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加速度記録を用いた変位応答算出法 新技術説明会

国内特許コード P160013552
整理番号 26-8
掲載日 2016年12月19日
出願番号 特願2015-169420
公開番号 特開2017-003556
出願日 平成27年8月28日(2015.8.28)
公開日 平成29年1月5日(2017.1.5)
優先権データ
  • 特願2015-119617 (2015.6.12) JP
発明者
  • 関屋 英彦
  • 三木 千壽
出願人
  • 学校法人五島育英会
発明の名称 加速度記録を用いた変位応答算出法 新技術説明会
発明の概要 【課題】中央加速度センサによって計測された加速度記録(原波形)を用いて、外力が作用した際の構造物の変位応答を精度良く算出する方法を提供する。
【解決手段】原波形に基づいて強制振動区間を特定するS1と共に、自由振動に対応した加速度波形を算出しS2、S3、自由振動に対応した加速度波形に基づいて積分区間を特定しS4、自由振動に対応した加速度波形を特定した積分区間において積分することによって、速度の境界条件および変位の境界条件を算出しS5、S6、原波形より強制振動区間を含む区間の速度波形を算出してS7、速度の境界条件を満たす補正速度波形に補正しS8、補正速度波形より強制振動区間を含む区間の変位波形を算出してS9、変位の境界条件を満たす補正変位波形を得るS10。
【選択図】図7
従来技術、競合技術の概要


橋梁等の構造物の保全上、損傷原因となる局部的な応力を引き起こす部材の変位を特定することは重要で、特に、外力によって生じる変位応答が疲労損傷の支配的要因になっていることから、この変位応答を把握することが必要になっている。このとき、レーザー変位計等を用いて変位を直接計測しようとすると、設置場所や不動点の確保等の制約があるため、中央加速度センサによって計測された加速度記録(加速度データ)から、外力に対する応答を算出する方法が提案されている。すなわち、加速度記録を二階数値積分することによって、理論的には変位応答が算出されるからである。
しかしながら、中央加速度センサによって計測された加速度記録に含まれる測定誤差が、数値積分結果に大きな影響を与えること、また、測定誤差とは別に、数値積分を行う際の境界条件も、数値積分結果に大きな影響を与えることが明らかになっている。
そこで、数値積分の際の境界条件において、速度の時間平均値が0(ゼロ)になるという仮定を用いて橋梁の変位応答を算出する「初期速度推定法(Initial velocity estimation method)」が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。

産業上の利用分野


本発明は加速度記録を用いた変位応答算出法、特に外力が作用した際の構造物の変位応答を、中央加速度センサによって得られた加速度記録を用いて算出する「加速度記録を用いた変位応答算出法」に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
外力が作用した際の構造物の変位応答を算出する加速度記録を用いた変位応答算出法であって、
前記構造物に設置された中央加速度センサによって測定された加速度記録である原波形に基づいて、前記構造物への外力の作用が始まる時刻である初期時刻および前記構造物への外力の作用が終了する時刻である末期時刻を特定し、前記初期時刻から前記末期時刻までの時間帯を強制振動区間とする第1ステップと、
前記原波形に対してフーリエ変換を行い、周波数領域における加速度波形を算出する第2ステップと、
前記周波数領域における加速度波形について低周波数帯を取り除き、周波数領域における自由振動に対応した加速度波形を算出する第3ステップと、
前記周波数領域における自由振動に対応した加速度波形に対して逆フーリエ変換を行い、時間領域における自由振動に対応した加速度波形を算出し、前記時間領域における自由振動に対応した加速度波形について、前記初期時刻よりも前の時刻において加速度が0(ゼロ)になる時刻である積分開始時刻と、前記末期時刻よりも後の時刻において加速度が0(ゼロ)になる時刻である積分終了時刻とを特定する第4ステップと、
前記時間領域における自由振動に対応した加速度波形を、前記積分開始時刻から前記積分終了時刻までを積分区間として一階数値積分して、時間領域における自由振動に対応した速度波形を算出し、該時間領域の自由振動に対応した速度波形について、前記初期時刻および前記末期時刻における速度をそれぞれ初期速度および末期速度として特定する第5ステップと、
前記時間領域における自由振動に対応した速度波形を、前記積分開始時刻から前記積分終了時刻までを積分区間として一階数値積分して、時間領域における自由振動に対応した変位波形を算出し、該時間領域の自由振動に対応した変位波形について、前記初期時刻および前記末期時刻における変位をそれぞれ初期変位および末期変位として特定する第6ステップと、
前記原波形を、前記初期時刻から前記末期時刻までを積分区間として一階数値積分して、強制振動区間を含む区間の速度波形を算出する第7ステップと、
前記強制振動区間を含む区間の速度波形を、前記初期速度および前記末期速度を満たすように補正して、強制振動区間を含む区間の補正速度波形を算出する第8ステップと、
前記強制振動区間を含む区間の補正速度波形を、前記初期時刻から前記末期時刻までを積分区間として一階数値積分して、強制振動区間を含む区間の変位波形を算出する第9ステップと、
前記強制振動区間を含む区間の変位波形を、前記初期変位および前記末期変位を満たすように補正して、強制振動区間の補正変位波形を算出する第10ステップとを有することを特徴とする加速度記録を用いた変位応答算出法。

