振動台実験と仮動的実験による鉄骨骨組の地震応答 : 仮動的実験手法による地震時応答再現性

【論　 文】 UDC ：624

．

02 ：624

．

e42

．

7 ：620

．

1 日本 建 築 学 会構 造 系 論 文 報 告 集 第 364 号

・

昭 和 61 年 6 月

振 動 台 実 験

と

仮 動 的実 験

に

よ

る

鉄 骨

骨

組

の

_{地 震 応 答}

仮 動的実 験手 法

に よ る

地

震

時応

答

再 現性

正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員

崎

島

薗

崎

田

　

　

之

山

中

上

井

前

正

隆

征

克

裕

＊

愛

＊ ＊ 士 ＊ ＊ ＊ tLhN

男

＊ ＊ ＊ ＊

馬

＊＊ ＊ ＊＊ 　

1．

序 　 電算機と加 力ア クチュ エ

ー

タをオンラインで結び_， 構 造 物の地 震 時 応 答 をシミュ レ

ー

シ ョ ンする手 法が昭 和 49年 東 大 生 研 高 梨ら に よっ て開 発 さ れ た％ 本 手 法は振 動 台 実 験で は代 替で き な い数々 の特 長を持っ た新し い構 造 物 地 震 時 応 答 再 現 手 法と して

，

近 年 内 外の研 究 者の注 目 する と ころで ある2 ）

−

5 ）

。

本 手 法は電 算 機

一

ア クチュ エ

ー

タ オンライン実 験1〕 や仮 動 的 実 験31

『

51の名 称で呼ばれ て い る

。

本 論で はこ の手 法 を 仮 動 的 実 験 と称す る

。

　 仮 動 的 実 験は以下の手 順に従う

。

まず地 震 時 応 答 を知 りたい構 造 物の モ デ ル試 験 体を作り

，

こ れ を実 験 室に設 置する

。

こ の モ デル をバ _ネ

ー

_{質 点 系}と仮 定し

，

各 質点 位 置に ア ク チュ エ

ー

タを取り付け る。 次に この バネ

ー

質点 系の運 動方 程式 を

，

減衰を 適 切に仮 定 して直 接 積 分に よっ て解く。 この時 通 常の数 値 解 析と は異な り

，

モ デル の復元力 特 性 を仮 定 し ない

。

替わ りに直 接 積 分の 各ス テップに おいて ア クチュ エ

ー

タを用い て試 験 体 を計 算さ れ た変位ま で変形さ せ， こ の時の ア ク チュ エ

ー

_{タ反 力 を} 用い て 次ス テップの計 算 を 進める

。

こ の手 順 を繰り返 す こ とによっ て モデルの地 震 時 応 答が得られ

，

ま た モ デ ル 自身は実 際に は遅い速 度で はあるが， あた かも地 震 を受 け た時の よ うに挙 動す る

。

　仮 動 的 実 験 は 振 動台 実験に対 して長 所 と短 所を持って い る

。

主な長 所と し て

，

1）加 力 が 準 静 的である た め

1

司じ 重 量の構 造 物モ デルを試 験する場 合ア ク チ ュ エ

ー

タへ の 負 担が小さ い

，

す な わ ち容量の小さ な ア ク チュ エ

ー

タ で 事 足り る

，

2）直 接 積 分の_各ス テッ プご とに_{載 荷}を中 断で き る ので， 計測が動的実験に不可欠な同 時 計 測で あ る必 要は な く

，

通 常の準 静 的実 験に用い られ る順 編 成の計 測 　 　ホ 建 設省建築研究所

・

工博 　 ＊ ＊ _{建 設 省 建 築 研 究 所}

・

Ph

．

　D

．

　＊ ＊ ＊ _{建 設 省 建 築 研 究 所}

・

工修 ＊ ＊ ＊ ＊ 佐 藤工業 （株）技 術 研 究所

・

工修 i＊ ＊ ＊ ＊ 前田建 設工業 （株 源 子力 部 　 　 〔昭和60年9月6日原 稿 受理｝ 装置 で十分で ある

，

3｝加 力が準 静 的で あ り ま た適宣 載 荷 を中 断す る こと がで き る の で_， モデル の各 部 材の_{詳 細挙} 動が最 大 漏ら さず 観 察で きる

