論文

地震時の大変位を考慮しテンセグリティ構造における最大変位応答を最小化する方法を、断面積を設計変数として提案した。テンセグリティ構造の研究は自己釣合形状解析の研究は多数あるものの、大変位を考慮した最適化および動的解析は、提案されていない。しかし、非線形性の高いテンセグリティ構造の実用化を目指すにあたり、これらの要素は考慮すべきである。そこで本研究では、周囲の建物への衝突被害を少なくするため、変位応答を最小化する問題を設定した。また、テンセグリティ構造の最小ユニットの部材断面積最適化において、最適解のモード形状を分析した。

1995年兵庫県南部地震のJR鷹取波の60%加振と100%加振を連続して受ける4層鋼構造建物の詳細有限要素解析を数値振動台を用いて行った。4層鋼構造建物の震動台実験は防災科学技術研究所において2007年に実施された。60%加振時における全体的なせん断変形の挙動や100%加振時における1階柱の局所的な座屈による層崩壊の挙動を解析で再現した。層間変位応答は100%単独加振よりも60%・100%連続加振のほうがやや小さい結果となった。

The concept of resilience is widely used in the disaster management field. In the earthquake-engineering field, many studies have investigated the structural performance of buildings and seismic resilience in terms of performance-based earthquake engineering. However, there are a limited number of studies on the social aspects of resilience. This study focuses on social activities by private companies. A company’s social activity is termed as its Corporate Social Responsibility (CSR). Further, this study also focuses on the relationships between the resilience of a community and the companies’ CSR activities in a local area. We conducted two questionnaire surveys for citizens and companies in Iwaki City, which suffered from the 2011 Tohoku earthquake. We hypothesized that social activities by companies would improve the resilience of the local community. In the questionnaire surveys, we set two types of respondents as follows: CSR staff of companies and citizens in the local areas. Using the questionnaire responses of the CSR staff, we analyzed characteristics of CSR activities using principal component analysis. Subsequently, using the local citizens’ responses, we compared the differences in their life recovery in terms of economic circumstances and social aspects.

This study focuses on verifying the effectiveness of the nonlinear power-law damping system on reduction of the vibration of base-isolated buildings with semi-actively implemented dampers over the ranges of resonance frequencies without causing detrimental effects over other frequency ranges. To verify the effectiveness of the proposed power-law damping system, shaking-table tests on a small-scale two-story physical building model are conducted. Random ground motions are used as the input excitations. The physical building model is equipped with a semi-active oil damper whose damping coefficient can be varied over four different values. This provides an effective mechanism for semi-actively implementing the power-law damping system. The shaking-table tests have demonstrated the effectiveness and robustness of the power-law damping and indicated that this can be a more practical solution to improving the performance of building base-isolation systems.

Control methods for a semi-active damper using Electro-Adhesive Gel (EAG) are analysed. Modelling of an EAG damper is conducted based on approximation of the force-voltage relation obtained from experimental data. The performance of an EAG damper is evaluated by shaking-table tests of a two-story small-scale specimen. The specimen is designed to adjust the ratio between first and second natural periods to that of a target real-scale base-isolated building, and system parameters are identified based on vibration response under white noise excitation. An EAG damper is implemented to the base-isolation layer of the small-scale specimen. Acceleration sensors are attached to each layer to acquire response data. As an observer in a control system, a Kalman filter is employed, and for a controller, LQG strategy and disturbance accommodating control are advocated to apply the suitable input voltage to the EAG damper. The cost function of the LQG is formulated to suppress the acceleration response of the specimen. Experiments using other control methods, simulated nonlinear spring and simulated dashpot, are also conducted for comparison. With respect to the input excitation, scaled earthquake ground motion records are used. Based on the results of the shaking-table tests, we report the validity of the EAG damper and discuss about effective control methods.

To reduce the amount of earthquake damage, the effectiveness of cooperative control between two controllers (one for the building and another for the equipment) was verified using a shaking table test. We employed a Kalman filter and the linear quadratic Gaussian strategy to minimise the amount of damage under strong ground motions, and the two controllers share the quantities of the state variables of the building and equipment. A three-storey specimen, which comprise a building (the main system) with an active mass damper and a base-isolated floor (a subsystem) with a semi-active oil damper, represents a 15-storey building of a data centre on a real scale. As a result of the shaking table test, we confirmed that implementing cooperative control reduced the relative displacement between the main system and subsystem without increasing absolute acceleration.

