JP7807974B2 - How to create simulated earthquake motion - Google Patents
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Description
本発明は、模擬地震動作成方法に関する。 The present invention relates to a method for creating simulated earthquake motion.
従来、模擬地震波を作成する方法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。この模擬地震波を作成する方法は、対象地域の表層地盤の地盤特性から用意される解析パラメータに基づいて、対象地域の地表面における地盤の振動から用意される解析用データに示された地震動を引き起こすために、対象地域の工学的基盤面に入射されるべき入射地震波を、インバージョンを用いた解析により算定する。そして、方法は、入射地震波の振幅を増幅または減衰させることで、この振幅の最大値が前もって設定された模擬地震波の最大振幅と等しくなるように調整して模擬地震波を出力する。 A method for creating simulated seismic waves is known (see, for example, Patent Document 1). This method uses analysis parameters prepared from the ground characteristics of the surface ground in the target area to calculate incident seismic waves that should be incident on the engineering bedrock of the target area through inversion analysis in order to induce seismic motion indicated in the analysis data prepared from ground vibrations at the ground surface in the target area. The method then amplifies or attenuates the amplitude of the incident seismic waves, adjusting the maximum value of this amplitude to be equal to the maximum amplitude of a predetermined simulated seismic wave, and outputs the simulated seismic wave.
また、簡易かつ高精度に入力地震動を推定することのできる入力地震動の推定方法が知られている(例えば、特許文献2を参照)。この推定方法は、公開された基盤面における地震波形データを使用して、複数の解析方法に基づいて地表面または表層地盤の適宜の深度における地震動波形を作成し、作成された地震動波形の中から適宜の地震動波形を選択する。 A method for estimating input earthquake motion is also known that can estimate input earthquake motion simply and with high accuracy (see, for example, Patent Document 2). This estimation method uses publicly available earthquake waveform data on bedrock surfaces to create earthquake motion waveforms at appropriate depths on the ground surface or in the surface layer based on multiple analysis methods, and then selects an appropriate earthquake motion waveform from the created earthquake motion waveforms.
また、対象地の表層地盤の加速度増幅率をより簡易的に且つ適切に算出する方法が知られている(例えば、特許文献3を参照)。この方法は、対象地における表層地盤の加速度増幅率を算出する際に、コンピュータが、対象地について、地表から地盤中の所定深さまでの範囲における地震波の平均伝播速度を示すAVS30を取得する。そして、この方法では、地盤における地表から基盤までの深さを示す基盤深さが未知である対象地の基盤深さを推算し、対象地のAVS30及び基盤深さに基づいて、対象地の表層地盤における地震波の平均伝播速度を示すAVSsを算出し、層厚が均一な2つの層によって対象地の表層地盤が構成されているという前提の下で、算出したAVSsに基づいて表層地盤の加速度増幅率を算出する。 A method for more simply and appropriately calculating the acceleration amplification factor of the surface ground of a target area is also known (see, for example, Patent Document 3). In this method, when calculating the acceleration amplification factor of the surface ground of a target area, a computer acquires AVS30, which indicates the average propagation speed of seismic waves in the range from the surface to a specified depth in the ground. This method then estimates the basement depth of the target area, where the basement depth, which indicates the depth from the surface to the basement, is unknown. Based on AVS30 and the basement depth of the target area, AVSs, which indicates the average propagation speed of seismic waves in the surface ground of the target area, is calculated. Under the assumption that the surface ground of the target area is composed of two layers of uniform thickness, the acceleration amplification factor of the surface ground is calculated based on the calculated AVSs.
また、目標となる加速度応答スペクトルに適合しつつ、実地震動の経時特性が適切に表現された模擬地震動を得る模擬地震動作成方法が知られている(例えば、特許文献4を参照)。 In addition, a method for generating simulated earthquake motion is known that obtains simulated earthquake motion that conforms to the target acceleration response spectrum while appropriately representing the time-dependent characteristics of actual earthquake motion (see, for example, Patent Document 4).
ところで、実地震動の特性を考慮した模擬地震動を作成する際には、地震動の入力エネルギーも考慮した方が好ましい。 By the way, when creating simulated earthquake motion that takes into account the characteristics of actual earthquake motion, it is preferable to also take into account the input energy of the earthquake motion.
上記特許文献1~3に開示されている技術は、建設地の特性を考慮して模擬地震動を作成するものであり、地震動の入力エネルギーは考慮されていない。 The technologies disclosed in the above Patent Documents 1 to 3 create simulated earthquake motions by taking into account the characteristics of the construction site, but do not take into account the input energy of the earthquake motions.
また、上記特許文献4に開示されている技術は、実地震動の経時特性を考慮して模擬地震動を作成するものであり、特許文献4に開示されている技術も地震動の入力エネルギーは考慮されていない。 Furthermore, the technology disclosed in Patent Document 4 creates simulated earthquake motion by taking into account the time-dependent characteristics of actual earthquake motion, and the technology disclosed in Patent Document 4 also does not take into account the input energy of earthquake motion.
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、目標となる加速度応答スペクトルに適合しつつ、かつ実地震動の入力エネルギーが適切に表現された模擬地震動を得ることを目的とする。 The present invention was made in light of the above facts, and aims to obtain simulated earthquake motion that conforms to the target acceleration response spectrum and appropriately represents the input energy of actual earthquake motion.
上記目的を達成するために、本発明の模擬地震動作成方法は、模擬地震動の加速度時刻歴を表す加速度時刻歴ベクトルを作成する模擬地震動作成方法であって、前記模擬地震動の加速度時刻歴の初期ベクトルを、前記加速度時刻歴ベクトルの候補を表す候補入力ベクトルとして設定し、前記候補入力ベクトルに基づいて、前記候補入力ベクトルに対応する前記模擬地震動の加速度応答スペクトルベクトルを演算し、前記候補入力ベクトルに基づいて、前記候補入力ベクトルに対応する前記模擬地震動のエネルギーを表すエネルギーベクトルを演算し、前記加速度応答スペクトルベクトルと前記エネルギーベクトルとを含む候補出力ベクトルを設定し、目標加速度応答スペクトルベクトルと目標エネルギーベクトルとを含む目標ベクトルと前記候補出力ベクトルとの間の誤差ベクトルを演算し、前記誤差ベクトルが小さくなるように、新たな前記候補入力ベクトルを演算し、前記加速度応答スペクトルベクトルの演算、前記エネルギーベクトルの演算、前記候補出力ベクトルの設定、前記誤差ベクトルの演算、及び新たな前記候補入力ベクトルの演算を繰り返し、所定の条件が満たされた場合に、新たな前記候補入力ベクトルを前記模擬地震動の前記加速度時刻歴ベクトルとして取得する、処理をコンピュータが実行する模擬地震動作成方法である。これにより、目標となる加速度応答スペクトルに適合しつつ、実地震動の入力エネルギーが適切に表現された模擬地震動を得ることができる。 In order to achieve the above-mentioned objective, the simulated earthquake motion creation method of the present invention is a method for creating an acceleration time history vector that represents the acceleration time history of simulated earthquake motion, and includes: setting an initial vector of the acceleration time history of the simulated earthquake motion as a candidate input vector that represents a candidate for the acceleration time history vector; calculating an acceleration response spectrum vector of the simulated earthquake motion corresponding to the candidate input vector based on the candidate input vector; calculating an energy vector representing the energy of the simulated earthquake motion corresponding to the candidate input vector based on the candidate input vector; and generating a candidate vector including the acceleration response spectrum vector and the energy vector. This is a simulated earthquake motion generation method in which a computer executes the following processes: set a complementary output vector; calculate an error vector between the candidate output vector and a target vector, which includes a target acceleration response spectrum vector and a target energy vector; calculate a new candidate input vector so that the error vector is small; repeat the calculation of the acceleration response spectrum vector, the energy vector, the setting of the candidate output vector, the error vector, and the new candidate input vector; and, if a predetermined condition is met, obtain the new candidate input vector as the acceleration time history vector of the simulated earthquake motion. This allows for the generation of simulated earthquake motion that conforms to the target acceleration response spectrum and appropriately represents the input energy of actual earthquake motion.
