、パーソナルコンピュータ等により構成される。12はキーボードやマウス等により構成される入力部であり、所定の入力画面上で実地震情報及び建物被害情報等が入力される。13はＣＰＵ（中央演算処理装置）等により構成される制御部である。14はデイスプレイや印刷装置等により構成される出力部である。19はインターネット21に接続されたインターフェイスである。
【００２０】
本実施形態では地震発生後に公共機関からインターネット21を介してウエブサイト（ホームページ）上に提供される実地震データを取得する実地震データ取得手段をインターフェイス19及び制御部13等が兼ねる。インターフェイス19及び制御部13等により構成された実地震データ取得手段により取得された実地震データは図示しないメモリに一時記憶される。
【００２１】
20はインターフェイス19及び制御部13等により構成された実地震データ取得手段により取得された実地震データに基づいて、図12に示すように、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成手段となる等値線図作成部である。図12では、実地震データに含まれる地震のタイプを表す数値として、地震の地震波データをフーリエ変換して得られた位相差分分布の標準偏差σが等値線図として作成された一例である。
【００２２】
尚、実地震データに基づいて、図12に示すように、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成部20の一例としては、市販されている等値線図作成用の各種コンピュータソフトウエアを採用することが出来、例えば、株式会社ケイ・ジー・ティー製の「Gsharp（商品名）」等を利用して等値線図を容易に作成することが出来る。
【００２３】
15は等値線図作成部20により作成された図12に示す等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出する地震タイプ情報算出手段となる地震タイプ情報算出部である。
【００２４】
16は規格化された弾塑性エネルギー吸収体６を有する弾塑性エネルギー架構体Ａを設けた建物の実地震に対する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を算出する最大変位量算出手段となる最大変位量算出部である。
【００２５】
17は地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関関係情報を記憶する相関関係情報記憶手段となる相関関係情報データベース（以下、「相関関係情報ＤＢ」という）である。
【００２６】
18は地震タイプ情報算出部15により算出された地震タイプ情報と、最大変位量算出部16により算出された弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、相関関係情報ＤＢ17に記憶された弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出する累積損傷値算出手段となる累積損傷値算出部である。
【００２７】
図２及び図３において、Ａは建物の構造体に装備される耐力要素の一例として、中低層住宅の鉄骨建物に取り付けられる規格化された弾塑性エネルギー吸収体６を有する弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）である。１は上下梁であり、２は上下梁１間に立て付けられた左右柱である。３は上下梁１間に左右柱２に添え付けて立て付けられた主枠体であり、４は主枠体３間の中央部に水平に設置された連結枠材である。
【００２８】
弾塑性エネルギー架構体Ａは主枠体３、連結枠体５、弾塑性エネルギー吸収体６、連結部材７、及び斜め枠体８からなり、連結枠材４は、主枠体３に接続される左右の連結枠体５と、中央に配置される建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体６とが連結部材７によって連結されており、該連結部材７には、前記左右の主枠体３に一端が接続されて斜めに設置される複数の斜め枠体８が接続されている。
【００２９】
本実施形態では、例えば、上下梁１及び主枠体３をＨ形鋼（例えば、ＳＳ４００）、左右柱２を角形鋼管、連結枠体５を角形鋼管（例えば、ＳＴＫＲ４００）、弾塑性エネルギー吸収体６を低降伏点鋼板（高延性熱延軟鋼板）、連結部材７を鋼板（例えば、ＳＳ４００）、斜め枠体８を丸形鋼管（例えば、ＳＴＫ４００）等により構成されており、弾塑性エネルギー吸収体６と連結部材７とは、図３に示すように、トルシア型高力ボルト９（例えば、Ｍ１６（Ｓ１０Ｔ））等により固定され、他の部材は互いに溶接によって一体的に組み立てられている。
【００３０】
図３に示す実施形態では、例えば、弾塑性エネルギー吸収体６を高延性熱延軟鋼板を断面コ字形状で図３に示す形状にプレス加工して成形されており、板厚４．２mm、全長２００mm、両端部の幅１１０mm、中央部のくびれの幅３３．４mm、起立片の高さ１４mmで構成されている。またくびれの両端拡張部には拘束部材10がトルシア型高力ボルト９等により固定されており、弾塑性エネルギー吸収体６のくびれの中央部に集中して塑性変形が起きるように構成されている。
【００３１】
弾塑性エネルギー吸収体６の素材となる低降伏点鋼材は、一般には、鉄と炭素、その他の微量のマンガン、ニッケル、リン、イオウ等の元素の合金で構成され、炭素を始め、鉄以外の元素の含有量を減らし、純鉄に近づけたり、結晶の粒子を大きくしたり、ニオブ（Ｎｂ）等の特殊な元素を微量添加することで、低降伏点鋼材を作ることが出来る。
【００３２】
一般の鋼材と比較した低降伏点鋼材の機械的性質は、降伏点が半分程度低められ、伸び能力を高めて、引っ張り強さを低めている。そして、一般の鋼材と同じ高い剛性を有しながら、降伏点が低いので同じ力に対して少ない変形段階から降伏するので、一般の鋼材が弾性変形にとどまる変形量において、塑性歪みエネルギーで振動エネルギーを吸収することが出来る。従って、低降伏点鋼材は、小変形時のエネルギー吸収量が一般の鋼材よりも大きくなる。
【００３３】
一方、一般の鋼材を用いた構造と同じ強度になるだけ鋼材の使用量を増して、低降伏点鋼材を用いて構造体を作ると、伸び能力の高い分だけ破壊までの塑性歪みエネルギーが増すので大地震時の耐震性が向上する。
【００３４】
従って、連結枠材４を左右の連結枠体５と、中央の弾塑性エネルギー吸収体６とを接続して構成することで、力学的性質の大きく異なる一般の鋼材と、低降伏点鋼材を組み合わせて使い分けることで構造物としての力学的挙動を設計者の意図通りコントロールすることが可能となる。
【００３５】
連結枠材４の中央部に配置された弾塑性エネルギー吸収体６は、地震等により鉄骨軸組に作用する所定値を越える外力を受けると、他の部位よりも先に降伏し、塑性変形するように設計された塑性体で構成されている。そして、この弾塑性エネルギー吸収体６の材質，長さ，形状等を適当に変える等してエネルギー吸収量が明確になるように降伏耐力が設計されている。
【００３６】
弾塑性エネルギー吸収体６は、図６に示すように、地震により発生する該弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（本実施形態では「最大層間変位量」を採用している）と、該地震に起因する該弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関関係が予め設定されており、相関関係情報ＤＢ17に記憶して格納されている。その相関関係は地震のタイプをパラメータとしている。そして、その地震のタイプのパラメータは、地震データをフーリエ変換して得られた位相差分分布の標準偏差σとしている。
【００３７】
図５に示すように、地震のタイプ毎に模擬地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と、該模擬地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との関係を異なる複数の地震データ毎及び異なる複数の建物強度毎に時刻暦応答解析しそれぞれについてプロットし、そのプロットされた弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）に対する累積損傷値群を包絡する上限曲線Ｌを、地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関関係として設定する。
