ＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステム
【課題】柱の目視を行うことなく効率的に損傷レベルを評価する。
【解決手段】本発明に係る損傷レベル評価システム１に備えた演算処理部３は、ピークセンサー２ａ等からの測定データから最大応答部材角θａ等を求める部材角算出部６と、該最大応答部材角をラーメン高架橋の観測水平変位δａ等に変換する変換部７と、動的水平応答変位が観測水平変位にほぼ一致する倍率としてラーメン高架橋ごとにαa等を求める動的非線形解析部８と、倍率αa等から観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを評価する補正係数評価部９と、λを観測地震動に乗じて修正地震動を得る修正地震動作成部１０と、修正地震動に対するラーメン高架橋の動的水平応答変位を算出する動的非線形解析部１１と、動的水平応答変位を用いてラーメン高架橋の損傷レベルを評価する損傷評価部１２とからなる。
【解決手段】本発明に係る損傷レベル評価システム１に備えた演算処理部３は、ピークセンサー２ａ等からの測定データから最大応答部材角θａ等を求める部材角算出部６と、該最大応答部材角をラーメン高架橋の観測水平変位δａ等に変換する変換部７と、動的水平応答変位が観測水平変位にほぼ一致する倍率としてラーメン高架橋ごとにαa等を求める動的非線形解析部８と、倍率αa等から観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを評価する補正係数評価部９と、λを観測地震動に乗じて修正地震動を得る修正地震動作成部１０と、修正地震動に対するラーメン高架橋の動的水平応答変位を算出する動的非線形解析部１１と、動的水平応答変位を用いてラーメン高架橋の損傷レベルを評価する損傷評価部１２とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として鉄道用ＲＣラーメン高架橋に適用されるＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道用高架橋の下部構造は、鉄筋コンクリートのラーメン架構として構築されることが多いが、その設計施工の際には、高架橋の耐震性を十分検討する必要があるとともに、被災後に地震被害調査を適切に行い、その調査結果を設計施工にフィードバックしていくこともまた重要となる。
【０００３】
一方、昨今のラーメン架構を構成する柱は、大地震による被害経験から鋼板巻立てによる耐震補強が施されている場合が多く、それゆえ、目視による地震被害調査を的確に行うことが困難になっている。
【０００４】
かかる状況下、柱端部に生じる最大応答部材角と損傷レベルとの関係が概ね把握されていることを利用し、最大応答部材角をセンサーで測定することによって柱の損傷レベルを迅速に評価することが可能な損傷レベル検知システムが開発されている。
【０００５】
【非特許文献１】「鉄道ＲＣラーメン高架橋柱の損傷レベル検知システムの開発」（コンクリート工学年次論文集、Vol.29, No.2, 2007）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記システムによれば、ラーメン架構の柱にセンサーを設置して該柱の最大応答部材角を計測することにより、柱の損傷レベルを評価することが可能であり、柱の目視が不要であるため、鋼板巻立てによる耐震補強が施されている柱であっても、柱の損傷を適切に把握することが可能となる。
【０００７】
ここで、鉄道用の高架橋は、複数のラーメン高架橋を所定の間隔をおきながら列状に立設するとともにそれらの間に調整桁を架け渡してなるものが多く、各ラーメン高架橋は、構築される場所の交通状況や地盤性状に応じて長さや幅あるいは高さといった構造物形状や支持基盤の深さがそれぞれ異なり、各ラーメン高架橋は、場所によって異なる地震時挙動を呈する。
【０００８】
そのため、上記システムにおいては、ラーメン高架橋ごとにセンサーを設置しなければならないが、ラーメン高架橋ごとにセンサーを設置するシステム構成では、全体コストが膨大となり、システムの設置範囲はおのずと制約を受けてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、柱の目視を行う必要がなくかつ合理的なコストで損傷レベルを評価することが可能なＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法は請求項１に記載したように、橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物を計測対象物とし、該計測対象物に生じた最大応答部材角を計測するとともに、該最大応答部材角を、水平変位に変換して観測水平変位とし、
【００１１】
観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした前記計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が前記観測水平変位にほぼ一致する倍率を前記計測対象物ごとに求め、
【００１２】
該計測対象物ごとに算出された倍率から前記観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価し、
【００１３】
前記橋梁構造物のうち、前記計測対象物を除いた残りの橋梁構造物を非計測対象物とするとともに、前記観測地震動に前記入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成し、
【００１４】
該修正地震動に対して前記非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出し、
【００１５】
静的非線形解析から得られた前記非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係に前記動的水平応答変位を適用することによって、該非計測対象物の損傷レベルを評価するものである。
【００１６】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法は、前記計測対象物ごとに算出された倍率の平均値又は最大値を前記入力地震動補正係数としたものである。
【００１７】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法は、前記計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって前記入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価し、該入力地震動補正係数に前記非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで非計測対象物ごとの修正地震動を作成するものである。
【００１８】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システムは請求項４に記載したように、橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物にそれぞれ設置され、該一部の橋梁構造物を計測対象物として最大応答部材角を計測する計測手段と、
【００１９】
前記橋梁構造物のうち、前記計測対象物を除いた残りの橋梁構造物を非計測対象物とし、該非計測対象物の損傷レベルを前記最大応答部材角を用いて評価する演算処理部とを備え、
【００２０】
該演算処理部は、前記最大応答部材角を水平変位に変換して観測水平変位とし、観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした前記計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が前記観測水平変位にほぼ一致する倍率を前記計測対象物ごとに求め、該計測対象物ごとに算出された倍率から前記観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価し、前記観測地震動に前記入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成し、該修正地震動に対して前記非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出し、静的非線形解析から得られた前記非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係に前記動的水平応答変位を適用することによって前記非計測対象物の損傷レベルを評価するものである。
【００２１】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システムは、前記計測対象物ごとに算出された倍率の平均値又は最大値を前記入力地震動補正係数としたものである。
【００２２】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システムは、前記計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって前記入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価し、該入力地震動補正係数に前記非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで非計測対象物ごとの修正地震動を作成するものである。
【００２３】
本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムにおいては、従来のように各橋梁構造物の最大応答部材角をすべて計測し、あるいは最大応答部材角を計測する計測手段をすべての橋梁構造物に設置するのではなく、各橋梁構造物からなる構造物群を計測対象物と非計測対象物とに分け、その上で計測対象物の最大応答部材角だけを計測し、あるいは最大応答部材角を計測するための計測手段を計測対象物だけに設置する。
【００２４】
このようにすれば、計測に係るコストダウンを図ることが可能となるが、その一方、計測を行わない橋梁構造物の損傷レベルをいかにして評価するかが課題となる。
【００２５】
本出願人は、非線形の振動モデルを作成するとともに該振動モデルに所定の地震動を入力して動的非線形解析を行う場合、実際の地震時挙動を適切にシミュレーションすることは本来的に容易ではないことを踏まえながらも、動的非線形解析の結果が計測対象物で計測された計測値に一致するように地震動を修正し、その修正された地震動で非計測対象物の動的非線形解析を行えば、その解析結果は工学的に十分妥当であって適切な損傷レベルの評価を行うことができるというきわめて有用な知見を得たものである。
