JP3876247B2 - 微動観測による構造物の診断方法及び診断システム - Google Patents
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前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする。
前記診断方法においては、複数の受信器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとにより診断を行うものであって、前記受振器が前記構造物の基準面と境界面に配置されており、前記境界面が複数面設定されていることが好ましい。
前記複数の境界面の少なくとも1面に複数個の受振器が配置されていることが好ましい。前記受振器と測定器が一つのケースに収められており、測定器の振動が受振器に感知されないようになっていてもよい。
前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも1つであってよい。前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つの時刻歴であってよい。
構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、
前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を測定して通信手段を介して前記測定器に送り、
前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記コンピュータに送り、
前記コンピュータは、前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする。
前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも1つであってよい。
前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つの時刻歴であってよい。
前記通信手段は、有線または無線のものであってよい。前記通信手段は、ケーブルであってよい。前記通信手段は、電波、あるいはフレキシブルディスク、メモリーカード等の媒体であってよい。
本発明の診断システムは、診断結果を表示する表示装置を更に備えていることが好ましい。
前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とするものである。
前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも1つであってよい。前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つの時刻歴であってよい。
本発明の他のアスペクトは、前記プログラムを記録した記録媒体である。
本発明の更に他のアスペクトによる構造物の診断装置は、構造物の微動時刻歴を、複数の観測点および基準点で観測した結果を用いる構造物の診断装置において、
構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、
前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を同時に測定して、そのデータを前記通信手段を介して前記測定器に送り、
前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記コンピュータに送り、
前記コンピュータは、前記基準点と複数の観測点において観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とするものである。
前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも1つであってよい。
前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つの時刻歴であってよい。
前記通信手段は、有線または無線のものであってよい。前記通信手段は、ケーブルであってよい。前記通信手段は、電波、あるいはフレキシブルディスク、メモリーカード等の媒体であってよい。
本発明の診断システムは、診断結果を表示する表示装置を更に備えていることが好ましい。
高層建物、搭、煙突などや、河川や海岸に位置する橋梁などでは、常時微動のほとんどのエネルギが風、水流や波浪などで供給されている。従って、これらの構造物では常時微動によって地震の影響を推定することは困難である。しかし、木造家屋、中層の鉄筋コンクリート造ビルなど通常の構造物に置いては、特に風雨が強い等の特殊な環境条件である場合を除いて、常時微動のエネルギの大部分が地盤と構造物の境界から入力していると考えてよいので、微動観測によって得た情報から、地震動が作用した場合の構造物の変位を計算によって求めることが出来る。また、高層建築物等でも、地盤と構造物の境界から振動エネルギが主に入力していると考えられる観測時間帯を選ぶことによって、地震動が作用した場合の変位を推定することができる。
観測時刻歴は、観測点に設置した受振器で、構造物の常時微動を、変位、速度、加速度等の時刻歴のアナログ振動として受振し、これをAD変換してデジタル時刻歴として記録することにより得られる時刻歴である。
観測時間帯とは、一連の観測時刻歴の観測された時間帯域(開始時刻、終了時刻、継続時間)を言う。
