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ASI-Gauss 法および E-Simulator による 4 層鋼構造骨組の地震応答解析の V&V について
On the Verification and Validation of Seismic Response Analyses of the 4-Story Steel Frame Using
ASI-Gauss Code and E-Simulator○

正宮村 倫司（日大，防災科研）

正磯部 大吾郎（筑波大）

Tomoshi Miyamura (Nihon University, 1 Tamura-machi Koriyama 963-8642, Japan)
Daigoro Isobe (University of Tsukuba)
Key Words: ASI-Gauss Code, E-Simulator, E-Defense, Parallel FE Analysis, Steel Frame, Collapse Analysis
位置での曲げモーメントを評価する．

1. はじめに1)

著者等 は，世界最大の震動台であるE-Defenseで実施され-た4層鋼構造骨組完全崩壊実験 2) の結果（60％加震）と，
3)

スラブが梁の上に配置されるように，梁要素によりオフセットを設定する．

計算時間については，20秒間の入力に対して，CPU: Intel

4)

ASI-Gauss法 および数値震動台 (E-Simulator) による地震応答解析の結果を比較した．本研究では，ASI-Gauss法による骨I7 2.93 GHz ×1の計算機で約150分であった．

組解析モデルを更に高精度化し，同様な比較を行う．また，

5. 解析コードおよび解析モデルの検証と妥当性の確認

異なる解析コードの比較による解析モデルの検証

近年，数値解析におけるV&V，すなわち，解析コードの検（verification）と，E-Defense実験結果との比較による解析の証（code verification）や計算の検証（calculation verification），妥当性の確認（validation）について検討する．

妥当性の確認（validation）の必要性が指摘されている．ここ2. E-Simulator による 4 層鋼構造骨組の地震応答解析

5)では，4層鋼構造骨組に対して，ASI-Gauss法に基づく骨組解4 層鋼構造骨組を六面体ソリッド要素によりモデル化する．

析コードとE-Simulatorという二種類の解析コードの結果と，このメッシュの要素数は 5,181,880, 節点数は 7,523,295, 自E-Defenseによる実大実験の結果から，主に解析モデルの由度数は 22,569,885 である．モデルの詳細は文献 5)を参照す

verificationとvalidationを行うことを考える．ASI-Gauss法るものとしてここでは省略する．

は，連続体の近似理論である梁理論と塑性ヒンジモデルをベ3. E-Simulator による合成梁のコンポーネント解析ースとした手法である．一方，ソリッド要素によるメッシュ4層鋼構造骨組の合成梁や外壁等の部品（コンポーネント）を用いるE-Simulatorは，連続体理論を離散化した手法に基に対する要素実験が行われている．そこで，E-Simulatorにづく解析コードである．両者を比較することにより，解析モよるコンポーネントの解析を行い，要素実験との比較を実施

デルのverificationを相互に行うことができる．

している6)．合成梁の解析では，梁の上のスラブの位置，コン建築構造物の解析では，一般には実物に対する実験は不可

クリートスラブの構成則だけでなく，柱側面とスラブの接触能であるため，通常，validationは材料試験レベル，あるいは，を考慮することで，実験結果とよく対応することが明らかにコンポーネント実験レベルで行う．E-Simulatorでは材料試なった．しかし，現状では接触を考慮した動的解析の計算コ

験によるvalidationだけで高精度な解析を実現することを目ストが高く，2節で述べた4層鋼構造骨組の解析モデルでは接標としている．しかし，現状ではE-Defenseの実験結果に基触を考慮せず，貫通としている．

づく構造物レベルでのvalidationの重要性は高い．

4. ASI-Gauss 法による 4 層鋼構造骨組の地震応答解析

6. 実大実験，E-Simulator と ASI-Gauss 法による解析の比較

ASI-Gauss法3)は大規模骨組構造の構造解析において最小4層鋼構造骨組のE-Defenseによる実大実験，E-Simulator

限のコストでの計算を可能とした手法である．本手法では，による解析，ASI-Gauss法による解析により得られた1層の層梁要素の数値積分点を材料性状に合わせて順応的にシフトす