【００２６】
すなわち、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムにおいては、まず、橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物を計測対象物、残りの橋梁構造物は非計測対象物とし、計測対象物にのみ最大応答部材角を計測する計測手段を設置する。
【００２７】
ここで、橋梁構造物とは、橋梁に作用する鉛直荷重を支持するＲＣ柱状部材からなる構造要素又は該ＲＣ柱状部材を含み全体として一体に振動する構造集合体を指し、構造集合体にはラーメン橋梁や桁式橋梁が含まれる。ちなみに、構造集合体がラーメン橋梁の場合、その構造要素は柱となり、構造集合体が桁式橋梁である場合には、その構造要素は橋脚となる。なお、構造集合体には、河川を跨いで設置されるものや陸上に設置されるものが広く含まれ、立地によって限定されるものではない。
【００２８】
構造物群に属する各橋梁構造物を計測対象物と非計測対象物のいずれに分類するかは任意の基準で判断すればよいが、立地場所が偏らないように、あるいは構造規模や構造形式が偏らないように、計測対象物を選択することが一つの基準として考えられる。
【００２９】
なお、入力地震動補正係数を、計測対象物ごとの倍率の平均値又は最大値ではなく、計測対象物ごとの固有周期の関数として評価する場合には、計測対象物を、固有周期が所定の周期範囲に均等に分散している橋梁構造物から選択するのが望ましい。
【００３０】
次に、所定の地震動に対し、計測対象物に生じた最大応答部材角を計測手段で計測する。計測手段は、例えばピークセンサーを用いて構成することができる。
【００３１】
次に、計測された最大応答部材角を水平変位に変換して観測水平変位とする。最大応答部材角を水平変位に変換するには例えば、静的非線形解析を行うことによって計測対象物ごとの最大応答部材角と水平変位との関係を予め作成しておき、かかる関係に上述した最大応答部材角を適用するようにすればよい。
【００３２】
一方、観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、該動的非線形解析で得られた動的水平応答変位が、上述の観測水平変位にほぼ一致する倍率を計測対象物ごとに求める。
【００３３】
観測地震動に乗ずる倍率は、例えば初期値を１として演算を開始し、演算結果である動的水平応答変位が観測水平変位にほぼ一致するまで、増分を例えば０．１として演算を繰り返し、両者が一致した時点で演算を中止するようにすることが考えられる。なお、初期値や増分については、観測地震動を計測した位置等を勘案して適宜選定すればよい。
【００３４】
次に、計測対象物ごとに算出された倍率から観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価する。
【００３５】
評価の仕方は、例えば以下の３通りが考えられる。
【００３６】
i)計測対象物ごとに算出された倍率の平均値を入力地震動補正係数とする。
【００３７】
ii)計測対象物ごとに算出された倍率の最大値を入力地震動補正係数とする。
【００３８】
iii)計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって、入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価する。
【００３９】
次に、観測地震動に入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成する。
【００４０】
ここで、入力地震動補正係数を上記３つめのケースで評価した場合においては、該入力地震動補正係数に非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで修正地震動を作成する。
【００４１】
次に、修正地震動に対して非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出する。
【００４２】
次に、動的水平応答変位を用いて前記非計測対象物の損傷レベルを推定する。具体的には、静的非線形解析を行うことによって非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係を予め作成しておき、かかる関係に上述した動的水平応答変位を適用することでそれに対応する損傷レベルを特定するようにすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
図１は、本実施形態に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システムを示したブロック図、図２は損傷レベル評価システム１が適用される構造物群２１の側面図である。これらの図でわかるように、本実施形態に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システム１は、橋軸方向に沿って列状に配置された計測対象物としてのラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃ及び非計測対象物としてのラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′からなる構造物群２１の柱損傷レベル評価に適用されるものであり、計測手段としてのピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃと、該ピークセンサーからの計測データを演算処理する演算処理部３とから構成してある。
【００４５】
ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃは、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ設置してあり、所定の地震動に対してラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの柱５ａ，５ｂ，５ｃに生じた直交水平２成分の正側及び負側の最大変位量を計測し記憶できるようになっている。
【００４６】
図３はピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃの設置図、図４は、ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃを用いて最大応答部材角θを算出する手順を示した説明図である。
【００４７】
これらの図でわかるように、最大応答部材角θを算出する際、柱頭部近傍で塑性ヒンジが形成された場合の計測誤差を避けるため、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの柱頭部近傍の梁下を上部計測点３１、該上部計測点から１ｍ程度低い下方位置を下部計測点３２とし、これらに測定ロッド３３の上下端をそれぞれピン接合して該測定ロッドの角度を計測するようにすればよい。
【００４８】
ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃは、上部計測点３１から鉛直距離Ｈ1だけ離間した位置における相対水平変位ｗ1を計測するため、上部計測点３１から鉛直距離Ｈ2だけ離間した下部計測点３２における相対水平変位ｗ2は、
ｗ2＝ｗ1(Ｈ2／Ｈ1)
となり、測定ロッドの角度θ′は、
θ′＝tan-1（ｗ2／Ｈ2）
で求められる。
【００４９】
一方、ハンチ部３４は剛体挙動し、測定ロッドの角度θ′は最大応答部材角θに一致しない。そのため、ハンチ部３４の高さをＢとして、最大応答部材角θは、以下の式で換算する。
θ＝Ｈ2／（Ｈ2―Ｂ）・θ′
【００５０】
演算処理部３は、ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃからの測定データから最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを求める部材角算出部６と、該最大応答部材角をラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの観測水平変位δａ，δｂ，δｃに変換する変換部７と、観測地震動に乗ずる倍率αをパラメータとしたラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が観測水平変位にほぼ一致する倍率としてラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとにαa,αb,αcを求める動的非線形解析部８と、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa,αb,αcから観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを評価する補正係数評価部９と、観測地震動に入力地震動補正係数λを乗じることで修正地震動を作成する修正地震動作成部１０と、修正地震動に対してラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出する動的非線形解析部１１と、動的水平応答変位を用いてラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷レベルを評価する損傷評価部１２とからなる。
【００５１】
図５乃至図７は、本実施形態に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャートである。これらの図に示すように、損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価するには、まず、構造物群２１に属する複数の橋梁構造物を、最大応答部材角θがピークセンサー２で計測される計測対象物と、計測されない非計測対象物とに分類する（ステップ１０１）。
【００５２】
ここで、構造物群２１に属する各橋梁構造物は、互いに異なる固有周期で振動するが、それぞれについては軌道階を質点とした１質点系モデルでその振動をあらわせるものとし、複数のラーメン高架橋４ａ，４ａ′，４ｂ，４ｂ′，４ｃを調整桁６で連結しながら橋軸方向に沿って列状に構築してなる構造物群２１の場合であれば、各ラーメン高架橋が本実施形態でいう橋梁構造物となる。
