(57)【要約】【課題】非線形応答を示す構造物に適用することができる振動試験装置、及び振動試験方法を提供する。【解決手段】振動試験装置１００は、制振要素特性を調整可能な実制振装置１Ｒと、入力される制御信号ＣＳに基づいて実制振装置１Ｒを加振する加振装置２と、実制振装置１Ｒと加振装置２との接続部３に設けられて、実制振装置１Ｒと加振装置２との間で生じる荷重を検出する荷重計４と、構造物をモデル化した構造物数値モデル６を有し、入力される構造物数値モデル６への地震波Ｅの値と荷重計４によって検出された荷重の値とに基づいて、構造物数値モデル６の地震応答を演算して、構造物の地震応答を加振装置２が模擬するための制御信号ＣＳを生成し出力する加振制御部５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の振動を模擬する振動試験装置であって、
制振要素特性を調整可能な実制振装置と、
入力される制御信号に基づいて前記実制振装置を加振する加振装置と、
前記実制振装置と前記加振装置との接続部に設けられて、前記実制振装置と前記加振装置との間で生じる荷重を検出する荷重計と、
前記構造物をモデル化した構造物数値モデルを有し、入力される前記構造物数値モデルへの地震波の値と前記荷重計によって検出された荷重の値とに基づいて、前記構造物数値モデルの地震応答を演算して、前記構造物の地震応答を前記加振装置が模擬するための制御信号を生成し出力する加振制御部と、
を備える振動試験装置。
【請求項２】
前記加振制御部は、前記構造物に設置された制振装置をモデル化した制振装置モデルを有し、
該加振制御部が演算する地震応答は、該制振装置モデルによる制振力を考慮した前記構造物数値モデルの地震応答である請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項３】
請求項２に記載の前記振動試験装置を用いた振動試験方法であって、
前記構造物数値モデルの卓越振動数初期値から算出された振動低減目標値に基づいて前記実制振装置の制振要素特性の初期値を決定する初期値決定ステップと、
前記実制振装置の制振要素特性を前記初期値に調整するとともに、前記制振装置モデルの制振要素特性を同じく前記初期値に設定する調整ステップと、
前記加振装置によって前記実制振装置を加振して、前記実制振装置の制振要素特性の実測値である第一実測値を取得する第一試験ステップと、
前記実制振装置の制振要素特性を前記第一実測値に調整するとともに、前記制振装置モデルの制振要素特性を同じく前記第一実測値に設定する第一実測値設定ステップと、
該第一実測値設定ステップの後に、前記加振装置によって前記実制振装置を加振して、前記実制振装置の制振要素特性の実測値である第二実測値を取得する第二試験ステップと、
前記実制振装置の制振要素特性を前記第二実測値に調整するとともに、前記制振装置モデルの制振要素特性を同じく前記第二実測値に設定する第二実測値設定ステップと、
該第二実測値設定ステップの後に、前記加振装置によって前記実制振装置を加振することで前記構造物数値モデルの地震応答である地震応答出力を取得する第三試験ステップと、
を含む振動試験方法。
【請求項４】
前記第三試験ステップの後に、前記地震応答出力が予め決められた範囲内にあるか否かを判定する安定化判定ステップをさらに含む請求項３に記載の振動試験方法。
【請求項５】
前記安定化判定ステップにおいて、前記地震応答出力が前記範囲内にないと判定した場合に、前記地震応答出力から算出される卓越振動数実測値と前記卓越振動数初期値との差分に基づいて、前記制振要素特性の初期値の調整幅を決定する調整幅決定ステップをさらに含み、
該調整幅決定ステップにより決定した調整幅を加えた前記制振要素特性の初期値に基づいて、再度前記調整ステップ以降のステップを繰り返す請求項４に記載の振動試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動試験装置、及び振動試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の制振特性を評価することを目的として、これまでに種々の試験装置、及び試験方法が提唱されている。その一例として、評価対象の構造物の一部を、運動方程式によって記述される数値モデルとして計算機上に表現して特性を評価する装置、及び試験方法が知られている。
【０００３】