スライディングモード制御はパラメータ変動やモデルの不確かさに対して優れたロバスト性を持つ。しかし、複数の制御パラメータを要し、それらの設計法は確立されていない。本論文では、これらの制御パラメータを建物の供用期間における被害発生確率を最小化するよう決定する設計手順を提案する。セミアクティブ免震建物を対象に検討を行い、提案手法に基づきパラメータを決定した場合の被害確率と、従来の手順による一定の強さの設計用地震動に対する応答を最小化するようパラメータを決めた場合の被害確率を比較し、その差を明らかにする。

地震時における積層ゴム免震支承の大域的な変位と局所的な応力の応答を同時に分析するため、有限要素解析を行った。建物モデルの基礎部分に天然ゴム支承を取り付け、骨組部材と免震支承を六面体要素で離散化した。モデルの自由度は300万以上である。ゴムの材料特性はオグデンモデルで表し、建物は弾性応答を仮定した。天然ゴムの非圧縮性と硬化特性を精度よくシミュレートすることができ、地震時の免震支承の変形と応力分布を有限要素解析により評価することができた。

一自由度系の応答の最大値と標準偏差の比で定義されるピークファクタの理論的な解析を行った。固有円振動数、減衰係数、地震動の継続時間を用いたピークファクタの公式を構築し、多自由度系の各モードのピークファクタを推定した。これらのモードに依存したピークファクタを用い、非古典的減衰モデルの最大応答加速度の推定を行えるよう、既往の複素完全二次結合法を改良した。白色雑音地動を受ける中間層免震建物の応答を解析し、改良公式が多くのケースでよい推定値を与えることを確認した。

センサ故障が生じても連続的に振動制御性能を保証するため，カルマンフィルタとセンサの信頼度パラメタを用いた補償法を提案した。提案手法の有効性を検証するため，アクティブマスダンパを有する15階建て建物の縮小モデルである３層試験体を用い，震動台実験を行った。センサ故障を模擬した試験の結果，提案手法を用いない場合と比べて，層間変形角と絶対加速度応答を低減できることを確認した。

東日本大地震の本震を含む複数の地震観測記録を用いてセミアクティブ免震建物の構造振動特性の分析を行った。固有振動数・減衰係数の長期的・短期的変化を分析し，本震の後に上部構造の固有振動数がわずかに減少していることを確認した。また，本震発生中には1次・2次の固有振動数で異なる変化をすることを確認した。さらに，セミアクティブ制御の有無による変化を分析したが，滑り摩擦の影響が大きかったため，明確な差異は確認されなかった。

耐震補強施策の改善のため，住宅所有者の地震リスクマネジメントにおける誘因と阻害要因について，故障樹木解析（FTA）と住宅所有者へのアンケート調査により分析を行った。FTAでは，防災意識の欠如と悪徳業者の恐れの2つが共通阻害因子であることを示した。アンケート調査では，隣人の影響が統計的に有意であることを明らかにし，高額な補強費用，業者への不信，技術情報の提供不足の3つが大きな阻害要因であることを示した。これをふまえ，補強工事の計画やチェックの支援，補強工事後の建物管理の支援に力を入れ，業者・技術者への信頼を醸成し近隣との情報交換を促すリスクコミュニケーションに注意すべきことを提言した。

加速度応答スペクトルを用い入力地震動の周期特性を考慮し，耐震診断データを用い地域的な耐震性の違いを考慮した木造建物群の被害関数について，等価線形モデルを用い定式化した。診断結果を水平抵抗力と耐力低下の2つの指標に分離し同時確率密度関数を構築し被害関数に用いた。損傷による固有周期の伸びを等価線形モデルで考慮し，加速度応答スペクトルで地震力を与えた。1995年兵庫県南部地震を事例とし被害推定精度の検証を行った結果，自治体の被害調査データに対し比較的良好な対応関係が確認された。