，

等が挙 げられる。

一

方 仮 動的実験の短所とし て

，

1＞本 来連続 体である モデル試 験 体をバ _ネ

ー

_{質 点 系}と仮 定する （空 間 的 離 散 化 ｝， 2）運 動 方 程 式 を微 分 方 程 式 として で はな く， 時 間 軸に対して離 散 化し た差 分 法 を 用いて解く （時 間 的 離 散 化 ）

，

3）モ デ ル試 験 体の持つ減 衰 特 性 を 速 度に比 例す る粘 性 減 衰と し て代 表さ せ （履 歴 減 衰は必 然 的に実 験に取り込 まれ る）， そ の粘 性 減 衰 定 数 を仮 定する

，

4＞加 力が準 静 的であ り

，

速 度の違いに よ る構 造 特 性の変 化が考 慮で き ない

，

等が 挙 げ られ る。 　この よ う に仮 動 的 実 験は その種々な利 点に より今 後ま す ま す 発 展 して_行く もの と期待さ れるが

，一

方で_本手法 に は_多くの _{仮 定}

・

_{簡 略 化}が含ま れてお り

，

し た がっ て得 ら れ た地 震 時 応 答は真の応 答と 同

一

で は ない _事実も見逃 せ ない

。

今 後

，

仮 動 的 実 験 手 法の健 全な発 展 を促すため に は_， 種々 な近 似 を含ん だ本 手 法の地 震 時 応 答 再 現 度 を 評 価しておくことが不 可 欠である

。

す な わち仮 動 的 実 験 に よっ て得られ た結 果が各 近 似によっ てどれ程 歪め ら れ て い る か を定 量 的に推 定する手 順 を 開発する こ と が必 要 である

。

　この手 順 を 開発す る た めの基 礎資料 を 得る目的で

，

縮 小 鉄 骨造モ デル を対 象と し た振 動 台 実 験と仮 動 的 実 験を 実 施し た。 振 動 台 実 験によっ て得られる応 答 を真の応 答 と して代表さ せ

，

こ の応答と 比較す る た めに同

一

の構造 モ デル と 同

一

の地 震 入 力 を 用いた 仮 動 的 実 験 を実施 し た

。

両応 答を 比較する こ と によっ て仮 動 的実験による応 答の精 度と誤 差が明らか に な り

，

仮 動 的 実 験の地 震 時 応 答 再 現 性 評 価が議 論で き る

。

本 論で は こ の実 験の成 果を 詳 細に報 告する。 　本 実 験で対 象と した構 造物モ デルは鉄 骨 造2層 純 骨 組 と

，

鉄 骨 造2層 筋 違 付 骨 組の 2種 類であ る

。

各モ デル に つ い て同

一

の試 験 体を2体 製 作し_， まずユ体 を用い て振

一 23 一

動 台 実 験 を実 施し た

。

次に他の 1体の応 答 を仮 動 的 実 験 に よっ て得た

。

こ の時

，

入力 地 震 波の同

一

性を保 証す る た めに

，

仮 動 的 実 験で は振 動 台 実 験 中に振 動 台上で記 録 され た加 速 度 を 入 力 地 震 波 とし た

。

実 験は モ デルが弾 性 的に挙 動するよ うに微 小な 入力 を用い た弾 性 実験 と

，

モ デルが大き な繰り返し塑 性変形を受け なが ら応答す る よ うに大きな入力 を用いた弾 塑 性 実 験か ら成る

。

本実験に 用い た仮 動 的 実 験シス テム の概要 を

2

章に

，

実験 計画を 3章に_{， 実}験結果 を4 章に

_，

そ して両 実 験 結 果の_{比 較}に よる仮 動 的 実 験の_{地 震 時 応 答 再 現性}に_対す る考 察を

5

章 に そ れ ぞ れ示す

。

　

2．

仮 動 的 実 験 システム の概 要 　

1

章で述べ _{たよ うに仮 動 的 実 験は種々 の近 似}

・

_{簡 略 化} を含む手法で ある の で

，

得ら れ た応 答は真の応 答と

一

致 し ない

。

も う

一

つ 仮 動的 実 験応答が歪め ら れ る要 因とし て， 実験中に生じ る誤 差が あ る。 仮 動 的 実 験で は計 算 さ れ た変 位 （指 令 変 位）まで試 験体を加力 し