このような技術の具体例として、例えば特許文献１に記載された耐震実験システムが挙げられる。このシステムでは、評価対象として主モデル、及び補助モデルからなる全体モデルが想定されている。これら主モデル、補助モデルのうち、補助モデルが数値モデルに置き換えられた状態で耐震実験が行われる。より詳細には、このシステムは、加速度計を備えた振動台と、構造物の一部として振動台上に設けられた主モデルと、主モデルに接続されたアクチュエータと、主モデルとアクチュエータとの接続部に配置された荷重計と、加速度計、及び荷重計からの出力信号に基づいて演算を行い、アクチュエータに制御信号を送出する制御装置と、を備えている。制御装置には、主モデルに連なって配置される構造物の他の部分を模した数値モデル（補助モデル）が構成されている。主モデルを加振することで加速度計から得られる加速度信号と、荷重計から得られる荷重信号とが、制御装置内で補助モデルに対して入力される。その後、補助モデルから得られる地震応答値がアクチュエータの挙動として反映される。これにより、補助モデルが実際に存在する状態における主モデルの耐震特性を模擬的に得ることができ、全体モデルとしての特性を評価することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−５５６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、高層ビル等の建築物には、地震による揺れを抑制することを目的として制振装置が備えられていることが多い。このような制振装置は、制振対象となる建築物が地震波に対して線形応答を示すものとしてその制振要素特性が設定されることが一般的である。その一方で、地震波の規模が増大した場合に、このような建築物は非線形応答を示すことが知られている。したがって、上述の制振装置は、あくまで建築物が線形応答を示すことを前提としてその特性が設定されているために、非線形応答を示す建築物に対しては十分な制振効果を発揮することができない可能性がある。このため、非線形応答を示す建築物に備えられる制振装置の制振特性を評価するための技術が求められている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、補助モデルの応答特性の変化が考慮されていないため、非線形な振動特性を有する構造物の振動試験を行うに当たっては、十分に正確な測定結果を得ることが難しい場合がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、非線形応答を示す構造物に適用することができる振動試験装置、及び振動試験方法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】
【０００８】
本発明の第一の態様に係る振動試験装置は、構造物の振動を模擬する振動試験装置であって、制振要素特性を調整可能な実制振装置と、入力される制御信号に基づいて前記実制振装置を加振する加振装置と、前記実制振装置と前記加振装置との接続部に設けられて、前記実制振装置と前記加振装置との間で生じる荷重を検出する荷重計と、前記構造物をモデル化した構造物数値モデルを有し、入力される前記構造物数値モデルへの地震波の値と前記荷重計によって検出された荷重の値とに基づいて、前記構造物数値モデルの地震応答を演算して、前記構造物の地震応答を前記加振装置が模擬するための制御信号を生成し出力する加振制御部と、を備える。
【０００９】
この構成によれば、加振制御部が、構造物数値モデルへの地震波の値と荷重計によって検出された荷重の値とに基づいて構造物数値モデルの地震応答を演算することで、構造物の地震応答を加振装置が模擬するための制御信号を生成し出力する。この制御信号に基づいて加振装置が実制振装置を加振することで、実際の構造物の地震応答を構造物数値モデルによって模擬することができる。
【００１０】
また、本発明の第二の態様に係る振動試験装置では、前記加振制御部は、前記構造物に設置された制振装置をモデル化した制振装置モデルを有し、該加振制御部が演算する地震応答は、該制振装置モデルによる制振力を考慮した前記構造物数値モデルの地震応答であってもよい。
【００１１】
この構成によれば、制振装置モデルによる制振力を考慮した状態における構造物数値モデルの地震応答を構造物数値モデルによって模擬することができる。
【００１２】
さらに、本発明の第一の態様に係る振動試験方法は、上記第二の態様に係る振動試験装置を用いた振動試験方法であって、前記構造物数値モデルの卓越振動数初期値から算出された振動低減目標値に基づいて前記実制振装置の制振要素特性の初期値を決定する初期値決定ステップと、前記実制振装置の制振要素特性を前記初期値に調整するとともに、前記制振装置モデルの制振要素特性を同じく前記初期値に設定する調整ステップと、前記加振装置によって前記実制振装置を加振して、前記実制振装置の制振要素特性の実測値である第一実測値を取得する第一試験ステップと、前記実制振装置の制振要素特性を前記第一実測値に調整するとともに、前記制振装置モデルの制振要素特性を同じく前記第一実測値に設定する第一実測値設定ステップと、該第一実測値設定ステップの後に、前記加振装置によって前記実制振装置を加振して、前記実制振装置の制振要素特性の実測値である第二実測値を取得する第二試験ステップと、前記実制振装置の制振要素特性を前記第二実測値に調整するとともに、前記制振装置モデルの制振要素特性を同じく前記第二実測値に設定する第二実測値設定ステップと、該第二実測値設定ステップの後に、前記加振装置によって前記実制振装置を加振することで前記構造物数値モデルの地震応答である地震応答出力を取得する第三試験ステップと、を含む。
