(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物を構成する部材毎に予め算出された、前記部材の損傷評価因子と、前記建物の複数層の層間変形角から求められた評価層間変形角と、の対応関係を表す損傷推定指標を取得する取得手段と、
前記建物を変形させるイベントが発生した際の前記建物の複数層の層間変形角から求められた評価層間変形角の時刻歴と、前記取得手段により取得された前記損傷推定指標と、に基づいて、前記イベントが発生した際の前記損傷評価因子の振幅を前記部材毎に推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された前記損傷評価因子の振幅と、前記損傷評価因子の振幅と前記部材の破断寿命との対応関係を表す疲労曲線と、に基づいて、損傷度を前記部材毎に算出する算出手段と、
を備えた損傷評価装置。
【請求項２】
前記評価層間変形角は、前記複数層の各層毎に設定された重みを用いて前記複数層の層間変形角を重み付け平均することにより求められたものである、
請求項１記載の損傷評価装置。
【請求項３】
前記評価層間変形角は、前記部材が存在する層の層間変形角と、前記部材が存在する層と隣接する層の層間変形角と、を用いて求められたものである、
請求項１又は請求項２記載の損傷評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、損傷評価装置に係り、より詳しくは、建物を構成する部材の損傷度を評価する損傷評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における建物の損傷評価の手法としては、一般的に層間変形角を評価指標として取り扱うものが多く、実建物のモニタリングから算出した応答加速度から各層の層間変形を推定し、判定を行う手法が提案されている（例えば特許文献１参照)。
【０００３】
また、建物全体における１又は複数箇所で外乱に対する建物の変位情報をそれぞれ計測し、計測した変位情報を入力として、建物を構成する各部材の損傷状況を力学的に表現する構造解析モデルを用いて構造解析を実施し、建物を構成する各部材の損傷の程度を計算する方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。特許文献２では、各層の層間変形角を計測し、得られた層間変形角を入力としてフレームモデルの漸増変位載荷解析を実施し、部材が降伏値に達したか否かにより損傷部位を判定している。
【０００４】
また、非特許文献１では、実験から得られた疲労曲線を用いた超高層鉄骨造建築物の耐震安全性評価方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２５４２３９号公報
【特許文献２】特許第５５４７０２９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】長周期地震動対策に対する超高層鉄骨造建築物の耐震安全性に関する検討、建築研究資料No.160 2014.6、独立行政法人  建築研究所、URL:http://www.kenken.go.jp/japanese/contents/publications/data/160/index.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の手法では、層間変形角（１／１００、１／２００）及び層剛性低下率（初期の７０％、５０％）を損傷判断の項目としており、部材レベルでの損傷評価を行うことはできない。
【０００８】
また、特許文献２記載の手法では、詳細な検討を行う場合は各層の時刻歴層間変形を入力とした変位載荷解析を行う必要があり煩雑である。また、損傷の程度を評価する指標が降伏値のみで、繰返しの変形を受けた場合の累積（疲労）的な損傷を評価できない。
【０００９】
また、非特許文献１記載の手法では、部材の塑性率は、層を構成する部材のうち最大となるものを部材塑性率と定義しており、各構成部材に対する検討は行っていない。また、部材の塑性率を推定するために層塑性率を用いるが、層塑性率とは階を構成する部材のうち１つが弾性限に至るときの層間変形を起点としており、複数の層の層間変形角を部材の塑性率の推定に用いていない。さらに、層塑性率から部材の塑性率を推定する際は、或る層間変形角時（具体的には層間変形角１／７５時）における層塑性率と部材塑性率の比率を用いて、あらゆる層間変形角に対して適用して部材の塑性率を推定しており、塑性率を過大に評価してしまう場合があり得る。
【００１０】
このように、上記従来技術では、部材毎に塑性率等の損傷評価因子を精度良く推定することが困難であるため、部材毎に損傷度を精度良く評価するのが困難である。
【００１１】
本発明は上記事実を考慮して、部材毎に損傷度を精度良く評価することが可能な損傷評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、建物を構成する部材毎に予め算出された、前記部材の損傷評価因子と、前記建物の複数層の層間変形角から求められた評価層間変形角と、の対応関係を表す損傷推定指標を取得する取得手段と、前記建物を変形させるイベントが発生した際の前記建物の複数層の層間変形角から求められた評価層間変形角の時刻歴と、前記取得手段により取得された前記損傷推定指標と、に基づいて、前記イベントが発生した際の前記損傷評価因子の振幅を前記部材毎に推定する推定手段と、前記推定手段により推定された前記損傷評価因子の振幅と、前記損傷評価因子の振幅と前記部材の破断寿命との対応関係を表す疲労曲線と、に基づいて、損傷度を前記部材毎に算出する算出手段と、を備える。
【００１３】
この発明によれば、部材毎に損傷度を精度良く評価することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記評価層間変形角は、前記複数層の各層毎に設定された重みを用いて前記複数層の層間変形角を重み付け平均することにより求められたものである。