，

そ の時の反 力を計 測し て次ステ ッ プの計 算に取 り 込 むので

，

加 力後 の変 位 が指 令 変 位か らずれ てい た り， 計測 反 力 が その変 位における真の反 力 と異なっ ていた り す る と応 答が歪め られ る こ と に な る

。

サ

ー

ボ 機 構の精度や

，

計測用 変 位 計

・

ロ

ー

ドセル の_有効精度を考慮す る と

，

特に剛 性の高い試 験 体につ いて は

，

ア ク チュ エ

ー

タの試 験 体に対す る相 対 剛 性が低 く な る ことによっ て変 位の制御が 困難にな り

，

また わずか な変 位の誤 差が試 験 体反力に大 き な変動 を も た ら すの で

，

実 験から得られる応 答へ の信 頼 性が低く な る傾 向に あ る6L7）

_。

　 こ の よ うな実 験誤 差に よ る 応 答の歪 み を 極 力 除 去 する た め の制 御ア ル ゴ リ ズムを 開 発し， 本研究に用いた 建設 省 建 築 研 究 所 仮 動 的 実 験シ ス テム に組み込んだ

。

本実験 シ ス テム は

，

計 測 用コ ンピュ

ー

タ

ー

1台

，

加 力制 御 用 コ ンピュ

ー

タ

ー

1台

，

電 子 式 油 圧_サ

ー

ボア クチュ エ

ー

タ

ー

_， サ

ー

ボ制 御 装 置に よって構 成されている

。

各々の機 構は 互い にオンラインで結ばれ てお り

，

全体と して

一

つ の_閉 ル

ー

プ を成 し てい る

。

こ の _中で_精度の_高い_{試 験 体}の_{変 位} 制 御 を実 現さ せ る た めに_開発さ れ た 二つ の アル ゴ リズム の概 要を以下に記 す

。

　a_） ディジ タル

・

アナログ_変位 計併用制御 　 本 実 験シス テム では

，

各ア クチュ エ

ー

_タにっい て試 験 体の変 位とア クチュ エ

ー

タ の変 位の両 方をモニ タ

ー

し て い る （図

一

1（a））

。

こ こで_{試 験 体}の_変位はで き る だ け精 度 を 上 げるた めにディジ タル型変位計で計 測し

，一

方ア クチュ エ

ー

タの変 位はサ

ー

ボ 機 構がア ナログ制 御であ る こと を考 慮し て アナロ グ型 変 位 計で計測 して い る

。

本実 験で用い た デ ィ ジ タル型 変 位 計は ±

1，

000

　rnm のス ト ロ

ー

ク と0

．

0ユmm の分 解 能 を 持つ

。

例えば期 待さ れ る 最 大 変 形 を100mm と す る と （事 実 実験で試 験 体 は ±

100mm

を越え る変位を経 験し た〉

，

この分 解 能は最 大

一 24 一

　 　 P

．

Ca）COMθ’NED

　

blGi「AL

−

ANALOG 　CONTROL 　　 　他 丿PtECEW’5EtOAOtNG

図

一

1　 仮 動 的実 験シ ス テム の加力機構 変形 の 0

．

005％ で あり

，

従 来の ア ナロ グ型 変 位 計に比 べ て計 測 変 位 精 度が 飛 躍 的に上昇して い る。 　

b

） 区分線形加力手法 　上 述の よ うに本 実 験システムで は アナロ グ

，

デ ィ ジ タ ル変 位 計 を 併 用する の で

，

図

一

1（

b

）に示 す よ う な 加力 手 法 を 用い る。 い ま 変 位

X

。か ら

X

．

．

1 へ 試 験体が動く もの と す る と

，

ま ず A

・

（X。

−

X。 ．i）の 変 位 増 分 指 令がア ナログ型変位計に与え ら れ る

。

こ こ で A は実 験に先 立っ て指 定さ れ る分 割 係 数で あり

，

本 実 験で はこ の値 を

O．

8

と定め た。 加 力によっ て与えられた増 分 指 令が達 成 され たとき ディジタ ル型 変 位 計で試 験 体の変 位が計 測され る が

，

加 力 治 具の縮み などに よっ てこ の時の試 験体変位 増 分は最 初アナログ型 変 位 計に指 令し た変 位 増分 と 必ずし も同じ で は な い。 こ こ で試 験 体がさらに動くべ き変 位が 計算 さ れ， その残 り の変 位の A 倍の変 位がア ナロ グ型 変 位 計に指 令さ れ る