本発明のエネルギーベクトルは、前記模擬地震動のエネルギースペクトルを表すエネルギースペクトルベクトルであるようにしてもよい。これにより、目標となる加速度応答スペクトルと目標となるエネルギースペクトルとに適合する模擬地震動を得ることができる。 The energy vector of the present invention may be an energy spectrum vector representing the energy spectrum of the simulated earthquake motion. This makes it possible to obtain simulated earthquake motion that matches the target acceleration response spectrum and the target energy spectrum.
本発明の模擬地震動作成方法は、新たな前記候補入力ベクトル{x}を演算する際に、前記誤差ベクトル{r}の前記候補入力ベクトル{x}に対する偏微分行列[K]を生成し、前記偏微分行列[K]を特異値分解することにより、一般化逆行列[K]+を生成し、前記一般化逆行列[K]+の部分行列[Σ]-1の特異値に相当する複数のモードから、前記特異値が所定値よりも大きい第1モード群を選択し、選択された前記第1モード群に対応する修正一般化逆行列である[K’]+を生成し、前記修正一般化逆行列[K’]+と前記誤差ベクトル{r}とに基づいて、前記候補入力ベクトル{x}に対する第1の補正量を表す第1補正ベクトル{Δx1}を演算し、前記特異値分解の結果のうちの部分行列[V]から、前記特異値が所定値以下の第2モード群を選択し、選択された前記第2モード群に対応する部分行列[VR]を生成し、前記部分行列[VR]と予め設定された削減率λと前記候補入力ベクトル{x}とに基づいて、前記候補入力ベクトル{x}に対する第2の補正量を表す第2補正ベクトル{Δx2}を演算し、前記候補入力ベクトル{x}と前記第1補正ベクトル{Δx1}と前記第2補正ベクトル{Δx2}とに基づいて、新たな前記候補入力ベクトル{x}を生成するようにしてもよい。これにより、目標となる加速度応答スペクトルに適合しつつ、実地震動の入力エネルギーが適切に表現された模擬地震動を得ることができる。 The simulated earthquake motion generation method of the present invention, when calculating a new candidate input vector {x}, generates a partial differential matrix [K] of the error vector {r} with respect to the candidate input vector {x}, performs singular value decomposition on the partial differential matrix [K] to generate a generalized inverse matrix [K] + , selects a first group of modes whose singular values are greater than a predetermined value from a plurality of modes corresponding to singular values of a submatrix [Σ] -1 of the generalized inverse matrix [K] + , and generates a modified generalized inverse matrix [K']+ corresponding to the selected first group of modes, calculates a first correction vector {Δx 1 } representing a first correction amount for the candidate input vector {x} based on the modified generalized inverse matrix [K'] + and the error vector {r}, selects a second group of modes whose singular values are less than a predetermined value from a submatrix [V] of the result of the singular value decomposition, and generates a submatrix [V R ] corresponding to the selected second group of modes, and ], a preset reduction rate λ, and the candidate input vector {x}, a second correction vector {Δx 2 } representing a second correction amount for the candidate input vector {x} is calculated, and a new candidate input vector {x} is generated based on the candidate input vector {x}, the first correction vector {Δx 1 }, and the second correction vector {Δx 2 }. This makes it possible to obtain simulated earthquake motion that conforms to a target acceleration response spectrum and that appropriately represents the input energy of actual earthquake motion.
本発明によれば、目標となる加速度応答スペクトルに適合しつつ、かつ実地震動の入力エネルギーが適切に表現された模擬地震動を得ることができる、という効果が得られる。 The present invention has the advantage of being able to obtain simulated earthquake motion that conforms to the target acceleration response spectrum and appropriately represents the input energy of actual earthquake motion.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
<本実施形態に係る模擬地震動作成装置の構成> <Configuration of the earthquake motion simulation device according to this embodiment>
図1に、本発明の実施形態に係る模擬地震動作成装置100の構成の一例を示す。模擬地震動作成装置100は、機能的には、図1に示されるように、データ受付部10、コンピュータ20、及び出力部50を含んだ構成で表すことができる。本実施形態の模擬地震動作成装置100は、模擬地震動の加速度時刻歴を表す加速度時刻歴ベクトルを作成する。 Figure 1 shows an example of the configuration of a simulated earthquake motion creation device 100 according to an embodiment of the present invention. Functionally, as shown in Figure 1, the simulated earthquake motion creation device 100 can be represented as a configuration including a data receiving unit 10, a computer 20, and an output unit 50. The simulated earthquake motion creation device 100 of this embodiment creates an acceleration time history vector that represents the acceleration time history of simulated earthquake motion.
超高層建物及び免震構造建物等の耐震設計においては、時刻歴応答解析による安全性検証が必要となる。これらの建物の耐震設計に用いられる設計用入力地震動である模擬地震動のひとつとして、告示スペクトル(参考文献:建設省告示第千四百六十一号「超高層建築物の構造耐力上の安全性を確かめるための構造演算の基準を定める件」<https://www.mlit.go.jp/notice/noticedata/pdf/201703/00006505.pdf>)に適合する地震動が知られている。 The earthquake-resistant design of high-rise buildings and seismically isolated buildings requires safety verification using time history response analysis. One of the simulated earthquake motions, which serves as the design input earthquake motion used in the earthquake-resistant design of these buildings, is known to conform to the public notice spectrum (Reference: Ministry of Construction Public Notice No. 1,461, "Establishing Standards for Structural Calculations to Verify the Structural Safety of High-Rise Buildings" <https://www.mlit.go.jp/notice/noticedata/pdf/201703/00006505.pdf>).
この模擬地震動は、目標とする加速度応答スペクトル又は疑似速度応答スペクトルに適合するように設定される地震動である。ここで、目標加速度応答スペクトルは、告示スペクトルに対して地盤の増幅特性を考慮して予め設定される。しかし、加速度応答スペクトルは1質点応答解析モデルの最大加速度をプロットしたものであるため、上記の「十分な地震入力」とは、あくまでも、建物の最大応答加速度及び最大応答せん断力の観点での入力が担保されているに過ぎず、入力エネルギーという観点で作成された地震動とはなっていない。 This simulated earthquake motion is set to match the target acceleration response spectrum or pseudo-velocity response spectrum. Here, the target acceleration response spectrum is set in advance, taking into account the amplification characteristics of the ground relative to the notified spectrum. However, because the acceleration response spectrum is a plot of the maximum acceleration of a single-mass response analysis model, the above-mentioned "sufficient earthquake input" merely guarantees input in terms of the building's maximum response acceleration and maximum response shear force, and is not earthquake motion created in terms of input energy.
その一方で、超高層建物には、免震構造又は制振構造等、耐震要素のエネルギー吸収が耐震性の重要な指標となる構造が採用される場合が少なくない。これらの構造形式においては、建物の最大応答加速度及び最大応答せん断力に加え、制振要素の吸収エネルギー等、地震動によって建物に入力される入力エネルギーが設計上重要となる。 On the other hand, super-high-rise buildings often use structures such as base-isolated structures or vibration-damping structures, in which the energy absorption of earthquake-resistant elements is an important indicator of earthquake resistance. In these structural types, in addition to the building's maximum response acceleration and maximum response shear force, the input energy input to the building due to earthquake motion, such as the energy absorbed by vibration-damping elements, is also important in the design.