間変形角，層せん断力の比較を図1～4に示す．X（短辺）方ることで，最小限の要素分割で高精度な解析を実現している．

向層間変形角については，E-Simulatorによる結果は7秒付近

骨組構造を全て1部材当り2個の線形チモシェンコ梁要素でまでの変位のピークを良好に計算している．しかし，それ以モデル化する．スラブは等価な剛性および密度の要素でモデ降の振幅が小さくなってからの応答については，位相，振幅ル化し，合成梁効果は考慮しない．階段や壁などは重量のみ共にずれがみられる．それに対して，ASI-Gauss法による結を考慮し，床荷重として与える．柱脚は固定とする．また，果は，実験結果を良好に再現している．Y（長辺）方向層間鋼材の構成則はバイリニア型の等方硬化則とする．材料定数

変形角に関しても，E-Simulatorによる結果は6秒付近のピーは実大実験のブラインド解析コンテストで公開されたデータ

クはうまく捉えているものの，その後は変形角が正方向にドに基づいて決定した．モデルの規模は5,970自由度となる．文

リフトしている．それに対して，ASI-Gauss法は6秒付近のピ

献1)のモデルとの違いは以下の通りである．

ークを除き，非常に良好な結果となっている．層せん断力に-質量減衰を考慮する．

ついても層間変形角と似た傾向である．すなわち，6秒付近の-ASI-Gauss法では本来，節点位置での曲げモーメントをピークはE-Simulatorによる解析の方がうまく捉えているも評価するが，今回は部材の厚みを考慮して接合部の根元のの，その後の挙動はASI-Gauss法の方が良好な結果である．

〔№12-4]日本機械学会第25回計算力学講演会CD-ROM論文集〔2012.10.6～9・神戸市〕- 339 -

E-Simulatorの解析モデルの改良が進められており，最新

1500の解析結果では，鋼材の構成則として複合硬化則に基づく構成式を導入すると，図2のようなドリフトが起こらず，非常に1000

良好な結果が得られている7)．しかし，ドリフトが起こってい500

ないASI-Gauss法の解析モデルでは複合硬化を考慮しておら0ず，応答に影響する要因について更なる検討が必要である．

E-Defense
E-Simulator
ASI-Gauss-500

X方向およびY方向の変形の比較を図5に示す．E-Simulatorの結果の方が平面内のねじれが大きいことがわかる．一方，-1000

文献5)に示した外壁のないE-Simulatorの解析モデルではね-1500
0

じれが小さい．ASI-Gauss法による解析モデルでは，外壁の101520Time (sec.)

剛性を考慮しておらず，ねじれは小さい．E-Defense実験にFig. 3

おけるねじれの状況については更なる分析が必要である．
7. おわりにThe shear force on the 1st floor (X dir.)

1500

4 層鋼構造骨組に対して，E-Defense による実大実験，

E-Defense
E-Simulator
ASI-Gauss

1000

E-Simulator と ASI-Gauss 法による解析結果を比較した．解析モデルの検証（verification）と妥当性の確認（validation）

500について検討した．
謝辞

50

本研究の一部は，（独）防災科学技術研究所兵庫耐震工-500

学研究センター・数値震動台研究開発分科会における成果で-1000ある．また，データ等の整理には元筑波大院生の韓元相氏に協力していただいた．ここに謝意を表す．
参考文献
1) 宮村他，建築学会大会梗概集B1, 2011, 233-234
2) 吹田他，日本建築学会構造系論文集, 第635号, 20093) 磯部，チョウ，日本建築学会構造系論文集，第579号, 2004
4) 堀，野口，井根，土木学会地震工学論文集, 2007
5) Miyamura et al., PNST, 日本原子力学会， 2, 2011, 651-656-1500
051015Time (sec.)

Fig. 4The shear force on the 1st floor (Y dir.)6) 山下他，建築学会大会梗概集 B1, 2011, 309-3107) 山下他，建築学会大会梗概集 B1, 2012（発表予定）
0.015
E-Defense
E-Simulator
ASI-Gauss

0.010.005
0-0.005

Y-direction

X-direction-0.01(a) E-Simulator-0.015051015

20

Time (sec.)

Fig. 1

The interstory drift angle on the 1st floor (X dir.)

0.025
0.02

E-Defense

0.015

E-Simulator
ASI-Gauss

0.01
0.005
0-0.005

Y-direction

-0.01
05

1015

Fig. 5Time (sec.)

Fig. 2

X-direction(b) ASI-Gauss code

20Deformation (magnified 10 times) and distribution of theequivalent stress (E-Sim) or yield function value (ASI-G) at 6.0 s

The interstory drift angle on the 1st floor (Y dir.)- 340 -20