【００１３】
この方法によれば、初期値決定ステップで得られた制振要素特性の初期値に基づいて、調整ステップで制振装置モデルの制振要素特性が調整される。続いて、第一試験ステップ制振装置への加振を行うことで、第一実測値が得られる。この第一実測値は、制振装置モデルによる制振力を考慮した状態における制振要素特性の実測値である。
第二試験ステップでは、この第一実測値に基づいて再び加振が行われる。これにより、第一実測値よりも精度を増した第二実測値が得られる。
次いで、第三試験ステップでは、この第二実測値としての制振要素特性に基づいて制振装置への加振が行われる。これにより、第三試験ステップでは、より高い精度の制振要素特性である第二実測値に基づいて地震応答出力を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の第二の態様に係る振動試験方法は、前記第三試験ステップの後に、前記地震応答出力が予め決められた範囲内にあるか否かを判定する安定化判定ステップをさらに含んでもよい。
【００１５】
この方法によれば、安定化判定ステップによって、地震応答出力が予め決められた範囲内にある否かを判定することで、その状態における実制振装置の制振要素特性が適切であるか否かを判定することができる。
【００１６】
さらに、本発明の第三の態様に係る振動試験方法は、前記安定化判定ステップにおいて、前記地震応答出力が前記範囲内にないと判定した場合に、前記地震応答出力から算出される卓越振動数実測値と前記卓越振動数初期値との差分に基づいて、前記制振要素特性の初期値の調整幅を決定する調整幅決定ステップをさらに含み、該調整幅決定ステップにより決定した調整幅を加えた前記制振要素特性の初期値に基づいて、再度前記調整ステップ以降のステップを繰り返してもよい。
【００１７】
この方法によれば、安定化判定ステップにおいて、地震応答出力が予め決められた範囲内にないと判定された場合に、調整幅決定ステップを実行することで実制振装置の制振要素特性の初期値を再度調整した後、調整ステップ以降のステップが繰り返される。すなわち、地震応答出力が予め決められた範囲内に収束するまで調整ステップ以降のステップが繰り返される。これにより、構造物の地震応答を予め決められた範囲内に抑制することができる状態における実制振装置の制振要素特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、非線形応答を示す構造物に適用することができる振動試験装置、及び振動試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る振動試験装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る制振装置と加振装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る構造物数値モデルの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る加振制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る加振制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る制振装置の制振特性（剛性）を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る制振装置の制振特性（減衰定数）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態に係る振動試験装置１００について、図面を参照して説明する。図１に示すように振動試験装置１００は、制振要素特性を調整可能な実制振装置１Ｒと、外部から入力される制御信号ＣＳに基づいて実制振装置１Ｒを加振する加振装置２と、実制振装置１Ｒと加振装置２との接続部３に設けられる荷重計４と、加振装置２に入力される制御信号ＣＳを生成する加振制御部５と、を有する。
【００２１】