。

この手 順は最 終 的に試 験 体が指 定 された変 位

，X。

，

1 に許 容誤差±εを持っ て到達 す る まで 繰り返さ れ る

。

こ こ で ε も実験に_先立 っ て指 定す る定 数である。 　この加 力 手 法か ら明ら か なよ うに

，

実 験の誤 差 を抑 制 さ せ る た めに はで きる だけ小さ な ε を 括 定_する こ とが 望ま しい が

，

サ

ー

ボ機 構の制 御 精 度 等の理 由か ら試 験 体 を指令 した変位にまで完 全に導くことは困 難である

。

本 実 験で は予 備 微 小 加 力 を通じて_， 無理 な く実験が遂行で きる最 小 許 容 誤 差 とし て

0，

02m

皿 を指 定_{し た} 。 な おこ の加 力制 御で は

，

εの値がゼロ で ない限り実 際に到 達 し た時の変 位は指 令し た変 位に対してその_増分の _絶対値に おい て

一

般に小 さく な る

，

いわ ゆる アン ダ

ー

シュ

ー

ト誤 差 が生じ る傾 向にあ る。 　アンダ

ー

シュ

ー

ト誤 差 に 関し て は

，

本研究に お け る実 験 後さ ら に検 討 を加え

，

ア ン ダ

ー

シュ

ー

ト誤差 と応 答の 歪み の関 係

，

お よ び応 答の歪み の最 小 化の方 法等につ い て

，

そ の成 果の

一

部を別 途 発 表 し てい るS〕

_。

しか し本 実 験に関L

．

て は

，

文 献 8に示し た応 答の歪み最 小 化アル ゴ リズムを適用 して いない ことを付 記 してお く

。

　

3．

実 験 計 画 　3

．

1 試 験 体 　鉄 骨 2層 純 骨 組 試 験 体 （

BF

試 験体と称す る

1

と鉄 骨

2層 筋 違 付 骨 組 試 験体 （BB 試 験 体 と 称 する）を 各々 2 体

，

計4体を製 作し

，

振 動 台 実 験お よ び 仮動的 実 験を実 施した。 試 験体は

，

各層の高さ1m

，

加 力方 向スパ ン 2 m

_，

直 交 方 向ス パ ン 1m の 4本 枉で ある

。

その形 状 を 図

一2

に示す

。BF

試 験 体は柱 材に

H

型 鋼の弱軸を， は り 材に は強 軸 を 加 力 方 向に 対して用い て いるので

，

柱の剛 性と耐 力が は り に比べて低く

，

全 体と し て純せ ん断 系に 近い性 状 を有 して い る。 BB 試 験 体は X型 筋 違 を各 層に 配 置 し て おり

，

剛 性と耐 力は

BF

試 験 体よ り高く

，

さ らに骨 組の履 歴 特 性と筋 違の履 歴 特 性が混 合した履 歴特 性 を有して いる

。

なお 筋 違の水 平 力 分 担 率は弾 性 時にお いて ユ層で は約 90％

，

2層で は約80 ％と な る よ うに

，

また終局耐 力 時に おい て

．

は 1層で約 60e／

。

，

2層で約50 ％ と な る よ う 設計 し た

。

試 験 体に使 用し た鋼 材の実 断 面 寸法 を表

一

ユ に

，

材 料 特 性 を表

一

2に示 す。 　3

．

2　 振 動 台 実 験 　 試 験 体は通 常の鉄 骨 構 造 物を原 型と して想 定し

，

1／3 Ca）　PLAN H

・

1DO乂50x5x1

＝

；

；

＝

　BRACES　肝 　 　BB

−

SPECl旺N

L

＿

」

　