【００１５】
この発明によれば、評価層間変形角を精度良く求めることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記評価層間変形角は、前記部材が存在する層の層間変形角と、前記部材が存在する層と隣接する層の層間変形角と、を用いて求められたものである。
【００１７】
この発明によれば、少ない計算量で精度良く評価層間変形角を求めることができる。
【００１８】
本発明に係る損傷評価プログラムは、コンピュータに、建物を構成する部材毎に予め算出された、前記部材の損傷評価因子と、前記建物の複数層の層間変形角から求められた評価層間変形角と、の対応関係を表す損傷推定指標を取得する取得ステップと、前記建物を変形させるイベントが発生した際の前記建物の複数層の層間変形角から求められた評価層間変形角の時刻歴と、前記取得ステップにより取得された前記損傷推定指標と、に基づいて、前記イベントが発生した際の前記損傷評価因子の振幅を前記部材毎に推定する推定ステップと、前記推定ステップにより推定された前記損傷評価因子の振幅と、前記損傷評価因子の振幅と前記部材の破断寿命との対応関係を表す疲労曲線と、に基づいて、損傷度を前記部材毎に算出する算出ステップと、を含む処理を実行させるための損傷評価プログラムである。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、部材毎に損傷度を精度良く評価することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】損傷評価システムのブロック図である。
【図２】事前処理のフローチャートである。
【図３】骨組みモデルの一例を示す図である。
【図４】損傷推定指標について説明するための図である。
【図５】評価層間変形角について説明するための図である。
【図６】損傷評価処理のフローチャートである。
【図７】評価層間変形角の時刻歴について説明するための図である。
【図８】評価層間変形角の振幅値の抽出について説明するための図である。
【図９】評価層間変形角と塑性率との対応関係を示す図である。
【図１０】評価層間変形角の時刻歴の一例を示す図である。
【図１１】評価層間変形角と荷重との対応関係を示す図である。
【図１２】評価層間変形角と塑性率との対応関係を示す図である。
【図１３】評価層間変形角の時刻歴の一例を示す図である。
【図１４】塑性率の時刻歴を示す図である。
【図１５】評価層間変形角と荷重との対応関係を示す図である。
【図１６】評価層間変形角と塑性率との対応関係を示す図である。
【図１７】評価層間変形角の時刻歴の一例を示す図である。
【図１８】塑性率の時刻歴の一例を示す図である。
【図１９】評価層間変形角と荷重との対応関係を示す図である。
【図２０】評価層間変形角と塑性率との対応関係を示す図である。
【図２１】評価層間変形角の時刻歴の一例を示す図である。
【図２２】塑性率の時刻歴の一例を示す図である。
【図２３】評価層間変形角と荷重との対応関係を示す図である。
【図２４】評価層間変形角と塑性率との対応関係を示す図である。
【図２５】評価層間変形角の時刻歴の一例を示す図である。
【図２６】塑性率の時刻歴の一例を示す図である。
【図２７】評価層間変形角と荷重との対応関係を示す図である。
【図２８】評価層間変形角と塑性率との対応関係を示す図である。
【図２９】評価層間変形角の時刻歴の一例を示す図である。
【図３０】塑性率の時刻歴の一例を示す図である。
【図３１】評価層間変形角と荷重との対応関係を示す図である。
【図３２】評価層間変形角と塑性率との対応関係を示す図である。
【図３３】疲労曲線の一例を示す図である。
【図３４】建築モデルの一例を示す図である。
【図３５】建築モデルの一例を示す図である。
【図３６】建築モデルの一例を示す図である。
【図３７】建築モデルの一例を示す図である。
【図３８】建築モデルの一例を示す図である。
【図３９】建築モデルの一例を示す図である。
【図４０】単層の層間変形角と部材の塑性率との対応関係、及び、評価層間変形角と部材の塑性率との対応関係を示す図である。
【図４１】単層の層間変形角と部材の塑性率との対応関係、及び、評価層間変形角と部材の塑性率との対応関係を、地震応答解析の解析結果から得たもの及び推定結果から得たものを示す図である。
【図４２】地震応答解析の解析結果と推定結果との比較結果を示す図である。
【図４３】単層の層間変形角と部材の塑性率との対応関係、及び、評価層間変形角と部材の塑性率との対応関係を、地震応答解析の解析結果から得たもの及び推定結果から得たものを示す図である。
【図４４】地震応答解析の解析結果と推定結果との比較結果を示す図である。
【図４５】単層の層間変形角と部材の塑性率との対応関係、及び、評価層間変形角と部材の塑性率との対応関係を、地震応答解析の解析結果から得たもの及び推定結果から得たものを示す図である。
【図４６】地震応答解析の解析結果と推定結果との比較結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例について詳細に説明する。
【００２２】
図１には、本実施形態に係る損傷評価システム１０のブロック図を示した。図１に示すように、損傷評価システム１０は、損傷評価装置１２、記憶部１４、表示部１６、評価層間変形角算出部１８、及びセンサ部２０を含んで構成される。
【００２３】
損傷評価装置１２は、取得部２２、推定部２４、及び算出部２６を備える。
【００２４】
取得部２２は、建物を構成する部材毎に予め算出された、部材の損傷評価因子と、建物の複数層の層間変形角から求められた評価層間変形角と、の対応関係を表す損傷推定指標を取得する。
【００２５】
なお、建物を構成する部材としては、例えば柱、梁、及びブレース（鋼材等の履歴ダンパーを含む）等が含まれるが、これに限られるものではない。
