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振動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法

国内特許コード P07A011497
整理番号 /NO30790
掲載日 2007年11月16日
出願番号 特願2002-125558
公開番号 特開2003-315204
登録番号 特許第3810705号
出願日 平成14年4月26日(2002.4.26)
公開日 平成15年11月6日(2003.11.6)
登録日 平成18年6月2日(2006.6.2)
発明者
  • 上半 文昭
  • 目黒 公郎
出願人
  • 公益財団法人鉄道総合技術研究所
発明の名称 振動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法
発明の概要 【課題】 地盤-基礎の影響を含むラーメン高架橋の損傷箇所と損傷程度の評価を的確に行うことができる微動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法を提供する。
【解決手段】 地盤及び基礎の影響を含んだ柱の上部、中間部、下部のそれぞれのモード振幅AG Top ,AG Mid 及びAG Bot から、データベースによる損傷度判定で用いるATop /AMid を次の式で近似し、
Top /AMid =(AG Top -AG Bot )/(AG Mid -AG Bot
また、上部構造物のみの固有振動数F,地盤・基礎の影響を含んだ全体系の固有振動数FG 、損傷後の全体系の固有振動数FG d を用いて損傷後の上部構造物のみの固有振動数Fd とFの比を次の式、
d /F=FG ・FG d /√〔F2 ・FG 2 -(FG d 2 ・(F2 -FG 2)〕
で求めてラーメン高架橋の損傷度を判定する。
従来技術、競合技術の概要


かかる構造物地震損傷度判定方法に関する参考文献としては、以下に開示されるものがあった。



〔1〕上半文昭、目黒公郎:非線形構造解析によるRC構造物の即時地震損傷度判定法に関する一考察、応用力学論文集、Vol.3,pp.621-628,2000.8
〔2〕上半文昭、目黒公郎:鋼板補強された実大高架橋の損傷度判定に関する基礎的検討、土木学会第56回年次学術講演会概要集(CD-ROM),I-B097,2001.10
〔3〕Meguro K.and Tagel-Din H.:A New Efficient Technique for Fracture Analysis of Structures,Bulletin of Earthquake Resistant Structure Research Center,IIS,Univ.of Tokyo,No.30,pp.103-116,1997.3
〔4〕鉄道総合技術研究所:兵庫県南部地震鉄道被害調査報告書、鉄道総研報告、特別第4号、1996.4
〔5〕鈴木武夫:振動による橋脚の健全性の判定法、土木学会第6回年次学術講演会概要、p.18,1950
〔6〕西村昭彦:ラーメン高架橋の健全度評価法の研究、鉄道総研報告、Vol.4,No.9,1990.9
〔7〕中村豊:総合地震防災システムの研究、土木学会論文集、No.531/I-34,pp.1-33,1996.1
〔8〕鉄道総合技術研究所:鉄道構造物等設計標準・同解説、耐震設計、丸善、1999
本願発明者らは、振動測定で構造物の地震時損傷度を精度良く検査できる方法を開発することを目的として、鉄道RCラーメン高架橋の損傷挙動の非線形構造解析に取り組んできた(参考文献〔1〕,〔2〕)。また、新しい非線形構造解析手法である応用要素法(Applied Element Method,AEM)(参考文献〔3〕)で、構造物の損傷による固有振動数変化を崩壊レベルに至るまで解析できることを確かめ、構造物の損傷を固有振動数の低下から検出する検査法の判定基準作成に役立てられることを示した。ここでは、次の段階として、より詳細で簡易な検査法の開発に取り組んでいる。



兵庫県南部地震以降、せん断破壊先行型(参考文献〔4〕)の高架橋柱は鋼板巻き立てにより補強された。そのため既存の高架橋柱の大半が曲げ破壊先行型(参考文献〔4〕)となっており、地震時の損傷は柱端部に集中するものと予想される。この柱端部の損傷度を柱の上下端別々に且つ精度良く検査できるようになれば、最小限の応急復旧工事(部分的な補強・補修)の計画設定や、復旧工事後の施工不良箇所の検出等が可能になる。そこで、非線形構造解析で作成した判定基準と振動測定を利用したラーメン高架橋の柱上下端の損傷度判定方法を開発する。



主な対象となる新幹線ラーメン高架橋は、図1に示すように、標準化されており、上部構造の種類が少ないので、上部構造のみの損傷度判定基準は高架橋のタイプ毎に作成可能である。図1(a)は新幹線ラーメン高架橋の縦断図、図1(b)はその横断図である。



図1において、101は地盤、102はラーメン高架橋柱、103は桁部である。

産業上の利用分野


本発明は、振動、特に微動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
(a)ラーメン高架橋の各損傷度に対応する柱端の塑性ヒンジ部の特性を調べ、
(b)ラーメン高架橋モデルの柱端に先に求めた種々のヒンジ特性を与えて振動特性の変化を調べ、
(c)その結果を、構造物の損傷度と関連する損傷前後の1次固有振動数の比(Fd /F)と、柱上下端の損傷度の比と関連する柱上端と中間のモード振幅の比(ATop /AMid )に基づいてデータベース化し、
(d)損傷前のラーメン高架橋の1次固有振動数F及び振動測定で得た損傷後の1次固有振動数Fd とモード振幅を用いて、前記データベースに基づいてラーメン高架橋の損傷度を判定することを特徴とする振動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法。

【請求項2】
請求項1記載の振動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法において、地盤及び基礎の影響を考慮するために、柱の上部、中間部、下部の3点で振動を測定することを特徴とする振動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法。

【請求項3】
請求項2記載の振動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法において、前記地盤及び基礎の影響を含んだ柱の上部、中間部、下部のそれぞれのモード振幅AG Top ,AG Mid 及びAG Bot から、前記データベースによる損傷度判定で用いるATop /AMid を次の式(A)で近似し、
Top /AMid =(AG Top -AG Bot )/(AG Mid -AG Bot )…(A)
また、上部構造物のみの1次固有振動数F、地盤・基礎の影響を含んだ全体系の1次固有振動数FG 、損傷後の全体系の1次固有振動数FG d を用いて損傷後の上部構造物のみの1次固有振動数Fd とFの比を次の式(B)、
d /F=FG ・FG d /√〔F2 ・FG 2 -(FG d 2 ・(F2 -FG 2 )〕 …(B)
で求めて用いることを特徴とする振動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法。

【請求項4】
請求項3記載の振動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法において、更に、前記基礎が損傷する場合の損傷度を評価するために、健全時の地盤-基礎バネの剛性をKG 、基礎損傷後の地盤-基礎バネの剛性をKG d とすると、基礎損傷後のラーメン高架橋全体系の1次固有振動数FG d は、
G d =(1/2π)√〔K・KG d /{(K+KG d )・M}〕 …(C)
次いで、下記の式(D)、式(E)及び上記式(C)から
F=(1/2π)√(K/M) …(D)
G =(1/2π)√〔K・KG /{(K+KG )・M}〕 …(E)
であり、これより地盤-基礎バネの剛性変化率を下記の式(F)
G d /KG =(FG d 2 ・(F2 -FG 2 )/〔FG 2 ・{F2 -(FG d 2 }〕 …(F)
より求めて用いることを特徴とする振動測定を利用した構造物地震損傷度判定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 登録
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