加振制御部５には試験対象となる構造物をモデル化した構造物数値モデル６（後述）が運動方程式として格納されている。振動試験に際しては、この構造物数値モデル６に対して外部から地震波Ｅが与えられる。加振制御部５は、この地震波Ｅ等の外部入力に基づいて、構造物数値モデル６の地震応答を算出する。この地震応答は、加振装置２を加振するための制御信号ＣＳに反映される。すなわち、この制御信号ＣＳによって加振された加振装置２の挙動（振動特性）は、構造物数値モデル６の振動特性が反映されたものとなる。
【００２２】
上述した各要素の詳細な構成について、以下で説明する。
図２に示すように実制振装置１Ｒは、箱状の筐体１１と、ころ１２を介して筐体１１内部で転動可能に支持される重錘１３と、この重錘１３と筐体１１とを接続する複数の空気ばね１４と、この空気ばね１４に圧力を供給する圧力タンク１５と、を有している。
【００２３】
空気ばね１４と圧力タンク１５とは、導管１６によって互いに接続されている。この導管１６の中途には圧力調整弁１７が設けられている。この圧力調整弁１７の開度を調整することで、空気ばね１４に供給される空気の圧力を増減することができる。これにより、実制振装置１Ｒの剛性を調整することができる。
【００２４】
さらに、空気ばね１４には、その内部を流通する空気の流量を調節するための流量調整弁１８がそれぞれ設けられている。すなわち、この流量調整弁１８を調整することによって、空気ばね１４が伸縮する際に内部を流通する空気の流量を増減することができる。これにより、実制振装置１Ｒの減衰定数を調整することができる。
【００２５】
加振装置２は、上述の実制振装置１Ｒを支持するテーブル２１と、このテーブル２１を加振するための複数のアクチュエータ２２と、を有している。テーブル２１は、略水平面上に沿って延びるように配置されており、その上面には実制振装置１Ｒが固定されている。さらに、テーブル２１と実制振装置１Ｒとが接する部分は接続部３とされている。
【００２６】
アクチュエータ２２は、加振装置２が載置される床面８０、及びこの床面８０に対して略垂直に立設された壁面９０と、上述のテーブル２１とを互いに接続している。これらアクチュエータ２２には、後述の加振制御装置から送出される制御信号ＣＳが入力される。それぞれのアクチュエータ２２はこの制御信号ＣＳに基づいて油圧による伸縮動作を行う。実際には、制御信号ＣＳに基づいて複数のアクチュエータ２２の伸縮動作を複合することで、加振装置２はテーブル２１を３次元６自由度のもとで運動（振動）させることができる。
【００２７】
荷重計４は、このテーブル２１（加振装置２）と実制振装置１Ｒとが接続される接続部３で発生する荷重Ｗを計測するための装置である。接続部３では、加振装置２による加振によって生じる実制振装置１Ｒの慣性力と、実制振装置１Ｒが加振装置２に及ぼす反作用力が荷重Ｗとして発生する。荷重計４は、この荷重Ｗを計測し、後述の加振制御部５に入力する。
【００２８】
加振制御部５は、上述のアクチュエータ２２に制御信号ＣＳを生成して出力することで加振装置２の動作を制御する装置である。図４に示すように加振制御部５は、試験対象の構造物をモデル化した構造物数値モデル６が格納されるモデル部５１と、モデル部５１に対する入出力を行うとともに、この入出力に基づいて加振装置２へ制御信号ＣＳを生成、出力する制御部本体５２と、を有している。
【００２９】
ここで、本実施形態における試験対象の構造物としては、ビルや家屋などの建造物が想定されている。モデル部５１には、この構造物を運動方程式として表現した構造物数値モデル６が格納されている。制御部本体５２は、この構造物数値モデル６の地震応答を演算する演算部５３と、この地震応答に基づいて加振装置２に対する制御信号ＣＳを生成する信号生成部５４と、を有している。
【００３０】
本実施形態に係る構造物数値モデル６は、地盤上に立設されたビル等を模擬するものである。この構造物数値モデル６は、図３に示すように、複数の格子点Ｐを各々つなぐことで、メッシュを有する数値モデルとして表現される。さらに、この構造物数値モデル６上には、制振装置をモデル化した制振装置モデル１Ｖが表現されている。制振装置モデル１Ｖも、実制振装置１Ｒと同様に、剛性、及び減衰定数を含む制振要素特性を有している。なお、制振装置モデル１Ｖも構造物数値モデル６と同様に、運動方程式として表現される。
【００３１】
図４に戻って、モデル部５１に記憶された構造物数値モデル６には、上述の荷重計４によって計測された接続部３における荷重Ｗと、地震波形を模した地震波Ｅとが入力される。すなわち、これらの値は、構造物に対して外部から与えられる力の成分として、構造物数値モデル６を表現する運動方程式に代入される。
【００３２】