【００２６】
また、損傷評価因子は、本実施形態では一例として、部材が柱及び梁の場合は塑性率であり、部材がブレースの場合は軸ひずみである。例えば上記非特許文献１には、柱及び梁に対して塑性率で評価した疲労曲線が示されている。このため、本実施形態では、部材が柱及び梁の場合は、損傷評価因子として塑性率を採用する。また、ブレースの場合は、下記参考文献１に示されるように、軸ひずみで評価した疲労曲線が一般的と考えられる。このため、本実施形態では、部材がブレースの場合は、損傷評価因子として軸ひずみを採用する。
【００２７】
従って、損傷推定指標は、部材が柱及び梁の場合は、塑性率と評価層間変形角との対応関係を表した情報であり、部材がブレースの場合は、軸ひずみと評価層間変形角との対応関係を表した情報である。
【００２８】
（参考文献１）中込忠男等、低降伏点鋼を用いた鋼管補剛平鋼ブレースの疲労特性に関する実験的研究、日本建築学会構造系論文集、第530号、P155-161、2000.4
【００２９】
損傷推定指標は、予め算出されて記憶部１４に記憶されている。詳細は後述するが、損傷推定指標は、建物の骨組みモデルについて静的弾塑性荷重増分解析（プッシュオーバー解析）を行った結果に基づいて算出される。取得部２２は、損傷推定指標を記憶部１４から読み出すことにより取得する。なお、外部装置からネットワークを介して損傷推定指標を取得するようにしてもよい。
【００３０】
推定部２４は、建物を変形させるイベントが発生した際の建物の複数層の層間変形角から求められた評価層間変形角の時刻歴と、取得部２２により取得された損傷推定指標と、に基づいて、イベントが発生した際の損傷評価因子の振幅を部材毎に推定する。
【００３１】
なお、建物を変形させるイベントとは、例えば地震、強風等の建物に揺れ等を発生させる事象をいうが、これらに限られるものではない。
【００３２】
また、評価層間変形角の時刻歴は、評価層間変形角算出部１８によって算出される。評価層間変形角算出部１８には、センサ部２０が接続されている。センサ部２０は、例えばｎ階（ｎは自然数）の建物の階数分の加速度センサ２８１〜２８ｎを備えている。加速度センサ２８１〜２８ｎによって検出された加速度は、評価層間変形角算出部１８に各々出力される。
【００３３】
評価層間変形角算出部１８は、各階に設けられた加速度センサ２８１〜２８ｎから出力された加速度に基づいて各階の変位を算出し、算出した変位に基づいて評価層間変形角を算出する処理を予め定めた時間間隔で実行することにより、評価層間変形角の時刻歴を求める。評価層間変形角の時刻歴は記憶部１４に記憶される。なお、評価層間変形角の算出方法については後述する。
【００３４】
算出部２６は、推定部２４により推定された損傷評価因子の振幅と、損傷評価因子の振幅と部材の破断寿命との対応関係を表す疲労曲線と、に基づいて、損傷度を部材毎に算出する。また、算出部２６は、算出された部材の損傷度が閾値以上であるか否かを判定し、損傷度が閾値を超える部材については表示部１６に表示させることによりユーザに警告する。
【００３５】
損傷評価装置１２は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、後述する損傷評価処理を実行するための損傷評価プログラムを記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、を備えたコンピュータを含んで実現される。なお、ＲＯＭに代えて不揮発性メモリを用いてもよい。また、損傷評価装置１２を構成するコンピュータは、ハードディスクドライブ等の記憶部を備えていてもよい。また、ハードディスクドライブにＣＰＵが実行するプログラムが記憶されていてもよい。ＣＰＵがＲＯＭやハードディスク等の記憶部に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、上記のハードウェア資源とプログラムとが協働し、コンピュータが損傷評価装置１２として機能する。
【００３６】
次に、損傷評価装置１２で実行される処理について説明する前に、損傷推定指標を取得するために実行する事前処理について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図２に示す事前処理は、パーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータを用いて実行される。
【００３７】
ステップＳ１００では、骨組みモデルを作成する。骨組みモデルは例えば公知の手法を用いて作成する。骨組みモデルは、解析対象の建物を構成する各部材の断面サイズ、長さ、材料特性（ヤング率等）、重量、各部材の接合条件、各部材の骨組み構造等の情報を含むが、これらに限られるものではない。
【００３８】
図３には、骨組みモデルの一例として、９階建ての建物の骨組みをモデル化した骨組みモデル３０を示した。図３に示すように、骨組みモデル３０は、複数の柱３２、複数の梁３４、及び複数のブレース３６によって建物の骨組みがモデル化されている。
【００３９】
ステップＳ１０２では、骨組みモデル３０の損傷度を推定する部材を選択する。具体的には、例えばユーザが、ディスプレイに表示された骨組みモデル３０を参照しながらマウス等を操作することにより損傷度を推定する部材を選択する。なお、柱及び梁については、損傷度を推定する位置を選択する。例えば図３の例では、柱及び梁について選択された位置を黒丸で示し、選択されたブレースについては太線で示した。
【００４０】
図３に示すように、例えば１階の柱３２−１については、上端３２−１Ａ及び下端３２−１Ｂの２つの位置が選択されている。同様に、８階の梁３４−８については、左端３４−８Ａ及び右端３４−８Ｂの２つの位置が選択されている。なお、柱又は梁を選択した場合、選択した柱又は梁の両端が自動で選択されるようにしてもよい。