【００５３】
次に、所定の地震動に対してラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの柱５ａ，５ｂ，５ｃに生じた直交水平２成分の正側及び負側の最大変位量をピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃで計測する（ステップ１０２）。
【００５４】
次に、ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃから伝送されてきた測定データから最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを部材角算出部６で求める（ステップ１０３）。
【００５５】
次に、最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを、水平変位に変換して観測水平変位δa，δb，δcとする（ステップ１０４）。
【００５６】
最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを観測水平変位δa，δb，δcに変換するには、静的非線形解析を行うことによってラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとの最大応答部材角と水平変位との関係を予め作成しておき、かかる関係に上述した最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを適用するようにすればよい。
【００５７】
図８は、ラーメン高架橋４に対して静的非線形解析を行うための解析モデルとその結果を表形式で整理した一例であり、グレーで塗りつぶした箇所は剛域であることを示す。同図に示すように、静的非線形解析を行うにあたっては、所定の震度における水平変位と応答部材角を各節点ごとに求めておく。
【００５８】
例えば、図８に示された表がラーメン高架橋４ａについて行われた静的非線形解析の結果であって、柱（節点１）での最大応答部材角θａが0.00245であったとすると、それに対応する震度を探してその震度での水平変位を拾えばよい。ちなみに、同表では、震度が0.3334で水平変位が上記の値となっているので、構造物天端（節点０）の水平変位は、36.0であるとわかる。
【００５９】
なお、図８は、水平変位や応答部材角のほか、損傷レベルについても整理されているが、計測対象物であるラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃについては所定の震度における水平変位と応答部材角を各節点ごとに求めておけば足りるし、非計測対象物であるラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′については所定の震度における水平変位と損傷レベルを各節点ごとに求めておけば足りる。
【００６０】
ここで、同図に示した水平変位は、地表面から所定深さに位置する基盤面を基準としており、応答部材角を算出する際には、構造物天端の水平変位を柱高さで割るのではなく、構造物の水平変位から地盤の水平変位を差し引いた値を柱高さで割るようにする。
【００６１】
以下、非計測対象物であるラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷評価を行うためのステップとなる。ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃについては、ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃの計測データから最大応答部材角θａ，θｂ，θｃが直接算出されているので、これらを用いて損傷評価をすればよい。
【００６２】
まず、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの１質点系振動モデルをそれぞれ作成する（ステップ１０５ａ）。ここで、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃは、それらの軌道階、すなわち軌道スラブとそれを支持する縦梁及び横梁とが地震時に一体挙動するため、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの１質点系振動モデルは、それぞれの軌道階を質点としてモデル化するのが合理的である。
【００６３】
次に、観測地震動Ａ(t)に倍率αを乗じたものを入力値とした動的非線形解析を、上述したラーメン高架橋４ａの１質点系振動モデルを用いて動的非線形解析部８で行う（ステップ１０５ｂ）。倍率αの初期値は例えば１．０とする。
【００６４】
図９(a)は、観測地震動Ａ(t)の加速度時刻歴波形を示したものである。
【００６５】
次に、演算結果である動的水平応答変位δDを観測水平変位δaと比較し（ステップ１０５ｃ）、動的水平応答変位δDが観測水平変位δaを下回っていれば、前ステップの倍率αに増分Δαとして例えば０．１を加え、そのあらたな倍率αを観測地震動Ａ(t)に乗じて、再度、動的非線形解析を行う（ステップ１０５ｂ）。
【００６６】
一方、動的水平応答変位δDが観測水平変位δaと同じかこれを上回れば、繰り返し演算を中止するとともに、そのときの倍率αをαaと定める（ステップ１０５ｄ）。
【００６７】
ラーメン高架橋４ｂ，４ｃについても、同様に上述のステップを実行し、倍率αb、αcを定める（ステップ１０５ｅ〜１０５ｊ）。
【００６８】
次に、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa,αb,αcから観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを補正係数評価部９で評価する（ステップ１０６）。本実施形態では、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa,αb,αcの平均値を入力地震動補正係数λとする。すなわち、
λ＝（αa＋αb＋αc）／３
【００６９】
次に、修正地震動作成部１０において観測地震動Ａ(t)に入力地震動補正係数λを乗じ、修正地震動Ａ′(t)を作成する（ステップ１０７）。すなわち、
Ａ′(t)＝λ・Ａ(t)
【００７０】
図９(b)は、修正地震動Ａ′(t)の加速度時刻歴波形を示したものである。
【００７１】
次に、修正地震動Ａ′(t)に対するラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的非線形解析を動的非線形解析部１１で行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位δa′，δb′を算出する（ステップ１０８）。
【００７２】
動的非線形解析は、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′について１質点系振動モデルをそれぞれ作成し、次いで、それら１質点系モデルにλ・Ａ(t)をそれぞれ入力することで、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的水平応答変位δa′，δb′を求める。
【００７３】
ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の１質点系振動モデルは、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃと同様、それらの軌道階が剛域となってほぼ一体挙動するため、該軌道階を質点としてそれぞれモデル化する。
【００７４】
最後に、動的水平応答変位δa′，δb′を用いることにより、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷レベルを損傷評価部１２で評価する（ステップ１０９）。
【００７５】
動的水平応答変位δa′，δb′からラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷レベルを評価するには、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′ごとに図８の表形式でそれぞれ求められた静的非線形解析の結果を用い、同表に動的水平応答変位δa′，δb′を適用することで損傷レベルを評価する。
【００７６】
例えば、図８に示された表がラーメン高架橋４ａ′について行われた静的非線形解析の結果であって、動的水平応答変位δa′が43.0であったとすると、該動的水平応答変位は、軌道階において評価されているため、構造物天端（節点０）で水平変位が43.0となっている震度を探してその震度での損傷レベルを拾えばよい。ちなみに、同表では、震度が0.3923で水平変位が上記の値となっているので、柱（節点１）の損傷レベルは２、基礎（節点１０２）の損傷レベルは１と評価できる。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システム１及び方法によれば、観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとしたラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの動的非線形解析を行うことによって、観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを評価し、該入力地震動補正係数を観測地震動に乗じた修正地震動に対してラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的非線形解析を行って動的水平応答変位を算出することにより、最大応答部材角を計測しないラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′についても、損傷レベルを評価することが可能となる。
【００７８】