演算部５３では、このような荷重Ｗ、及び地震波Ｅが入力された場合における構造物の応答（地震応答）を、構造物数値モデル６、及び制振装置モデル１Ｖの運動方程式を用いた数値解析によって算出する。具体的には、これら運動方程式に基づく時刻歴応答解析が行われる。すなわち、質量・ばね・減衰の各特性を有するモデルとして構造物を運動方程式によってモデル化した上で、時間とともに変化する地震波Ｅを与え、その地震波Ｅに対する地震応答として、構造物の特定の位置における応答加速度、速度、変位を導出する。
【００３３】
演算部５３によって導出された地震応答は、制御部本体５２における信号生成部５４に送出される。信号生成部５４では、この地震応答に基づいてＡ／Ｄ変換等を行うとともに、加振装置２と実制振装置１Ｒとの接続部３における変位を演算することで、加振装置２の挙動を制御するための制御信号ＣＳを生成する。
【００３４】
この制御信号ＣＳは、加振装置２における上述の各アクチュエータ２２に入力される。各アクチュエータ２２は、この制御信号ＣＳによってそれぞれ駆動される。アクチュエータ２２の駆動により、加振装置２上の実制振装置１Ｒが加振される。
【００３５】
続いて、上述の振動試験装置１００を用いた振動試験方法について、図５から図７を参照して説明する。
図５に示すように、本実施形態に係る振動試験方法は、初期値決定ステップＳ１と、調整ステップＳ２と、第一試験ステップＳ３と、第一実測値設定ステップＳ４と、第二試験ステップＳ５と、第二実測値設定ステップＳ６と、第三試験ステップＳ７と、安定化判定ステップＳ８と、調整幅決定ステップＳ９と、を含む。
【００３６】
初期値決定ステップＳ１では、実制振装置１Ｒの制振要素特性の初期値Ａ０、及び制振装置モデル１Ｖの制振要素特性の初期値Ａ０がそれぞれ決定される。具体的には、上述の構造物数値モデル６の卓越振動数初期値Ｆ０から算出された振動低減目標値に基づいてこれら初期値Ａ０が決定される。
【００３７】
この初期値決定ステップＳ１について以下で詳述する。まず、構造物数値モデル６を構築した段階で、この構造物固有の卓越振動数が求められる。運動方程式で表現された構造物数値モデル６に基づいて、例えば直接積分法やモード解析法等の数値解析手法を用いることで、最も卓越する固有の振動モード（卓越振動数）を得ることができる。このときの卓越振動数を卓越振動数初期値Ｆ０とする。この卓越振動数初期値Ｆ０をどの程度低減させるかを定める振動低減目標値を予め決定しておく。この振動低減目標値を達成することができるように、実制振装置１Ｒの制振要素特性（剛性、減衰定数）を決定する。この時の値を実制振装置１Ｒにおける制振要素特性の初期値Ａ０とする。
【００３８】
続く調整ステップＳ２では、この制振要素特性の初期値Ａ０が、実制振装置１Ｒの制振要素特性、及び制振装置モデル１Ｖの制振要素特性として設定される。実制振装置１Ｒでは空気ばね１４の圧力調整弁１７、及び流量調整弁１８をそれぞれ調整することで、上記の初期値Ａ０が実制振装置１Ｒに反映される。このときの圧力調整弁１７と空気ばね１４の剛性とは、一例として図６に示すように、おおむね比例関係にある。すなわち、圧力を上昇させるに伴って、空気ばね１４の剛性が増す。同様に、流量調整弁１８の開度と空気ばね１４の減衰定数との関係は、図７に示すように概ね反比例関係にある。すなわち、流量調整弁１８の開度を増すに従って、空気ばね１４の減衰定数は減少する。このような制振要素特性と空気ばね１４の圧力及び流量との関係は、振動試験に先行して予め取得されていることが望ましい。
一方で、制振装置モデル１Ｖでは、運動方程式中における剛性（ばね定数）、減衰定数をそれぞれ変更することで、上記の初期値Ａ０が即時に反映される。
【００３９】
調整ステップＳ２の次に、第一試験ステップＳ３を行う。第一試験ステップＳ３では、加振装置２によって実制振装置１Ｒを加振する一回目の加振試験（第一試験）が行われる。第一試験ステップＳ３では、まず構造物数値モデル６（加振制御部５のモデル部５１）に対して、予め定められた規模の地震波Ｅが入力される。構造物数値モデル６ではこの地震波Ｅに基づく振動（地震応答）が模擬される。このときの構造物数値モデル６の地震応答に基づいて、制御部本体５２は加振装置２のアクチュエータ２２に制御信号ＣＳを送出する。すなわち、この制御信号ＣＳによって加振装置２は、構造物数値モデル６が示した地震応答を再現することができる。特に、構造物数値モデル６には制振装置モデル１Ｖが備えられているため、制振装置モデル１Ｖによる制振効果を考慮した状態での構造物数値モデル６の地震応答を再現することができる。
【００４０】
