JP5131673B2

JP5131673B2 - 弾塑性エネルギー吸収体の劣化予測方法及び劣化診断方法

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Publication number: JP5131673B2
Application number: JP2006207316A
Authority: JP
Inventors: 篤夫鷲津; 雅人小山; 高夫小山; 吉正小泉
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP2008031749A

Description

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予測方法及び劣化診断方法に関するものである。

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が耐力要素として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。

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。

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。

特開２００５−３５１７４２号公報

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

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。

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。

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、地震による弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を解析により予測すると共に、地震波の波形、建物強度によらずに弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を予測、推定出来る弾塑性エネルギー吸収体の劣化予測方法及び劣化診断方法を提供せんとするものである。

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予測方法は、建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化予測方法であって、想定地震の地震波を位相差分分布に変換して標準偏差を算出し、前記想定地震により発生した前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出し、前記想定地震波の標準偏差と、前記想定地震を受けた弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、予め作成した模擬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、該模擬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を当該地震の位相差分分布に変換して得られる標準偏差に基いて特定した相関関係情報とから前記想定地震を受けた場合の弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を予測することを特徴とする。

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、実地震の地震波を位相差分分布に変換して標準偏差を算出し、前記実地震を受けた前記建物の弾塑性エネルギー吸収体の塑性変形量、前記建物の内外装被害調査又は予め建物に設置した加速度センサから当該弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を推定し、前記実地震波の標準偏差と、前記実地震を受けた弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、予め作成した模擬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、該模擬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を当該地震の位相差分分布に変換して得られる標準偏差に基いて特定した相関関係情報とから前記実地震を受けた弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を演算することを特徴とする。

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。

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。

ここで、地震により発生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。

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。

上記構成によれば、想定地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を想定すると共に、その想定地震の地震のタイプを予測し、その結果、その想定地震による規格化された弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値が予測出来、その予測結果により、その建物の安全性を推定することが出来る。

また、規格化された弾塑性エネルギー吸収体を採用した建物において地震が発生した時、発生した地震による弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を求めると共に、その実地震波を解析して地震のタイプを求め、その結果、予め設定された前記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を用いることで、建物を非破壊で、その実地震による規格化された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。

また、地震のタイプ毎に、該模擬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、該模擬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を異なる複数の地震波の波形及び／または異なる複数の建物強度に応じて複数プロットし、その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とり、この安全側の曲線を最大変位量と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しているので、地震波の波形や建物強度によらずに弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を予測、推定することが出来る。

また、建物にどれだけの量の弾塑性エネルギー吸収体を採用すれば良いかの設計が容易になり、地震発生時には弾塑性エネルギー吸収体の劣化推定が容易に出来る。

図により本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の劣化予測方法及び劣化診断方法の一実施形態を具体的に説明する。図１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耐力壁の構成を示す図、図２は弾塑性エネルギー吸収体の一例を示す図、図３は地震のタイプ別に作成した模擬地震波の一例を示す図、図４及び図５は位相差分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、図６は実地震の波形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７は位相差分分布の極値の求め方を説明する図、図８は各地震波の位相差分分布と正規分布との関係を示す図、図９〜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13は弾塑性エネルギー吸収体の劣化シミュレーション装置の構成を示す制御系のブロック図、図14は弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値が所定の値よりも大きい場合に弾塑性エネルギー架構体の数量を変更する様子を示すフローチャートである。

図１及び図２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。

耐震要素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。

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２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。

図２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２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。

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。

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。

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。

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。

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。

弾塑性エネルギー吸収体６は、図５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、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としている。

図４に示すように、模擬地震の地震のタイプ毎に該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波の波形毎及び異なる複数の建物強度毎に時刻歴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。

そして、図４で求めた模擬地震の地震のタイプ毎の上限曲線Ｌを図５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として作成し、これを利用して建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体６の劣化診断を行うことが出来る。

即ち、図５の相関曲線に基づいて、想定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）に基づいて、該想定地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を予測す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の劣化を診断する。

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１に示す塑性変形等した弾塑性エネルギー吸収体６を有する耐震要素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を取り付けた耐震要素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。

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２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に固定するだけで耐震要素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。