しかしながら、現行の告示スペクトルによる方法によって作成された地震動がどの程度の入力エネルギーが担保されているかについては不明な点が多い。また、加速度応答スペクトルと入力エネルギーとの両者を担保する地震動を作成する手法や事例も存在しないのが現状である。 However, there are many unknowns regarding the level of input energy guaranteed for earthquake motions created using the current notification spectrum method. Furthermore, there are currently no methods or examples of creating earthquake motions that guarantee both acceleration response spectra and input energy.
そこで、本実施形態では、地震動の入力エネルギーを評価する指標の一つとして地震動のエネルギースペクトルに着目し、加速度応答スペクトルとエネルギースペクトルに適合する模擬地震動作成方法を提案する。なお、エネルギースペクトルは、模擬地震動のエネルギーを表す情報の一例である。 In this embodiment, we focus on the energy spectrum of earthquake motion as one of the indices for evaluating the input energy of earthquake motion, and propose a method for creating simulated earthquake motion that is compatible with the acceleration response spectrum and energy spectrum. Note that the energy spectrum is an example of information that represents the energy of simulated earthquake motion.
図2に、本実施形態の概要を説明するための図を示す。目標加速度応答スペクトル(図2の「Target acc. spectrum」)と目標エネルギースペクトル(図2の「Target energy spectrum」)との両者に適合する模擬地震動を作成することで、入力エネルギーも担保された模擬地震動の時刻歴(図2の「Time history of simulated earthquake motion」)が作成可能になると考えられる。 Figure 2 shows an overview of this embodiment. By creating simulated earthquake motion that matches both the target acceleration response spectrum ("Target acc. spectrum" in Figure 2) and the target energy spectrum ("Target energy spectrum" in Figure 2), it is believed possible to create a time history of simulated earthquake motion ("Time history of simulated earthquake motion" in Figure 2) that also guarantees input energy.
本実施形態では、モーダル反復誤差修正法(例えば、参考文献(Suzuki, T.: Generation of Simulated Earthquake Motions Considering Actual Earthquake Phase and Multi Target Response Spectrums, Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ), Vol.84, No.760, pp.811-818, 2019.6 (in Japanese))及び特開2021-169977号公報を参照。)を用いて模擬地震動を作成する。 In this embodiment, simulated earthquake motions are created using the modal iterative error correction method (see, for example, references (Suzuki, T.: Generation of Simulated Earthquake Motions Considering Actual Earthquake Phase and Multi Target Response Spectrums, Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ), Vol. 84, No. 760, pp. 811-818, June 2019 (in Japanese)) and JP 2021-169977 A).
図3に、従来手法と本実施形態の手法との相違を説明するための図を示す。本実施形態では、目標とする出力ベクトルに、模擬地震動のエネルギースペクトルを表すエネルギースペクトルベクトルを含ませる。図3の(a)に示されるように、従来法(図3の「Before improvement」)では、入力ベクトル{x}をフーリエ振幅スペクトルベクトル{af}、出力ベクトル{o}を加速度応答スペクトルベクトル{Sa}とする入出力システムを想定し、出力ベクトルが目標スペクトルとなるような入力ベクトルを逆解析によって求める。 Figure 3 is a diagram illustrating the difference between the conventional method and the method of this embodiment. In this embodiment, the target output vector includes an energy spectrum vector representing the energy spectrum of the simulated earthquake motion. As shown in Figure 3(a), the conventional method ("Before improvement" in Figure 3) assumes an input/output system in which the input vector {x} is the Fourier amplitude spectrum vector {a f } and the output vector {o} is the acceleration response spectrum vector {Sa}, and uses inverse analysis to find an input vector that will result in a target spectrum output vector.
一方、図3の(b)の本実施形態の手法(図3の「After improvement」)においては、出力ベクトルに、従来の加速度応答スペクトルベクトル{Sa}に対してエネルギースペクトルベクトル{VE}を結合する。すなわち、本実施形態の出力ベクトルは{o}={{Sa}T,{VE}T}Tとなる。このように、本実施形態では、出力ベクトルを修正し目標値にエネルギースペクトルベクトルを加えることで、加速度応答スペクトルとエネルギースペクトルの両者に適合する模擬地震動の作成を可能とする。 On the other hand, in the method of this embodiment shown in Figure 3(b) ("After improvement" in Figure 3), the energy spectrum vector {V E } is combined with the conventional acceleration response spectrum vector {Sa} in the output vector. That is, the output vector of this embodiment is {o} = {{Sa} T , {V E } T } T. In this way, in this embodiment, by modifying the output vector and adding the energy spectrum vector to the target value, it is possible to create simulated earthquake motion that is compatible with both the acceleration response spectrum and the energy spectrum.
以下、具体的に説明する。 The details are explained below.
なお、本実施形態で用いる各変数は以下の表1に示す通りである。 The variables used in this embodiment are as shown in Table 1 below.
データ受付部10は、模擬地震動の加速度応答スペクトルベクトルの目標値である目標加速度応答スペクトルベクトルを受け付ける。また、データ受付部10は、模擬地震動の入力エネルギーの目標値である、目標エネルギースペクトルベクトルを受け付ける。データ受付部10は、例えばキーボード、マウス、又は外部装置からの入力を受け付ける入出力装置等によって実現される。目標加速度応答スペクトルベクトル及び目標エネルギースペクトルベクトルは、模擬地震動を作成する場所の地盤特性、地盤増幅、及び対象建物等に応じて設計者によって予め設定される。 The data receiving unit 10 receives a target acceleration response spectrum vector, which is the target value of the acceleration response spectrum vector of the simulated earthquake motion. The data receiving unit 10 also receives a target energy spectrum vector, which is the target value of the input energy of the simulated earthquake motion. The data receiving unit 10 is realized by, for example, a keyboard, mouse, or an input/output device that receives input from an external device. The target acceleration response spectrum vector and target energy spectrum vector are set in advance by the designer according to the ground characteristics, ground amplification, and target building of the location where the simulated earthquake motion is to be created.
コンピュータ20は、CPU(Central Processing Unit)、各処理ルーチンを実現するためのプログラム等を記憶したROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、記憶手段としてのメモリ、ネットワークインタフェース等を含んで構成されている。コンピュータ20は、図1に示されるように、機能的には、データ記憶部21と、候補入力ベクトル設定部22と、候補出力ベクトル設定部24と、誤差ベクトル演算部26と、判定部28と、行列生成部30と、行列演算部32と、補正ベクトル演算部34と、更新部36と、結果取得部38とを備えている。 The computer 20 is composed of a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory) that stores programs for implementing each processing routine, RAM (Random Access Memory) that temporarily stores data, memory as a storage means, a network interface, etc. As shown in FIG. 1, the computer 20 functionally comprises a data storage unit 21, a candidate input vector setting unit 22, a candidate output vector setting unit 24, an error vector calculation unit 26, a determination unit 28, a matrix generation unit 30, a matrix calculation unit 32, a correction vector calculation unit 34, an update unit 36, and a result acquisition unit 38.
なお、本実施形態の模擬地震動作成装置100は、参考文献(Suzuki, T.: Generation of Simulated Earthquake Motions Considering Actual Earthquake Phase and Multi Target Response Spectrums, Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ), Vol.84, No.760, pp.811-818, 2019.6 (in Japanese))又は特開2021-169977号公報に開示されている方法を用いて模擬地震動を作成する。 The simulated earthquake motion creation device 100 of this embodiment creates simulated earthquake motion using the method disclosed in the reference (Suzuki, T.: Generation of Simulated Earthquake Motions Considering Actual Earthquake Phase and Multi Target Response Spectrums, Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ), Vol. 84, No. 760, pp. 811-818, June 2019 (in Japanese)) or JP 2021-169977 A.
