[B 論文]

JCOSSAR 2023 論文集

実大動的免震実験装置 E-Isolation のコンセプトと特徴
高橋良和*

竹内徹**

吉敷祥一***

篠崎洋三#

米田雅子##

梶原浩一###

和田章####

E-Isolation : Concept and Features for Full-scale Seismic Isolation Dynamic Test
byYoshikazu TAKAHAHI*, Toru TAKEUCHI**, Shoichi KISHIKI***,Yozo SHINOZAKI#, Masako YONEDA##, Koichi KAJIWARA### and Akira WADA ####
E-Isolation was fabricated as a demonstration test machine for the study of high-precision reaction force measurement
technology, large dynamic force testing machine technology, and real-time hybrid simulation technology by Council for Science,
Technology and Innovation (CSTI), SIP (Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program). This paper introduces theconcept and features of the E-Isolation and its test results of cyclic loading test and hybrid simulation.
Key words: Reaction measurement system, Seismic isolation, Dynamic test
言1 緒
米国，イタリア，中国や台湾には，免震・制振デバイされている．また，米国 EPS 社などの大型動的免震試験機では，反力側に二軸ロードセルを設置し，加振台に作スを対象とする大型動的実験装置が設置され，実大の免震・制振部材の動的実験検証が行われているが，国内に用する摩擦力・慣性力を計測しない工夫がなされている．
一方，多軸ロードセルでは，ある一軸にのみ負荷がかかは実大動的免震実験機が存在しなかった．
戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)において，ったとしても，他軸の出力に影響が及ぶクロストークを避けることはできない．低摩擦型支承の場合には，鉛直「高精度荷重計測機構を有する動的試験機を活用した荷重と水平荷重の比（摩擦係数）が 0.005 程度となり，解析法の開発」が採択され，高精度反力計測技術，大型クロストークの影響をより強く受けることになる．

動的加力試験機技術，そして実時間ハイブリッドシミュレーション技術の検討を実施し，その実証試験機として

3 設計コンセプト

E-Isolation を製作した。本論では，そのコンセプトと特徴について紹介する．

本研究開発における設計は，MIT の Suh 教授が 1990年に提案した Design Axiom の考えに従っている。要求す

2 大型動的加力試験装置が抱えている課題

べき性能と設計によって決めるべきパラメータ間を複雑のまま対処するのではなく，新しい発想を組み込むこ

長大橋や超高層ビルを支持する免震装置は数千トンの大鉛直荷重を支持するため，質の高いフィジカル空間とにより単純化し，設計の信頼性や確実性を高めようとするものである．

情報の取得のためには，大鉛直荷重下で高速度・大変形の動的加力試験を実施しなければならない。このために試験体反力計測に潜む課題を解決するため，試験機の固定端側を，試験体の上側に水平方向は「ほぼ無抵抗」，は，試験体を水平に高速で変形させるための加振台が必

鉛直方向は「概ね固定」となるように支持された反力梁要になるが，加振台を振動させる水平アクチュエータにを配置し，さらに反力梁に水平方向を一軸ロードセルをは，試験体の反力に加え，加振台と鉛直アクチュエータ間の摩擦力，加振台の慣性力も同時に作用するため，試有する荷重測定リンクをピン接合に近い形で接合する設計を採用した．

験体の反力を正確に計測することは困難であった．代表的な大型動的免震試験機である米国 UCSD の SRMD や

4 E-Isolation

台湾 NCREE の BATS では，反力計測に混入する摩擦力高精度荷重計測機構を採用した実大動的免震試験装置の概要を Fig.1 に示す。

等を除去するため，試験体を取り付けない加振実験結果を用いた補正や，数値摩擦モデルによる補正を余儀なく＋

原稿採択

2023年6月20日

Accepted*

京都大学社会基盤工学専攻〒615-8540**

東京工業大学建築学系*** 東京工業大学〒152-8552

科学技術創成研究院#

大成建設株式会社##

東京工業大学設計本部

防災科学技術研究所####

免震研究推進機構

Dept. of Civil and Earth Resources Eng., Kyoto Univ., Kyoto
Dept. of Arch. and Build Eng., Tokyo Institute of Technology, Tokyo
Inst. of Innovative Res., Tokyo Inst. of Tech., Yokohama〒226-8503横浜市緑区長津田町4259〒163-0606 東京都新宿区西新宿一丁目25番1号