【請求項2】
前記第4ステップの後に、前記第5ステップおよび前記第6ステップに代えて、
前記周波数領域における自由振動に対応した加速度波形を、前記積分開始時刻から前記積分終了時刻までを積分区間として積分して、周波数領域における自由振動に対応した速度波形を算出する第21ステップと、
前記周波数領域における自由振動に対応した速度波形を、前記積分開始時刻から前記積分終了時刻までを積分区間として積分して、周波数領域における自由振動に対応した変位波形を算出する第22ステップと、
前記周波数領域における自由振動に対応した速度波形に対して逆フーリエ変換を行い、時間領域における自由振動に対応した速度波形を算出し、該時間領域の自由振動に対応した速度波形について、前記初期時刻および前記末期時刻における速度をそれぞれ初期速度および末期速度として特定する第23ステップと、
前記周波数領域における自由振動に対応した変位波形に対して逆フーリエ変換を行い、時間領域における自由振動に対応した変位波形を算出し、該時間領域の自由振動に対応した変位波形について、前記初期時刻および前記末期時刻における変位をそれぞれ初期変位および末期変位として特定する第24テップと、を有し、
前記第24ステップの後に、前記第7ステップから前記第10ステップを順次実行することを特徴とする請求項1記載の加速度記録を用いた変位応答算出法。

【請求項3】
前記加速度記録から低周波数帯を除去したものを、前記自由振動における加速度波形にすることを特徴とする請求項1記載の加速度記録を用いた変位応答算出法。

【請求項4】
前記第1ステップの後に、前記第2ステップから前記第6ステップに代えて、
前記原波形を、低周波数帯を除去するフィルタによってフィルタリングして、自由振動に対応した加速度波形を算出する第31ステップと、
前記自由振動に対応した加速度波形に対応して一階数値積分して、自由振動に対応した速度波形を算出し、該自由振動に対応した速度波形について、前記初期時刻および前記末期時刻における速度をそれぞれ初期速度および末期速度として特定する第32ステップと、
前記自由振動に対応した速度波形に対して一階数値積分して、自由振動に対応した変位波形を算出し、該自由振動に対応した変位波形について、前記初期時刻および前記末期時刻における変位をそれぞれ初期変位および末期変位として特定する第33テップとを有し、
前記第33ステップの後に、前記第7ステップから前記第10ステップを順次実行することを特徴とする請求項1記載の加速度記録を用いた変位応答算出法。

【請求項5】
前記第31ステップにおいて、前記初期時刻よりも前の時刻において加速度が0(ゼロ)になる時刻である積分開始時刻と、前記末期時刻よりも後の時刻において加速度が0(ゼロ)になる時刻である積分終了時刻とを特定し、
前記第32ステップおよび前記第33ステップにおける一階数値積分は、前記積分開始時刻から前記積分終了時刻までを積分区間とすることを特徴とする請求項4記載の加速度記録を用いた変位応答算出法。

【請求項6】
前記初期時刻および末期時刻をそれぞれ、前記加速度記録における加速度が変化する時刻にすることを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の加速度記録を用いた変位応答算出法。

【請求項7】
前記中央加速度センサは、前記変位波形を算出するための加速度記録を測定する中央加速度センサと、前記初期時刻および前記末期時刻を特定するための加速度記録を測定する中央加速度センサとによって構成されることを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の加速度記録を用いた変位応答算出法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015169420thum.jpg
出願権利状態 公開


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