データ記憶部21には、データ受付部10によって受け付けられた、目標加速度応答スペクトルベクトルと目標エネルギースペクトルベクトルとが格納される。 The data storage unit 21 stores the target acceleration response spectrum vector and the target energy spectrum vector received by the data receiving unit 10.
候補入力ベクトル設定部22は、模擬地震動の加速度時刻歴の初期ベクトルを、加速度時刻歴ベクトルの候補を表す候補入力ベクトルとして設定する。例えば、候補入力ベクトル設定部22は、以下の式(1)に示されるように、模擬地震動の加速度時刻歴の初期ベクトル{xinit}を候補入力ベクトル{x}として設定する。 The candidate input vector setting unit 22 sets the initial vector of the acceleration time history of the simulated earthquake motion as a candidate input vector representing a candidate for the acceleration time history vector. For example, the candidate input vector setting unit 22 sets the initial vector {x init } of the acceleration time history of the simulated earthquake motion as the candidate input vector {x}, as shown in the following equation (1).
(1)
(1)
なお、初期ベクトル{xinit}は零でもよい。その他、エネルギーを考慮せず、応答スペクトルのみにフィッティングした地震動等を初期ベクトルとして用いることも可能である。 The initial vector {x init } may be 0. Alternatively, it is also possible to use, as the initial vector, earthquake motion or the like that is fitted only to the response spectrum without taking energy into consideration.
候補出力ベクトル設定部24は、候補入力ベクトル設定部22又は後述する更新部36により得られた候補入力ベクトル{x}に基づいて、以下の式(2)に従って、候補入力ベクトル{x}に対応する模擬地震動の加速度応答スペクトルベクトル{Sa}を演算する。 The candidate output vector setting unit 24 calculates the acceleration response spectrum vector {Sa} of the simulated seismic motion corresponding to the candidate input vector {x} according to the following equation (2), based on the candidate input vector {x} obtained by the candidate input vector setting unit 22 or the update unit 36 described below.
また、候補出力ベクトル設定部24は、候補入力ベクトル設定部22又は後述する更新部36により得られた候補入力ベクトル{x}に基づいて、以下の式(3)に従って、候補入力ベクトル{x}に対応する模擬地震動のエネルギースペクトルベクトル{VE}を演算する。 Furthermore, the candidate output vector setting unit 24 calculates the energy spectrum vector {V E } of the simulated seismic motion corresponding to the candidate input vector {x} according to the following equation (3), based on the candidate input vector {x} obtained by the candidate input vector setting unit 22 or the update unit 36 described later.
(2)
(3)
(2)
(3)
ここで、上記式(2)のf1は加速度応答スペクトルを演算する処理を表す。また、上記式(3)のf2はエネルギースペクトルを演算する処理を表す。f1,f2は既知の手法によって実現される。 Here, f1 in the above formula (2) represents a process for calculating an acceleration response spectrum, and f2 in the above formula (3) represents a process for calculating an energy spectrum. f1 and f2 are realized by known methods.
そして、候補出力ベクトル設定部24は、加速度応答スペクトルベクトル{Sa}とエネルギースペクトルベクトル{VE}とを含む候補出力ベクトル{o}を設定する。なお、以下の式(4)に示されるような関数Fによって、候補入力ベクトル{x}から候補出力ベクトル{o}の演算を表現することも可能である。Fは既知の手法によって実現される。 Then, the candidate output vector setting unit 24 sets a candidate output vector {o} including the acceleration response spectrum vector {Sa} and the energy spectrum vector {V E }. Note that the calculation of the candidate output vector {o} from the candidate input vector {x} can also be expressed by a function F as shown in the following equation (4). F is realized by a known method.
(4)
(4)
誤差ベクトル演算部26は、データ記憶部21に格納されている、目標加速度応答スペクトルベクトルと、目標エネルギースペクトルベクトルとを読み出す。次に、誤差ベクトル演算部26は、目標加速度応答スペクトルベクトルと目標エネルギースペクトルベクトルとを含む目標ベクトル{otar}を設定する。そして、誤差ベクトル演算部26は、以下の式(5)に従って、目標ベクトル{otar}と候補出力ベクトル設定部24により設定された候補出力ベクトル{o}との間の誤差ベクトル{r}を演算する。 The error vector calculation unit 26 reads out the target acceleration response spectrum vector and the target energy spectrum vector stored in the data storage unit 21. Next, the error vector calculation unit 26 sets a target vector {o tar } including the target acceleration response spectrum vector and the target energy spectrum vector. Then, the error vector calculation unit 26 calculates an error vector {r} between the target vector {o tar } and the candidate output vector {o} set by the candidate output vector setting unit 24 according to the following equation (5).
(5)
(5)
判定部28は、以下の式(6)に従って、誤差ベクトル演算部26により演算された誤差ベクトル{r}が予め設定された許容範囲内であるか否かを判定する。具体的には、判定部28は、以下の式(6)に示されるように、誤差ベクトル{r}のノルムが閾値ε未満であるか否かを判定する。誤差ベクトル{r}のノルムが閾値ε未満であることは、所定の条件の一例である。 The determination unit 28 determines whether the error vector {r} calculated by the error vector calculation unit 26 is within a preset tolerance range according to the following equation (6). Specifically, the determination unit 28 determines whether the norm of the error vector {r} is less than the threshold value ε, as shown in the following equation (6). The norm of the error vector {r} being less than the threshold value ε is an example of a predetermined condition.
(6)
(6)
行列生成部30は、誤差ベクトル演算部26により演算された誤差ベクトル{r}の候補入力ベクトル{x}に対する偏微分行列[K]を生成する。偏微分行列[K]はヤコビ行列である。具体的には、行列生成部30は、以下の式(7)に示されているような、偏微分行列[K]を生成する。 The matrix generation unit 30 generates a partial differential matrix [K] for the candidate input vector {x} of the error vector {r} calculated by the error vector calculation unit 26. The partial differential matrix [K] is a Jacobian matrix. Specifically, the matrix generation unit 30 generates the partial differential matrix [K] as shown in the following equation (7).
(7)
(7)
行列演算部32は、以下の式(8)に従って、行列生成部30により生成された偏微分行列[K]を特異値分解することにより、偏微分行列[K]の一般化逆行列[K]+を生成する。 The matrix calculation unit 32 generates a generalized inverse matrix [K]+ of the partial differential matrix [K] by performing singular value decomposition on the partial differential matrix [K] generated by the matrix generation unit 30 in accordance with the following equation (8).
(8)
(8)
行列演算部32は、一般化逆行列[K]+の部分行列[Σ]-1の特異値に相当する複数のモードから、特異値が第1所定値よりも大きい第1モード群を選択する。次に、行列演算部32は、以下の式(9)に従って、選択された第1モード群に対応する修正一般化逆行列である[K’]+を生成する。 The matrix operation unit 32 selects a first group of modes whose singular values are greater than a first predetermined value from a plurality of modes corresponding to the singular values of the submatrix [Σ] −1 of the generalized inverse matrix [K] + . Next, the matrix operation unit 32 generates a modified generalized inverse matrix [K′] + corresponding to the selected first group of modes according to the following equation (9):
(9)
(9)
また、行列演算部32は、特異値分解結果のうちの部分行列[V]から、特異値が第2所定値以下の第2モード群を選択する。そして、行列演算部32は、以下の式(10)に示されるように、選択された第2モード群に対応する部分行列[VR]を生成する。なお、第1所定値と第2所定値は異なる値であっても同じ値であってもよい。 Furthermore, the matrix operation unit 32 selects a second group of modes, the singular values of which are equal to or less than a second predetermined value, from the submatrix [V] of the singular value decomposition result. Then, the matrix operation unit 32 generates a submatrix [V R ] corresponding to the selected second group of modes, as shown in the following equation (10). Note that the first predetermined value and the second predetermined value may be different values or the same value.
