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日本建築学会大会学術講演梗概集（東北） 2018 年 9 月

ASI-Gauss 法を用いた 1 方向地震波加振時の家具の挙動解析
正会員
同家具
ASI-Gauss 法

地震時挙動解析有限要素法○小林 康一*1
山下 拓三*2

会員外
正会員

内藤 昌彦*3
磯部 大吾郎*4

振動台実験

1. 緒言
世界有数の地震大国である日本では，数多くの地震がペナルティ指数 q は 1.0，減衰に関する係数𝐷𝑐 は α の発生している．特に 1995 年の阪神・淡路大震災では，多定した．解析の時間増分は 1.0 ms とした．

120 ％と設定し，動摩擦係数は静止摩擦係数の 80 ％と設くの構造物が倒壊した．また，地震による家具などの内部設備の転倒・損傷が発生し人的被害も生じた．従来から，例えば耐震具の有効性を検証するため，加振実験が3. 解析結果
実験および解析終了時の家具の様子を図-3 に，家具上行われている[1]．しかし，地震波や対象物など条件を変面で計測された応答加速度を図-4 に示す．図-4 の解析から更する度に実験を行うとコストや時間がかかり，繰り返得られた応答加速度は，実験時の加速度センサーの方向し実験を行うことは困難である．また，一般的に家具なw

どの転倒解析には個別要素法が用いられることが多いが，d

この手法は家具自体の変形や応力変化などについて検証することは困難である．そこで，家具の地震時挙動を詳細に把握するために，ペナルティ接触理論に基づく接触アルゴリズムを ASI-Gauss 法[2]に導入した転倒挙動解析コH
Zード[3]の開発が行われている．本報では，この解析コードを用いた，家具の１軸方向加振実験の再現解析結果にhついて報告する．

X
2. 解析モデルおよび解析条件実験は，内容物無・有の家具を対象とし 1 軸加振の振動W台を用いて行われた．線形チモシェンコはり要素を用い，図-1 解析モデル概観

D600

モデル化した．表-1 に，家具モデルの重量・寸法・重心400

400

位置・静止摩擦係数を示す．静止摩擦係数は，ベルトを200200量で除した値の平均値である．重心位置は，構成する各部材の密度を調整することにより表現した．モデルの要素数と節点数は，1,796 と 1,353 である．入力波としては，
JMA 神戸波 NS 方向を振動台に入力した際に得られた台上

加速度[gal]600

加速度[gal]

試験対象である内容物無・有の家具を図-1 に示すように巻いた内容物無の家具を引き，動き出した際の荷重を重0-200-400加速度を用いた．使用した入力波を図-2 に示す．本研究0-200-400-600-800
17.5Y-600

MAX = -440 gal
2022.5時間[s]2527.5a) JMA 神戸波 NS 方向 50％-800
17.5MAX = -771 gal
2022.5時間[s]2527.5b) JMA 神戸波 NS 方向 75％

での解析パラメータは，高い再現性が見られた先行研究[3]と同様の方法で，ペナルティ定数 α は対象物の重量，

図-2 入力した台上加速度（解析に用いた部分のみ）

表-1 家具の諸元と静止摩擦係数
重量[kg]
内容物無31.5

内容物有153.5

寸法[mm]

重心位置[mm]

WDH6003901805

静止摩擦係数wdh300

160920300

222939

Motion Analysis of Furniture under One-Dimensional Seismic
Excitation Using ASI-Gauss Technique― 543 ―

X 方向

Y 方向

0.236

0.236

KOBAYASHI Koichi, YAMASHITA Takuzo,
NAITO Masahiko and ISOBE Daigoro

解析結果と一致させるため，家具上面の座標系に変換している．

両家具ともに転倒しない結果となった．JMA 神戸波 NS 方
向 75％を加振した場合，実験では内容物有の家具が転倒

加速度[gal]

場合，実験では内容物無の家具が転倒に至り，解析では1000500500

加速度[gal]

図-3 に示すように，JMA 神戸波 NS 方向 50 ％を加振した

0に至り，解析では逆に内容物無の家具が転倒に至った．

実験結果

1000-5000-500

また，実験では家具の床面での滑りは観察されなかった
-1000
17.5

が，解析では，内容物有の家具の場合に両加振波で家具－床間に滑りが生じ，家具が壁から大きく離れる結果と20時間[s]22.5a-2) 内容物有1000

1000500500

加速度[gal]

加速度[gal]析結果とでは異なる結果となった．この要因として接触動摩擦係数が時々刻々と変化したことが考えられる．ま20時間[s]a) JMA 神戸波 NS 方向 50％定性的に一致する部分が一部見られるが，実験結果と解グした際に家具－床間の接触面が変化することにより，-1000
17.5a-1) 内容物無なった．図-4 の家具上面での応答加速度を比較すると，パラメータの設定誤差も考えられるが，家具がロッキン

22.500-500-500

た，内容物有の家具については，内容物の移動により重心位置が移動したことや，接触面の荷重分布が変わり動-1000
17.520時間[s]摩擦係数が変化したことも考えられる．

22.5-1000
17.520時間[s]22.5b-1) 内容物無b-2) 内容物有b) JMA 神戸波 NS 方向 75％

図-4 家具上面の応答加速度
4. 結言
本研究では，1 方向地震波加振実験に使用された家具をモデル化し，解析を行った．実験と解析で挙動が異なる結果となったが，これは内容物の移動による重心位置の変化，および家具－床間に生じる摩擦力の変化が家具の挙動に大きく影響したことが考えられる．本研究で用いた解析コードは摩擦力を一定で与えているが，より再現
a-1) 実験終了時性の高い解析結果を得るためには，床と家具との接触面a-2) 解析終了時の変化に応じ摩擦係数を変化させる必要があるものと考a) JMA 神戸波 NS 方向 50％

えている．
参考文献
[1] 梶原 浩一 他：既存木造校舎に 関する E-ディフェンス実験：その 6 地震時の教室 空間 (振動台実験(1), 構造 III) ，日本建築学会術講 演梗概集, pp. 523524, 2011.
[2]b-1) 実験終了時b-2) 解析終了時b) JMA 神戸波 NS 方向 75％[3]図-3 終了時の家具の様子（奥：内容物無，手前：内容物有）*1 筑波大学大学院 システム情報工学研究科 大学院生
*2 防災科学技術研究所 主任研究員・博（工）*3 防災機器検査協会*4 筑波大学 教授・博（工）磯部 大吾郎 他：飛行機の衝突に伴う骨組鋼構造の崩壊解析，日本建築学会構造系論文集，第 579 号，pp. 39-46, 2004．
磯部 大吾郎 他：有限要素法を用いた地震時における家具の挙動解析，日本建築学会構造系論文集，第80 巻，第 718 号，pp. 1891-1900, 2015．

*1 Graduate Student, Univ. of Tsukuba*2 Chief Researcher, NIED, Dr. Eng.
*3 Japan Disaster Prevention Equipment Inspection Association*4 Professor, Univ. of Tsukuba, Dr. Eng.

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