【００３８】
そして、図５で求めた地震のタイプ毎の上限曲線Ｌを図６に示すように地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関曲線データとして作成して相関関係情報ＤＢ17に格納しており、これを利用して累積損傷値算出部18により建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出することにより劣化診断を行うことが出来る。
【００３９】
即ち、相関関係情報ＤＢ17に格納された図６の相関曲線データに基づいて、地震タイプ情報算出部15により算出された地震タイプ情報と、最大変位量算出部16により算出された弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量に基づいて、累積損傷値算出部18により該実地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を求めることにより耐力要素として建物に装備された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出し、劣化を診断する。
【００４０】
このような構成において、鉄骨建物が大きな地震力を受けると、先ず、弾塑性エネルギー吸収体６が降伏点に達して塑性変形し、他は殆ど損傷されないで済む。交換する場合には、図２に示す塑性変形等した弾塑性エネルギー吸収体６を有する弾塑性エネルギー架構体Ａを左右柱２から取り外し、新しい弾塑性エネルギー吸収体６を取り付けた弾塑性エネルギー架構体Ａを左右柱２に固定するだけで鉄骨軸組を当初の状態に容易に復元させることが出来る。
【００４１】
また、この弾塑性エネルギー吸収体６のみを新しいものに交換する場合には、図３に示す高力ボルト９を外して地震等の外力により塑性変形し、或いは破断した弾塑性エネルギー吸収体６を連結部材７から取り外し、新しい弾塑性エネルギー吸収体６を高力ボルト９によって連結部材７に固定するだけで弾塑性エネルギー架構体Ａ及び鉄骨軸組を当初の状態に容易に復元させることが出来る。
【００４２】
弾塑性エネルギー架構体Ａは主枠体３、連結枠体５、弾塑性エネルギー吸収体６、連結部材７、及び斜め枠体８、拘束部材10を含んで一体的に組み立てられる。
【００４３】
共立出版により発行された「鋼構造の性能と設計（桑村仁・著）」によると、疲労寿命の推定にはマイナー則に基づき、式：Ｄ＝Σ（ｎ／Ｎ）で定義される累積損傷値で評価し、Ｄ＝１で破断とすることが記載されている。累積損傷値を求めるためには累積損傷値を求める弾塑性エネルギー吸収体６の試料を数本用意し、予め、異なる振幅での定振幅載荷を行って調べておく。
【００４４】
また地震等で弾塑性エネルギー架構体Ａが損傷を受けた場合には、クロス、石膏ボード等の内装材やシーリング材、外壁等の外装材も損傷を受ける。その損傷の程度は建物が変形した振幅の大きさと相関があることが分かっている。よって、内装材や外装材の位置ズレや変形、損傷状態から弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を推定して入力部12により入力し、最大変位量算出部16は建物を非破壊で弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を算出することが出来、その弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量に基づいて、累積損傷値算出部18により実地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を求めることにより耐力要素として建物に装備された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出して劣化を診断することが出来る。
【００４５】
最近では防災技術研究所が提供する「Ｋ−ｎｅｔ」等を中心に強震動観測網が充実しており、地震発生直後から図７に示す地震観測データの入手が容易に出来る。また、中央防災会議や防災技術研究所（Ｊ−ＳＨＩＳ）等ではシナリオ地震動の波形等も公開されており、図７に示す地震データを容易に取得することが出来る。
【００４６】
本実施形態では、活断層の変動によって断層が相互にズレる震源の浅い内陸直下型地震、或いは海洋にある巨大なプレート（岩板）が陸側のプレートの下に沈み込む海溝の近くでプレート境界で滑りが生じて起きる海溝型地震等の地震のタイプの分類方法として図７に示す位相差分分布を用いている。
【００４７】
ここで、模擬地震の位相差分分布を正規分布と仮定し、模擬地震の地震のタイプをその標準偏差σをパラメータとして設定する。模擬地震のパラメータとしては、例えば、図４に示すように、地震波の全データ時間を１６３．８４秒、位相差分分布の平均値を８１．９２秒、位相差分を０〜−２πとした時、直下型地震の地震データの標準偏差σは図４（ａ）に示すように０．０４π、中間型１地震の地震データの標準偏差σは図４（ｂ）に示すように０．１５π、中間型２地震の地震データの標準偏差σは図４（ｃ）に示すように０．２５π、海溝型地震の地震データの標準偏差σは図４（ｄ）に示すように０．４０πである。
【００４８】
このように設定した地震のタイプのそれぞれについて、地震波の位相差分の標準偏差σがそれぞれの値になるように異なる模擬地震波を３０波ずつ作成する。
【００４９】
また、模擬地震波を用いた解析では、中低層鉄骨造建物の１階〜３階の各階層に対応して３質点系のせん断ばねモデルを用いて時刻歴応答解析を行う。せん断ばねには、耐力パネル、軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）帳壁、石膏ボード等を考慮する。
【００５０】
地震のタイプ毎にその位相差分分布に対応して作成した振動の加速度波形からなる各地震データを入力した応答解析の一例を図５に示す。解析では累積損傷値が０．０５以上１．０以下の範囲（累積損傷値の最大値を「１．０」とする）で複数の結果が得られるように降伏せん断力係数をパラメータとしている。また、地震のタイプが図５（ｂ）に示すような海溝型地震になるに従い、設定した模擬地震では累積損傷値が１．０に至らない場合が生じるが、この場合には入力振幅の割り増しにより結果を得た。
【００５１】
地震タイプ情報算出部15はこのような地震の各種タイプからインターネット21を介してインターフェイス19により取得した実地震データから現実の建物の建設地で発生した地震のタイプを等値線図に基づいて算出する。例えば、東京地区では直下型地震、東海地方では海溝型地震のように地震タイプ情報が算出され、それに対応した地震データの標準偏差σが選択される。
【００５２】
図５（ａ），（ｂ）において、任意の１地震データについて強度を変化させて時刻暦応答解析して得られた弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と累積損傷値との関係を求めると略同一曲線上に分布する。
【００５３】
図６は相関関係情報ＤＢ17に格納された、弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と累積損傷値との相関関係情報であり、図５に示す地震のタイプ毎の弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と累積損傷値との相関関係において複数プロットした上限値の近似曲線である上限曲線Ｌを用いて地震のタイプ毎の弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と累積損傷値との相関関係を地震データの位相差分分布の標準偏差σ（図の左側からσ＝０．４０π，０．２５π，０．１５π，０．０４π）毎に示したものである。
【００５４】
一方、実地震データから地震のタイプを判別し、図６に示す最大変位量と累積損傷値との相関関係から実地震のタイプに応じた相関関係を選択するためには、実地震波の位相差分分布の標準偏差σをより正確に計算するために、実地震データを次のように修正することが好ましい。