(10)
(10)
補正ベクトル演算部34は、行列演算部32により生成された修正一般化逆行列[K’]+と、誤差ベクトル演算部26により演算された誤差ベクトル{r}とに基づいて、以下の式(11)に示されるように、候補入力ベクトル{x}に対する第1の補正量を表す第1補正ベクトル{Δx1}を演算する。第1補正ベクトル{Δx1}は、特異値が大きく影響度の大きい第1モード群の成分のみが含まれているベクトルであるため、ノイズの影響が低減されている補正ベクトルである。 The correction vector calculation unit 34 calculates a first correction vector {Δx 1 } representing a first correction amount for the candidate input vector {x}, as shown in the following equation (11), based on the modified generalized inverse matrix [K'] + generated by the matrix calculation unit 32 and the error vector {r} calculated by the error vector calculation unit 26. The first correction vector {Δx 1 } is a vector that includes only components of the first mode group, which have large singular values and a high degree of influence, and is therefore a correction vector in which the influence of noise is reduced.
(11)
(11)
補正ベクトル演算部34は、行列演算部32により生成された部分行列[VR]と、予め設定された削減率λと、候補入力ベクトル設定部22又は後述する更新部36により得られた候補入力ベクトル{x}とに基づいて、以下の式(12)に示されるように、候補入力ベクトル{x}に対する第2の補正量を表す第2補正ベクトル{Δx2}を演算する。削減率λは、例えば、0~1の値である。第2補正ベクトル{Δx2}の絶対値は、特異値が小さく影響度の小さい第2モード群の成分が含むベクトルであるため、ノイズが含まれている補正ベクトルである。このため、後述するように、マイナスを乗じた第2補正ベクトル{Δx2}を候補入力ベクトル{x}から加えることにより、ノイズの影響を低減させることができる。 The correction vector calculation unit 34 calculates a second correction vector {Δx 2 } representing a second correction amount for the candidate input vector {x}, as shown in the following equation (12), based on the submatrix [V R ] generated by the matrix calculation unit 32, a preset reduction rate λ, and the candidate input vector {x} obtained by the candidate input vector setting unit 22 or the update unit 36 described later. The reduction rate λ is, for example, a value between 0 and 1. The absolute value of the second correction vector {Δx 2 } is a vector containing components of a second mode group having small singular values and little influence, and therefore is a correction vector containing noise. For this reason, as described later, the influence of noise can be reduced by adding the second correction vector {Δx 2 } multiplied by a negative number to the candidate input vector {x}.
(12)
(12)
更新部36は、候補入力ベクトル設定部22又は更新部36の前回の処理により設定された候補入力ベクトル{x}と、補正ベクトル演算部34により演算された第1補正ベクトル{Δx1}と第2補正ベクトル{Δx2}とに基づいて、以下の式(13)に従って、新たな候補入力ベクトル{x}を生成する。具体的には、更新部36は、以下の式(13)に示されるように、第1補正ベクトル{Δx1}と第2補正ベクトル{Δx2}とを候補入力ベクトル{x}に足しこみ、新たな候補入力ベクトル{x}とする。 The update unit 36 generates a new candidate input vector {x} according to the following equation (13) based on the candidate input vector {x} set by the candidate input vector setting unit 22 or the previous processing of the update unit 36 and the first correction vector {Δx 1 } and the second correction vector {Δx 2 } calculated by the correction vector calculation unit 34. Specifically, as shown in the following equation (13), the update unit 36 adds the first correction vector {Δx 1 } and the second correction vector {Δx 2 } to the candidate input vector {x} to generate a new candidate input vector {x}.
(13)
(13)
そして、誤差ベクトル{r}が小さくなるように、加速度応答スペクトルベクトル{Sa}の演算、エネルギースペクトルベクトル{VE}の演算、候補出力ベクトル{o}の設定、誤差ベクトル{r}の演算、及び新たな候補入力ベクトル{x}の演算の各処理が繰り返される。 Then, the processes of calculating the acceleration response spectrum vector {Sa}, calculating the energy spectrum vector {V E }, setting the candidate output vector {o}, calculating the error vector {r}, and calculating a new candidate input vector {x} are repeated so that the error vector {r} becomes smaller.
結果取得部38は、誤差ベクトル演算部26によって演算される誤差ベクトル{r}のノルム|{r}|が閾値ε未満となった場合に、更新部36によって生成された新たな候補入力ベクトル{x}を、目標ベクトルに対応する加速度時刻歴ベクトルとして取得する。 When the norm |{r}| of the error vector {r} calculated by the error vector calculation unit 26 is less than the threshold value ε, the result acquisition unit 38 acquires the new candidate input vector {x} generated by the update unit 36 as the acceleration time history vector corresponding to the target vector.
出力部50は、結果取得部38によって取得された加速度時刻歴ベクトルを結果として出力する。例えば、出力部50は、ディスプレイによって実現される。 The output unit 50 outputs the acceleration time history vector acquired by the result acquisition unit 38 as a result. For example, the output unit 50 is realized by a display.
<模擬地震動作成装置100の作用> <Function of the earthquake motion simulation device 100>
次に、模擬地震動作成装置100の作用を説明する。模擬地震動作成装置100のデータ受付部10が、目標加速度応答スペクトルベクトルと目標エネルギースペクトルベクトルとの入力を受け付けると、データ記憶部21へ格納する。そして、模擬地震動作成装置100のコンピュータ20は、処理実行の指示信号を受け付けると、図4に示す模擬地震動作成処理ルーチンを実行する。 Next, the operation of the earthquake motion simulation device 100 will be explained. When the data receiving unit 10 of the earthquake motion simulation device 100 receives input of a target acceleration response spectrum vector and a target energy spectrum vector, it stores them in the data storage unit 21. Then, when the computer 20 of the earthquake motion simulation device 100 receives a command signal to execute processing, it executes the earthquake motion simulation processing routine shown in Figure 4.
ステップS100において、候補入力ベクトル設定部22は、上記式(1)に示されるように、模擬地震動の加速度時刻歴の初期ベクトル{xinit}を候補入力ベクトル{x}として設定する。 In step S100, the candidate input vector setting unit 22 sets the initial vector {x init } of the acceleration time history of the simulated earthquake motion as the candidate input vector {x}, as shown in the above formula (1).
ステップS102において、候補出力ベクトル設定部24は、上記ステップS100又は前回のステップS120で得られた候補入力ベクトル{x}に基づいて、上記式(2)に従って、候補入力ベクトル{x}に対応する加速度応答スペクトルベクトル{Sa}を演算する。また、ステップS102において、候補出力ベクトル設定部24は、上記ステップS100又は前回のステップS120で得られた候補入力ベクトル{x}に基づいて、上記式(3)に従って、候補入力ベクトル{x}に対応するエネルギースペクトルベクトル{VE}を演算する。 In step S102, the candidate output vector setting unit 24 calculates an acceleration response spectrum vector {Sa} corresponding to the candidate input vector {x} according to the above formula (2) based on the candidate input vector {x} obtained in the above step S100 or the previous step S120. Also in step S102, the candidate output vector setting unit 24 calculates an energy spectrum vector {V E } corresponding to the candidate input vector {x} according to the above formula (3) based on the candidate input vector {x} obtained in the above step S100 or the previous step S120.
そして、ステップS102において、候補出力ベクトル設定部24は、上記式(4)に示されるような、加速度応答スペクトルベクトル{Sa}とエネルギースペクトルベクトル{VE}とを含む候補出力ベクトル{o}を設定する。 Then, in step S102, the candidate output vector setting unit 24 sets a candidate output vector {o} including the acceleration response spectrum vector {Sa} and the energy spectrum vector {V E } as shown in the above formula (4).