観測周波数帯域とは、受振器の特性、信号のサンプル採取周波数等から決まる周波数帯域であり、観測時刻歴が、実際の変位もしくは速度等であると考えられる周波数帯域である。
分析時間帯とは、観測時間帯の部分集合であり、観測時刻歴を計算する時間帯域である。
分析周波数帯域とは、観測周波数帯域の部分集合であり、観測時刻歴を計算する周波数帯域である。
注目時刻歴とは、観測時刻歴、観測点の座標、構造物の寸法等から計算した注目物理量の時刻歴である。
基準平面とは、上記の基準点と同じ役割を持つ平面である。
さらに、本発明の方法では、構造物の設計に於いて通常設けられている次のような仮定を用いて、簡単に構造物の地震動に対する応答を計算する。即ち、(1)構造物の応答の各成分は互いに独立である。(2)大地震等の大きな外力に対して構造物は非線形性を呈するが、このときの最大応答を構造物が線形に振舞うと仮定して計算した応答から、エネルギ一定則と呼ばれている仮定を用いて計算することが出来る。(3)常時微動によって生ずる構造物の変位は微小である。さらに、本方法では、(4)構造物の地盤に近い層境界面で観測される常時微動のスペクトルは、大地震で地盤や構造物が線形に振舞うとした場合に観測されるであろうスペクトルと相似形であると仮定する。
d12y(t)=y1(t)−y2(t) ……(2)
となる。同様にして、各層境界面3間の層間変位73の時刻歴を算出する。
hdijx=σdijx/σbx ……(11)
で算出される。y成分に関しても同様である。
hθix=σθix/σbxy ……(12)
で算出される。y軸周り、z軸周りについても同様である。
Sx(ω)=|X(ω)|2/(2πS0)……(17)
ただし、X(ω)は、x(t)のフーリエ変換である。即ち、
H(ω)=Y(ω)/X(ω) ……(19)
ただし、出力のフーリエ変換も出力の時刻歴y(t)から、式(18)の要領で計算される。
Sxg(ω)=c2Sxb(ω) ……(20)
の関係が成立する。
σdg2=c2σdb2 ……(21)
従って、地震動31による基準面25の層変位の二乗平均値σgと層間変位の二乗平均値σdgの間には、次の関係がある。
σdg=cσdb=chσb=hcσb=hσg ……(22)
dijxmax=fhdijxbxmax ……(23)
で算出される。y成分に関しても同様である。
θixmax=fhθixbxmax ……(24)
で算出される(ただし、bmax=(bxmax2+bymax2)1/2)。y軸周り、z軸周りに関しても同様に算出する。
f=1/2(η+1/η)、(ただし、η=hdijxbxmax/dyで、η>1のときのみ用いる) ……(25)
y成分に関しても同様である。
(1)計測から計算と評価まで短時間に実施することが出来る。計測は、機械の設置、計測でおよそ2時間程度、計算は数分で終了する。日本建築防災協会の方法を用いる場合には、構造図面データの入力、コンクリートコア抜き試験の実施と評価等で通常は2週間程度、多量に人員を投入し、コンクリート試験を短期間で実施しても少なくとも2から3日は掛かる。
(7)構造物21の非線形性を考慮して計算しているため、正確な評価ができる。これは、本発明の方法が設計計算に用いられている理論的体系に準拠していることによる効果である。
hxy=σy/σx ……(26)
σyg=hxyσxg ……(27)
dijy(t)=yi(t)−yj(t) ……(31)
ψijz(t)=(θiz(t)−θjz(t))/lij……(32)
ψijx(t)=(θix(t)−θjx(t))/lij……(33)
ψijy(t)=(θiy(t)−θjy(t))/lij……(34)
3………層境界面
5………受振器
7………測定器
9………コンピュータ
21………構造物
23………地表面
25………基準面
29………微動
31………地震動
57………最大変位
73………層間変位
75………エネルギ伝達率(RMS比)
81………地震時推定変位(最大値)
83………回転角
85………エネルギ伝達率(RMS比)
87………地震時推定変位(最大値)
91………構造物
93………基盤
95………構造物の性質変化部分
97………A点
99………B点
101………C点
103………構造物表面
Claims (35)
- 構造物の微動時刻歴を、複数の観測点および基準点で観測した結果を用いる構造物の診断法において、
前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする診断方法。 - 前記エネルギ伝達率を前記構造物の設計図面、あるいは解析結果から予め計算された値と比較することによって診断することを特徴とする請求項1に記載の構造物の診断方法。
- 複数の受信器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとにより診断を行うものであって、前記受振器が前記構造物の基準面と境界面に配置されており、前記境界面が複数面設定されている請求項1または2の構造物の診断方法。
- 前記複数の境界面の少なくとも1面に複数個の受振器が配置されている請求項3の構造物の診断方法。
- 前記受振器と測定器が一つのケースに収められており、測定器の振動が受振器に感知されないようになっている請求項3または4の構造物の診断方法。
- 前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの構造物の診断方法。
- 前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つの時刻歴である請求項1〜6のいずれかの構造物の診断方法。
- 構造物の微動時刻歴を、複数の観測点および基準点で観測した結果を用いる構造物の診断システムにおいて、