【００５５】
図７（ａ），図９（ａ）は１９９５年に発生した兵庫県南部地震の地震データの位相差分分布の一例であり、図７（ｂ），図９（ｂ）は１９５２年に発生したKern County地震の地震データの位相差分分布の一例であり、図７（ｃ），図９（ｃ）は１９６８年に発生した十勝沖地震の地震データの位相差分分布の一例である。
【００５６】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、修正前の実地震の地震波データをそのままフーリエ変換して求めた位相差分分布で、リンク効果による不正データが位相差分分布の末尾に残存する場合には正確な標準偏差σが得られない。そのため、加速度「０」を一定時間補足修正して得られた地震波の加速度データをフーリエ変換して位相差分分布を求める。この様に、位相差分分布のピーク値が、位相差分の２πの略中央部であるπの位置になる様に実地震波の加速度データを修正する。
【００５７】
ここで、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、実地震データの位相差分分布は正規分布に似た形状となることが知られているが、位相差分分布から標準偏差σを求める時には正規分布との分布の違いにより実地震波の位相差分分布と正規分布の分布形状に差が生じることが考えられる。
【００５８】
そこで、本実施形態では、実地震データの位相差分分布と、正規分布との対応を以下の数１式に示すように設定する。即ち、（１）位相差分分布を確立密度に基準化する。そして、（２）位相差分分布の標準偏差を適正化するために該位相差分分布の度数分布の最大値付近の位相差分とその度数とから度数分布の包絡線の最大値を変更する。即ち、図８に示すように、実地震データの位相差分分布の最頻値（Ｐｉ）と、該最頻値（Ｐｉ）の前後のデータ値（Ｐi-1)，（Ｐi+1)との計３つのデータ値を通る二次曲線ａを求め、その二次曲線ａの極値座標（ｘopt，Ｐopt）を求める。（３）正規分布の平均値をｘoptとし、正規分布の確率密度の極値が（Ｐopt）と同じになる時の標準偏差σを以下の数１式に示すように設定する。ここで、正規分布の標準偏差をσ、度数分布の間隔（２π／３２）をｄｘとする。
【００５９】
【数１】
【００６０】
上記数１式から分かるように、実地震の地震データの位相差分分布が作成されれば、正規分布の標準偏差σを求めることが出来る。
【００６１】
図９（ａ）〜（ｃ）に実地震の地震データの位相差分分布から直接標準偏差を求めた場合をσ0、上記数１式により標準偏差を求めた場合をσとして、各標準偏差に対応した確率密度分布を示した。
【００６２】
上記各実地震データの位相差分布は共に上記数１式による確率密度と位相差分分布と良く一致している。また、上記数１式により求められる標準偏差σの値は、図９の例では地震データの位相差分分布から直接求めた標準偏差σ0の値の半分ほどである。
【００６３】
前述のように説明した手法を用いて、より正確に計算された標準偏差σを本発明でいう実地震の波形の標準偏差と見做して実地震の地震のタイプを決めるのである。
【００６４】
上記のような弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と累積損傷値との相関関係を活用するに当り、図10のステップＳ１において、最大変位量算出部16により弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を算出し、ステップＳ２において、地震タイプ情報算出部15により等値線図作成部20により作成された等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出し、ステップＳ３において、累積損傷値算出部18により前記ステップＳ２で想定した地震タイプ情報に対応する最大変位量−累積損傷値曲線から弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を求める。
【００６５】
次に地震後の劣化診断においては、実地震が発生した後、図11のステップＳ11において、目的の劣化診断建物が実際に応答した弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）を内外装被害調査や予め建物に設置した加速度センサの履歴データ等により推定する。
【００６６】
同時にステップＳ12において、取得した実地震データから等値線図を作成して建設地における地震タイプ情報を算出し、前記ステップＳ11で求めた弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、前記ステップＳ12で求めた地震タイプ情報により、ステップＳ13において、累積損傷値算出部18により地震タイプをパラメータとする最大層間変位量と累積損傷値との相関関係から弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を推定する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の活用例として、建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置に適用出来、特に部材が規格化され、予め地震により被害を受ける階を想定して設計された建物に装備された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置及び弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の構成を示す制御系のブロック図である。
【図２】弾塑性エネルギー吸収体を有する弾塑性エネルギー架構体を耐力要素として装備した耐力壁の構成を示す図である。
【図３】弾塑性エネルギー吸収体の一例を示す図である。
【図４】地震のタイプ別に作成した模擬地震データの一例を示す図である。
【図５】図４の位相差分布の標準偏差毎に作成された模擬地震の地震のタイプ毎に、異なる複数の地震波の波形及び異なる複数の建物強度に応じてプロットされた最大変位量に対する累積損傷値群を包絡する上限曲線を、該地震により発生する最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係として設定する様子を示す図である。
【図６】図４の位相差分布の標準偏差毎に作成された模擬地震の地震のタイプ毎に、異なる複数の地震波の波形及び異なる複数の建物強度に応じてプロットされた最大変位量に対する累積損傷値群を包絡する上限曲線を、該地震により発生する最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係として設定する様子を示す図である。
【図７】実地震データを修正した後にフーリエ変換して求めた位相差分分布を示す図である。
【図８】位相差分分布の極値の求め方を説明する図である。
【図９】各地震データの位相差分分布と正規分布との関係を示す図である。
【図１０】弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係を活用するフローチャートである。
【図１１】弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係を活用するフローチャートである。
【図１２】複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図の一例である。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ…弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）
Ｌ…上限曲線
１…上下梁
２…左右柱
３…主枠体
４…連結枠材
５…連結枠体
６…弾塑性エネルギー吸収体
７…連結部材
８…斜め枠体
11…劣化推定装置
12…入力部
13…制御部
14…出力部
15…地震タイプ情報算出部
16…最大変位量算出部
17…相関関係情報ＤＢ
18…累積損傷値算出部
19…インターフェイス
20…等値線図作成部