b

轟

酬

匝 司

　　（b）　ELEVA 　TIO（t　　　　　 StDE 　VtEW

　 　 　 図

一

2　鉄 骨造 2層試 験 体 表

一

1 鋼 材の実 断 面 寸 法 Specime門　 E，覦 ”t 　 冒ide　F1邑 【ge　Shape HBt ”　　tf

匪

r

　　ドB司 　　　　　　COlum門 BF 　 　 　 　Beam99

．

699

．

649

．

249

．

24

．

5455

．

95

．

9 BBCo 臨um鬥 Bedm102

．

7103

．

151

．

251

，

05

．

15

．

27

．

17

．

0Steel 　 　Plate 　 　 　 　 　thick

一

冒idth

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

I Bra⊂e

　

2FBrace 　IF 12

．

0　 　 　 ユ

．

4 20

．

3　 　 　 ユ

．

4 表

一

2　 鋼 材の材 料 特 性 Unit

≡

 

Speclm2n 匸1  entYieldstress ￥1elds

しr5inYD

巳

ng

．

sH ゆdロ1ロsUltlma しes ヒre5〜 Ult1  tastr 己，n un气t 　　　　ノ匸m2kg 覧 1。6kg〆、・Z 　　　　κmzkg 夥 BFBeam ＆ Co1ロmn34300

．

1741

．

97445321

．

2 BBBeam ＆ Colum門 Erace33523BO 馴 0

．

1640

．

1882

．

062 』44444502124

．

715

．

1 に縮 小し た簡 略モ デ ル と し た

。

そ こ で相 似 則を考 慮して 試 験 体 重 量が原 型の 1／9とな るよ うに付 加 重 量 （各 層そ れ ぞ れ

2t

｝を 試 験 体に加え た。　BF 試 験 体の各 層 質 量 は 1層で 2

．

　280 _（

kg・

sec2_／cm _）

_，

2_層で 2

．

258

，

　 BB _{試 験} 体では そ れ ぞ れ 2

．

3ユ0お よ び2

．

280と なっ た

。

付 加 重 量 は実 測で あ る。 付加重量 を除く試験 体 部 分は

，

各 層 柱 高 さの 1／2を 境に その 重量 を上下 層 にふ り わ け

，

計算に よっ て得た

。

付 加重量は各層重量の 92％ か ら94 ％ と なっ てい る

。

　試 験 体の弾 性 時に お け る固有 振 動 数

，

振 動モ

ー

ドお よ び_粘性減衰定数を求めるた めに_最初に_{共振実 験}を実 施 し た

。

その結 果を表

一3

お よび図

一3

に示す。 　振 動 台 実 験の 名 称お よび 最 大入力 加 速 度を 以下に示 す。 　

1

）　弾性 応 答 実 験 （

Run −R

　

1

_） 　 　　

BF

試 験 体 239　_gal

，

　

BB

試 験 体 491　_gal 　 2） 弾 塑 性 応 答 実 験 （

Run −R

　2_） 　 　　 BF 試験 体 500　_gal

，

　 BB _{試 験 体} 2376　_gal 入力地震 波に は

，

BF お よ び BB それ ぞ れの試 験 体が

，

弾塑 性実験 に お い て塑性 域に至るまで十分に加 振さ れ る よ うに

，

_試験 体の _{固有 周 期 付 近}を中心 と す る周 波 数 成 分 か ら成る模擬地震 波を用い た

。

こ の_模擬地震 波は1978 年宮 城 県 沖 地 震 時の_東北 大 学 1階での 記 録 （NS 成 分 ） を も とに_作成さ れてい る。

BF

試 験 体お よ び

BB

試 験 体 の弾塑性応答実験におい て_{振動 台}上で_得ら れ た加速度時 刻 歴 と その フ

ー

リエ ス ペ ク トル を 図

一

4 お よ び 図

一

5に 示す。 　計 測は振 動 台お よ び各床位置に お け る絶 対 水 平変位お よ び 応 答 加 速度

，

柱 材の ひずみ

，

さ らに BB 試 験体で は筋違ひずみ にっ いて_実施し た

。BB

_{試 験 体}に_対する加 振 状 況およ び計 測 点 位 置 を図

一

6と図

一

7に示す

。

図

一

7 に示すよ うに

，

振 動 台 実 験 中に生じうる試 験 体の ね じ れ を計測 す る ため に

，

加 振 方 向と直 交方向に も サ

ー

ボ 型加 表

一

3　振 動 台によ る 共 振実験 結果

Spεcim2nMo55 門ode 鋼4turalPeriodvibratiqn

　