【００４１】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１００で作成した骨組みモデル３０に対して、公知の手法である静的弾塑性荷重増分解析、すなわちプッシュオーバー解析を実行する。プッシュオーバー解析は、構造物に対して静的な震度や荷重を漸増載荷して、その載荷荷重（震度）と水平変位の関係等によって構造物全体の耐震特性を解析する手法である。
【００４２】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４のプッシュオーバー解析の解析結果に基づいて、ステップＳ１０２で選択した部材の損傷評価因子と、建物の複数層の層間変形角から求められた評価層間変形角と、の対応関係を表す損傷推定指標を求める。すなわち、ステップＳ１０２で選択された柱及び梁については、塑性率と評価層間変形角との対応関係を表す損傷推定指標を求め、ステップＳ１０２で選択されたブレースについては、軸ひずみと評価層間変形角との対応関係を表す損傷推定指標を求める。損傷推定指標は、ステップＳ１０２で選択された部材毎に求められる。なお、部材が柱又は梁の場合は、部材の位置毎に損傷推定指標が求められる。
【００４３】
例えば図４に示すように、柱の下端３２−１Ｂについては、塑性率μと評価層間変形角θｅｆとの対応関係を表す損傷推定指標３８を求める。また、梁３４−８の右端３４−８Ｂについては、塑性率μと評価層間変形角θｅｆとの対応関係を表す損傷推定指標４０を求める。また、５階のブレース３６−５については、軸ひずみεと評価層間変形角θｅｆとの対応関係を表す損傷推定指標４２を求める。
【００４４】
本実施形態では、最終的には公知の疲労曲線を用いて部材の損傷度を評価するが、柱及び梁については、塑性率で評価した疲労曲線が例えば上記非特許文献１に示されているため、柱及び梁の損傷評価因子として塑性率を採用する。これに対して、ブレースについては、上記参考文献１に示されるように、ひずみで評価した疲労曲線が一般的と考えられるため、ブレースの損傷評価因子として軸ひずみを採用する。このように、評価対象とする部材の種類（柱、梁、ブレース等）に応じて損傷評価因子を設定する。
【００４５】
評価層間変形角θｅｆは、部材の種類と設置位置によって以下のように定義する。
【００４６】
【数１】
0006509094.tif 000002
・・・（１）
【００４７】
ここで、αは各階の重み付け係数、ｘは層間変形（水平方向の変形量）、ｈは階高、ｉは階数を表す。すなわち、評価層間変形角θｅｆは、各階毎に設定された重みを用いて各階の層間変形角を重み付け平均することにより求められたものである。なお、αは、部材の位置及び種類の少なくとも１つに応じて設定してもよい。
【００４８】
一例として、図５に示すような３層（３階）の骨組みモデル４４における評価層間変形角θｅｆの算出の具体例について説明する。なお、図５の左側に建物が変形する前の状態を示し、右側に地震等により建物が変形した状態を示した。
【００４９】
まず、柱の評価層間変形角θｅｆの算出について説明する。例えば評価対象が１階の柱３２−１の下端ａ又は最上階（３階）の柱３２−３の上端ｅの場合は、部材が存在する層の層間変形角が評価層間変形角となる。
【００５０】
例えば１階の柱３２−１の下端ａの評価層間変形角ａθｅｆは、次式で算出される。
【００５１】
ａθｅｆ＝ｘ１／ｈ１      ・・・（２）
【００５２】
また、最上階の柱３２−３の上端ｅの評価層間変形角ｅθｅｆは、次式で算出される。
【００５３】
eθｅｆ＝（ｘ３−ｘ２）／ｈ３      ・・・（３）
【００５４】
次に、評価対象が１階の柱３２−１の下端ａ及び最上階（３階）の柱３２−３の上端ｅ以外の場合、すなわち、図５の例において、評価対象が１階の柱３２−１の上端ｂ、２階の柱３２−２１の下端ｃ、及び２階の柱３２−２２の上端ｄの場合は、部材が存在する層の層間変形角と部材端側に隣接する層の層間変形角との和が評価層間変形角となる。
【００５５】
例えば１階の柱３２−１の上端ｂの評価層間変形角ｂθｅｆ及び及び２階の柱３２−２１の下端ｃの評価層間変形角ｃθｅｆは、次式で算出される。
【００５６】
ｂθｅｆ＝ｃθｅｆ＝（ｘ２−ｘ１）／ｈ２＋ｘ１／ｈ１  ・・・（４）
【００５７】
また、２階の柱３２−２２の上端ｄの評価層間変形角ｄθｅｆは、次式で算出される。
【００５８】
ｄθｅｆ＝（ｘ３−ｘ２）／ｈ３＋（ｘ２−ｘ１）／ｈ２  ・・・（５）
【００５９】
次に、梁の評価層間変形角θｅｆの算出について説明する。例えば評価対象が最上階の梁３４−３の左端Ｃの場合は、部材が存在する層の層間変形角が評価層間変形角となる。
【００６０】
例えば最上階の梁３４−３の左端Ｃの評価層間変形角Ｃθｅｆは、次式で算出される。
【００６１】
Ｃθｅｆ＝（ｘ３−ｘ２）／ｈ３      ・・・（６）
【００６２】
次に、評価対象が最上階の梁３４−３の左端Ｃ以外の場合、すなわち、図５の例において、評価対象が１階の梁３４−１の右端Ａ及び２階の梁３４−２の左端Ｂの場合は、部材が存在する層の層間変形角と部材が存在する層の１つ上の層の層間変形角との和が評価層間変形角となる。
【００６３】
例えば１階の梁３４−１の右端Ａの評価層間変形角Ａθｅｆの評価層間変形角Ａθｅｆは、次式で算出される。
【００６４】
Ａθｅｆ＝（ｘ２−ｘ１）／ｈ２＋ｘ１／ｈ１  ・・・（７）
【００６５】
また、２階の梁３４−２の左端Ｂの評価層間変形角Ｂθｅｆは、次式で算出される。
【００６６】
Ｂθｅｆ＝（ｘ３−ｘ２）／ｈ３＋（ｘ２−ｘ１）／ｈ２  ・・・（８）
【００６７】
なお、図５に示す骨組みモデル４４は低層建物のモデルであるため、上記（２）〜（８）式は、上記（１）式の重み付け係数αを１．０とした場合の式としたが、高次モードの影響が大きい超高層建物の部材を評価する場合は、重み付け係数αの値を各階毎に設定してもよい。また、評価対象とする部材の周辺の架構形式に応じて、重み付け係数αの値を各階毎に設定してもよい。
