(57)【要約】【課題】振動エネルギ吸収装置の抵抗力を簡単に決定することができ、当該決定に要する労力の削減、時間の短縮及び経費の低減を図ることのできる抵抗力特定方法及び抵抗力特定システムを提供すること。【解決手段】抵抗力特定システム１は、構造物モデル７における質量体２ａの振動源３ａに対する応答変位と質量体２ａの質量Ｗ及び減衰要素５ａの抵抗力Ｑの比に関する値Ｐとの関係を構造物モデル７の固有周期Ｔ別に示す複数のチャート９を蓄積するチャート蓄積手段１０と、橋桁２の質量Ｗ及び免震支承４のせん断ばね定数Ｋに基づいて当該橋桁２の固有周期Ｔを算定する算定手段１１と、固有周期Ｔに対応するチャート９をチャート蓄積手段１０に蓄積された複数のチャート９から特定し、特定したチャート９に基づいて橋桁２の橋脚３に対する応答変位が許容応答変位の範囲内となるために必要とされるダンパ５の抵抗力Ｑを決定する決定手段１２とを具備している。【選択図】      図１
2004355151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量体、振動源並びにこれら質量体及び振動源間に介在されると共に弾性要素及び減衰要素をもった振動伝達体でモデル化した構造物モデルにおける質量体の振動源に対する応答変位若しくは応答加速度と質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値との関係を構造物モデルの固有周期別に示す複数のチャートを予め準備し、設置しようとする上部構造物の質量並びに当該上部構造物を支えると共に上部構造物及び下部構造物間に介在させようとする免震支承のせん断ばね定数に基づいて当該上部構造物の下部構造物に対する固有周期を算定し、算定した固有周期に対応するチャートを予め準備した複数のチャートの中から特定し、特定したチャートに基づいて上部構造物の下部構造物に対する応答変位若しくは応答加速度が許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内となるために必要とされる設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定する抵抗力特定方法。
【請求項２】
許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内の応答変位若しくは応答加速度に対応する質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値に、設置しようとする上部構造物の質量を乗じて、設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定する請求項１に記載の抵抗力特定方法。
【請求項３】
質量体、振動源並びにこれら質量体及び振動源間に介在されると共に弾性要素及び減衰要素をもった振動伝達体でモデル化した構造物モデルにおける質量体の振動源に対する応答変位若しくは応答加速度と質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値との関係を構造物モデルの固有周期別に示す複数のチャートを蓄積するチャート蓄積手段と、設置しようとする上部構造物の質量並びに当該上部構造物を支えると共に上部構造物及び下部構造物間に介在させようとする免震支承のせん断ばね定数に基づいて当該上部構造物の下部構造物に対する固有周期を算定する算定手段と、算定手段により算定した固有周期に対応するチャートをチャート蓄積手段に蓄積された複数のチャートの中から特定し、特定したチャートに基づいて上部構造物の下部構造物に対する応答変位若しくは応答加速度が許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内となるために必要とされる設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定する決定手段とを具備している抵抗力特定システム。
【請求項４】
決定手段は、許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内の応答変位若しくは応答加速度に対応する質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値に、設置しようとする上部構造物の質量を乗じて、設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定するようになっている請求項３に記載の抵抗力特定システム。
【請求項５】
チャート蓄積手段は、少なくとも０．３秒から２．０秒までの範囲における固有周期別のチャートを夫々蓄積している請求項３又は４に記載の抵抗力特定システム。
【請求項６】
チャート蓄積手段は、０．１秒ごとに分割した固有周期別のチャートを夫々蓄積している請求項３から５のいずれか一項に記載の抵抗力特定システム。
【請求項７】