ステップS104において、誤差ベクトル演算部26は、データ記憶部21に格納されている、目標加速度応答スペクトルベクトルと、目標エネルギースペクトルベクトルとを読み出す。次に、ステップS104において、誤差ベクトル演算部26は、目標加速度応答スペクトルベクトルと目標エネルギースペクトルベクトルとを含む目標ベクトル{otar}を設定する。そして、ステップS104において、誤差ベクトル演算部26は、上記式(5)に従って、目標ベクトル{otar}と上記ステップS102で設定された候補出力ベクトル{o}との間の誤差ベクトル{r}を演算する。 In step S104, the error vector calculation unit 26 reads out the target acceleration response spectrum vector and the target energy spectrum vector stored in the data storage unit 21. Next, in step S104, the error vector calculation unit 26 sets a target vector {o tar } including the target acceleration response spectrum vector and the target energy spectrum vector. Then, in step S104, the error vector calculation unit 26 calculates the error vector {r} between the target vector {o tar } and the candidate output vector {o} set in step S102 in accordance with the above equation (5).
ステップS106において、判定部28は、上記式(6)に従って、上記ステップS106で演算された誤差ベクトル{r}のノルムが閾値ε未満であるか否かを判定する。誤差ベクトル{r}のノルムが閾値ε未満である場合には、ステップS122へ移行する。誤差ベクトル{r}のノルムが閾値ε以上である場合には、ステップS108へ移行する。 In step S106, the determination unit 28 determines whether the norm of the error vector {r} calculated in step S106 is less than the threshold value ε, according to the above formula (6). If the norm of the error vector {r} is less than the threshold value ε, the process proceeds to step S122. If the norm of the error vector {r} is equal to or greater than the threshold value ε, the process proceeds to step S108.
ステップS108において、行列生成部30は、上記式(7)に示されているような、ステップS104で演算された誤差ベクトル{r}の候補入力ベクトル{x}に対する偏微分行列[K]を生成する。 In step S108, the matrix generation unit 30 generates a partial differential matrix [K] of the error vector {r} calculated in step S104 with respect to the candidate input vector {x}, as shown in the above equation (7).
ステップS110において、行列演算部32は、上記式(8)に示されているように、ステップS108で生成された偏微分行列[K]を特異値分解することにより、偏微分行列[K]の一般化逆行列[K]+を生成する。 In step S110, the matrix operation unit 32 generates a generalized inverse matrix [K]+ of the partial differential matrix [K] by performing singular value decomposition on the partial differential matrix [K] generated in step S108 , as shown in the above equation (8).
ステップS112において、行列演算部32は、ステップS110で生成された一般化逆行列[K]+の部分行列[Σ]-1の特異値に相当する複数のモードから、特異値が所定値よりも大きい第1モード群を選択する。次に、ステップS112において、行列演算部32は、上記式(9)に従って、選択された第1モード群に対応する修正一般化逆行列である[K’]+を生成する。 In step S112, the matrix operation unit 32 selects a first group of modes whose singular values are greater than a predetermined value from the plurality of modes corresponding to the singular values of the submatrix [Σ] −1 of the generalized inverse matrix [K] + generated in step S110. Next, in step S112, the matrix operation unit 32 generates a modified generalized inverse matrix [K′] + corresponding to the selected first group of modes in accordance with the above equation (9).
ステップS114において、行列演算部32は、ステップS110で得られた特異値分解結果のうちの部分行列[V]から、特異値が所定値以下の第2モード群を選択する。そして、ステップS114において、行列演算部32は、上記式(10)に示されるように、選択された第2モード群に対応する部分行列[VR]を生成する。 In step S114, the matrix operation unit 32 selects a second mode group having singular values equal to or less than a predetermined value from the submatrix [V] of the singular value decomposition result obtained in step S110. Then, in step S114, the matrix operation unit 32 generates a submatrix [V R ] corresponding to the selected second mode group, as shown in the above equation (10).
ステップS116において、補正ベクトル演算部34は、ステップS112で生成された修正一般化逆行列[K’]+と、ステップS104で演算された誤差ベクトル{r}とに基づいて、上記式(11)に示されるように、候補入力ベクトル{x}に対する第1補正ベクトル{Δx1}を演算する。 In step S116, the correction vector calculation unit 34 calculates a first correction vector {Δx 1 } for the candidate input vector {x}, as shown in the above equation (11), based on the modified generalized inverse matrix [K'] + generated in step S112 and the error vector {r} calculated in step S104 .
ステップS118において、補正ベクトル演算部34は、ステップS114で生成された部分行列[VR]と、予め設定された削減率λと、上記ステップS100又は前回のステップS120で得られた候補入力ベクトル{x}とに基づいて、上記式(12)に示されるように、候補入力ベクトル{x}に対する第2補正ベクトル{Δx2}を演算する。 In step S118, the correction vector calculation unit 34 calculates a second correction vector {Δx 2 } for the candidate input vector {x}, as shown in the above formula (12), based on the submatrix [V R ] generated in step S114, the preset reduction rate λ, and the candidate input vector {x} obtained in the above step S100 or the previous step S120 .
ステップS120において、更新部36は、上記ステップS100又は前回のステップS120で得られた候補入力ベクトル{x}と、ステップS116で演算された第1補正ベクトル{Δx1}とステップS118で演算された第2補正ベクトル{Δx2}とに基づいて、上記式(13)に従って、新たな候補入力ベクトル{x}を生成する。 In step S120, the update unit 36 generates a new candidate input vector {x} in accordance with the above formula (13) based on the candidate input vector {x} obtained in the above step S100 or the previous step S120, the first correction vector {Δx 1 } calculated in step S116, and the second correction vector {Δx 2 } calculated in step S118.
模擬地震動作成処理ルーチンでは、加速度応答スペクトルベクトル{Sa}の演算、エネルギースペクトルベクトル{VE}の演算、候補出力ベクトル{o}の設定、誤差ベクトル{r}の演算、及び新たな候補入力ベクトル{x}の演算を繰り返しの各処理が繰り返される。 In the simulated earthquake motion creation processing routine, the following processes are repeated: calculation of the acceleration response spectrum vector {Sa}, calculation of the energy spectrum vector {V E }, setting of the candidate output vector {o}, calculation of the error vector {r}, and calculation of a new candidate input vector {x}.
誤差ベクトル{r}のノルムが閾値ε未満である場合、ステップS122において、結果取得部38は、新たな候補入力ベクトル{x}を模擬地震動の加速度時刻歴ベクトルとして取得する。 If the norm of the error vector {r} is less than the threshold value ε, in step S122, the result acquisition unit 38 acquires a new candidate input vector {x} as the acceleration time history vector of the simulated earthquake motion.
出力部50は、結果取得部38によって取得された加速度時刻歴ベクトルを結果として出力する。 The output unit 50 outputs the acceleration time history vector acquired by the result acquisition unit 38 as a result.