21…インターネット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプレファブ化された建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置及び弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建物の地震による被害予測、或いは建物の地震発生時の被害推定について、特に弾塑性エネルギー吸収体を有する耐力要素としての弾塑性エネルギー架構体が装備される建物における弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値の予測、推定を的確に且つ早急に行うことにより弾塑性エネルギー吸収体の劣化を診断する技術が望まれている。
【０００３】
例えば、特開２００５−３５１７４２号公報（特許文献１）には、弾塑性エネルギー吸収体に塗布された塗料の剥離状態で弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を推定出来ることが記載されている。
【０００４】
また、日本建築学会構造系論文集No562、p159〜p166(非特許文献１）には、弾塑性エネルギー吸収体の損傷評価方法の記載が有り、地震による荷重変形履歴が影響することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３５１７４２号公報
【非特許文献１】２００２年１２月 社団法人 日本建築学会発行 小山雅人，青木博文著「日本建築学会構造系論文集No562 繰返し変形を受ける鋼部材の累積損傷評価指標に関する研究」ｐ.159〜ｐ.166
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の特許文献１の技術では、地震発生後に塗装の剥離状態を調べ、弾塑性エネルギー吸収体の損傷を推定するには、該弾塑性エネルギー吸収体が埋設された建物の内壁を破壊しなければならないという問題がある。
【０００７】
また、非特許文献１の技術では、想定する地震に対しての時刻歴応答解析が必要となるが、時刻歴応答解析は解析に用いた地震波に対する個別解であり、そのばらつきの影響を除去するためには多数の地震波による解析が必要となるという問題があった。
【０００８】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、地震が発生したとき、建物の建設地における地震タイプをいち早く決定することが出来、地震による弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を推定することが出来る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置及び弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の第１の構成は、建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置であって、実地震データに基づいて、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成手段と、前記等値線図作成手段により作成された等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出する地震タイプ情報算出手段と、実地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出する最大変位量算出手段と、地震により発生する前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係情報を記憶する相関関係情報記憶手段と、前記地震タイプ情報算出手段により算出された地震タイプ情報と、前記最大変位量算出手段により算出された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、前記相関関係情報記憶手段に記憶された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出する累積損傷値算出手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、地震のタイプとは、活断層の変動によって断層が相互にズレる震源の浅い内陸直下型地震と、海洋にある巨大なプレート（岩板）が陸側のプレートの下に沈み込む海溝の近くでプレート境界で滑りが生じて起きる海溝型地震と、更にはその中間型とに大別することが出来る
【００１１】
また、本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記実地震データに含まれる地震のタイプを表す数値は、位相差分分布に変換された地震データの位相差分分布の標準偏差であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法は、建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法であって、実地震データに基づいて、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成し、該等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出し、実地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出し、前記地震タイプ情報と、前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、予め作成された地震により発生する前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係情報と、から前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出することを特徴とする。
【００１３】
ここで、弾塑性エネルギー吸収体の劣化の診断を行なうために用いる累積損傷値とは、疲労破壊や延性破壊による金属の疲労寿命を評価する線形累積損傷則（Miner則）に基づいて求められた値であり、「累積損傷値＝１」を限界値とする。
【００１４】
ここで、建物の実地震に対する最大変位量とは、例えば、建物躯体の下階梁と上階梁との間の水平方向の変位量等の最大層間変位量(cm)、柱と梁との間の角度等の最大変位角（rad)、弾塑性エネルギー吸収体等の最大せん断変形量（cm)等が適用出来る。
【００１５】
ここで、規格化された弾塑性エネルギー吸収体とは、その形状、材料が規格化されており、更にはその疲労寿命特性から累積損傷値を求めることが出来る弾塑性エネルギー吸収体を言う。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、最大変位量算出手段により、地震発生後に弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出する一方で、地震タイプ情報算出手段により等値線図に基づいて建物の建設地における地震のタイプを容易に特定することが出来る。
【００１７】