構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、
前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を測定して通信手段を介して前記測定器に送り、
前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記コンピュータに送り、
前記コンピュータは、前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする構造物の診断システム。 - 前記エネルギ伝達率を前記構造物の設計図面、あるいは解析結果から予め計算された値と比較することによって診断することを特徴とする請求項8に記載の構造物の診断システム。
- 前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項8または9のいずれかの構造物の診断システム。
- 前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つの時刻歴である請求項8〜10のいずれかの構造物の診断システム。
- 前記通信手段が、有線または無線のものである請求項8〜11のいずれかの構造物の診断システム。
- 前記通信手段が、ケーブルである請求項8〜11のいずれかの構造物の診断システム。
- 前記通信手段が、電波、あるいはフレキシブルディスク、メモリーカード等の媒体である請求項8〜11のいずれかの構造物の診断システム。
- 診断結果を表示する表示装置を更に備えている請求項8〜14のいずれかの構造物の診断システム。
- 前記受振器が、前記構造物の基準面と層境界面に配置されており、前記境界面が複数面設定されている請求項8〜15のいずれかの構造物の診断システム。
- 前記複数の境界面の少なくとも1面に複数個の受振器が配置されている請求項16の構造物の診断システム。
- 前記受振器と測定器が一つのケースに収められており、測定器の振動が受振器に感知されないようになっている請求項8〜17の構造物の診断システム。
- 構造物の微動時刻歴を、複数の観測点および基準点で観測した結果を用いて構造物の診断を行うコンピュータにおいて、
前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とするコンピュータ。 - 前記エネルギ伝達率を前記構造物の設計図面、あるいは解析結果から予め計算された値と比較することによって診断することを特徴とする請求項19に記載のコンピュータ。
- 前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項19または20のコンピュータ。
- 前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つの時刻歴である請求項19〜21のいずれかのコンピュータ。
- コンピュータを請求項19〜22のいずれかに記載したコンピュータとして、機能させることを特徴とするプログラム。
- 請求項23記載のプログラムを記録した記録媒体。
- 構造物の微動時刻歴を、複数の観測点および基準点で観測した結果を用いる構造物の診断装置において、
構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、
前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を同時に測定して、そのデータを前記通信手段を介して前記測定器に送り、
前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記コンピュータに送り、
前記コンピュータは、前記基準点と複数の観測点において観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする構造物の診断装置。 - 前記エネルギ伝達率を前記構造物の設計図面、あるいは解析結果から予め計算された値と比較することによって診断することを特徴とする請求項25に記載の構造物の診断装置。
- 前記通信手段が、有線または無線のものである請求項25または26の構造物の診断装置。
- 前記通信手段が、ケーブルである請求項25または26のいずれかの構造物の診断装置。
- 前記通信手段が、電波、あるいはフレキシブルディスク、メモリーカード等の媒体である請求項25または26のいずれかの構造物の診断装置。
- 診断結果を表示する表示装置を更に備えている請求項25〜29のいずれかの構造物の診断装置。
- 前記受振器が、前記構造物の基準面と層境界面に設置されており、前記境界面が複数面設定されている請求項25〜30のいずれかの構造物の診断装置。
- 前記複数の境界面の少なくとも1面に複数個の受振器が配置されている請求項31の構造物の診断装置。
- 前記受振器と測定器が一つのケースに収められており、測定器の振動が受振器に感知されないようになっている請求項25〜32のいずれかの構造物の診断装置。
- 前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項25〜33のいずれかの構造物の診断装置。
- 前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つの時刻歴である請求項25〜34のいずれかの構造物の診断装置。
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