この第一試験ステップＳ３により、上述の初期値Ａ０（制振要素特性）を制振装置モデル１Ｖに設定した環境下での構造物の地震応答が得られる。さらに、この地震応答に加えて、実制振装置１Ｒの制振要素特性も得ることができる。より詳細には、加振制御部５の制御信号ＣＳと、実制振装置１Ｒの振動応答との間における伝達関数から、実制振装置１Ｒの剛性、及び減衰定数を求めることができる。伝達関数を得るに当たっては、ＦＦＴアナライザ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  アナライザ）等が用いられる。ＦＦＴアナライザに対して、上記の制御信号ＣＳを入力とし、実制振装置１Ｒの振動応答を出力としてそれぞれ設定することで、実制振装置１Ｒの伝達関数を得ることができる。この伝達関数を、伝達関数の標準形と比較することで、実制振装置１Ｒの剛性、及び減衰定数が求められる。
【００４１】
この第一試験ステップＳ３で実際の加振試験によって求められた実制振装置１Ｒの制振要素特性（剛性、及び減衰定数）を第一実測値Ａ１とする。ここで、初期値決定ステップＳ１で得られた制振要素特性の初期値Ａ０は、あくまで振動低減目標値に基づく設計値であるのに対して、第一実測値Ａ１は実際の加振試験に基づく実測値である。したがって、第一実測値Ａ１は、上述の初期値Ａ０よりも高い信頼性を持っている。
【００４２】
続いて、第一実測値設定ステップＳ４を行う。第一実測値設定ステップＳ４では、実制振装置１Ｒ及び制振装置モデル１Ｖに対して、上記の第一実測値Ａ１をそれぞれ設定する。実制振装置１Ｒでは空気ばね１４の圧力調整弁１７、及び流量調整弁１８をそれぞれ調整することで、上記の第一実測値Ａ１が実制振装置１Ｒに反映される。制振装置モデル１Ｖでは、運動方程式中における剛性（ばね定数）、減衰定数をそれぞれ変更することで、上記の第一実測値Ａ１が即時に反映される。
【００４３】
次いで、上記の第一実測値Ａ１が実制振装置１Ｒ、及び制振装置モデル１Ｖに設定された状態で、第二試験ステップＳ５を行う。第二試験ステップＳ５では、第一試験ステップＳ３と同様に、加振装置２によって実制振装置１Ｒを加振する二回目の加振試験（第二試験）が行われる。この第二試験ステップＳ５により、上述の第一実測値Ａ１を制振装置モデル１Ｖに設定した環境下での構造物数値モデル６の地震応答が得られる。さらに、この地震応答に加えて、実制振装置１Ｒの制振要素特性の実測値も得ることができる。この実測値を第二実測値Ａ２とする。
【００４４】
ここで、第一試験ステップＳ３で得られた制振要素特性の第一実測値Ａ１は、あくまで初期値Ａ０に基づく設計値であるのに対して、第二実測値Ａ２は実測値である第一実測値Ａ１に基づいて実際の加振試験を行うことで得られる実測値である。すなわち、第二実測値Ａ２は、上述の初期値Ａ０よりも高い信頼性を持つとともに、第一実測値Ａ１よりもさらに高い信頼性を持つ値である。
このように、第一試験ステップＳ３と第二試験ステップＳ５とを行うことによって、振動低減目標値を達成するために必要な実制振装置１Ｒの制振要素特性の信頼性を高めていくことができる。
【００４５】
続いて、第二実測値設定ステップＳ６を行う。第二実測値設定ステップＳ６では、実制振装置１Ｒ及び制振装置モデル１Ｖに対して、上記の第二実測値Ａ２をそれぞれ設定する。上述の第一実測値設定ステップＳ４と同様に、実制振装置１Ｒでは空気ばね１４の圧力調整弁１７、及び流量調整弁１８をそれぞれ調整することで、上記の第二実測値Ａ２が実制振装置１Ｒに反映される。制振装置モデル１Ｖでは、運動方程式中における剛性（ばね定数）、減衰定数をそれぞれ変更することで、上記の第二実測値Ａ２が即時に反映される。
【００４６】
さらに、上記の第二実測値Ａ２が実制振装置１Ｒ、及び制振装置モデル１Ｖに設定された状態で、第三試験ステップＳ７を行う。第三試験ステップＳ７では、第一試験ステップＳ３、第二試験ステップＳ５と同様に、加振装置２によって実制振装置１Ｒを加振する三回目の加振試験（第三試験）が行われる。この第三試験ステップＳ７により、上述の第二実測値Ａ２を制振装置モデル１Ｖに設定した環境下での構造物数値モデル６の地震応答が得られる。この地震応答を地震応答出力Ｑとする。
【００４７】
以上のような、第一試験ステップＳ３から第三試験ステップＳ７までの各ステップを複数回（ｎ回）にわたって繰り返す。このときのｎの値は任意に決定されてよい。このように、第一試験ステップＳ３から第三試験ステップＳ７までの各ステップをｎ回繰り返して実行することにより、構造物数値モデル６の地震応答出力Ｑが複数得られる。
【００４８】
続いて、安定化判定ステップＳ８を行う。安定化判定ステップＳ８では、上記の複数の地震応答出力Ｑを互いに比較することで、実制振装置１Ｒによる制振効果の変化を検証する。