【００６８】
ステップＳ１０６で部材毎又は部材の位置毎に求められた損傷推定指標は、損傷評価装置１２の記憶部１４に予め記憶される。
【００６９】
次に、損傷評価装置１２において実行される損傷評価処理の処理ルーチンについて図６を参照して説明する。
【００７０】
なお、図６に示す処理ルーチンは、評価層間変形角算出部１８から地震等のイベントが発生したことが通知されると実行される。
【００７１】
評価層間変形角算出部１８は、建物の各階に設けられた加速度センサ２８１〜２８ｎから出力された加速度信号に基づいて各階の変位を算出し、算出した各階の変位の少なくとも１つに基づいてイベントが発生したか否かを判定する。そして、イベントが発生したと判定した場合は、各階の変位に基づいて評価対象の各部材の評価層間変形角を算出し、算出した各部材の評価層間変形角を記憶部１４に記憶する処理を、イベントが終了するまで実行する。これにより、イベントが発生した際における評価対象の各部材の評価層間変形角の時刻歴が記憶部１４に記憶される。例えば図７に示すように、梁３４−８の右端３４−８Ｂについては評価層間変形角の時刻歴４６が記憶部１４に記憶され、５階のブレース３６−５については評価層間変形角の時刻歴４８が記憶部１４に記憶され、柱３２−１の下端３２−１Ｂについては評価層間変形角の時刻歴５０が記憶部１４に記憶される。
【００７２】
なお、各階の変位は、加速度を二重積分することにより算出できる。また、各階の評価層間変形角は、上記（１）式、具体的には、例えば上記（２）〜（８）式等により算出できる。
【００７３】
イベントが発生したか否かは、例えば予め定めた階の変位が、地震等のイベントが発生したと判定できる閾値以上になったか否かにより判定する。なお、イベントが発生したか否かの判定方法はこれに限らず、例えば各階の変位の平均値が、地震等のイベントが発生したと判定できる閾値以上になったか否かにより判定してもよい。また、地震等のイベントが終了したか否かは、例えば予め定めた階の変位が、地震等のイベントが終了したと判定できる閾値以下になったか否かにより判定する。なお、イベントが終了したか否かの判定方法はこれに限らず、例えば各階の変位の平均値が、地震等のイベントが終了したと判定できる閾値以下になったか否かにより判定してもよい。また、変位に代えて、応答加速度や応答速度等の他のパラメータを用いてイベントが発生したか否かを判定してもよい。
【００７４】
評価層間変形角算出部１８は、イベントが終了したと判定した場合は、イベントが発生したことを損傷評価装置１２に通知する。これにより、損傷評価装置１２は、図６に示す処理を実行する。
【００７５】
まず、ステップＳ２００では、取得部２２が、各部材の損傷推定指標を記憶部１４から読み出すことにより取得する。
【００７６】
ステップＳ２０２では、推定部２４が、イベントが発生した際の建物の各階の評価層間変形角の時刻歴を記憶部１４から読み出して取得し、取得した評価層間変形角の時刻歴と、ステップＳ２０２で取得部２２により取得された損傷推定指標と、に基づいて、イベントが発生した際の損傷評価因子の振幅を部材毎に推定する。
【００７７】
損傷評価因子の振幅を推定する方法としては、略算法及び詳細法の２種類がある。まず、略算法について説明する。
【００７８】
略算法では、ステップＳ２００で取得した評価層間変形角θｅｆの時刻歴に基づいて評価層間変形角θｅｆの振幅値を求め、求めた振幅値毎に、ステップＳ２００で取得した損傷推定指標から塑性率の振幅値を求める処理を、評価対象の部材毎に実行する。
【００７９】
評価層間変形角θｅｆの時刻歴に基づいて評価層間変形角θｅｆの振幅値を求める際には、公知のサイクルカウント法（例えば下記参考文献２参照）を用いる。本実施形態では、サイクルカウント法の一例として所謂レインフロー法（例えば下記参考文献３参照）を用いて、評価層間変形角θｅｆの振幅値を求める。図８には、レインフロー法を用いて抽出された評価層間変形角θｅｆの振幅値の一例を示した。
【００８０】
（参考文献２）CAE技術者のための情報サイト、URL:http://jikosoft.com/cae/engineering/strmatf12.html
【００８１】
（参考文献３）遠藤達雄等,「Rain Flow Method」の提案とその応用,九州工業大学研究報告（工学）,No28,Ｐ33-62,1974.3
【００８２】
そして、推定部２４は、レインフロー法を用いて求めた評価層間変形角θｅｆの振幅値毎に、ステップＳ２００で取得した損傷推定指標、例えば部材が柱又は梁の場合は、図９に示すような損傷推定指標５２を用いて塑性率の振幅値を求める処理を、評価対象の部材毎に実行する。なお、部材がブレースの場合は、損傷推定指標を用いて軸ひずみの振幅値を求める。
【００８３】
また、ステップＳ２０２では、評価対象の部材が柱又は梁の場合は、求めた塑性率のうち最大塑性率μｍａｘを評価対象の部材毎に求める。
【００８４】
次に、詳細法について説明する。
【００８５】
詳細法では、評価層間変形角θｅｆの時刻歴から、ステップＳ２００で取得した損傷推定指標を用いてイベントが発生してから終了するまでの損傷評価因子の時刻歴を推定する。すなわち、部材が柱又は梁の場合は塑性率の時刻歴を推定し、部材がブレースの場合は軸ひずみの時刻歴を推定する。
【００８６】
以下では、評価対象の部材が柱又は梁であり、イベントの発生により例えば図１０に示すような評価層間変形角θｅｆの時刻歴が得られた場合について説明する。本実施形態では、図１０に示すように、時刻歴をＰｈａｓｅ１〜５に区分けして説明する。また、本実施形態では、評価対象の部材の荷重と評価層間変形角との対応関係が、図１１に示すようなバイリニア型の履歴特性を表す関係であり、この履歴特性に対応する損傷推定指標が図１２に示すようなものである場合について説明する。
【００８７】