耐震要素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。

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。

また実地震等で耐震要素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できる。実地震データを解析して地震のタイプをきめる。その最大変位量と地震のタイプに基づいて、地震により発生する最大変位量と、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を用いることで、該実地震に起因する弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を推定す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の劣化を診断することが出来る。

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、実地震発生直後から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、想定地震の地震波データを容易に取得することが出来る。

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実地震の地震のタイプの分類方法として図６に示す位相差分分布を用いている。

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３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、直下型地震の地震波の標準偏差σは図３（ａ）に示すように０．０４π、中間型１地震の地震波の標準偏差σは図３（ｂ）に示すように０．１５π、中間型２地震の地震波の標準偏差σは図３（ｃ）に示すように０．２５π、海溝型地震の地震波の標準偏差σは図３（ｄ）に示すように０．４０πである。

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。

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。

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波を入力した応答解析の一例を図４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４（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。

図４（ａ），（ｂ）において、任意の１地震波について強度を変化させて時刻歴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。

図５は図４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波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。

一方、実地震データから地震のタイプを判別し、図５の最大変位量と累積損傷値の相関関係から実地震の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。

図６（ａ），図８（ａ）は１９９５年に発生した兵庫県南部地震の地震波の位相差分分布の一例であり、図６（ｂ），図８（ｂ）は１９５２年に発生したKern County地震の地震波の位相差分分布の一例であり、図６（ｃ），図８（ｃ）は１９６８年に発生した十勝沖地震の地震波の位相差分分布の一例である。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、修正前の実地震の地震波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。

ここで、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、実地震波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。

そこで、本実施形態では、実地震波の位相差分分布と、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。（２）図７に示すように、実地震波の位相差分分布の最頻値（Ｐ_ｉ）と、該最頻値（Ｐ_ｉ）の前後のデータ値（Ｐ_i-1)，（Ｐ_i+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（ｘ_opt，Ｐ_opt）を求める。（３）正規分布の平均値をｘ_optとし、正規分布の確率密度の極値が（Ｐ_opt）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。

上記数１式から分かるように、実地震の地震波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。

図８（ａ）〜（ｃ）に実地震の地震波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。

上記各実地震波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８の例では実地震の地震波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。

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σと見做して実地震の地震のタイプを決めるのである。

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９のステップＳ_１において、先ず、地震のタイプ毎に該想定地震により発生する弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を求め、ステップＳ_２において、地震のタイプを想定し、ステップＳ_３において、前記ステップＳ_２で想定した地震の地震のタイプに対応する最大変位量−累積損傷値曲線から累積損傷値を求める。

そして、前記ステップＳ_１で求めた最大変位量と、前記ステップＳ_２で求めた地震タイプにより、ステップＳ_３において、地震のタイプをパラメータとする最大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の累積損傷値を求める。

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10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。

同時にステップＳ₁₂において、観測された実地震波から地震のタイプを判別し、前記ステップＳ₁₁で求めた最大変位量と、前記ステップＳ₁₂で求めた地震タイプにより、ステップＳ₁₃において、地震の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累積損傷値を推定する。

図12において、11は建物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、所定の入力画面を利用して実地震波情報及び建物被害情報を入力する。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。20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。

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波情報を取得する実地震波情報取得手段をインターフェイス20及び制御部13等が兼ねる。インターフェイス20及び制御部13等により構成された実地震波情報取得手段により取得された実地震波情報は図示しないメモリに一時記憶される。

15は地震発生後にその実地震の地震波データをフーリエ変換により位相差分分布に変換して標準偏差をσを算出する標準偏差算出手段となる標準偏差算出部である。16は実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り、弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量情報記憶手段となる最大変位量情報データベース（以下、「最大変位量情報ＤＢ」という）19に記憶して格納された個々の弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量情報に基づいて弾塑性エネルギー吸収体６の最大変位量を算出する。

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。

18は標準偏差算出部15により算出された実地震波の標準偏差σ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の累積損傷値を演算する累積損傷値演算手段となる累積損傷値演算部である。

図12に示して前述した装置構成は以下の通りである。即ち、図12に示す装置は、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、実地震の地震波を位相差分分布に変換して標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、前記実地震により発生した前記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、地震により発生した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予め記憶する相関関係情報記憶手段と、前記標準偏差算出手段により算出された実地震波の標準偏差と、前記最大変位量算出手段により算出された前記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演算する累積損傷値演算手段とを有する弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置となり、前記標準偏差算出手段は、前記位相差分分布の標準偏差を求め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ように構成する装置ともなる。