本実施形態では、計測対象物であるラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを水平変位に変換する際も、非計測対象物であるラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的水平応答変位から損傷レベルを評価する際も、図８の表を用いて説明したが、これは、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに行われた静的非線形解析の各結果を整理するための一例として、また、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′ごとに行われた静的非線形解析の各結果を整理するための一例として、図８に示した形式の表を用いることができるという意味であって、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃとラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′とが同一構造でない限り、それらの静的非線形解析の結果は当然に異なる。
【００７９】
また、本実施形態では、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa，αb，αcの平均値（αa＋αb＋αc）／３を入力地震動補正係数λとしたが、これに代えて、それらのうちの最大値を入力地震動補正係数としてもよい。
【００８０】
さらに、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa，αb，αcを該各ラーメン高架橋の固有周期と関連付けることによって、入力地震動補正係数λを固有周期Ｔの関数として評価するようにしてもよい。
【００８１】
かかる変形例における演算手順を図１０に示す。同図に示したフローチャートでわかるように、入力地震動補正係数λを固有周期Ｔの関数として評価するには、上述の実施形態と同様にしてラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとの倍率αa，αb，αcを算出した後（ステップ１０１〜１０９）、これらの算出結果を、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの固有周期Ｔa，Ｔb，Ｔcと倍率αa，αb，αcとの関係に整理し直し、しかる後、観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを補正係数評価部９で評価する（ステップ１１１）。
【００８２】
図１１(a)は、横軸に固有周期Ｔ、縦軸に入力地震動補正係数λをとったグラフである。かかるグラフを作成するには、固有周期Ｔa，Ｔb，Ｔcと倍率αa，αb，αcをプロットし、それらの間を線形補間し、あるいは公知の近似手法、例えば最小二乗法を用いて適宜補間すればよい。なお、同図では、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの固有周期Ｔa，Ｔb，Ｔcが、
Ｔb＞Ｔc＞Ｔa，
【００８３】
と仮定してある。
【００８４】
このようにして入力地震動補正係数λを評価したならば、図１１(b)に示すように入力地震動補正係数λに非計測対象物としてのラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の固有周期Ｔa′，Ｔb′を適用することによって、該ラーメン高架橋ごとの入力地震動補正係数λa′，λb′を求める（ステップ１１２）。
【００８５】
次に、該入力地震動補正係数を観測地震動Ａ(t)に乗ずることで修正地震動を作成する（ステップ１１３）。すなわち、
Ａa′(t)＝λa′・Ａ(t)
【００８６】
Ａb′(t)＝λb′・Ａ(t)
【００８７】
次に、修正地震動Ａa′(t)を用いてラーメン高架橋４ａ′の動的非線形解析を行い、該修正地震動に対する動的水平応答変位δa″を算出するとともに、修正地震動Ａb′(t)を用いてラーメン高架橋４b′の動的非線形解析を行い、該修正地震動に対する動的水平応答変位δb″を算出する（ステップ１１４）。
【００８８】
次に、動的水平応答変位δa″,δb″を用いてラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷レベルを損傷評価部１２で評価する（ステップ１１４）。
【００８９】
かかる変形例によれば、構造物群２１に属するラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃ及びラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の固有周期が互いに離れていて、その差が比較的大きい場合であっても、入力地震動補正係数λを固有周期Ｔの関数として評価したことにより、動的非線形解析の精度を向上させ、ひいては損傷レベルをより適切に評価することが可能となる。
【００９０】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、本発明に係る損傷レベル評価方法及びシステムは、橋軸方向及びそれに直交する方向のいずれにも適用することが可能であり、よって橋軸方向に対して任意の角度で入力する地震動に対し、上述の２方向に振動成分を分解することで両方向において損傷レベルの評価を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本実施形態に係る損傷レベル評価システム１のブロック図。
【図２】損傷レベル評価システム１が適用される構造物群２１の側面図。
【図３】ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃの設置図。
【図４】ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃを用いて最大応答部材角θを算出する手順を示した説明図。
【図５】損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャート。
【図６】引き続き損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャート。
【図７】引き続き損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャート。
【図８】ラーメン高架橋４に対して静的非線形解析を行うための解析モデルとその結果を示した説明図。
【図９】地震動の加速度時刻歴波形を示したグラフであり、(a)は観測地震動Ａ(t)、(b)は修正地震動Ａ′(t)のグラフ。
【図１０】変形例に係る損傷レベル評価システムを用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャート。
【図１１】変形例に係る損傷レベル評価方法において固有周期を関数とした入力地震動補正係数λの求め方とそれを用いてラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′ごとの入力地震動補正係数λａ′，λb′の特定の仕方を説明した説明図。
【符号の説明】
【００９２】
１ ＲＣ部材の損傷レベル評価システム
２ａ，２ｂ，２ｃ ピークセンサー（計測手段）
３ 演算処理部
４ａ，４ｂ，４ｃ ラーメン高架橋（計測対象物）
４ａ′，４ｂ′ ラーメン高架橋（非計測対象物）
５ａ，５ｂ，５ｃ 柱
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として鉄道用ＲＣラーメン高架橋に適用されるＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道用高架橋の下部構造は、鉄筋コンクリートのラーメン架構として構築されることが多いが、その設計施工の際には、高架橋の耐震性を十分検討する必要があるとともに、被災後に地震被害調査を適切に行い、その調査結果を設計施工にフィードバックしていくこともまた重要となる。
【０００３】
一方、昨今のラーメン架構を構成する柱は、大地震による被害経験から鋼板巻立てによる耐震補強が施されている場合が多く、それゆえ、目視による地震被害調査を的確に行うことが困難になっている。
【０００４】
かかる状況下、柱端部に生じる最大応答部材角と損傷レベルとの関係が概ね把握されていることを利用し、最大応答部材角をセンサーで測定することによって柱の損傷レベルを迅速に評価することが可能な損傷レベル検知システムが開発されている。
【０００５】
【非特許文献１】「鉄道ＲＣラーメン高架橋柱の損傷レベル検知システムの開発」（コンクリート工学年次論文集、Vol.29, No.2, 2007）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記システムによれば、ラーメン架構の柱にセンサーを設置して該柱の最大応答部材角を計測することにより、柱の損傷レベルを評価することが可能であり、柱の目視が不要であるため、鋼板巻立てによる耐震補強が施されている柱であっても、柱の損傷を適切に把握することが可能となる。
【０００７】
ここで、鉄道用の高架橋は、複数のラーメン高架橋を所定の間隔をおきながら列状に立設するとともにそれらの間に調整桁を架け渡してなるものが多く、各ラーメン高架橋は、構築される場所の交通状況や地盤性状に応じて長さや幅あるいは高さといった構造物形状や支持基盤の深さがそれぞれ異なり、各ラーメン高架橋は、場所によって異なる地震時挙動を呈する。
【０００８】
そのため、上記システムにおいては、ラーメン高架橋ごとにセンサーを設置しなければならないが、ラーメン高架橋ごとにセンサーを設置するシステム構成では、全体コストが膨大となり、システムの設置範囲はおのずと制約を受けてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、柱の目視を行う必要がなくかつ合理的なコストで損傷レベルを評価することが可能なＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法は請求項１に記載したように、橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物を計測対象物とし、該計測対象物に生じた最大応答部材角を計測するとともに、該最大応答部材角を、水平変位に変換して観測水平変位とし、
【００１１】
観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした前記計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が前記観測水平変位にほぼ一致する倍率を前記計測対象物ごとに求め、
【００１２】
該計測対象物ごとに算出された倍率から前記観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価し、
【００１３】