チャート蓄積手段は、質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値を０．０５から０．２０まで蓄積している請求項３から６のいずれか一項に記載の抵抗力特定システム。
【請求項８】
構造物モデルを記憶する構造物モデル記憶手段を具備している請求項３から７のいずれか一項に記載の抵抗力特定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁等からなる構造物に備えられて地震等による振動エネルギを吸収する振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定する抵抗力特定方法及び抵抗力特定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
橋梁等の構造物の設計システムとしては、構造物を部分構造に分割し、分割した部分構造別に解析して、構造物全体の解析データを得るようになっている設計システムが特許文献１に記載されており、斯かる設計システムによれば、部分構造別に解析するために構造物全体に対して解析処理を行う場合よりも当該解析処理の負担を軽減し得る。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１１７９５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、斯かる設計システムでは、各部分構造に対しても解析を繰り返し行うものと考えられ、例えば、部分構造が振動エネルギ吸収装置からなる場合に、法令等の基準を満たす免震機能を有する橋梁を構成するのに必要とされる振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定するためには、橋梁を適当なモデルに置き換えて、振動エネルギ吸収装置の抵抗力に関するパラメータ（助変数）を推定して解析（静的解析、動的解析）を繰り返し行うこととなる結果、振動エネルギ吸収装置の抵抗力の決定に多大な時間を費やすこととなる。
【０００５】
また、振動特性の異なる他の構造物に用いるための振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定する場合には、他の構造物を適当なモデルに再度置き換えて振動エネルギ吸収装置の抵抗力の解析を繰り返し行うこととなることから、振動特性が夫々互いに異なる複数の構造物に用いる振動エネルギ吸収装置の抵抗力の決定にも多大な労力、時間及び経費を要することとなる。
【０００６】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動エネルギ吸収装置の抵抗力を簡単に決定することができ、当該決定に要する労力の削減、時間の短縮及び経費の低減を図ることのできる抵抗力特定方法及び抵抗力特定システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の抵抗力特定方法は、質量体、振動源並びにこれら質量体及び振動源間に介在されると共に弾性要素及び減衰要素をもった振動伝達体でモデル化した構造物モデルにおける質量体の振動源に対する応答変位若しくは応答加速度と質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値との関係を構造物モデルの固有周期別に示す複数のチャートを予め準備し、設置しようとする上部構造物の質量並びに当該上部構造物を支えると共に上部構造物及び下部構造物間に介在させようとする免震支承のせん断ばね定数に基づいて当該上部構造物の下部構造物に対する固有周期を算定し、算定した固有周期に対応するチャートを予め準備した複数のチャートの中から特定し、特定したチャートに基づいて上部構造物の下部構造物に対する応答変位若しくは応答加速度が許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内となるために必要とされる設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定する。
【０００８】
第一の態様の抵抗力特定方法によれば、上述の構成を具備しているために、予め準備したチャートに基づいて設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を簡単に決定することができると共に当該抵抗力を求めるために解析を繰り返し行う必要をなくし得、上記のように簡易化された構造物モデルに基づいて作成された複数のチャートが準備されるために、振動特性が夫々互いに異なる複数の構造物に夫々用いられる振動エネルギ吸収装置の抵抗力を簡単に決定することができ、而して、当該抵抗力の決定に要する労力の削減、時間の短縮及び経費の低減を図ることができる。
【０００９】