次に建物設計時の劣化シミュレーションにおいては、図11のステップＳ₂₁において、公知の限界耐力計算法により想定地震に対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）を計算する。同時にステップＳ₂₂において、建設地の地震環境から想定地震の地震のタイプを設定し、前記ステップＳ₂₁で求めた最大変位量と、前記ステップＳ₂₂で求めた地震タイプにより、ステップＳ₂₃において、地震の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累積損傷値を予測する。

次に図13及び図14を用いて他の構成について説明する。図13において、31は建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体６の劣化シミュレーション装置であり、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、建物の建設地情報及び建物構造情報が所定の入力画面上で入力される。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。

32は建物の建設地の地震環境情報を記憶する地震環境情報記憶手段となる地震環境情報データベース（以下、「地震環境情報ＤＢ」という）である。

33は入力部12により入力された、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を設けた建物について該建物の重量情報及び該弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）Ａの数量情報を含む建物構造情報と、入力部12により入力された建物の建設地情報と地震環境情報ＤＢ32に記憶された地震環境情報と、から建物の建設地で発生し得るとされる想定地震に対する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。

34は地震環境情報ＤＢ32に記憶された地震環境情報から建物の建設地で発生し得ると想定され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。

35は地震タイプ情報算出部34により算出された地震タイプ情報と、最大変位量算出部33により算出された最大変位量と、予め作成され相関関係情報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。

次に建物設計時の劣化シミュレーションにおいては、図11のステップＳ₂₁において、公知の限界耐力計算法により想定地震に対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）を計算する。同時にステップＳ₂₂において、地震環境情報ＤＢ32に格納された建設地の地震環境から地震タイプ情報算出部34により地震タイプ情報を算出し、前記ステップＳ₂₁で求めた最大変位量と、前記ステップＳ₂₂で求めた地震タイプ情報により、ステップＳ₂₃において、地震タイプ情報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の累積損傷値を予想する。

前記ステップ₂₂において、地震環境情報ＤＢ32から地震のタイプを決めにくい場合は、便宜的にこのステップ₂₂では、安全側である海溝型の地震のタイプが最大層間変位量と累積損傷値との相関関係として、これを用いて弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値を予測する。

また、建物の設計方法としては、建物について、劣化シミュレーション装置31の累積損傷値算出部35により算出された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値が所定の値よりも大きい場合に、弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）Ａの数量を変更し、更には構造計算完了後の建物について、劣化シミュレーション装置31の最大変位量算出部33により算出された最大変位量が所定の値よりも大きい場合に、弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）Ａの数量を変更する。

即ち、図14のステップＳ₃₁において、予め記憶した地震環境情報ＤＢ32から建設地の地震環境情報を取得し、ステップＳ₃₂において、目標値として、建物の建設地で発生し得るとされる想定地震に対する最大変位量δａと、弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値Ｄａを設定する。

次にステップＳ₃₃において、地震環境情報ＤＢ32に記憶された地震環境情報から想定地震の規模及びタイプを決定或いは算出し、ステップＳ₃₄において弾塑性エネルギー吸収体６を装備した弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）Ａの数量を設定し、ステップＳ₃₅において、最大変位量算出部33により最大変位量δを算出する。

一方、ステップＳ₃₆において、前記ステップＳ₃₃で設定した想定地震の規模及びタイプについて、予め作成した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を決定し、ステップＳ₃₇において、累積損傷値算出部35により弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値Ｄを算出する。

そして、ステップＳ₃₈において、前記ステップＳ₃₇で累積損傷値算出部35により算出された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値Ｄと、前記ステップＳ₃₂で目標値として設定した弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値Ｄａとを比較して、累積損傷値算出部35により算出された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値Ｄが目標値として設定した弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値Ｄａよりも大きい場合には、前記ステップＳ₃₄に進んで弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）Ａの数量を変更した後、前記ステップＳ₃₅、Ｓ₃₇、Ｓ₃₈を繰り返し、累積損傷値算出部35により算出された弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値Ｄが目標値として設定した弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値Ｄａ以下になった時点で処理を終了する。