以上詳細に説明したように、本実施形態の模擬地震動作成装置100は、模擬地震動の加速度時刻歴の初期ベクトルを、加速度時刻歴ベクトルの候補を表す候補入力ベクトルとして設定する。模擬地震動作成装置100は、候補入力ベクトルに基づいて、候補入力ベクトルに対応する模擬地震動の加速度応答スペクトルベクトルを演算する。模擬地震動作成装置100は、候補入力ベクトルに基づいて、候補入力ベクトルに対応する模擬地震動のエネルギースペクトルベクトルを演算する。模擬地震動作成装置100は、加速度応答スペクトルベクトルとエネルギースペクトルベクトルとを含む候補出力ベクトルを設定する。模擬地震動作成装置100は、目標加速度応答スペクトルベクトルと目標エネルギースペクトルベクトルとを含む目標ベクトルと候補出力ベクトルとの間の誤差ベクトルを演算する。模擬地震動作成装置100は、誤差ベクトルが小さくなるように、新たな候補入力ベクトルを演算する。模擬地震動作成装置100は、加速度応答スペクトルベクトルの演算、エネルギースペクトルベクトルの演算、候補出力ベクトルの設定、誤差ベクトルの演算、及び新たな候補入力ベクトルの演算を繰り返し、所定の条件が満たされた場合に、新たな候補入力ベクトルを模擬地震動の加速度時刻歴ベクトルとして取得する。これにより、目標となる加速度応答スペクトルに適合しつつ、実地震動の入力エネルギーが適切に表現された模擬地震動を得ることができる。 As described in detail above, the simulated earthquake motion creation device 100 of this embodiment sets the initial vector of the acceleration time history of the simulated earthquake motion as a candidate input vector representing a candidate acceleration time history vector. Based on the candidate input vector, the simulated earthquake motion creation device 100 calculates the acceleration response spectrum vector of the simulated earthquake motion corresponding to the candidate input vector. Based on the candidate input vector, the simulated earthquake motion creation device 100 calculates the energy spectrum vector of the simulated earthquake motion corresponding to the candidate input vector. The simulated earthquake motion creation device 100 sets a candidate output vector including an acceleration response spectrum vector and an energy spectrum vector. The simulated earthquake motion creation device 100 calculates an error vector between the target vector, including the target acceleration response spectrum vector and the target energy spectrum vector, and the candidate output vector. The simulated earthquake motion creation device 100 calculates a new candidate input vector so that the error vector is smaller. The simulated earthquake motion creation device 100 repeatedly calculates the acceleration response spectrum vector, calculates the energy spectrum vector, sets the candidate output vector, calculates the error vector, and calculates a new candidate input vector, and when certain conditions are met, acquires the new candidate input vector as the acceleration time history vector of the simulated earthquake motion. This makes it possible to obtain simulated earthquake motion that conforms to the target acceleration response spectrum while appropriately representing the input energy of the actual earthquake motion.
具体的には、本実施形態の模擬地震動作成装置100は、加速度応答スペクトルに加えてエネルギースペクトルも目標値とすることにより、目標となる加速度応答スペクトルを満足しつつ、かつ実地震動の入力エネルギーが適切に反映された模擬地震動を得ることができる。 Specifically, the simulated earthquake motion creation device 100 of this embodiment sets target values for the energy spectrum in addition to the acceleration response spectrum, thereby generating simulated earthquake motion that satisfies the target acceleration response spectrum and appropriately reflects the input energy of actual earthquake motion.
また、本実施形態では、変数である入力ベクトルを振幅スペクトルではなく、加速度時刻歴とする。これにより、作成対象の模擬地震動を一意に決定することができる。 Furthermore, in this embodiment, the input vector, which is a variable, is an acceleration time history rather than an amplitude spectrum. This makes it possible to uniquely determine the simulated seismic motion to be created.
<シミュレーション実験> <Simulation Experiment>
次に、例題を用いて、本実施形態による模擬地震動作成方法の効果を確認する。 Next, we will use an example problem to confirm the effectiveness of the method for creating simulated earthquake motion according to this embodiment.
図5(A)は、目標加速度応答スペクトルである。また、図5(B)は、目標エネルギースペクトルである。図5(B)のαは各々異なるエネルギーを表している。以下では、図5(A)の目標加速度応答スペクトルと図5(B)の目標エネルギースペクトル(α=2.0)とに適合する模擬地震動を本実施形態の手法によって作成する。なお、図5、図6、及び図7のグラフの横軸は時刻(s)を表し、縦軸は加速度(m/s2)及び速度換算値(m/s)を表す。 Figure 5(A) shows the target acceleration response spectrum. Figure 5(B) shows the target energy spectrum. Each α in Figure 5(B) represents a different energy. Below, simulated earthquake motion that matches the target acceleration response spectrum in Figure 5(A) and the target energy spectrum (α = 2.0) in Figure 5(B) is created using the method of this embodiment. Note that the horizontal axis of the graphs in Figures 5, 6, and 7 represents time (s), and the vertical axis represents acceleration (m/ s2 ) and velocity conversion value (m/s).
図6は、本実施形態の手法により作成された模擬地震動である。なお、図6(A)は、本実施形態の手法により作成された模擬地震動の加速度時刻歴である。図6(B)の「Generated」は、本実施形態の手法により作成された模擬地震動の加速度応答スペクトルである。図6(B)の「Target」は、目標加速度応答スペクトルである。図6(C)の「Generated」は、本実施形態の手法により作成された模擬地震動のエネルギースペクトルである。図6(C)の「Target」は、目標エネルギースペクトルである。図6に示される模擬地震動は、目標加速度応答スペクトルに適合しつつ、かつ目標エネルギースペクトルも適合している模擬地震動となっていることがわかる。このため、本実施形態によれば、目標加速度応答スペクトルと目標エネルギースペクトルとの両者に適合する模擬地震動が作成されていることがわかる。 Figure 6 shows simulated earthquake motion created using the method of this embodiment. Figure 6(A) shows the acceleration time history of the simulated earthquake motion created using the method of this embodiment. "Generated" in Figure 6(B) is the acceleration response spectrum of the simulated earthquake motion created using the method of this embodiment. "Target" in Figure 6(B) is the target acceleration response spectrum. "Generated" in Figure 6(C) is the energy spectrum of the simulated earthquake motion created using the method of this embodiment. "Target" in Figure 6(C) is the target energy spectrum. It can be seen that the simulated earthquake motion shown in Figure 6 is a simulated earthquake motion that conforms to both the target acceleration response spectrum and the target energy spectrum. Therefore, it can be seen that this embodiment creates simulated earthquake motion that conforms to both the target acceleration response spectrum and the target energy spectrum.
比較のため、図7に、目標加速度応答スペクトルのみに適合させる手法(以下、単に従来手法と称する。)を用いて作成された模擬地震動を示す。図7(A)は、従来手法を用いて作成された模擬地震動の加速度時刻歴である。図7(B)は、従来手法を用いて作成された模擬地震動のエネルギースペクトルである。図7に示されているように、従来手法を用いて作成された模擬地震動は、目標加速度応答スペクトルには適合しているものの、エネルギースペクトルはばらついており、入力エネルギーに関しては目標エネルギースペクトルに適合しているとは言い難い。このため、図6と図7とを比較すると、本実施形態による模擬地震動作成方法によれば、目標となる加速度応答スペクトルを満足しつつ、かつ実地震動の入力エネルギーが適切に反映された模擬地震動を得ることができることがわかる。 For comparison, Figure 7 shows simulated earthquake motion created using a method that adapts only to the target acceleration response spectrum (hereinafter simply referred to as the conventional method). Figure 7(A) shows the acceleration time history of simulated earthquake motion created using the conventional method. Figure 7(B) shows the energy spectrum of simulated earthquake motion created using the conventional method. As shown in Figure 7, although the simulated earthquake motion created using the conventional method adapts to the target acceleration response spectrum, the energy spectrum varies, and it is difficult to say that the input energy adapts to the target energy spectrum. Therefore, comparing Figures 6 and 7, it can be seen that the simulated earthquake motion creation method of this embodiment can obtain simulated earthquake motion that satisfies the target acceleration response spectrum and appropriately reflects the input energy of actual earthquake motion.
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the invention.
例えば、上記実施形態では、模擬地震動のエネルギーを表すベクトルとしてエネルギースペクトルベクトルを用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。模擬地震動のエネルギーを表す情報であれば、どのような情報を用いても良い。 For example, in the above embodiment, an example was described in which an energy spectrum vector was used as a vector representing the energy of simulated earthquake motion, but this is not limited to this. Any information may be used as long as it represents the energy of simulated earthquake motion.