本発明の第二の態様の抵抗力特定方法は、第一の態様の抵抗力特定方法において、許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内の応答変位若しくは応答加速度に対応する質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値に、設置しようとする上部構造物の質量を乗じて、設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定する。
【００１０】
本発明の第一の態様の抵抗力特定システムは、質量体、振動源並びにこれら質量体及び振動源間に介在されると共に弾性要素及び減衰要素をもった振動伝達体でモデル化した構造物モデルにおける質量体の振動源に対する応答変位若しくは応答加速度と質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値との関係を構造物モデルの固有周期別に示す複数のチャートを蓄積するチャート蓄積手段と、設置しようとする上部構造物の質量並びに当該上部構造物を支えると共に上部構造物及び下部構造物間に介在させようとする免震支承のせん断ばね定数に基づいて当該上部構造物の下部構造物に対する固有周期を算定する算定手段と、算定手段により算定した固有周期に対応するチャートをチャート蓄積手段に蓄積された複数のチャートの中から特定し、特定したチャートに基づいて上部構造物の下部構造物に対する応答変位若しくは応答加速度が許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内となるために必要とされる設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定する決定手段とを具備している。
【００１１】
第一の態様の抵抗力特定システムによれば、上述の構成を具備しているために、チャート蓄積手段に蓄積したチャートに基づいて設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を簡単に決定することができると共に当該抵抗力を求めるために解析を繰り返し行う必要をなくし得、チャート蓄積手段が上記のように簡易化された構造物モデルに基づいて作成された複数のチャートを蓄積しているために、振動特性が夫々互いに異なる複数の構造物に夫々用いられる振動エネルギ吸収装置の抵抗力を簡単に決定することができ、而して、当該抵抗力の決定に要する労力の削減、時間の短縮及び経費の低減を図ることができる。
【００１２】
本発明の第二の態様の抵抗力特定システムでは、第一の態様の抵抗力特定システムにおいて、決定手段は、許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内の応答変位若しくは応答加速度に対応する質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値に、設置しようとする上部構造物の質量を乗じて、設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力を決定するようになっている。
【００１３】
本発明の第三の態様の抵抗力特定システムでは、第一又は第二の態様の抵抗力特定システムにおいて、チャート蓄積手段は、少なくとも０．３秒から２．０秒までの範囲における固有周期別のチャートを夫々蓄積している。
【００１４】
本発明の第四の態様の抵抗力特定システムでは、第一から第三のいずれかの態様の抵抗力特定システムにおいて、チャート蓄積手段は、０．１秒ごとに分割した固有周期別のチャートを夫々蓄積している。
【００１５】
本発明の第五の態様の抵抗力特定システムでは、第一から第四のいずれかの態様の抵抗力特定システムにおいて、チャート蓄積手段は、質量体の質量及び減衰要素の抵抗力の比に関する値を０．０５から０．２０まで蓄積している。
【００１６】
本発明の第六の態様の抵抗力特定システムは、第一から第五のいずれかの態様の抵抗力特定システムにおいて、構造物モデルを記憶する構造物モデル記憶手段を具備している。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。尚、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図４から図８において、本例の抵抗力特定システム１は、質量体２ａ、振動源３ａ並びに質量体２ａ及び振動源３ａ間に介在されると共に弾性要素４ａ及び減衰要素５ａをもった振動伝達体６ａでモデル化した構造物モデル７を記憶する構造物モデル記憶手段８と、構造物モデル記憶手段８に記憶されている構造物モデル７における質量体２ａの振動源３ａに対する応答変位若しくは応答加速度と質量体２ａの質量Ｗ及び減衰要素５ａの抵抗力Ｑの比に関する値Ｐ（＝Ｑ／Ｗ）との関係を構造物モデル７の固有周期Ｔ別に示す複数のチャート９を蓄積するチャート蓄積手段１０と、設置しようとする図１に示す上部構造物としての橋桁２の質量Ｗ並びに当該橋桁２を支えると共に橋桁２及び設置しようとする図１に示す下部構造物としての橋脚３間に介在させようとする積層ゴム支承、鉛プラグ入り積層ゴム支承等からなる免震支承４のせん断ばね定数Ｋに基づいて当該橋桁２の橋脚３に対する固有周期Ｔを算定する算定手段１１と、算定手段１１により算定した固有周期Ｔに対応するチャート９をチャート蓄積手段１０に蓄積された複数のチャート９の中から特定し、特定したチャート９に基づいて橋桁２の橋脚３に対する応答変位若しくは応答加速度が許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内となるために必要とされる設置しようとする図１及び図２に示す振動エネルギ吸収装置としてのダンパ５の抵抗力Ｑを決定する決定手段１２とを具備している。