環境・社会理工学院###

京都市西京区京都大学桂東京都目黒区大岡山2-12-1〒305-0006〒673-0515〒152-8552

東京都目黒区大岡山2-12-1

茨城県つくば市天王台3-1

Design Devision, Taisei Corporation, Tokyo
Sch. of Env. and Society, Tokyo Inst. of Tech., Tokyo

Natl. Res. Inst. for Earth Science and Disaster Resilience, Tsukuba

兵庫県三木市志染町三津田西亀屋1503-1344

Japan Seismic Isolation Laboratory, Miki

4･1 採用した大型試験機技術
試験機の鉛直方向を「概ね固定」とするための自己釣り合い機構として，PC 構造によるコンクリートドックと反力梁とを積層ゴム支承を挟んでプレストレスにより締め付ける構造を採用した．水平方向を「ほぼ無抵抗」とみなせるよう低剛性の積層ゴム支承を採用しているが，剛な反力計測リンクで水平支持されているため，実際にはほとんど変形しない（5000kN 水平載荷時 1~2mm程度）が，必要に応じて補正可能とするため，小振幅でも線形性の高いことを別途試験により確認している．
加振台は水平一軸・鉛直一軸に動作するが，24 台の鉛直アクチュエータが取り付けられる下加振台と 4 台の水平アクチュエータにより水平一方向に可動する上加振台を水平方向のリニアベアリングで接続した上下分離型加振テーブル機構を採用し，上加振台中央において 6自由度の姿勢制御をしている．
4･2 基本性能
E-Isolation の載荷最大荷重は動的に鉛直 30MN，水平5.1MN であり，水平ストロークは 1.3m である．加振可能累積行程距離は 4m であるが，将来の油圧システム増強により，その工程距離を延長する計画である．

Fig.1 Isomeric View of E-Isolation1).

また，E-Isolation での免震・制振デバイスを実験部とし，構造物を数値モデルとしたハイブリッドシミュレーション機能を有している．性能確認試験では，加振台への指令値に対して実際の応答値の位相が遅れても問題はないが，時々刻々運動方程式を解く必要があるハイブ
リッドシミュレーションでは，ATS 位相遅れを補償する機構が必要となるため，ATS (Adaptive Time Series)補償を採用している．試験体の速度依存や試験機性能を勘案し，実時間ハイブリッドシミュレーションと仮動的ハイブリッドシミュレーションを選択できるようにしている．
4･3 加振実験事例
試験体はφ800 (G0.29)の積層ゴム支承に対し，正負交

Fig.2 Cyclic Loading Test Results of Seismic Isolator.

番載荷試験を行った結果を Fig.2 に示す．緑線が従来技術である水平アクチュエータによる反力計測，黒線が開NumericalAnalysis

Displ. of Isolator (mm)発した反力計測リンクによる結果である．このように摩擦力の影響を受けない，直接的な計測が可能であることが分かる．また，Fig.3 には 2 層免震建物のハイブリッドシミュレーション結果を示すが，摩擦力の影響を受けない反力計測により，正確な地震時応答を再現できている

HS(ReactionMeasurement System)

20506040200-20-40-60ことが分かる．

HS(Conventional
Measurement System)

01030

406070Time (s)謝辞

Fig.3 Displ. Response of Isolator by Hybrid Simulation.

本研究は，内閣府戦略的イノベーション創造プログラム（SIP)「国家レジリエンス（防災・減災）の強化」によって実施した．ここに謝意を表す．
2)

参考文献
1) Takahashi, Y. et al., E-Isolation : High-performance

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Dynamic Testing Installation for Seismic Isolation
Bearings and Damping Devices, International Journal ofHigh-Rise Buildings, Vol.12, No.1, pp.93-105, 2023.
Suh, Nam P., The principles of design, Oxford University
Press, 1990.