前記橋梁構造物のうち、前記計測対象物を除いた残りの橋梁構造物を非計測対象物とするとともに、前記観測地震動に前記入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成し、
【００１４】
該修正地震動に対して前記非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出し、
【００１５】
静的非線形解析から得られた前記非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係に前記動的水平応答変位を適用することによって、該非計測対象物の損傷レベルを評価するものである。
【００１６】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法は、前記計測対象物ごとに算出された倍率の平均値又は最大値を前記入力地震動補正係数としたものである。
【００１７】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法は、前記計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって前記入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価し、該入力地震動補正係数に前記非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで非計測対象物ごとの修正地震動を作成するものである。
【００１８】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システムは請求項４に記載したように、橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物にそれぞれ設置され、該一部の橋梁構造物を計測対象物として最大応答部材角を計測する計測手段と、
【００１９】
前記橋梁構造物のうち、前記計測対象物を除いた残りの橋梁構造物を非計測対象物とし、該非計測対象物の損傷レベルを前記最大応答部材角を用いて評価する演算処理部とを備え、
【００２０】
該演算処理部は、前記最大応答部材角を水平変位に変換して観測水平変位とし、観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした前記計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が前記観測水平変位にほぼ一致する倍率を前記計測対象物ごとに求め、該計測対象物ごとに算出された倍率から前記観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価し、前記観測地震動に前記入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成し、該修正地震動に対して前記非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出し、静的非線形解析から得られた前記非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係に前記動的水平応答変位を適用することによって前記非計測対象物の損傷レベルを評価するものである。
【００２１】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システムは、前記計測対象物ごとに算出された倍率の平均値又は最大値を前記入力地震動補正係数としたものである。
【００２２】
また、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システムは、前記計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって前記入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価し、該入力地震動補正係数に前記非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで非計測対象物ごとの修正地震動を作成するものである。
【００２３】
本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムにおいては、従来のように各橋梁構造物の最大応答部材角をすべて計測し、あるいは最大応答部材角を計測する計測手段をすべての橋梁構造物に設置するのではなく、各橋梁構造物からなる構造物群を計測対象物と非計測対象物とに分け、その上で計測対象物の最大応答部材角だけを計測し、あるいは最大応答部材角を計測するための計測手段を計測対象物だけに設置する。
【００２４】
このようにすれば、計測に係るコストダウンを図ることが可能となるが、その一方、計測を行わない橋梁構造物の損傷レベルをいかにして評価するかが課題となる。
【００２５】
本出願人は、非線形の振動モデルを作成するとともに該振動モデルに所定の地震動を入力して動的非線形解析を行う場合、実際の地震時挙動を適切にシミュレーションすることは本来的に容易ではないことを踏まえながらも、動的非線形解析の結果が計測対象物で計測された計測値に一致するように地震動を修正し、その修正された地震動で非計測対象物の動的非線形解析を行えば、その解析結果は工学的に十分妥当であって適切な損傷レベルの評価を行うことができるというきわめて有用な知見を得たものである。
【００２６】
すなわち、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムにおいては、まず、橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物を計測対象物、残りの橋梁構造物は非計測対象物とし、計測対象物にのみ最大応答部材角を計測する計測手段を設置する。
【００２７】
ここで、橋梁構造物とは、橋梁に作用する鉛直荷重を支持するＲＣ柱状部材からなる構造要素又は該ＲＣ柱状部材を含み全体として一体に振動する構造集合体を指し、構造集合体にはラーメン橋梁や桁式橋梁が含まれる。ちなみに、構造集合体がラーメン橋梁の場合、その構造要素は柱となり、構造集合体が桁式橋梁である場合には、その構造要素は橋脚となる。なお、構造集合体には、河川を跨いで設置されるものや陸上に設置されるものが広く含まれ、立地によって限定されるものではない。
【００２８】
構造物群に属する各橋梁構造物を計測対象物と非計測対象物のいずれに分類するかは任意の基準で判断すればよいが、立地場所が偏らないように、あるいは構造規模や構造形式が偏らないように、計測対象物を選択することが一つの基準として考えられる。
【００２９】
なお、入力地震動補正係数を、計測対象物ごとの倍率の平均値又は最大値ではなく、計測対象物ごとの固有周期の関数として評価する場合には、計測対象物を、固有周期が所定の周期範囲に均等に分散している橋梁構造物から選択するのが望ましい。
【００３０】
次に、所定の地震動に対し、計測対象物に生じた最大応答部材角を計測手段で計測する。計測手段は、例えばピークセンサーを用いて構成することができる。
【００３１】
次に、計測された最大応答部材角を水平変位に変換して観測水平変位とする。最大応答部材角を水平変位に変換するには例えば、静的非線形解析を行うことによって計測対象物ごとの最大応答部材角と水平変位との関係を予め作成しておき、かかる関係に上述した最大応答部材角を適用するようにすればよい。
【００３２】
一方、観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、該動的非線形解析で得られた動的水平応答変位が、上述の観測水平変位にほぼ一致する倍率を計測対象物ごとに求める。
【００３３】
観測地震動に乗ずる倍率は、例えば初期値を１として演算を開始し、演算結果である動的水平応答変位が観測水平変位にほぼ一致するまで、増分を例えば０．１として演算を繰り返し、両者が一致した時点で演算を中止するようにすることが考えられる。なお、初期値や増分については、観測地震動を計測した位置等を勘案して適宜選定すればよい。
【００３４】
次に、計測対象物ごとに算出された倍率から観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価する。
【００３５】
評価の仕方は、例えば以下の３通りが考えられる。
【００３６】
i)計測対象物ごとに算出された倍率の平均値を入力地震動補正係数とする。
【００３７】
ii)計測対象物ごとに算出された倍率の最大値を入力地震動補正係数とする。
【００３８】
iii)計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって、入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価する。
【００３９】
次に、観測地震動に入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成する。
【００４０】
ここで、入力地震動補正係数を上記３つめのケースで評価した場合においては、該入力地震動補正係数に非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで修正地震動を作成する。
【００４１】
次に、修正地震動に対して非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出する。
【００４２】
次に、動的水平応答変位を用いて前記非計測対象物の損傷レベルを推定する。具体的には、静的非線形解析を行うことによって非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係を予め作成しておき、かかる関係に上述した動的水平応答変位を適用することでそれに対応する損傷レベルを特定するようにすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明に係るＲＣ部材の損傷レベル評価方法及びシステムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