なお、図１０において、評価層間変形角θｅｆが、ＴＨ１≦θｅｆ≦ＴＨ２の範囲内の場合は、部材は弾性の状態であり、評価層間変形角θｅｆが、上記の範囲外の場合は、部材は塑性の状態にある。なお、本実施形態では、ＴＨ１は一例として−０．００４、ＴＨ２は０．００４である。
【００８８】
図１３に示すように、Ｐｈａｓｅ１を期間ｔ１〜ｔ３に分けた場合、塑性率μは、図１４に示すように変化する。図１４に示すように、塑性率μが、ＴＨ３≦μ≦ＴＨ４の範囲内の場合は、部材は弾性の状態であり、塑性率μが、上記の範囲外の場合は、部材は塑性の状態にある。なお、本実施形態では、ＴＨ３は一例として−１、ＴＨ４は１である。
【００８９】
そして、部材の荷重と評価層間変形角θｅｆとの対応関係は図１５に示すような関係となり、部材の評価層間変形角θｅｆと塑性率μとの対応関係は図１６に示すような関係となる。なお、図１５、１６において、太線で示した部分がＰｈａｓｅ１の区間である。
【００９０】
図１５、図１６に示すように、Ｐｈａｓｅ１では、弾性範囲内の挙動であるため、部材の荷重と評価層間変形角θｅｆとの関係、及び、部材の評価層間変形角θｅｆと塑性率μとの関係は、ともに線形の関係となる。
【００９１】
図１７に示すように、Ｐｈａｓｅ２を期間ｔ４〜ｔ６に分けた場合、塑性率μは図１８に示すように変化する。図１８に示すように、Ｐｈａｓｅ２では、期間ｔ６において塑性率μが閾値ＴＨ４を超え、部材が塑性の状態となる。
【００９２】
そして、部材の荷重と評価層間変形角θｅｆとの対応関係は図１９に示すような関係となり、部材の評価層間変形角θｅｆと塑性率μとの対応関係は図２０に示すような関係となる。なお、図１９、２０において、太線で示した部分がＰｈａｓｅ２の区間である。
【００９３】
図２０に示すように、Ｐｈａｓｅ２では、部材が塑性の状態となる期間ｔ６において傾きが変化していることが分かる。
【００９４】
図２１に示すように、Ｐｈａｓｅ３を期間ｔ７〜ｔ９に分けた場合、塑性率μは図２２に示すように変化する。図２２に示すように、Ｐｈａｓｅ３では、Ｐｈａｓｅ２で塑性の状態となった後に弾性の状態に移行し、再び塑性の状態となる。
【００９５】
そして、部材の荷重と評価層間変形角θｅｆとの対応関係は図２３に示すような関係となり、部材の評価層間変形角θｅｆと塑性率μとの対応関係は図２４に示すような関係となる。なお、図２３、２４において、太線で示した部分がＰｈａｓｅ３の区間である。
【００９６】
図２２に示すように、Ｐｈａｓｅ３では、Ｐｈａｓｅ２の塑性の状態から弾性の状態へ逆方向に挙動する場合、直後の塑性率μの値を−１としている（期間ｔ７）。部材レベルで見ると、塑性率μの値が−１から０の間は除荷の状態を示し、塑性率μの値が０から１の間は弾性載荷の状態となる。塑性率μの値が−１から１の間、塑性率μは弾性時と同じ勾配で推移する。また、Ｐｈａｓｅ３では、Ｐｈａｓｅ２から逆方向に挙動して少し順方向に挙動した後（期間ｔ７）、逆方向に挙動する（期間ｔ８）。この時、塑性率μの値が−１を下回ると、直前に経験した塑性領域を更新することとなるため、再び順方向に挙動した場合は、前回経験した最大の塑性率μから値を更新するようにしている（期間ｔ９）。
【００９７】
図２５に示すように、Ｐｈａｓｅ４を期間ｔ１０〜ｔ１３に分けた場合、塑性率μは図２６に示すように変化する。図２５に示すように、Ｐｈａｓｅ４では、Ｐｈａｓｅ３で経験した塑性領域とは逆方向の挙動により、塑性領域に到達するまでの挙動である。
【００９８】
そして、部材の荷重と評価層間変形角θｅｆとの対応関係は図２７に示すような関係となり、部材の評価層間変形角θｅｆと塑性率μとの対応関係は図２８に示すような関係となる。なお、図２７、２８において、太線で示した部分がＰｈａｓｅ４の区間である。
【００９９】
図２８に示すように、Ｐｈａｓｅ４では、塑性状態を経験後に逆方向に挙動し（期間ｔ１０）、再び塑性率μが１を超えると塑性化し、傾きが変化する（期間ｔ１１）。また、この時、一度塑性の状態を経験しているため、評価層間変形角θｅｆの見かけ上は塑性の状態となっていないが（期間ｔ１１）、振幅値で換算すると塑性の状態になっていることが分かる。なお、Ｐｈａｓｅ４の期間ｔ１２、ｔ１３は、Ｐｈａｓｅ３の期間ｔ８、ｔ９とそれぞれ同様の挙動である。
【０１００】
図２９に示すように、Ｐｈａｓｅ５を期間ｔ１４〜ｔ１６に分けた場合、塑性率μは図３０に示すように変化する。図２９に示すように、Ｐｈａｓｅ５では、塑性の経験後に評価層間変形角θｅｆが０に戻るまで挙動である。
【０１０１】
そして、部材の荷重と評価層間変形角θｅｆとの対応関係は図３１に示すような関係となり、部材の評価層間変形角θｅｆと塑性率μとの対応関係は図３２に示すような関係となる。なお、図３１、３２において、太線で示した部分がＰｈａｓｅ５の区間である。
【０１０２】
図３１、３２に示すように、Ｐｈａｓｅ５では、基本的にはＰｈａｓｅ１と同様に線形であるが、塑性の状態を経験しているため、図２９、図３０に示すように、最終的な評価層間変形角θｅｆの値が０であっても、塑性率μに残留が生じている（塑性率μが０ではない）ことが分かる。
【０１０３】
そして、略算法と同様に、例えばレインフロー法を用いて塑性率の振幅を求める。また評価対象の部材が柱又は梁の場合は、上記のようにして求めた塑性率の時刻歴から最大塑性率μｍａｘを求める。
【０１０４】
図６のステップＳ２０４では、算出部２６が、推定部２４により推定された損傷評価因子の振幅と、損傷評価因子の振幅と前記部材の破断寿命との対応関係を表す疲労曲線と、に基づいて、損傷度を部材毎に算出する。すなわち、評価対象の部材が柱又は梁であれば、部材の塑性率の振幅μｓと、塑性率の振幅μｓと部材の破断寿命との対応関係を表す疲労曲線と、に基づいて、損傷度を部材毎に算出する。また、評価対象の部材がブレースであれば、部材の軸ひずみの振幅と、軸ひずみの振幅と部材の破断寿命との対応関係を表す疲労曲線と、に基づいて、損傷度を部材毎に算出する。
【０１０５】