そして、累積損傷値算出手段により、地震タイプ情報算出手段により算出された地震タイプ情報と、最大変位量算出手段により算出された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、予め相関関係情報記憶手段に記憶された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から使用されている弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出して該弾塑性エネルギー吸収体の劣化を予測することが出来、これにより建物の劣化予測が容易に出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図により本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の構成を示す制御系のブロック図、図２は弾塑性エネルギー吸収体を有する弾塑性エネルギー架構体を耐力要素として装備した弾塑性エネルギー架構体の構成を示す図、図３は弾塑性エネルギー吸収体の一例を示す図、図４は地震のタイプ別に作成した模擬地震データの一例を示す図、図５及び図６は図４の位相差分布の標準偏差毎に作成された模擬地震の地震のタイプ毎に、異なる複数の地震波の波形及び異なる複数の建物強度に応じてプロットされた弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量に対する累積損傷値群を包絡する上限曲線を、該地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係として設定する様子を示す図、図７は実地震の波形データを修正した後にフーリエ変換して求めた位相差分分布を示す図、図８は位相差分分布の極値の求め方を説明する図、図９は各地震波データの位相差分分布と正規分布との関係を示す図、図10及び図11は弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係を活用するフローチャート、図12は複数の観測点で観測された実地震波のデータから地震のタイプを表す数値の等値線図の一例である。
【００１９】
図１において、11は建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体６の劣化診断装置であり、パーソナルコンピュータ等により構成される。12はキーボードやマウス等により構成される入力部であり、所定の入力画面上で実地震情報及び建物被害情報等が入力される。13はＣＰＵ（中央演算処理装置）等により構成される制御部である。14はデイスプレイや印刷装置等により構成される出力部である。19はインターネット21に接続されたインターフェイスである。
【００２０】
本実施形態では地震発生後に公共機関からインターネット21を介してウエブサイト（ホームページ）上に提供される実地震データを取得する実地震データ取得手段をインターフェイス19及び制御部13等が兼ねる。インターフェイス19及び制御部13等により構成された実地震データ取得手段により取得された実地震データは図示しないメモリに一時記憶される。
【００２１】
20はインターフェイス19及び制御部13等により構成された実地震データ取得手段により取得された実地震データに基づいて、図12に示すように、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成手段となる等値線図作成部である。図12では、実地震データに含まれる地震のタイプを表す数値として、地震の地震波データをフーリエ変換して得られた位相差分分布の標準偏差σが等値線図として作成された一例である。
【００２２】
尚、実地震データに基づいて、図12に示すように、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成部20の一例としては、市販されている等値線図作成用の各種コンピュータソフトウエアを採用することが出来、例えば、株式会社ケイ・ジー・ティー製の「Gsharp（商品名）」等を利用して等値線図を容易に作成することが出来る。
【００２３】
15は等値線図作成部20により作成された図12に示す等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出する地震タイプ情報算出手段となる地震タイプ情報算出部である。
【００２４】
16は規格化された弾塑性エネルギー吸収体６を有する弾塑性エネルギー架構体Ａを設けた建物の実地震に対する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を算出する最大変位量算出手段となる最大変位量算出部である。
【００２５】
17は地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関関係情報を記憶する相関関係情報記憶手段となる相関関係情報データベース（以下、「相関関係情報ＤＢ」という）である。
【００２６】
18は地震タイプ情報算出部15により算出された地震タイプ情報と、最大変位量算出部16により算出された弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、相関関係情報ＤＢ17に記憶された弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出する累積損傷値算出手段となる累積損傷値算出部である。
【００２７】
図２及び図３において、Ａは建物の構造体に装備される耐力要素の一例として、中低層住宅の鉄骨建物に取り付けられる規格化された弾塑性エネルギー吸収体６を有する弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）である。１は上下梁であり、２は上下梁１間に立て付けられた左右柱である。３は上下梁１間に左右柱２に添え付けて立て付けられた主枠体であり、４は主枠体３間の中央部に水平に設置された連結枠材である。
【００２８】
弾塑性エネルギー架構体Ａは主枠体３、連結枠体５、弾塑性エネルギー吸収体６、連結部材７、及び斜め枠体８からなり、連結枠材４は、主枠体３に接続される左右の連結枠体５と、中央に配置される建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体６とが連結部材７によって連結されており、該連結部材７には、前記左右の主枠体３に一端が接続されて斜めに設置される複数の斜め枠体８が接続されている。
【００２９】
本実施形態では、例えば、上下梁１及び主枠体３をＨ形鋼（例えば、ＳＳ４００）、左右柱２を角形鋼管、連結枠体５を角形鋼管（例えば、ＳＴＫＲ４００）、弾塑性エネルギー吸収体６を低降伏点鋼板（高延性熱延軟鋼板）、連結部材７を鋼板（例えば、ＳＳ４００）、斜め枠体８を丸形鋼管（例えば、ＳＴＫ４００）等により構成されており、弾塑性エネルギー吸収体６と連結部材７とは、図３に示すように、トルシア型高力ボルト９（例えば、Ｍ１６（Ｓ１０Ｔ））等により固定され、他の部材は互いに溶接によって一体的に組み立てられている。
【００３０】
図３に示す実施形態では、例えば、弾塑性エネルギー吸収体６を高延性熱延軟鋼板を断面コ字形状で図３に示す形状にプレス加工して成形されており、板厚４．２mm、全長２００mm、両端部の幅１１０mm、中央部のくびれの幅３３．４mm、起立片の高さ１４mmで構成されている。またくびれの両端拡張部には拘束部材10がトルシア型高力ボルト９等により固定されており、弾塑性エネルギー吸収体６のくびれの中央部に集中して塑性変形が起きるように構成されている。
【００３１】
弾塑性エネルギー吸収体６の素材となる低降伏点鋼材は、一般には、鉄と炭素、その他の微量のマンガン、ニッケル、リン、イオウ等の元素の合金で構成され、炭素を始め、鉄以外の元素の含有量を減らし、純鉄に近づけたり、結晶の粒子を大きくしたり、ニオブ（Ｎｂ）等の特殊な元素を微量添加することで、低降伏点鋼材を作ることが出来る。
【００３２】
一般の鋼材と比較した低降伏点鋼材の機械的性質は、降伏点が半分程度低められ、伸び能力を高めて、引っ張り強さを低めている。そして、一般の鋼材と同じ高い剛性を有しながら、降伏点が低いので同じ力に対して少ない変形段階から降伏するので、一般の鋼材が弾性変形にとどまる変形量において、塑性歪みエネルギーで振動エネルギーを吸収することが出来る。従って、低降伏点鋼材は、小変形時のエネルギー吸収量が一般の鋼材よりも大きくなる。
【００３３】
一方、一般の鋼材を用いた構造と同じ強度になるだけ鋼材の使用量を増して、低降伏点鋼材を用いて構造体を作ると、伸び能力の高い分だけ破壊までの塑性歪みエネルギーが増すので大地震時の耐震性が向上する。
【００３４】
従って、連結枠材４を左右の連結枠体５と、中央の弾塑性エネルギー吸収体６とを接続して構成することで、力学的性質の大きく異なる一般の鋼材と、低降伏点鋼材を組み合わせて使い分けることで構造物としての力学的挙動を設計者の意図通りコントロールすることが可能となる。
【００３５】
連結枠材４の中央部に配置された弾塑性エネルギー吸収体６は、地震等により鉄骨軸組に作用する所定値を越える外力を受けると、他の部位よりも先に降伏し、塑性変形するように設計された塑性体で構成されている。そして、この弾塑性エネルギー吸収体６の材質，長さ，形状等を適当に変える等してエネルギー吸収量が明確になるように降伏耐力が設計されている。