【００１９】
橋桁２、橋脚３、免震支承４及びダンパ５は、本例では、図１に示す橋梁６を構成するように夫々設計されている。橋梁６は、例えば、単純橋や連続橋からなっていてもよい。
【００２０】
橋梁６に設置しようとするダンパ５は、本例では、特に図２に示すように、橋脚３に回動自在に連結されるシリンダ１３と、橋桁２に回転自在に連結されると共にシリンダ１３の内部に配された膨大部１４を有するロッド１５と、シリンダ１３の内部に充填された鉛１６とを具備しており、ロッド１５の伸縮移動により鉛１６に塑性流動を生じさせることで抵抗力Ｑを生じさせるようになっている。ダンパ５は、ロッド１５が押される際に生じる押し抵抗力と、ロッド１５が引っ張られる際に生じる引き抵抗力とが互いに同等の抵抗力を生じるように、図３の線１７に示すような減衰履歴特性を有している。尚、ダンパ５は、橋軸方向又は橋軸直交方向で伸縮するように配されていてもよく、また、橋軸方向及び橋軸直交方向の夫々に対して傾斜する傾斜方向で伸縮するように配されていてもよい。
【００２１】
抵抗力特定システム１は、本例では、構造物モデル記憶手段８、チャート蓄積手段１０、算定手段１１及び決定手段１２を夫々有するコンピュータ２１によって具体化される。
【００２２】
構造物モデル記憶手段８及びチャート蓄積手段１０は、構造物モデル７やチャート９を読み出し可能に記憶した磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等によって夫々具体化される。
【００２３】
構造物モデル記憶手段８に記憶されている構造物モデル７は、本例では、質量体２ａ、振動源３ａ及び振動伝達体６ａで簡易に構成されており、チャート９は、当該構造物モデル７に基づいて作成されており、決定手段１２は、斯かるチャート９を用いて設置しようとする振動エネルギ吸収装置の抵抗力Ｑを決定するので、本例の抵抗力特定システム１は、種々の態様の橋梁６等の構造物に用いる振動エネルギ吸収装置の抵抗力Ｑを簡単に決定することができる。尚、構造物モデル７は、コンピュータ２１の表示部２２に表示されてもよい。
【００２４】
チャート蓄積手段１０に蓄積されているチャート９は、固有周期Ｔが０．３秒である場合には、本例では、抵抗力Ｑを質量Ｗで割ることによって算出可能な値Ｐと構造物モデル７の最大応答変位の３波平均との関係を道路橋示方書に基づくＩ種、ＩＩ種及びＩＩＩ種の地盤種別並びにタイプＩ及びタイプＩＩの地震種別ごとに図７のように示していると共に、値Ｐと構造物モデル７の最大応答加速度の３波平均との関係を道路橋示方書に基づくＩ種、ＩＩ種及びＩＩＩ種の地盤種別並びにタイプＩ及びタイプＩＩの地震種別ごとに図８のように示しており、応答変位が優先される場合には図７に示すものが決定手段１２により読み出され、応答加速度が優先される場合には図８に示すものが決定手段１２により読み出される。３波平均としては、本例では、耐震照査で必要とされる、各地震種別及び各地盤種別ごとに独立行政法人土木研究所が定めた標準３波の応答を平均したものが適用される。チャート９は、本例では、０．３秒から２．０秒まで０．１秒ごとに分割して予め設定された複数の固有周期Ｔに対して夫々別々に作成されている。値Ｐは、０．０５から０．２０まで定めてもよい。尚、Ｉ種地盤は、良好な洪積地盤及び岩盤を、ＩＩ種地盤は、沖積地盤のうち軟弱地盤を、ＩＩＩ種地盤は、上記のいずれにも属さない地盤を夫々意味しており、タイプＩは、海洋プレート境界型の大規模地震を、タイプＩＩは、内陸直下型地震を夫々意味している。
【００２５】
算定手段１１及び決定手段１２の夫々は、本例では、固定周期Ｔの算定や抵抗力Ｑの決定を行えるように構成されたプログラムを有している。
【００２６】
本例の抵抗力特定システム１により橋梁６が法令等の基準を満たすのに必要とされるダンパ５の抵抗力Ｑを決定する場合には、図５に示すように、まず、設置しようとする橋梁６に関するデータがコンピュータ２１に入力されることで抵抗力Ｑの決定処理を開始し（段階５１）、開始後、算定手段１１により橋梁６に関するデータに含まれる一振動系における橋桁２の質量Ｗ及び一振動系における免震支承４のせん断ばね定数Ｋに基づいて橋桁２の橋脚３に対する固有周期Ｔを算定する（段階５２）。算出手段１１は、本例では、数式（１）を用いて固有周期Ｔを算定する。
【００２７】
【数１】
2004355151.tif 000003
【００２８】