図１は、本実施形態に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システムを示したブロック図、図２は損傷レベル評価システム１が適用される構造物群２１の側面図である。これらの図でわかるように、本実施形態に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システム１は、橋軸方向に沿って列状に配置された計測対象物としてのラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃ及び非計測対象物としてのラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′からなる構造物群２１の柱損傷レベル評価に適用されるものであり、計測手段としてのピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃと、該ピークセンサーからの計測データを演算処理する演算処理部３とから構成してある。
【００４５】
ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃは、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ設置してあり、所定の地震動に対してラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの柱５ａ，５ｂ，５ｃに生じた直交水平２成分の正側及び負側の最大変位量を計測し記憶できるようになっている。
【００４６】
図３はピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃの設置図、図４は、ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃを用いて最大応答部材角θを算出する手順を示した説明図である。
【００４７】
これらの図でわかるように、最大応答部材角θを算出する際、柱頭部近傍で塑性ヒンジが形成された場合の計測誤差を避けるため、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの柱頭部近傍の梁下を上部計測点３１、該上部計測点から１ｍ程度低い下方位置を下部計測点３２とし、これらに測定ロッド３３の上下端をそれぞれピン接合して該測定ロッドの角度を計測するようにすればよい。
【００４８】
ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃは、上部計測点３１から鉛直距離Ｈ1だけ離間した位置における相対水平変位ｗ1を計測するため、上部計測点３１から鉛直距離Ｈ2だけ離間した下部計測点３２における相対水平変位ｗ2は、
ｗ2＝ｗ1(Ｈ2／Ｈ1)
となり、測定ロッドの角度θ′は、
θ′＝tan-1（ｗ2／Ｈ2）
で求められる。
【００４９】
一方、ハンチ部３４は剛体挙動し、測定ロッドの角度θ′は最大応答部材角θに一致しない。そのため、ハンチ部３４の高さをＢとして、最大応答部材角θは、以下の式で換算する。
θ＝Ｈ2／（Ｈ2―Ｂ）・θ′
【００５０】
演算処理部３は、ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃからの測定データから最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを求める部材角算出部６と、該最大応答部材角をラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの観測水平変位δａ，δｂ，δｃに変換する変換部７と、観測地震動に乗ずる倍率αをパラメータとしたラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が観測水平変位にほぼ一致する倍率としてラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとにαa,αb,αcを求める動的非線形解析部８と、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa,αb,αcから観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを評価する補正係数評価部９と、観測地震動に入力地震動補正係数λを乗じることで修正地震動を作成する修正地震動作成部１０と、修正地震動に対してラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出する動的非線形解析部１１と、動的水平応答変位を用いてラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷レベルを評価する損傷評価部１２とからなる。
【００５１】
図５乃至図７は、本実施形態に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャートである。これらの図に示すように、損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価するには、まず、構造物群２１に属する複数の橋梁構造物を、最大応答部材角θがピークセンサー２で計測される計測対象物と、計測されない非計測対象物とに分類する（ステップ１０１）。
【００５２】
ここで、構造物群２１に属する各橋梁構造物は、互いに異なる固有周期で振動するが、それぞれについては軌道階を質点とした１質点系モデルでその振動をあらわせるものとし、複数のラーメン高架橋４ａ，４ａ′，４ｂ，４ｂ′，４ｃを調整桁６で連結しながら橋軸方向に沿って列状に構築してなる構造物群２１の場合であれば、各ラーメン高架橋が本実施形態でいう橋梁構造物となる。
【００５３】
次に、所定の地震動に対してラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの柱５ａ，５ｂ，５ｃに生じた直交水平２成分の正側及び負側の最大変位量をピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃで計測する（ステップ１０２）。
【００５４】
次に、ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃから伝送されてきた測定データから最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを部材角算出部６で求める（ステップ１０３）。
【００５５】
次に、最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを、水平変位に変換して観測水平変位δa，δb，δcとする（ステップ１０４）。
【００５６】
最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを観測水平変位δa，δb，δcに変換するには、静的非線形解析を行うことによってラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとの最大応答部材角と水平変位との関係を予め作成しておき、かかる関係に上述した最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを適用するようにすればよい。
【００５７】
図８は、ラーメン高架橋４に対して静的非線形解析を行うための解析モデルとその結果を表形式で整理した一例であり、グレーで塗りつぶした箇所は剛域であることを示す。同図に示すように、静的非線形解析を行うにあたっては、所定の震度における水平変位と応答部材角を各節点ごとに求めておく。
【００５８】
例えば、図８に示された表がラーメン高架橋４ａについて行われた静的非線形解析の結果であって、柱（節点１）での最大応答部材角θａが0.00245であったとすると、それに対応する震度を探してその震度での水平変位を拾えばよい。ちなみに、同表では、震度が0.3334で水平変位が上記の値となっているので、構造物天端（節点０）の水平変位は、36.0であるとわかる。
【００５９】
なお、図８は、水平変位や応答部材角のほか、損傷レベルについても整理されているが、計測対象物であるラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃについては所定の震度における水平変位と応答部材角を各節点ごとに求めておけば足りるし、非計測対象物であるラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′については所定の震度における水平変位と損傷レベルを各節点ごとに求めておけば足りる。
【００６０】
ここで、同図に示した水平変位は、地表面から所定深さに位置する基盤面を基準としており、応答部材角を算出する際には、構造物天端の水平変位を柱高さで割るのではなく、構造物の水平変位から地盤の水平変位を差し引いた値を柱高さで割るようにする。
【００６１】
以下、非計測対象物であるラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷評価を行うためのステップとなる。ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃについては、ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃの計測データから最大応答部材角θａ，θｂ，θｃが直接算出されているので、これらを用いて損傷評価をすればよい。
【００６２】
まず、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの１質点系振動モデルをそれぞれ作成する（ステップ１０５ａ）。ここで、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃは、それらの軌道階、すなわち軌道スラブとそれを支持する縦梁及び横梁とが地震時に一体挙動するため、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの１質点系振動モデルは、それぞれの軌道階を質点としてモデル化するのが合理的である。
【００６３】
次に、観測地震動Ａ(t)に倍率αを乗じたものを入力値とした動的非線形解析を、上述したラーメン高架橋４ａの１質点系振動モデルを用いて動的非線形解析部８で行う（ステップ１０５ｂ）。倍率αの初期値は例えば１．０とする。
【００６４】
図９(a)は、観測地震動Ａ(t)の加速度時刻歴波形を示したものである。
【００６５】
次に、演算結果である動的水平応答変位δDを観測水平変位δaと比較し（ステップ１０５ｃ）、動的水平応答変位δDが観測水平変位δaを下回っていれば、前ステップの倍率αに増分Δαとして例えば０．１を加え、そのあらたな倍率αを観測地震動Ａ(t)に乗じて、再度、動的非線形解析を行う（ステップ１０５ｂ）。
【００６６】