【００３６】
弾塑性エネルギー吸収体６は、図６に示すように、地震により発生する該弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（本実施形態では「最大層間変位量」を採用している）と、該地震に起因する該弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関関係が予め設定されており、相関関係情報ＤＢ17に記憶して格納されている。その相関関係は地震のタイプをパラメータとしている。そして、その地震のタイプのパラメータは、地震データをフーリエ変換して得られた位相差分分布の標準偏差σとしている。
【００３７】
図５に示すように、地震のタイプ毎に模擬地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と、該模擬地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との関係を異なる複数の地震データ毎及び異なる複数の建物強度毎に時刻暦応答解析しそれぞれについてプロットし、そのプロットされた弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）に対する累積損傷値群を包絡する上限曲線Ｌを、地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関関係として設定する。
【００３８】
そして、図５で求めた地震のタイプ毎の上限曲線Ｌを図６に示すように地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値との相関曲線データとして作成して相関関係情報ＤＢ17に格納しており、これを利用して累積損傷値算出部18により建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出することにより劣化診断を行うことが出来る。
【００３９】
即ち、相関関係情報ＤＢ17に格納された図６の相関曲線データに基づいて、地震タイプ情報算出部15により算出された地震タイプ情報と、最大変位量算出部16により算出された弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量に基づいて、累積損傷値算出部18により該実地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を求めることにより耐力要素として建物に装備された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出し、劣化を診断する。
【００４０】
このような構成において、鉄骨建物が大きな地震力を受けると、先ず、弾塑性エネルギー吸収体６が降伏点に達して塑性変形し、他は殆ど損傷されないで済む。交換する場合には、図２に示す塑性変形等した弾塑性エネルギー吸収体６を有する弾塑性エネルギー架構体Ａを左右柱２から取り外し、新しい弾塑性エネルギー吸収体６を取り付けた弾塑性エネルギー架構体Ａを左右柱２に固定するだけで鉄骨軸組を当初の状態に容易に復元させることが出来る。
【００４１】
また、この弾塑性エネルギー吸収体６のみを新しいものに交換する場合には、図３に示す高力ボルト９を外して地震等の外力により塑性変形し、或いは破断した弾塑性エネルギー吸収体６を連結部材７から取り外し、新しい弾塑性エネルギー吸収体６を高力ボルト９によって連結部材７に固定するだけで弾塑性エネルギー架構体Ａ及び鉄骨軸組を当初の状態に容易に復元させることが出来る。
【００４２】
弾塑性エネルギー架構体Ａは主枠体３、連結枠体５、弾塑性エネルギー吸収体６、連結部材７、及び斜め枠体８、拘束部材10を含んで一体的に組み立てられる。
【００４３】
共立出版により発行された「鋼構造の性能と設計（桑村仁・著）」によると、疲労寿命の推定にはマイナー則に基づき、式：Ｄ＝Σ（ｎ／Ｎ）で定義される累積損傷値で評価し、Ｄ＝１で破断とすることが記載されている。累積損傷値を求めるためには累積損傷値を求める弾塑性エネルギー吸収体６の試料を数本用意し、予め、異なる振幅での定振幅載荷を行って調べておく。
【００４４】
また地震等で弾塑性エネルギー架構体Ａが損傷を受けた場合には、クロス、石膏ボード等の内装材やシーリング材、外壁等の外装材も損傷を受ける。その損傷の程度は建物が変形した振幅の大きさと相関があることが分かっている。よって、内装材や外装材の位置ズレや変形、損傷状態から弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を推定して入力部12により入力し、最大変位量算出部16は建物を非破壊で弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を算出することが出来、その弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量に基づいて、累積損傷値算出部18により実地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を求めることにより耐力要素として建物に装備された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を算出して劣化を診断することが出来る。
【００４５】
最近では防災技術研究所が提供する「Ｋ−ｎｅｔ」等を中心に強震動観測網が充実しており、地震発生直後から図７に示す地震観測データの入手が容易に出来る。また、中央防災会議や防災技術研究所（Ｊ−ＳＨＩＳ）等ではシナリオ地震動の波形等も公開されており、図７に示す地震データを容易に取得することが出来る。
【００４６】
本実施形態では、活断層の変動によって断層が相互にズレる震源の浅い内陸直下型地震、或いは海洋にある巨大なプレート（岩板）が陸側のプレートの下に沈み込む海溝の近くでプレート境界で滑りが生じて起きる海溝型地震等の地震のタイプの分類方法として図７に示す位相差分分布を用いている。
【００４７】
ここで、模擬地震の位相差分分布を正規分布と仮定し、模擬地震の地震のタイプをその標準偏差σをパラメータとして設定する。模擬地震のパラメータとしては、例えば、図４に示すように、地震波の全データ時間を１６３．８４秒、位相差分分布の平均値を８１．９２秒、位相差分を０〜−２πとした時、直下型地震の地震データの標準偏差σは図４（ａ）に示すように０．０４π、中間型１地震の地震データの標準偏差σは図４（ｂ）に示すように０．１５π、中間型２地震の地震データの標準偏差σは図４（ｃ）に示すように０．２５π、海溝型地震の地震データの標準偏差σは図４（ｄ）に示すように０．４０πである。
【００４８】
このように設定した地震のタイプのそれぞれについて、地震波の位相差分の標準偏差σがそれぞれの値になるように異なる模擬地震波を３０波ずつ作成する。
【００４９】
また、模擬地震波を用いた解析では、中低層鉄骨造建物の１階〜３階の各階層に対応して３質点系のせん断ばねモデルを用いて時刻歴応答解析を行う。せん断ばねには、耐力パネル、軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）帳壁、石膏ボード等を考慮する。
【００５０】
地震のタイプ毎にその位相差分分布に対応して作成した振動の加速度波形からなる各地震データを入力した応答解析の一例を図５に示す。解析では累積損傷値が０．０５以上１．０以下の範囲（累積損傷値の最大値を「１．０」とする）で複数の結果が得られるように降伏せん断力係数をパラメータとしている。また、地震のタイプが図５（ｂ）に示すような海溝型地震になるに従い、設定した模擬地震では累積損傷値が１．０に至らない場合が生じるが、この場合には入力振幅の割り増しにより結果を得た。
【００５１】
地震タイプ情報算出部15はこのような地震の各種タイプからインターネット21を介してインターフェイス19により取得した実地震データから現実の建物の建設地で発生した地震のタイプを等値線図に基づいて算出する。例えば、東京地区では直下型地震、東海地方では海溝型地震のように地震タイプ情報が算出され、それに対応した地震データの標準偏差σが選択される。
