JSCE 令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会[共通セッション] 地震工学・地震災害

免震／制震 (2)2023年9月15日(金) 15:10 〜 16:30 CS-8 (広島工業大 五日市キャンパス三宅の森Nexus21 711／広島大 東広島キャンパス工学部講義棟 B103)[CS10-126] 高精度荷重計測機構を有する実大免震試験機の開発とハイブ
リッドシミュレーション機能
Development of the Experimental System with the HighPerformance Load Measuring System for Real-Size
Seismic Isolator and Application for Hybrid Simulation*上田 知弥1、植村 佳大1、高橋 良和1、竹内 徹2、吉敷 祥一2、米田 雅子2、和田 章2 （1. 京都大学、2. 東京工業大学）*Tomoya Ueda1, Keita Uemura1, Yoshikazu Takahashi1, Toru Takeuchi2, Shoichi Kishiki2, Masako Yoneda2,Akira Wada2 （1. Kyoto University, 2. Tokyo Institute of Technology）
キーワード：実大免震試験機、免震構造、荷重計測、動的性能評価、ハイブリッドシミュレーション
Experimental System for Real-Size Seismic Isolator, Isolated Structure, Force Measuring,
Evaluation of Dynamic Performance, Hybrid Simulation
免震構造が日本で急速に広まっている一方で，実大の免震装置を試験できる試験機はアメリカや中国にはあるものの日本には存在していなかった．そこで，本研究では摩擦力・慣性力の混入を防ぐ高精度荷重計測機構を有する実大免震試験機を開発した．また，この試験機は供試体反力を直接計測可能であることから，ハイブリッドシミュレーション(HS)への適用性が非常に高い．そこで，当該試験機を HSに適用し，荷重計測手法の違いが HS結果に与える影響を検討した．その結果，摩擦力・慣性力が混入する従来技術で計測した荷重を用いた試験結果と比べ，高精度荷重計測機構で計測した荷重を用いた場合は試験精度が向上することが確認できた．
In Japan, the isolated structures are rapidly spreading though there is no large-scale experimental
system for isolator bearings. Then, our team develops the experimental system for real-size seismic
isolators which has a high-performance load measuring system. The force measured by an ordinary
system is contaminated by friction and inertia forces, but it can measure reaction force directly. This
characteristic is suitable for hybrid simulation (HS). Our team also conducted HS with it. It shows the HS
result which uses the proposal system is much better than that which uses the ordinary one.

©公益社団法人土木学会

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令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会

高精度荷重計測機構を有する実大免震試験機の開発とハイブリッドシミュレーション機能
京都大学
京都大学

学生会員 ○上田 知弥，京都大学
正会員

東京工業大学 非会員

正会員 植村 佳大

高橋 良和，東京工業大学 非会員 竹内 徹
吉敷 祥一，東京工業大学 正会員 米田 雅子
東京工業大学 正会員 和田 章

１．背景・目的1995 年の兵庫県南部地震以降，構造物の地震被害軽減を目的として免震構造が急速に広まっている．一方，米国や中国は大型動的試験機を有しており実大免震装置の動的実験検証が実施されているのに対し，日本はこれまで同様の試験機を有していなかった．そのような中，戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)において「高精度荷重計測機構を有する動的試験機を活用

図-1 従来の荷重計測機構した解析法の開発」が採択され，実大免震試験機の開発が行われた 1) 2)．この試験機は大鉛直荷重・高速度・大変形の載荷が可能なだけでなく，諸外国の大型免震試験機で課題となっている摩擦力・慣性力の混入を防ぐ高精度荷重計測機構を採用している．また，供試体反力を直接計測可能であるため，実験と解析を組み合わせたハイブリッドシミュレーション(HS)への適用が期待される．本稿では開発された実大免震試験機について報告する．また，当該試験機を用いて HS を実施し，荷重計測手法の違いが HS 結果に与える影響を検討する．
図-2 高精度荷重計測機構

２．実大免震試験機(E-Isolation)の開発
従来の免震試験機での荷重計測機構を図-1 に示す．

梁用積層ゴムと PC より線で固定されている．供試体に従来手法では水平動的ジャッキのロードセルにより荷水平変位を与えると反力梁がわずかに変位し，反力梁重を計測するため，加振台底面の摩擦力や加振台にかに接続された剛な反力計測リンクで荷重が計測される．

かる慣性力が計測荷重に混入する．大型の免震試験機

これにより，摩擦力・慣性力等の混入を防ぎ，供試体復

では高軸力を付加するため，加振台底面の摩擦係数が元力のみを直接計測することが可能となる．また，荷重小さい場合でも摩擦力が大きくなりその影響が無視での計測精度が向上することにより，これを用いる HS のきない．また，計測荷重を逐次構造計算に用いる HS へ試験精度の向上に繋がると考えられる．