一方、動的水平応答変位δDが観測水平変位δaと同じかこれを上回れば、繰り返し演算を中止するとともに、そのときの倍率αをαaと定める（ステップ１０５ｄ）。
【００６７】
ラーメン高架橋４ｂ，４ｃについても、同様に上述のステップを実行し、倍率αb、αcを定める（ステップ１０５ｅ〜１０５ｊ）。
【００６８】
次に、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa,αb,αcから観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを補正係数評価部９で評価する（ステップ１０６）。本実施形態では、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa,αb,αcの平均値を入力地震動補正係数λとする。すなわち、
λ＝（αa＋αb＋αc）／３
【００６９】
次に、修正地震動作成部１０において観測地震動Ａ(t)に入力地震動補正係数λを乗じ、修正地震動Ａ′(t)を作成する（ステップ１０７）。すなわち、
Ａ′(t)＝λ・Ａ(t)
【００７０】
図９(b)は、修正地震動Ａ′(t)の加速度時刻歴波形を示したものである。
【００７１】
次に、修正地震動Ａ′(t)に対するラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的非線形解析を動的非線形解析部１１で行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位δa′，δb′を算出する（ステップ１０８）。
【００７２】
動的非線形解析は、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′について１質点系振動モデルをそれぞれ作成し、次いで、それら１質点系モデルにλ・Ａ(t)をそれぞれ入力することで、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的水平応答変位δa′，δb′を求める。
【００７３】
ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の１質点系振動モデルは、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃと同様、それらの軌道階が剛域となってほぼ一体挙動するため、該軌道階を質点としてそれぞれモデル化する。
【００７４】
最後に、動的水平応答変位δa′，δb′を用いることにより、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷レベルを損傷評価部１２で評価する（ステップ１０９）。
【００７５】
動的水平応答変位δa′，δb′からラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷レベルを評価するには、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′ごとに図８の表形式でそれぞれ求められた静的非線形解析の結果を用い、同表に動的水平応答変位δa′，δb′を適用することで損傷レベルを評価する。
【００７６】
例えば、図８に示された表がラーメン高架橋４ａ′について行われた静的非線形解析の結果であって、動的水平応答変位δa′が43.0であったとすると、該動的水平応答変位は、軌道階において評価されているため、構造物天端（節点０）で水平変位が43.0となっている震度を探してその震度での損傷レベルを拾えばよい。ちなみに、同表では、震度が0.3923で水平変位が上記の値となっているので、柱（節点１）の損傷レベルは２、基礎（節点１０２）の損傷レベルは１と評価できる。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態に係るＲＣ部材の損傷レベル評価システム１及び方法によれば、観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとしたラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの動的非線形解析を行うことによって、観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを評価し、該入力地震動補正係数を観測地震動に乗じた修正地震動に対してラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的非線形解析を行って動的水平応答変位を算出することにより、最大応答部材角を計測しないラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′についても、損傷レベルを評価することが可能となる。
【００７８】
本実施形態では、計測対象物であるラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの最大応答部材角θａ，θｂ，θｃを水平変位に変換する際も、非計測対象物であるラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の動的水平応答変位から損傷レベルを評価する際も、図８の表を用いて説明したが、これは、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに行われた静的非線形解析の各結果を整理するための一例として、また、ラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′ごとに行われた静的非線形解析の各結果を整理するための一例として、図８に示した形式の表を用いることができるという意味であって、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃとラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′とが同一構造でない限り、それらの静的非線形解析の結果は当然に異なる。
【００７９】
また、本実施形態では、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa，αb，αcの平均値（αa＋αb＋αc）／３を入力地震動補正係数λとしたが、これに代えて、それらのうちの最大値を入力地震動補正係数としてもよい。
【００８０】
さらに、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとに算出された倍率αa，αb，αcを該各ラーメン高架橋の固有周期と関連付けることによって、入力地震動補正係数λを固有周期Ｔの関数として評価するようにしてもよい。
【００８１】
かかる変形例における演算手順を図１０に示す。同図に示したフローチャートでわかるように、入力地震動補正係数λを固有周期Ｔの関数として評価するには、上述の実施形態と同様にしてラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃごとの倍率αa，αb，αcを算出した後（ステップ１０１〜１０９）、これらの算出結果を、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの固有周期Ｔa，Ｔb，Ｔcと倍率αa，αb，αcとの関係に整理し直し、しかる後、観測地震動に乗じる入力地震動補正係数λを補正係数評価部９で評価する（ステップ１１１）。
【００８２】
図１１(a)は、横軸に固有周期Ｔ、縦軸に入力地震動補正係数λをとったグラフである。かかるグラフを作成するには、固有周期Ｔa，Ｔb，Ｔcと倍率αa，αb，αcをプロットし、それらの間を線形補間し、あるいは公知の近似手法、例えば最小二乗法を用いて適宜補間すればよい。なお、同図では、ラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃの固有周期Ｔa，Ｔb，Ｔcが、
Ｔb＞Ｔc＞Ｔa，
【００８３】
と仮定してある。
【００８４】
このようにして入力地震動補正係数λを評価したならば、図１１(b)に示すように入力地震動補正係数λに非計測対象物としてのラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の固有周期Ｔa′，Ｔb′を適用することによって、該ラーメン高架橋ごとの入力地震動補正係数λa′，λb′を求める（ステップ１１２）。
【００８５】
次に、該入力地震動補正係数を観測地震動Ａ(t)に乗ずることで修正地震動を作成する（ステップ１１３）。すなわち、
Ａa′(t)＝λa′・Ａ(t)
【００８６】
Ａb′(t)＝λb′・Ａ(t)
【００８７】
次に、修正地震動Ａa′(t)を用いてラーメン高架橋４ａ′の動的非線形解析を行い、該修正地震動に対する動的水平応答変位δa″を算出するとともに、修正地震動Ａb′(t)を用いてラーメン高架橋４b′の動的非線形解析を行い、該修正地震動に対する動的水平応答変位δb″を算出する（ステップ１１４）。
【００８８】
次に、動的水平応答変位δa″,δb″を用いてラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の損傷レベルを損傷評価部１２で評価する（ステップ１１４）。
【００８９】
かかる変形例によれば、構造物群２１に属するラーメン高架橋４ａ，４ｂ，４ｃ及びラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′の固有周期が互いに離れていて、その差が比較的大きい場合であっても、入力地震動補正係数λを固有周期Ｔの関数として評価したことにより、動的非線形解析の精度を向上させ、ひいては損傷レベルをより適切に評価することが可能となる。
【００９０】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、本発明に係る損傷レベル評価方法及びシステムは、橋軸方向及びそれに直交する方向のいずれにも適用することが可能であり、よって橋軸方向に対して任意の角度で入力する地震動に対し、上述の２方向に振動成分を分解することで両方向において損傷レベルの評価を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本実施形態に係る損傷レベル評価システム１のブロック図。
【図２】損傷レベル評価システム１が適用される構造物群２１の側面図。
【図３】ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃの設置図。