【００５２】
図５（ａ），（ｂ）において、任意の１地震データについて強度を変化させて時刻暦応答解析して得られた弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と累積損傷値との関係を求めると略同一曲線上に分布する。
【００５３】
図６は相関関係情報ＤＢ17に格納された、弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と累積損傷値との相関関係情報であり、図５に示す地震のタイプ毎の弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と累積損傷値との相関関係において複数プロットした上限値の近似曲線である上限曲線Ｌを用いて地震のタイプ毎の弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）と累積損傷値との相関関係を地震データの位相差分分布の標準偏差σ（図の左側からσ＝０．４０π，０．２５π，０．１５π，０．０４π）毎に示したものである。
【００５４】
一方、実地震データから地震のタイプを判別し、図６に示す最大変位量と累積損傷値との相関関係から実地震のタイプに応じた相関関係を選択するためには、実地震波の位相差分分布の標準偏差σをより正確に計算するために、実地震データを次のように修正することが好ましい。
【００５５】
図７（ａ），図９（ａ）は１９９５年に発生した兵庫県南部地震の地震データの位相差分分布の一例であり、図７（ｂ），図９（ｂ）は１９５２年に発生したKern County地震の地震データの位相差分分布の一例であり、図７（ｃ），図９（ｃ）は１９６８年に発生した十勝沖地震の地震データの位相差分分布の一例である。
【００５６】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、修正前の実地震の地震波データをそのままフーリエ変換して求めた位相差分分布で、リンク効果による不正データが位相差分分布の末尾に残存する場合には正確な標準偏差σが得られない。そのため、加速度「０」を一定時間補足修正して得られた地震波の加速度データをフーリエ変換して位相差分分布を求める。この様に、位相差分分布のピーク値が、位相差分の２πの略中央部であるπの位置になる様に実地震波の加速度データを修正する。
【００５７】
ここで、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、実地震データの位相差分分布は正規分布に似た形状となることが知られているが、位相差分分布から標準偏差σを求める時には正規分布との分布の違いにより実地震波の位相差分分布と正規分布の分布形状に差が生じることが考えられる。
【００５８】
そこで、本実施形態では、実地震データの位相差分分布と、正規分布との対応を以下の数１式に示すように設定する。即ち、（１）位相差分分布を確立密度に基準化する。そして、（２）位相差分分布の標準偏差を適正化するために該位相差分分布の度数分布の最大値付近の位相差分とその度数とから度数分布の包絡線の最大値を変更する。即ち、図８に示すように、実地震データの位相差分分布の最頻値（Ｐｉ）と、該最頻値（Ｐｉ）の前後のデータ値（Ｐi-1)，（Ｐi+1)との計３つのデータ値を通る二次曲線ａを求め、その二次曲線ａの極値座標（ｘopt，Ｐopt）を求める。（３）正規分布の平均値をｘoptとし、正規分布の確率密度の極値が（Ｐopt）と同じになる時の標準偏差σを以下の数１式に示すように設定する。ここで、正規分布の標準偏差をσ、度数分布の間隔（２π／３２）をｄｘとする。
【００５９】
【数１】
【００６０】
上記数１式から分かるように、実地震の地震データの位相差分分布が作成されれば、正規分布の標準偏差σを求めることが出来る。
【００６１】
図９（ａ）〜（ｃ）に実地震の地震データの位相差分分布から直接標準偏差を求めた場合をσ0、上記数１式により標準偏差を求めた場合をσとして、各標準偏差に対応した確率密度分布を示した。
【００６２】
上記各実地震データの位相差分布は共に上記数１式による確率密度と位相差分分布と良く一致している。また、上記数１式により求められる標準偏差σの値は、図９の例では地震データの位相差分分布から直接求めた標準偏差σ0の値の半分ほどである。
【００６３】
前述のように説明した手法を用いて、より正確に計算された標準偏差σを本発明でいう実地震の波形の標準偏差と見做して実地震の地震のタイプを決めるのである。
【００６４】
上記のような弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と累積損傷値との相関関係を活用するに当り、図10のステップＳ１において、最大変位量算出部16により弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を算出し、ステップＳ２において、地震タイプ情報算出部15により等値線図作成部20により作成された等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出し、ステップＳ３において、累積損傷値算出部18により前記ステップＳ２で想定した地震タイプ情報に対応する最大変位量−累積損傷値曲線から弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を求める。
【００６５】
次に地震後の劣化診断においては、実地震が発生した後、図11のステップＳ11において、目的の劣化診断建物が実際に応答した弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量（最大層間変位量）を内外装被害調査や予め建物に設置した加速度センサの履歴データ等により推定する。
【００６６】
同時にステップＳ12において、取得した実地震データから等値線図を作成して建設地における地震タイプ情報を算出し、前記ステップＳ11で求めた弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量と、前記ステップＳ12で求めた地震タイプ情報により、ステップＳ13において、累積損傷値算出部18により地震タイプをパラメータとする最大層間変位量と累積損傷値との相関関係から弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を推定する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の活用例として、建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置に適用出来、特に部材が規格化され、予め地震により被害を受ける階を想定して設計された建物に装備された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置及び弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の構成を示す制御系のブロック図である。
【図２】弾塑性エネルギー吸収体を有する弾塑性エネルギー架構体を耐力要素として装備した耐力壁の構成を示す図である。
【図３】弾塑性エネルギー吸収体の一例を示す図である。
【図４】地震のタイプ別に作成した模擬地震データの一例を示す図である。
【図５】図４の位相差分布の標準偏差毎に作成された模擬地震の地震のタイプ毎に、異なる複数の地震波の波形及び異なる複数の建物強度に応じてプロットされた最大変位量に対する累積損傷値群を包絡する上限曲線を、該地震により発生する最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係として設定する様子を示す図である。
【図６】図４の位相差分布の標準偏差毎に作成された模擬地震の地震のタイプ毎に、異なる複数の地震波の波形及び異なる複数の建物強度に応じてプロットされた最大変位量に対する累積損傷値群を包絡する上限曲線を、該地震により発生する最大変位量と、該地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係として設定する様子を示す図である。