Mode 　IF　 　 　2FDa

叩ingRotio unlt 　　　　　　　 ／kg　sec2cm sec

．

笛

巳F1F

：

2

．

Z802F ；2

．

2581st2ndo

．

4650

，

1540

．

59　 　 LO 1

．

0　 　

−

0

．

680

．

70

．

2 BB1F ：2

，

3102F ：2

．

2801st2ndD

．

1250

．

05Z0

．

45　 　 1

．

0 1

．

0　 　

−

0

．

51L2L5 も 宕

醐

8・

踊

6。 5：

§書

4° ミ お §

_悪

2° 芝 《 　 　 　 1

．

5 ResorXlnce　Test BF 　5ρedmen

　　　　　　 凱

2ρ2

．

5　55　60 　6

．

5　 　 　5　 厂0　152025

　Freq“ency （ttt）Frequency 　rHz丿

　図

一

3　振 動 台 実験によ る共 振 曲 線 　 　 　 　

一 25 一

∴

4°

1

磐

饗

鍔

8

錨

5ノ

；

：

医

600 言 sGO 曼

一

600 図

一

4 tnpuナAccete厂σナ10ρ 5000 ］ 　 　 　 0 へ 芍 9 “ 9 　 Fourie厂　5pectrum 50 　 　 琶 　　

2

　 　

9

　 　 　0 　 　 　 0　 　 　 　15 　 　 　 E厂equenc ノ ‘宀ノZ丿

tnputAccetθrot’onotθF　Specimen　rRun

−

R2丿 BF 試 験 体 用入力 加 速 度 波 形およ びフ

ー

リエ スペ _{ク トル}

in_ρutAcce〔e厂σナノ0〃

．

560011

　　 　 　

Tim・r・_{ec ）}

　 　　 　 　

、

　 　 　 　0　 　 　 　　 25 　 　 　 　F厂eque 〃 σγ　rHz丿 　 　 　 inρut 　Accetθraが0〃　0デ　BB　Specimen 　（Run

−

R2ノ

図

一

5　BB 試 験体用入力 加 速度 波形お よびフ

ー

リエ スペク トル ・

癒

図

一

6　 振 動 台 実 験の加 振 状 況

　　 

   

iSp廴αcemen † rqnsduce 厂 5 4 6 8 7

’

　　　　　　　　1

．

2

．

5

　　

　

0）



PLAN

　_rAcceしerome

5   5

、

4　　　6

 

　　

8

　

　

§

 

　　

8

　 　N 　 　o 　 　o ⇔ 2 OOO

．

尸

　 　 　 　 OOO

．

一

　　　　7

 

N 　　　　S†「αin 　 　 　 　　 goge ←ヨ＞₁ 8 Shoke　Tob_しe 　　 2 ρoo 　 　 　

b

）　

ELEVATION

図

一

7　振 動 台 実験の計 測状 況 速 度 計 を設置 し た

。

実 験 結 果か ら

，

直 交 方 向へ の変 位は

BF

・BB

いずれの試験体に おい て も わずか （最大で加 振 方 向 相 対 変 位の約 1／100）であ るこ と を確認 し た

。

　3

，

3　 仮 動 的 実 験 　仮 動 的実験に よ る結果と振 動台実験結果が直接 比 較で

一

₂₆

　

一

き る ように_， 仮 動 的 実 験で の 入力 加 速 度と し て_， 振 動 台 実 験 時に台 上で得られ た加 速 度 を0

．

Ol秒 刻み で デ ィジ タ ル化し た もの を用い

，

さ ら に振 動 台 実 験 同 様に付 加 重 量 を 試 験体に加 え た状態で仮 動 的実験 を実施 した。 こ こ で応 答計算に用いた時 間 刻み は

，BF

試 験 体に っ い て 0

．

Ol秒

，

　

BB

試 験 体につ い て 0

．

005秒とし た

。

　