なお、部材の疲労曲線は、例えば上記非特許文献１に記載されているような疲労曲線を用いることができる。このような疲労曲線の一例を図３３に示した。図３３に示すように、疲労曲線６０は、塑性率の振幅μｓが高くなるに従って破断寿命（破断までの繰り返し回数）Ｎｆが短くなるような関係となっている。
【０１０６】
疲労曲線６０は、例えば塑性率の振幅μｓと破断寿命Ｎｆとの対応関係を求めるための実験を行った結果から導出され、次式で表される。
【０１０７】
【数２】
0006509094.tif 000003
・・・（９）
【０１０８】
ここで、Ｃは、部材の接合形式及び上記（９）式の意味（実験式又は設計式）に応じて予め定められた値である。また、βは、上記（９）式の勾配を表す定数であり、例えば、１／３に設定される。
【０１０９】
上記（１０）式を破断寿命Ｎｆの式で表すと次式のようになる。
【０１１０】
【数３】
0006509094.tif 000004
・・・（１０）
【０１１１】
なお、上記（１０）式に代えて、設計条件や接合部の詳細に応じて設定される補正係数ｋ１、ｋ２を上記（１０）式に加えた次式を用いて破断寿命Ｎｆを求めてもよい。
【０１１２】
【数４】
0006509094.tif 000005
・・・（１１）
【０１１３】
ここで、補正係数ｋ１は、部材が梁の場合、梁端部のフランジへのひずみの集中の程度を表す係数であり、例えば現場溶接でウェブ高力ボルト接合の場合はｋ１＝１．０、工場溶接でスカラップ付きの場合はｋ１＝１．２、その他の場合はｋ１＝１．０に設定されるが、ｋ１の値はこれらに限られるものではない。また、補正係数ｋ２は、構造計算における降伏変形の補正係数であり、次式で求められる。
【０１１４】
【数５】
0006509094.tif 000006
・・・（１２）
【０１１５】
ここで、部材が梁の場合は、Ｍｐは構造計算で用いた梁端の全塑性モーメント、Ｍｐ０は梁端のＨ形全断面に対する全塑性モーメントである。
【０１１６】
そして、損傷度Ｄは、上記（１０）式又は（１１）式により求められた破断寿命Ｎｆに基づいて、次式により算出される。
【０１１７】
【数６】
0006509094.tif 000007
・・・（１３）
【０１１８】
ここで、ｉ＝１、２、３・・・ｍであり、ｍはステップＳ２０２で求めた損傷評価因子の振幅の数である。すなわち、ステップＳ２０２で求めた損傷評価因子の各々について上記（１０）式又は（１１）式により破断寿命Ｎｆを求め、求めた破断寿命Ｎｆの逆数の総和が損傷度Ｄとなる。
【０１１９】
ステップＳ２０６では、算出部２６が、ステップＳ２０４で求めた各部材の損傷度Ｄのうち、部材が損傷している虞がある閾値を超える損傷度を有する部材が存在するか否かを判定し、肯定判定の場合はステップＳ２０８へ移行し、否定判定の場合はステップＳ２１０へ移行する。
【０１２０】
ステップＳ２０８では、算出部２６が、損傷度Ｄが閾値を超える部材に関する情報を表示部１６に表示させることにより、ユーザに警告する。例えば、損傷度Ｄが閾値以上の部材の位置を点滅させたり、損傷している虞がある部材が存在することを表す警告メッセージを表示したりすることによりユーザに警告する。これにより、ユーザは部材が損傷している虞があることを容易に認識することができ、現場の確認や部材の修理等に対して速やかに対応することが可能となる。
【０１２１】
ステップＳ２１０では、算出部２６が、ステップＳ２０２で求めた部材（柱及び梁）の最大塑性率μｍａｘのうち、予め定めた閾値を超える最大塑性率μｍａｘを有する部材が存在するか否かを判定し、肯定判定の場合はステップＳ２１２へ移行し、否定判定の場合は本ルーチンを終了する。
【０１２２】
閾値は、本実施形態では、例えば４．０に設定する。これは、下記参考文献４のＰ．５に、倒壊、崩壊限界に関して、「構造耐力上主要な部分を構成する各部材の応答塑性率が、その部材の構造方法、構造の特性等によって設定された限界値（当該数値が４．０を超える場合は４．０）以下であること。」と記載されているためである。
【０１２３】
（参考文献４）時刻歴応答解析建築物性能評価業務方法書
【０１２４】
ステップＳ２１２では、算出部２６が、最大塑性率μｍａｘが閾値を超える部材に関する情報を表示部１６に表示させることにより、ユーザに警告する。例えば、最大塑性率μｍａｘが閾値を超える部材を点滅させたり、倒壊、崩壊の限界を超えている虞がある部材が存在することを表す警告メッセージを表示したりすることによりユーザに警告する。これにより、ユーザは部材が倒壊、崩壊の限界を超えている虞があることを容易に認識することができ、現場の確認や部材の修理等に対して速やかに対応することが可能となる。
【０１２５】
このように、本実施形態では、評価層間変形角θｅｆを用いて損傷度を評価することにより、部材毎に損傷度を精度良く評価することができる
【０１２６】
次に、本発明者らが、評価層間変形角θｅｆを用いて塑性率を求める場合の有効性について解析した結果について説明する。
【０１２７】
まず、建物の建築モデルとしては、図３４〜３８に示すように、一般的な事務所モジュールである３．２ｍのモジュールを採用し、桁行方向は６．４ｍスパン、張間方向は６．４ｍと１２．８ｍスパンとした。また、４層偏心コア型モデルとした。
【０１２８】
そして、静的弾塑性荷重増分解析、すなわちプッシュオーバー解析を実施し、層間変形角と部材の塑性率との関係を求めた。評価対象とした部材は、図３９に示すように、１階から３階までの梁７０−１〜７０−３の位置Ａ、Ｂ、Ｃの３カ所とし、位置Ａ、Ｂ、Ｃの各々に対して、単層の層間変形角と部材の塑性率との対応関係、及び、評価層間変形角θｅｆと部材の塑性率との対応関係を求めた。その結果を図４０に示す。
【０１２９】
なお、梁７０−１の位置Ａの評価層間変形角Ａθｅｆ、梁７０−２の位置Ｂの評価層間変形角Ｂθｅｆ、梁７０−３の位置Ｃの評価層間変形角Ｃθｅｆは、ｘｉをｉ層の地表からの相対変位、ｈｉをｉ層の階高として、それぞれ次式で算出される。