適用する場合，計測荷重から摩擦力などを補正する必

３．ハイブリッドシミュレーション要がある．しかし，摩擦力のモデル化は容易ではなく，(1) セットアップ概要

実時間 HS では計算時間の制約もあるため，部材復元力

HS のセットアップを図-3 に示す．解析用 PC では数値モデルによる解析を，実大免震試験機では試験体のを直接計測する計測手法が求められている．
そうした中，実大免震試験機(E-Isolation)では図-2 に載荷を行う．リアルタイムシミュレータは解析結果を示す高精度荷重計測機構を有している．本試験機では試験機の制御機器に送信する際の信号処理を行う．解反力梁が水平方向に柔，鉛直方向に剛となるよう反力析用 PC，リアルタイムシミュレータ，コントローラ PC

キーワード 実大免震試験機，免震構造，荷重計測，動的性能評価，ハイブリッドシミュレーション
連絡先〒615-8540 京都府京都市西京区京都大学桂 C1-2-139 TEL：075-383-3246 FAX：075-383-3244

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令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会

質点2

質点1

質点0
免震層(実験部)
想定剛性

図-3 HS セットアップ

図-4 HS 対象建物[unit: mm]

図-5 解析モデル

1500
免震層水平反力(kN)

免震層水平変位(mm)6040200-20-40-600102030

4050

6070時間(s)

純解析

1000

HS(従来システム)

500HS(反力計測リンク)

0-500-1000-1500-60 -40 -200204060

免震層水平変位(mm)(a) 水平変位時刻歴(b) 水平反力－水平変位関係
図-6 実大免震試験機を用いた HS 試験結果

では共有メモリを採用し，光ファイバケーブルで接続

一方で，HS(反力計測リンク)は供試体復元力のみを計測してデータ通信を行う．試験機で載荷する実験供試体できたことにより(図-6 (b))，純解析の傾向を追えているはφ800 天然ゴム系積層ゴムとする．

ことが分かる．また，HS(反力計測リンク)の最大変位応(2) HS 対象建物

答は 51.53mm であり，純解析(53.99mm)との差が-4.56%
3)

HS 対象建物は 2 階建ての実在する免震建物 とし，と極めて小さい．以上より，反力計測リンクを用いた荷対象建物の免震層には実験供試体のφ800 天然ゴム系重計測手法により HS の試験精度向上が確認された．

積層ゴムが 20 個導入されている (図-4) ．解析モデル

５．まとめ

は図-5 に示す 3 質点のせん断ばねモデルとし，その諸摩擦力・慣性力の混入を防ぐ高精度荷重計測機構を元は同図に示す通りである．解析モデルと実験部分の有する実大免震試験機の開発を行った．また，実大免震相似比は，供試体が実大免震支承のため変位倍率を 1.0，試験機を用いて HS を行い，高精度荷重計測機構を用いモデル内の支承が 20 個のため荷重倍率は 20.0 とした．

ることで HS の試験精度が向上することを確認した．

(3) 試験条件

謝辞：本研究は，戦略的イノベーション創造プログラ

入力地震波は建設省告示に適合した Hachinohe EW 位ム(SIP)「IX. 実大部材地震挙動開発システム開発」の相の波形の L1 地震動とする．反力計測リンクによる計助成を受けて実施した．謝意を表します．

測水平反力を用いる HS と従来システムによる計測水参考文献

平反力を用いる HS を実施した．それぞれ HS(反力計測1)Takahashi, Y. et al, E-Isolation: High-performanceリンク)，HS(従来システム)と呼ぶ．数値積分には陽的

Dynamic Testing Installation for Seismic Isolation

な Newmark の β 法を用い，時間刻みは 0.02 秒とした．

Bearings and Damping Devices, International Journal of

４．ハイブリッドシミュレーション結果

High-Rise Buildings, Vol.12, No.1, pp.93-105, 2023.

試験体の応答が線形範囲内であったため，試験体積

2)高橋良和ほか：高鉛直荷重下の水平荷重測定にお層ゴムの応答を線形と仮定した数値解析結果(以下，純いて摩擦力と慣性力から解放された実大動的免震実解析)を理想挙動とし，純解析と HS 結果の比較を行う．

験装置の開発と実現「その 1」～「その 17」，日本建解析モデルにおける免震層の水平変位時刻歴および築学会大会学術講演梗概集，2023.

水平反力－水平変位関係を図-6 に示す．HS(従来システ3)日本建築学会 関東支部 : 免震・制振構造の設計,ム)は摩擦力の混入により純解析と結果が大きく異なる

第 3 版, 2017.

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