段階５２で算定した固有周期Ｔに対応するチャート９を、チャート蓄積手段１０に蓄積されている予め準備された複数のチャート９の中から読み出し（段階５３）、読み出したチャート９に基づいて、許容応答変位又は許容応答加速度の範囲内の応答変位又は応答加速度に対応する質量体２ａの質量Ｗ及び減衰要素５ａの抵抗力Ｑの比に関する値Ｐに、橋桁２の質量Ｗを乗じてダンパ５の抵抗力Ｑを決定し（段階５４）、設置しようとするダンパ５の抵抗力Ｑの決定処理を終了する（段階５５）。尚、チャート蓄積手段１０には、段階５１でダンパ５の抵抗力Ｑの決定処理を開始する前から複数のチャート９が蓄積されており、複数のチャート９は、決定手段１２からの要求に応じて読み出し可能となっている。
【００２９】
以上の抵抗力特定システム１によれば、質量体２ａ、振動源３ａ並びに質量体２ａ及び振動源３ａ間に介在されると共に弾性要素４ａ及び減衰要素５ａをもった振動伝達体６ａでモデル化した構造物モデル７における質量体２ａの振動源３ａに対する応答変位若しくは応答加速度と質量体２ａの質量Ｗ及び減衰要素５ａの抵抗力Ｑの比に関する値Ｐとの関係を構造物モデル７の固有周期Ｔ別に示す複数のチャート９を蓄積するチャート蓄積手段１０と、設置しようとする橋桁２の質量Ｗ並びに当該橋桁２を支えると共に橋桁２び橋脚３間に介在させようとする免震支承４のせん断ばね定数Ｋに基づいて当該橋桁２の橋脚３に対する固有周期Ｔを算定する算定手段１１と、算定手段１１により算定した固有周期Ｔに対応するチャート９をチャート蓄積手段１０に蓄積された複数のチャート９の中から特定し、特定したチャート９に基づいて橋桁２の橋脚３に対する応答変位若しくは応答加速度が許容応答変位若しくは許容応答加速度の範囲内となるために必要とされる設置しようとするダンパ５の抵抗力Ｑを決定する決定手段１２とを具備しているために、橋桁２の質量Ｗと、免震支承４のせん断ばね定数Ｋ及び橋梁６の許容応答変位若しくは許容応答加速度と、タイプＩ及びタイプＩＩの各地震タイプ及びＩ種、ＩＩ種及びＩＩＩ種の地盤種別とを条件とすることで、チャート蓄積手段１０に蓄積されたチャート９に基づいてダンパ５の抵抗力Ｑを簡単に決定することができると共にダンパ５の抵抗力Ｑの解析を繰り返し行う必要をなくし得、上述のように簡易化された構造物モデル７を用いるために、振動特性が夫々互いに異なる複数の橋梁６等の構造物に夫々用いられる振動エネルギ吸収装置の抵抗力Ｑを簡単に決定することができ、当該抵抗力Ｑ決定に要する労力の削減、時間の短縮及び経費の低減を図ることができる。
【００３０】
尚、本例の抵抗力特定システム１は、上述のようなダンパ５の抵抗力Ｑの他にも、例えば、設置しようとする滑り摩擦構造、ＬＥＤ、ビンガムダンパ等の抵抗力Ｑをこれらの振動エネルギ吸収装置として決定してもよい。本例の抵抗力特定システム１は、一つの積層ゴム支承、鉛プラグ入り積層ゴム支承等を一振動系における免震支承４としてせん断ばね定数Ｋを予め定めているが、これに代えて、分散されて配された複数の積層ゴム支承若しくは鉛プラグ入り積層ゴム支承又はこれらを混在させたもの等を一振動系における免震支承としてせん断ばね定数Ｋを予め定めてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、振動エネルギ吸収装置の抵抗力を簡単に決定することができ、当該決定に要する労力の削減、時間の短縮及び経費の低減を図ることのできる抵抗力特定方法及び抵抗力特定システムを提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例により決定される振動エネルギ吸収装置が用いられる構造物の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の例により決定される振動エネルギ吸収装置の断面説明図である。
【図３】図２に示す振動エネルギ吸収装置の減衰履歴特性の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の例の説明図である。
【図５】図４に示す例による抵抗力の決定に関する処理の説明図である。
【図６】図４に示す例の構造物モデルの説明図である。
【図７】図４に示す例のチャートの説明図である。
【図８】図４に示す例のチャートの説明図である。
【符号の説明】
１  抵抗力特定システム
２  橋桁
２ａ  質量体
３  橋脚
３ａ  振動源
４  免震支承
４ａ  弾性要素
５  ダンパ
５ａ  減衰要素
６  橋梁
６ａ  振動伝達体
７  構造物モデル
８  構造物モデル記憶手段
９  チャート
１０  チャート蓄積手段
１１  算定手段
１２  決定手段
【図１】
2004355151.tif 000004
【図２】
2004355151.tif 000005
【図３】
2004355151.tif 000006
【図４】
2004355151.tif 000007
【図５】
2004355151.tif 000008
【図６】
2004355151.tif 000009
【図７】
2004355151.tif 000010
【図８】
2004355151.tif 000011