防災科学技術研究所のE-ディフェンス・プロジェクトの一部であるE-シミュレーター（数値震動）台プロジェクトについて報告した。E-シミュレーターは有限要素法で非線形地震応答解析を行うソフトウェアで，超大規模の数値解析により建物応答を高い時空間分解能で明らかにする。E-ディフェンスの3次元実大試験体を用いた実験と比較可能な構造物の崩壊過程のシミュレーションを行うことができる。現時点の成果として，31層鉄骨造建物と鉄筋コンクリート造橋脚構造の崩壊解析結果について紹介した。

1次元地盤モデルの地震動推定精度について分析を行った。横浜市日吉地区を対象に，ボーリングデータに基づく4層1次元モデルと，航空機レーザプロファイラによる標高データと地盤断面図に基づく2層1次元モデルを作成した。横浜市の地震観測記録を用い工学的基盤における入射波を求めモデルに入力し，地表面の加速度応答スペクトルを比較した。その結果，2層モデルの推定精度向上には，工学的基盤面の深さの精度向上が必要で，対象地域においては斜め入射波の影響も考慮する必要があることが示唆された。

インパクトハンマーの打撃による鉄筋コンクリート構造の損傷検知手法を確立するため， 加速度応答のフーリエスペクトルに基づく損傷検知指標の検討を行った。せん断補強筋を十分に有するものと有さないものの2種類の試験体を用いて実験を行った。単純支持した試験体中央を鉛直下向きに加力し，9段階の損傷レベルを与えた。各損傷レベルで打撃を与え，加速度応答を計測した。その結果，位相差分スペクトルを用いた指標は，打撃入力の情報を用いないにもかかわらず，曲げ剛性が低下する損傷レベルの検知に比較的適していることがわかった。なお，2試験体とも曲げ破壊が先行し，大きな差異は見られなかった。

近年，建物の中間層に免震装置を導入する事例が増えてきているが，その設計手法はいまだ確立されていない。本研究では，免震装置をセミアクティブ制御した場合について，応答の比較検討を行った。制御側は双線形最適制御に基づく速度フィードバックを用いた。30自由度系の時刻歴応答解析により，様々な免震層高さで応答解析を行った。その結果，セミアクティブ制御の導入により最上部の絶対加速度応答と免震層の変形を低減可能なことが明らかとなった。なお，免震層以下の下部構造については，設計の際に応答にとくに注意が必要となる。

木造建物群の被害推定を行う建物被害関数について，加速度応答スペクトルを用い入力地震動の周期特性を考慮し，耐震診断データを用い地域的な耐震性の違いを考慮した関数が提案されているが，損傷が小さい応答範囲を想定している問題があった。本研究は，損傷による固有周期の伸びを等価線形モデルで考慮し，全半壊率や全壊率といったより大きな損壊レベルの評価にも対応した木造建物の被害関数を構築した。1995年兵庫県南部地震を事例として被害推定精度の検証を行った結果，自治体の被害調査データに対し比較的良好な対応関係が確認された。

住宅購入時の意思決定を支援する耐震等級の説明に関し，被害発生確率を用いた説明方法が有効であることをアンケート調査により検証した。調査対象は横浜市・川崎市・東京都23区在住の持ち家志向を持つ30代・40代の市民とし，759人の有効回答を得た。調査項目は地震発生リスク認知と耐震性能の選好性に関する項目等とした。集計結果から，回答者が地震発生リスクを過大に認知していること，求める耐震性能にばらつきがあることなどが明らかになった。また，耐震性能の説明として震度の大きさに対する被害発生確率の提示が有効であること，耐震等級ごとの地震被害リスクとコストの情報を提供しリスクを過大視するバイアスを除去したのちも高い耐震性能を要望する傾向などが確認された。

30階建物を想定した建物・エレベーター連成系モデルを用い，固有値解析ならびに時刻歴応答解析により，建物の振動特性とエレベーターのメインロープの地震応答の関係を分析した。その結果，巻上機の設置場所について，建物の最上階のみよりも，中間階に乗り換え階を設けた方が建物とロープの相対変位が低下し，とくに長周期地震動を入力した場合はかご位置が低層の1～15階にあるときに大きな応答を示すため，乗り換え階を設けることで被害軽減が可能となることが明らかとなった。