より詳細には、安定化判定ステップＳ８では、上述の第三試験ステップＳ７で得られたそれぞれの地震応答出力Ｑに対して、ＦＦＴアナライザによる高速フーリエ変換が行われる。これにより、それぞれの地震応答出力Ｑにおける卓越振動数の実測値である卓越振動数実測値ＦＲが得られる。この複数の卓越振動数実測値ＦＲ同士の差が、予め定められた目標範囲内にあるか否かが判定される。これら複数の卓越振動数実測値ＦＲ同士の差が、目標範囲内にあると判定された場合には、地震応答出力Ｑが安定したものと認められる。すなわち、このときの実制振装置１Ｒにおける制振要素特性の実測値（第二実測値Ａ２）が適正であると判断される。言い換えると、この第二実測値Ａ２によれば、構造物（構造物数値モデル６）に対して十分な制振効果を与えることができる。
【００４９】
その一方で、安定化判定ステップＳ８で、複数の卓越振動数実測値ＦＲ同士の差が、予め定められた目標範囲内にないと判定された場合、構造物数値モデル６が非線形応答を示しているものと判断される。すなわち、上述の第二実測値Ａ２では構造物（構造物数値モデル６）に対する十分な制振効果を得ることができないことを表す。したがって、この場合には後続の調整幅決定ステップＳ９に遷移することで、制振要素特性を再度是正する。
【００５０】
調整幅決定ステップＳ９では、安定化判定ステップＳ８にて得られた卓越振動数実測値ＦＲと、上述の卓越振動数初期値Ｆ０との差分に基づいて、実制振装置１Ｒ及び制振装置モデル１Ｖの制振要素特性の調整幅ｄＦが算出される。すなわち、剛性と減衰定数の調整幅ｄＦが決定される。
【００５１】
調整幅調整ステップＳ２に続いて、再び上述の調整ステップＳ２が実行される。すなわち、この調整ステップＳ２で、上述の調整幅ｄＦに基づく制振要素特性の調整が行われる。この調整は、実制振装置１Ｒ及び制振装置モデル１Ｖの双方に対して行われる。調整幅ｄＦに基づく調整がなされた状態で、上述の第一試験ステップＳ３から安定化判定ステップＳ８までの各ステップを繰り返す。すなわち、第三試験ステップＳ７にて得られる複数の卓越振動数実測値ＦＲ同士の差が、予め定められた目標範囲内にあるか否かが、安定化判定ステップＳ８において都度判定される。これら複数の卓越振動数実測値ＦＲ同士の差が、目標範囲内にあると判定された場合には、地震応答出力Ｑが安定したものと認められる。すなわち、このときの実制振装置１Ｒにおける制振要素特性の実測値（第二実測値Ａ２）が適正であると判断される。これにより、非線形応答を示した構造物（構造物数値モデル６）に適合した制振要素特性実測値を得ることができる。
【００５２】
なお、上述の振動試験方法において、安定化判定ステップＳ８から調整幅決定ステップＳ９を経て調整ステップＳ２に至るまでの各ステップの実行は、上述の加振制御部５にプログラムとして実装する構成としてもよい。このような構成によれば、地震応答出力Ｑが安定化していないと判定された場合に、プログラムが自律的にこれを安定化させるための適正な制振要素特性を算出し、この制振要素特性に基づいて実制振装置１Ｒを調整することができる。さらに、このようなプログラムを有する制振装置を実存の構造物に用いることで、地震波Ｅの規模に応じて自律的に制振要素特性を変更することのできる制振装置を実現することができる。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係る振動試験装置１００では、加振制御部５が構造物数値モデル６への地震波Ｅの値と荷重計４によって検出された荷重Ｗの値とに基づいて構造物数値モデル６の地震応答を演算する。この演算を経て、加振制御部５は構造物の地震応答を加振装置２が模擬するための制御信号ＣＳを生成し出力する。この制御信号ＣＳに基づいて加振装置２が実制振装置１Ｒを加振することで、実際の構造物の地震応答を構造物数値モデル６によって模擬することができる。
【００５４】
さらに、上述の加振制御部５では、構造物数値モデル６に設けられた制振装置モデル１Ｖが表現されている。すなわち、上述の地震応答は制振装置モデル１Ｖによる制振効果を考慮したものとなっている。これにより、制振装置を備えた構造物の振動試験を高精度で実施することができる。
【００５５】
加えて、構造物数値モデル６上では、この制振装置モデル１Ｖが設けられる位置を容易に変更することができる。これにより、制振装置の設置位置による制振効果の変化を再現することができる。これにより、構造物の地震応答、及びこの地震応答に対して求められる制振装置の制振要素特性を高い信頼度で得ることができる。
【００５６】
さらに加えて、上述のような構造物数値モデル６では、ばね特性に非線形性を持たせることができる。これにより、構造物が非線形応答を示す場合における制振装置の制振効果を、加振装置２による物理的な振動（加振）に基づいて評価することができる。
【００５７】
一般的に、ビル等の建築物（構造物）では、比較的に小さな加振（地震）に対しては線型的な応答特性を示す。すなわち、加振の規模に応じて一定の変化率で地震応答は増加する。しかしながら、加振が大きくなることで特定の臨界値を超えると、この変化率は変化する。これにより、構造物は全体として非線形性を有する応答特性を呈する。