また、前記ステップＳ₃₈において、前述の弾塑性エネルギー吸収体６の累積損傷値の比較に加えて、必要に応じて、前記ステップＳ₃₅で最大変位量算出部33により算出された最大変位量δと、前記ステップＳ₃₂で目標値として設定した最大変位量δａとを比較して、最大変位量算出部33により算出された最大変位量δが目標値として設定した最大変位量δａよりも大きい場合には、前記ステップＳ₃₄に進んで弾塑性エネルギー架構体（耐震要素）Ａの数量を変更した後、前記ステップＳ₃₅、Ｓ₃₇、Ｓ₃₈を繰り返し、最大変位量算出部33により算出された最大変位量δが目標値として設定した最大変位量δａ以下になった時点で処理を終了する。

図13及び図14に示して前述した装置及び方法の構成は以下の通りである。即ち、図13に示す装置は、建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化シミュレーション装置であって、前記建物の建設地の地震環境情報を記憶する地震環境情報記憶手段と、規格化された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設けた建物について該建物の重量情報及び該弾塑性エネルギー架構体の数量情報を含む建物構造情報と、前記地震環境情報記憶手段に記憶された地震環境情報と、から前記建物の建設地で発生し得るとされる想定地震に対す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、前記地震環境情報記憶手段に記憶された地震環境情報から前記想定地震の地震タイプ情報を算出する地震タイプ情報算出手段と、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弾塑性エネルギー吸収体の劣化シミュレーション装置となる。

また、図14に示す方法は、建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化シミュレーション方法であって、規格化された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設けた建物について該建物の重量情報及び該弾塑性エネルギー架構体の数量情報を含む建物構造情報と、前記建物の建設地の地震環境情報と、から前記建物の建設地で発生し得るとされる想定地震に対する弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出すると共に、前記地震環境情報から前記想定地震の地震タイプ情報を決定し、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弾塑性エネルギー吸収体の劣化シミュレーション方法となる。

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予測方法及び劣化診断方法に適用出来、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好適である。

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。弾塑性エネルギー吸収体の一例を示す図である。地震のタイプ別に作成した模擬地震波の一例を示す図である。位相差分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。位相差分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。実地震波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。位相差分分布の極値の求め方を説明する図である。各地震波の位相差分分布と正規分布との関係を示す図である。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。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。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。弾塑性エネルギー吸収体の劣化診断装置の制御系のブロック図である。弾塑性エネルギー吸収体の劣化シミュレーション装置の制御系のブロック図である。弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値が所定の値よりも大きい場合に弾塑性エネルギー架構体の数量を変更する様子を示すフローチャートである。

Ａ…耐震要素（弾塑性エネルギー架構体）
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…劣化診断装置
12…入力部
13…制御部
14…出力部
15…標準偏差算出部
16…最大変位量算出部
17…相関関係情報ＤＢ
18…累積損傷値演算部
19…弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量情報ＤＢ
20…インターフェイス
21…インターネット
31…劣化シミュレーション装置
32…地震環境情報ＤＢ
33…最大変位量算出部
34…地震タイプ情報算出部
35…累積損傷値算出部

Claims

建物用の規格化された弾塑性エネルギー吸収体の劣化予測方法であって、
想定地震の地震波を位相差分分布に変換して標準偏差を算出し、
前記想定地震により発生した前記弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を算出し、
前記想定地震波の標準偏差と、
前記想定地震を受けた弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、
予め作成した模擬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、該模擬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を当該地震の位相差分分布に変換して得られる標準偏差に基いて特定した相関関係情報とから前記想定地震を受けた場合の弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を予測することを特徴とする弾塑性エネルギー吸収体の劣化予測方法。
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、
実地震の地震波を位相差分分布に変換して標準偏差を算出し、
前記実地震を受けた前記建物の弾塑性エネルギー吸収体の塑性変形量、前記建物の内外装被害調査又は予め建物に設置した加速度センサから当該弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量を推定し、
前記実地震波の標準偏差と、
前記実地震を受けた弾塑性エネルギー吸収体の最大変位量と、
予め作成した模擬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、該模擬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を当該地震の位相差分分布に変換して得られる標準偏差に基いて特定した相関関係情報とから前記実地震を受けた弾塑性エネルギー吸収体の累積損傷値を演算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。