【図４】ピークセンサー２ａ，２ｂ，２ｃを用いて最大応答部材角θを算出する手順を示した説明図。
【図５】損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャート。
【図６】引き続き損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャート。
【図７】引き続き損傷レベル評価システム１を用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャート。
【図８】ラーメン高架橋４に対して静的非線形解析を行うための解析モデルとその結果を示した説明図。
【図９】地震動の加速度時刻歴波形を示したグラフであり、(a)は観測地震動Ａ(t)、(b)は修正地震動Ａ′(t)のグラフ。
【図１０】変形例に係る損傷レベル評価システムを用いて構造物群２１の柱損傷レベルを評価する手順を示したフローチャート。
【図１１】変形例に係る損傷レベル評価方法において固有周期を関数とした入力地震動補正係数λの求め方とそれを用いてラーメン高架橋４ａ′，４ｂ′ごとの入力地震動補正係数λａ′，λb′の特定の仕方を説明した説明図。
【符号の説明】
【００９２】
１ ＲＣ部材の損傷レベル評価システム
２ａ，２ｂ，２ｃ ピークセンサー（計測手段）
３ 演算処理部
４ａ，４ｂ，４ｃ ラーメン高架橋（計測対象物）
４ａ′，４ｂ′ ラーメン高架橋（非計測対象物）
５ａ，５ｂ，５ｃ 柱
【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物を計測対象物とし、該計測対象物に生じた最大応答部材角を計測するとともに、該最大応答部材角を、水平変位に変換して観測水平変位とし、
観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした前記計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が前記観測水平変位にほぼ一致する倍率を前記計測対象物ごとに求め、
該計測対象物ごとに算出された倍率から前記観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価し、
前記橋梁構造物のうち、前記計測対象物を除いた残りの橋梁構造物を非計測対象物とするとともに、前記観測地震動に前記入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成し、
該修正地震動に対して前記非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出し、
静的非線形解析から得られた前記非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係に前記動的水平応答変位を適用することによって、該非計測対象物の損傷レベルを評価することを特徴とするＲＣ部材の損傷レベル評価方法。
【請求項２】
前記計測対象物ごとに算出された倍率の平均値又は最大値を前記入力地震動補正係数とした請求項１記載のＲＣ部材の損傷レベル評価方法。
【請求項３】
前記計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって前記入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価し、該入力地震動補正係数に前記非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで非計測対象物ごとの修正地震動を作成する請求項１記載のＲＣ部材の損傷レベル評価方法。
【請求項４】
橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物にそれぞれ設置され、該一部の橋梁構造物を計測対象物として最大応答部材角を計測する計測手段と、
前記橋梁構造物のうち、前記計測対象物を除いた残りの橋梁構造物を非計測対象物とし、該非計測対象物の損傷レベルを前記最大応答部材角を用いて評価する演算処理部とを備え、
該演算処理部は、前記最大応答部材角を水平変位に変換して観測水平変位とし、観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした前記計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が前記観測水平変位にほぼ一致する倍率を前記計測対象物ごとに求め、該計測対象物ごとに算出された倍率から前記観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価し、前記観測地震動に前記入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成し、該修正地震動に対して前記非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出し、静的非線形解析から得られた前記非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係に前記動的水平応答変位を適用することによって前記非計測対象物の損傷レベルを評価することを特徴とするＲＣ部材の損傷レベル評価システム。
【請求項５】
前記計測対象物ごとに算出された倍率の平均値又は最大値を前記入力地震動補正係数とした請求項４記載のＲＣ部材の損傷レベル評価システム。
【請求項６】
前記計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって前記入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価し、該入力地震動補正係数に前記非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで非計測対象物ごとの修正地震動を作成する請求項４記載のＲＣ部材の損傷レベル評価システム。
【請求項１】
橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物を計測対象物とし、該計測対象物に生じた最大応答部材角を計測するとともに、該最大応答部材角を、水平変位に変換して観測水平変位とし、
観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした前記計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が前記観測水平変位にほぼ一致する倍率を前記計測対象物ごとに求め、
該計測対象物ごとに算出された倍率から前記観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価し、
前記橋梁構造物のうち、前記計測対象物を除いた残りの橋梁構造物を非計測対象物とするとともに、前記観測地震動に前記入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成し、
該修正地震動に対して前記非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出し、
静的非線形解析から得られた前記非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係に前記動的水平応答変位を適用することによって、該非計測対象物の損傷レベルを評価することを特徴とするＲＣ部材の損傷レベル評価方法。
【請求項２】
前記計測対象物ごとに算出された倍率の平均値又は最大値を前記入力地震動補正係数とした請求項１記載のＲＣ部材の損傷レベル評価方法。
【請求項３】
前記計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって前記入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価し、該入力地震動補正係数に前記非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで非計測対象物ごとの修正地震動を作成する請求項１記載のＲＣ部材の損傷レベル評価方法。
【請求項４】
橋軸方向に沿って列状に配置された複数の橋梁構造物からなる構造物群のうち、一部の橋梁構造物にそれぞれ設置され、該一部の橋梁構造物を計測対象物として最大応答部材角を計測する計測手段と、
前記橋梁構造物のうち、前記計測対象物を除いた残りの橋梁構造物を非計測対象物とし、該非計測対象物の損傷レベルを前記最大応答部材角を用いて評価する演算処理部とを備え、
該演算処理部は、前記最大応答部材角を水平変位に変換して観測水平変位とし、観測地震動に乗ずる倍率をパラメータとした前記計測対象物の動的非線形解析を行うことにより、動的水平応答変位が前記観測水平変位にほぼ一致する倍率を前記計測対象物ごとに求め、該計測対象物ごとに算出された倍率から前記観測地震動に乗じる入力地震動補正係数を評価し、前記観測地震動に前記入力地震動補正係数を乗じることで修正地震動を作成し、該修正地震動に対して前記非計測対象物の動的非線形解析を行うことで該修正地震動に対する動的水平応答変位を算出し、静的非線形解析から得られた前記非計測対象物ごとの水平変位と損傷レベルとの関係に前記動的水平応答変位を適用することによって前記非計測対象物の損傷レベルを評価することを特徴とするＲＣ部材の損傷レベル評価システム。
【請求項５】
前記計測対象物ごとに算出された倍率の平均値又は最大値を前記入力地震動補正係数とした請求項４記載のＲＣ部材の損傷レベル評価システム。
【請求項６】
前記計測対象物ごとに算出された倍率を該各計測対象物の固有周期と関連付けることによって前記入力地震動補正係数を固有周期の関数として評価し、該入力地震動補正係数に前記非計測対象物の固有周期を適用することによって該非計測対象物ごとの入力地震動補正係数を求めるとともに、求められた入力地震動補正係数を観測地震動に乗ずることで非計測対象物ごとの修正地震動を作成する請求項４記載のＲＣ部材の損傷レベル評価システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１４４４８７（Ｐ２０１０−１４４４８７Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２６３６０（Ｐ２００８−３２６３６０）
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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