【００５８】
ここで、制振装置の制振要素特性は、構造物が線形応答を示す場合を想定して決定されることが一般的である。したがって、構造物の加振の規模が上記の臨界値を超えた場合、線形性に基づいて決定されたこの制振要素特性では、十分な制振効果が得られない可能性が生じる。しかしながら、上述のような振動試験装置１００によれば、構造物数値モデル６に非線形性を持たせることができるため、加振の規模による応答特性の変化を高い信頼度で求めることができる。これにより、構造物が非線形応答を示す場合に必要とされる制振装置の最適な制振要素特性を決定するに当たって、その精度を高めることができる。
【００５９】
さらに、上述の振動試験方法によれば、初期値決定ステップＳ１で得られた制振要素特性の初期値Ａ０に基づいて、調整ステップＳ２で制振装置モデル１Ｖの制振要素特性が調整される。続いて、第一試験ステップＳ３制振装置への加振を行うことで、第一実測値Ａ１が得られる。この第一実測値Ａ１は、制振装置モデル１Ｖによる制振力を考慮した状態における制振要素特性の実測値である。
第二試験ステップＳ５では、この第一実測値Ａ１に基づいて再び加振が行われる。これにより、第一実測値Ａ１よりも精度を増した第二実測値Ａ２が得られる。すなわち、このように、第一試験ステップＳ３と第二試験ステップＳ５とを行うことによって、振動低減目標値を達成するために必要な実制振装置１Ｒの制振要素特性の信頼性を高めていくことができる。
次いで、第三試験ステップＳ７では、この第二実測値Ａ２としての制振要素特性に基づいて制振装置への加振が行われる。これにより、第三試験ステップＳ７では、より高い精度の制振要素特性である第二実測値Ａ２に基づいて地震応答出力Ｑを得ることができる。
【００６０】
さらに、上述の振動試験方法によれば、安定化判定ステップＳ８によって、地震応答出力Ｑが予め決められた範囲内にある否かを判定することで、その状態における実制振装置１Ｒの制振要素特性が適切であるか否かを判定することができる。
【００６１】
加えて、上述の振動試験方法によれば、安定化判定ステップＳ８において、地震応答出力Ｑが予め決められた範囲内にないと判定された場合に、調整幅決定ステップＳ９を実行することで実制振装置１Ｒの制振要素特性の初期値Ａ０を再度調整した後、調整ステップＳ２以降のステップが繰り返される。すなわち、地震応答出力Ｑが予め決められた範囲内に収束するまで調整ステップＳ２以降のステップが繰り返される。これにより、構造物の地震応答を予め決められた範囲内に抑制することが可能な状態における実制振装置１Ｒの制振要素特性を得ることができる。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００６３】
例えば、上述の実施形態では、加振装置２におけるアクチュエータ２２が油圧で駆動される構成とした。このような油圧機械を用いる場合に想定される応答遅れを補償することを目的として、補償器を設けてもよい。補償器は、加振装置２と加振制御部５との間に設けられることが望ましい。このような補償器を設けることによって、加振装置２と加振制御部５との間における伝達特性を改善し、両者の間における応答遅れを低減することができる。すなわち、加振装置２は、加振制御部５から出力された制御信号ＣＳによって高い応答性を持って駆動されることが可能となる。
【符号の説明】
【００６４】
１Ｒ…実制振装置  １Ｖ…制振装置モデル  ２…加振装置  ３…接続部  ４…荷重計  ５…加振制御部  ６…構造物数値モデル  １１…筐体  １２…ころ  １３…重錘  １４…空気ばね  １５…圧力タンク  １６…導管  １７…圧力調整弁  １８…流量調整弁  ２１…テーブル  ２２…アクチュエータ  ５１…モデル部  ５２…制御部本体  ５３…演算部  ５４…信号生成部  ８０…床面  ９０…壁面  １００…振動試験装置  Ａ０…初期値  Ａ１…第一実測値  Ａ２…第二実測値  ＣＳ…制御信号  ｄＦ…調整幅  Ｅ…地震波  Ｆ０…卓越振動数初期値  ＦＲ…卓越振動数実測値  Ｐ…格子点  Ｑ…地震応答出力  Ｓ１…初期値決定ステップ  Ｓ２…調整ステップ  Ｓ３…第一試験ステップ  Ｓ４…第一実測値設定ステップ  Ｓ５…第二試験ステップ  Ｓ６…第二実測値設定ステップ  Ｓ７…第三試験ステップ  Ｓ８…安定化判定ステップ  Ｓ９…調整幅決定ステップ  Ｗ…荷重
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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