【０１３０】
Ａθｅｆ＝（ｘ２−ｘ１）／ｈ２＋ｘ１／ｈ１    ・・・（１４）
【０１３１】
Ｂθｅｆ＝（ｘ３−ｘ２）／ｈ３＋（ｘ２−ｘ１）／ｈ２    ・・・（１５）
【０１３２】
Ｃθｅｆ＝（ｘ４−ｘ３）／ｈ４＋（ｘ３−ｘ２）／ｈ３    ・・・（１６）
【０１３３】
次に、地震応答解析を行い、梁７０−１の位置Ａについて、単層の層間変形角と部材の塑性率との対応関係、及び、評価層間変形角θｅｆと部材の塑性率との対応関係を、地震応答解析の解析結果から得たものを図４１の下段に示した。また、梁７０−１の位置Ａについて、単層の層間変形角と部材の塑性率との対応関係、及び、評価層間変形角θｅｆと部材の塑性率との対応関係を、図４０に示した結果を用いて推定した推定結果から得たものを図４１の上段に示した。さらに、単層の層間変形角及び評価層間変形角θｅｆの各々に対して、図４１に示した解析結果と推定結果との比較結果を図４２に各々示した。
【０１３４】
同様に、梁７０−２の位置Ｂについての結果を図４３、４４に、梁７０−３の位置Ｃについての結果を図４５、４６に各々示した。
【０１３５】
図４２、４４、４６に示すように、位置Ａ〜Ｃにおける推定結果を比較すると、全体的に評価層間変形角θｅｆから塑性率を推定した方が、地震応答解析の解析結果との対応が良いことが分かる。また、上層階ほど、単層の層間変形角による推定結果のばらつきが大きいことが分かる。上層階ほど高次モードの影響が大きいため、部材の損傷度を推定するときに、評価対象となる部材に隣接する階の影響を考慮した評価層間変形角θｅｆを用いた方が推定結果のばらつきが小さく、推定精度も高くなることが分かった。
【０１３６】
なお、本発明は、上述した実施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。
【０１３７】
例えば、本実施形態では、評価層間変形角算出部１８が、各階に設けられた加速度センサ２８１〜２８ｎから出力された加速度に基づいて各階の変位を算出し、算出した変位に基づいて評価層間変形角を算出する場合について説明したが、評価層間変形角の算出方法はこれに限られない。例えば、各階に加速度センサを設けるのではなく、地表に１つだけ加速度センサを設け、この加速度センサから出力された加速度から質点系モデルを用いて各階の変位を算出し、算出した変位に基づいて評価層間変形角を算出するようにしてもよい。
【０１３８】
また、本願明細書中において、プログラムが予めインストールされている実施形態として説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭやメモリーカード等に格納して提供することも可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０  損傷評価システム
１２  損傷評価装置
１４  記憶部
１６  表示部
１８  評価層間変形角算出部
２０  センサ部
２２  取得部
２４  推定部
２６  算出部
【図１】
0006509094.tif 000008
【図２】
0006509094.tif 000009
【図３】
0006509094.tif 000010
【図４】
0006509094.tif 000011
【図５】
0006509094.tif 000012
【図６】
0006509094.tif 000013
【図７】
0006509094.tif 000014
【図８】
0006509094.tif 000015
【図９】
0006509094.tif 000016
【図１０】
0006509094.tif 000017
【図１１】
0006509094.tif 000018
【図１２】
0006509094.tif 000019
【図１３】
0006509094.tif 000020
【図１４】
0006509094.tif 000021
【図１５】
0006509094.tif 000022
【図１６】
0006509094.tif 000023
【図１７】
0006509094.tif 000024
【図１８】
0006509094.tif 000025
【図１９】
0006509094.tif 000026
【図２０】
0006509094.tif 000027
【図２１】
0006509094.tif 000028
【図２２】
0006509094.tif 000029
【図２３】
0006509094.tif 000030
【図２４】
0006509094.tif 000031
【図２５】
0006509094.tif 000032
【図２６】
0006509094.tif 000033
【図２７】
0006509094.tif 000034
【図２８】
0006509094.tif 000035
【図２９】
0006509094.tif 000036
【図３０】
0006509094.tif 000037
【図３１】
0006509094.tif 000038
【図３２】
0006509094.tif 000039
【図３３】
0006509094.tif 000040
【図３４】
0006509094.tif 000041
【図３５】
0006509094.tif 000042
【図３６】
0006509094.tif 000043
【図３７】
0006509094.tif 000044
【図３８】
0006509094.tif 000045
【図３９】
0006509094.tif 000046
【図４０】
0006509094.tif 000047
【図４１】
0006509094.tif 000048
【図４２】
0006509094.tif 000049
【図４３】
0006509094.tif 000050
【図４４】
0006509094.tif 000051
【図４５】
0006509094.tif 000052
【図４６】
0006509094.tif 000053