また、上記実施形態では、参考文献(Suzuki, T.: Generation of Simulated Earthquake Motions Considering Actual Earthquake Phase and Multi Target Response Spectrums, Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ), Vol.84, No.760, pp.811-818, 2019.6 (in Japanese))又は特開2021-169977号公報に開示されている方法を用いて、誤差ベクトルが小さくなるように新たな候補入力ベクトルを繰り返し演算することにより模擬地震動を作成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、非線形最小二乗法、Newton法、最急降下法、又は遺伝的アルゴリズムを用いて、誤差ベクトルが小さくなるように新たな候補入力ベクトルを繰り返し演算して模擬地震動を作成してもよい。 In addition, in the above embodiment, simulated earthquake motions are created by repeatedly calculating new candidate input vectors to reduce the error vector using the method disclosed in the reference (Suzuki, T.: Generation of Simulated Earthquake Motions Considering Actual Earthquake Phase and Multi Target Response Spectrums, Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ), Vol. 84, No. 760, pp. 811-818, June 2019 (in Japanese)) or the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-169977. However, the present invention is not limited to this. For example, simulated earthquake motions may be created by repeatedly calculating new candidate input vectors to reduce the error vector using the nonlinear least squares method, Newton's method, steepest descent method, or genetic algorithm.
また、上記ではプログラムが記憶部(図示省略)に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、プログラムは、CD-ROM、DVD-ROM及びマイクロSDカード等の記録媒体の何れかに記録されている形態で提供することも可能である。 In addition, while the above describes a configuration in which the program is pre-stored (installed) in a storage unit (not shown), the program can also be provided in a format in which it is recorded on a recording medium such as a CD-ROM, DVD-ROM, or microSD card.
20 コンピュータ
21 データ記憶部
22 候補入力ベクトル設定部
24 候補出力ベクトル設定部
26 誤差ベクトル演算部
28 判定部
30 行列生成部
32 行列演算部
34 補正ベクトル演算部
36 更新部
38 結果取得部
20 Computer 21 Data storage unit 22 Candidate input vector setting unit 24 Candidate output vector setting unit 26 Error vector calculation unit 28 Determination unit 30 Matrix generation unit 32 Matrix calculation unit 34 Correction vector calculation unit 36 Update unit 38 Result acquisition unit
Claims (3)
前記模擬地震動の加速度時刻歴の初期ベクトルを、前記加速度時刻歴ベクトルの候補を表す候補入力ベクトルとして設定し、
前記候補入力ベクトルに基づいて、前記候補入力ベクトルに対応する前記模擬地震動の加速度応答スペクトルベクトルを演算し、
前記候補入力ベクトルに基づいて、前記候補入力ベクトルに対応する前記模擬地震動のエネルギーを表すエネルギーベクトルを演算し、
前記加速度応答スペクトルベクトルと前記エネルギーベクトルとを含む候補出力ベクトルを設定し、
目標加速度応答スペクトルベクトルと目標エネルギーベクトルとを含む目標ベクトルと前記候補出力ベクトルとの間の誤差ベクトルを演算し、
前記誤差ベクトルが小さくなるように、新たな前記候補入力ベクトルを演算し、
前記加速度応答スペクトルベクトルの演算、前記エネルギーベクトルの演算、前記候補出力ベクトルの設定、前記誤差ベクトルの演算、及び新たな前記候補入力ベクトルの演算を繰り返し、
所定の条件が満たされた場合に、新たな前記候補入力ベクトルを前記模擬地震動の前記加速度時刻歴ベクトルとして取得する、
処理をコンピュータが実行する模擬地震動作成方法。 A method for creating a simulated earthquake motion by generating an acceleration time history vector representing the acceleration time history of a simulated earthquake motion, comprising the steps of:
setting an initial vector of the acceleration time history of the simulated earthquake motion as a candidate input vector representing a candidate of the acceleration time history vector;
calculating an acceleration response spectrum vector of the simulated earthquake motion corresponding to the candidate input vector based on the candidate input vector;
calculating an energy vector representing the energy of the simulated earthquake motion corresponding to the candidate input vector based on the candidate input vector;
a candidate output vector including the acceleration response spectrum vector and the energy vector is set;
calculating an error vector between a target vector including a target acceleration response spectrum vector and a target energy vector and the candidate output vector;
Calculating new candidate input vectors so that the error vector is smaller;
repeating the calculation of the acceleration response spectrum vector, the calculation of the energy vector, the setting of the candidate output vector, the calculation of the error vector, and the calculation of a new candidate input vector;
If a predetermined condition is satisfied, the new candidate input vector is acquired as the acceleration time history vector of the simulated earthquake motion.
A method for generating simulated earthquake motion in which processing is performed by a computer.
請求項1に記載の模擬地震動作成方法。 The energy vector is an energy spectrum vector representing the energy spectrum of the simulated seismic motion.
The method for generating simulated earthquake motion according to claim 1.
前記誤差ベクトル{r}の前記候補入力ベクトル{x}に対する偏微分行列[K]を生成し、
前記偏微分行列[K]を特異値分解することにより、一般化逆行列[K]+を生成し、
前記一般化逆行列[K]+の部分行列[Σ]-1の特異値に相当する複数のモードから、前記特異値が第1所定値よりも大きい第1モード群を選択し、
選択された前記第1モード群に対応する修正一般化逆行列である[K’]+を生成し、
前記修正一般化逆行列[K’]+と前記誤差ベクトル{r}とに基づいて、前記候補入力ベクトル{x}に対する第1の補正量を表す第1補正ベクトル{Δx1}を演算し、
前記特異値分解の結果のうちの部分行列[V]から、前記特異値が第2所定値以下の第2モード群を選択し、
選択された前記第2モード群に対応する部分行列[VR]を生成し、
前記部分行列[VR]と予め設定された削減率λと前記候補入力ベクトル{x}とに基づいて、前記候補入力ベクトル{x}に対する第2の補正量を表す第2補正ベクトル{Δx2}を演算し、
前記候補入力ベクトル{x}と前記第1補正ベクトル{Δx1}と前記第2補正ベクトル{Δx2}とに基づいて、新たな前記候補入力ベクトル{x}を生成する
請求項1又は請求項2に記載の模擬地震動作成方法。 When computing the new candidate input vector {x},
Generate a partial differential matrix [K] of the error vector {r} with respect to the candidate input vector {x};
generating a generalized inverse matrix [K] + by singular value decomposition of the partial differential matrix [K];
selecting a first group of modes, the first group having singular values greater than a first predetermined value, from a plurality of modes corresponding to singular values of the generalized inverse matrix [K] + submatrix [Σ] −1;
generating a modified generalized inverse matrix [K′] + corresponding to the selected first set of modes;
calculating a first correction vector {Δx 1 } representing a first correction amount for the candidate input vector {x} based on the modified generalized inverse matrix [K′] + and the error vector {r};
selecting a second mode group, in which the singular values are equal to or less than a second predetermined value, from the submatrix [V] of the result of the singular value decomposition;
generating a submatrix [V R ] corresponding to the selected second mode group;
calculating a second correction vector {Δx 2 } representing a second correction amount for the candidate input vector {x} based on the submatrix [V R ], a preset reduction rate λ, and the candidate input vector { x };
The simulated earthquake motion generating method according to claim 1 or claim 2, further comprising generating a new candidate input vector { x } based on the candidate input vector {x}, the first correction vector {Δx 1 }, and the second correction vector {Δx 2 }.
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|---|
| 鈴木琢也,目標加速度応答スペクトルと目標エネルギースペクトルに適合する模擬地震動の作成,日本建築学会技術報告集,日本,日本建築学会,2023年02月,第29巻、第71号,p.109-114 |
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