【図７】実地震データを修正した後にフーリエ変換して求めた位相差分分布を示す図である。
【図８】位相差分分布の極値の求め方を説明する図である。
【図９】各地震データの位相差分分布と正規分布との関係を示す図である。
【図１０】弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係を活用するフローチャートである。
【図１１】弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係を活用するフローチャートである。
【図１２】複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図の一例である。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ…弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）
Ｌ…上限曲線
１…上下梁
２…左右柱
３…主枠体
４…連結枠材
５…連結枠体
６…弾塑性エネルギー吸収体
７…連結部材
８…斜め枠体
11…劣化推定装置
12…入力部
13…制御部
14…出力部
15…地震タイプ情報算出部
16…最大変位量算出部
17…相関関係情報ＤＢ
18…累積損傷値算出部
19…インターフェイス
20…等値線図作成部
21…インターネット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置であって、
実地震データに基づいて、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成手段と、
前記等値線図作成手段により作成された等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出する地震タイプ情報算出手段と、
実地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出する最大変位量算出手段と、
地震により発生する前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係情報を記憶する相関関係情報記憶手段と、
前記地震タイプ情報算出手段により算出された地震タイプ情報と、前記最大変位量算出手段により算出された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、前記相関関係情報記憶手段に記憶された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出する累積損傷値算出手段と、
を有することを特徴とする弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置。
【請求項２】
前記実地震データに含まれる地震のタイプを表す数値は、位相差分分布に変換された地震データの位相差分分布の標準偏差であることを特徴とする請求項１に記載の弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置。
【請求項３】
建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法であって、
実地震データに基づいて、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成し、該等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出し、
実地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出し、
前記地震タイプ情報と、前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、予め作成された地震により発生する前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係情報と、から前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出することを特徴とする弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法。
【請求項１】
建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置であって、
実地震データに基づいて、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成する等値線図作成手段と、
前記等値線図作成手段により作成された等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出する地震タイプ情報算出手段と、
実地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出する最大変位量算出手段と、
地震により発生する前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係情報を記憶する相関関係情報記憶手段と、
前記地震タイプ情報算出手段により算出された地震タイプ情報と、前記最大変位量算出手段により算出された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、前記相関関係情報記憶手段に記憶された弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と累積損傷値との相関関係情報と、から前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出する累積損傷値算出手段と、
を有することを特徴とする弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置。
【請求項２】
前記実地震データに含まれる地震のタイプを表す数値は、位相差分分布に変換された地震データの位相差分分布の標準偏差であることを特徴とする請求項１に記載の弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置。
【請求項３】
建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法であって、
実地震データに基づいて、複数の観測点で観測された実地震データから地震のタイプを表す数値の等値線図を作成し、該等値線図に基づいて建物の建設地における地震タイプ情報を算出し、
実地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出し、
前記地震タイプ情報と、前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、予め作成された地震により発生する前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、該地震に起因する前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値との相関関係情報と、から前記弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を算出することを特徴とする弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３２５８０（Ｐ２００８−３２５８０Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０７３１９（Ｐ２００６−２０７３１９）
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（３０３０４６２４４）旭化成ホームズ株式会社 (703)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（３０３０４６２４４）旭化成ホームズ株式会社 (703)
【Ｆターム（参考）】
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