BF

試験 体を用い た弾 性 応 答 実 験で は

，

粘 性 減 衰 定 数 と して 1次 固 有 周 期に対し

，

0

．

7％になるよ う な初 期 剛 性比例型 を仮 定し た。 こ の値は振 動 台に よる共 振 実 験 よ り得ら れ た 1 次固有周期に_対する粘 性 減 衰 定 数である

。

ま た弾 塑 性 応 答 実 験で は無 減 衰 とし た

。一

方， BB 試 験 体で は弾 性および弾 塑 性 応 答 実 験 と も粘 性 減 衰 定 数と し て

，

1次お よ び 2次固有 周 期に対し そ れ ぞ れ振 動 台に よ る共 振 実 験 より得 られ た値 1

．

2％ および 1

．

5

％ を持つ レ

ー

レイ型 を仮 定し た。 こ の ように各 実 験で粘 性 減 衰の 与え方が 異 な る

。

最 初

BF

試 験 体で は剛 性 比 例 型と し たが

，

こ の実 験の結 果 2次の応 答が振 動台実験に比べ _て や や小 さかっ た （後 述 ）。 剛 性 比 例 型で は

2

次 減衰定 数 を2％ と して い たことになる （2次の 固有 振 動 数は 1 次の それの 2

．

83倍

，

表

一

3参照）が

，

実 際に は振 動 台 に よ る共振実験に よ れ ば

，

2次の減 衰 定 数は

O．

2％で 　 　 b

審

：〔

−

82

ぎ

聖

OO9

一

｝

一

　

冖

L

_一

L

舞

＿

＿＿

鼬 〔 　 　 Weight

−

∠ 　 ξ ≡≡IE 　 　 　 書

；

1

轟

縫

聲

一

一

薩

劃

酢 薩

對

4

〆

5ρθc 加アθρ i ご q ≧ 　 虻 O な り q Φ OOO

．

卩

OOO

．

一

　 　 　 　n7 刀m ト過 幽

一

」

　　

_{τest θed} 　 図

一

8　仮 動 的 実 験の_加力状況

 

 

 

 

　  

 

 

_。）PLAN

 

 

Q

  　

T，。 ，，ducer 　 　 　 2ρOQ

 

   

　 　 　b）　

ELEVATION

図

一

9 仮 動 的 実 験の計 測 状 況

あっ た

。

し た がっ て

BB

試験体で は レ

ー

レイ型と し て

，

1次

・

2次の 両 減 衰 定 数を振 動 台に よ る共 振実験結果と 合わ せ る こ と に し た

。

また_，

BF

試験体の_弾塑性応答実 験では履 歴 減 衰 が 支 配 的であろ う とい うこ と で， 粘 性 減 衰 定 数 を零と し た

。

し か し敢えてこ れ を零 とす る理 由は な く

，

BB 試 験 体で は弾 性 時の実 測 減 衰 定 数を与え て_弾 塑 性 実 験を実 施した。 　計測は各床位 置にお け る水 平 変 位および試 験 体 反 力

，

さ らに振 動台 実験 と同じ位 置で の ひずみ につ い て実 施し た。 BB 試 験 体へ の加 力 状 況および計 測 点 位 置 を 図

一

8 と図

一9

にそ れ ぞ れ示す。 振 動 台 実 験 同 様

，

仮 動 的 実 験 におい て も加 力 方 向と直交 方 向に変 位 計 を取り付け

，

試 験 体のね じれを 計測した。 その結 果いずれ の試 験 体にお い て もね じれ は無 視で きる程 小さい こと が判っ た

。

以 下 試 験体はね じれ を伴わな か っ たとし て実 験 結 果を考 察す る。 　

4．

実験 結 果 　4

．

l　

BF

試 験 体 　図

一

ユ0お よ び 図

一

llに_，　

BF

_{試 験体}に_対す る振 動 台 実 験 と仮 動 的 実 験か ら得られた層 間 変 位お よび層せ ん断 力の弾 性 時 刻 歴を示す

。

な お図表 中

SHK

は振 動台 実 験 を

，

PSD は仮 動 的 実 験を意 味する

。

こ こ で振 動 台 実 験 50LO

一

₅αo ・

ト

蛋

40

．

o

o

2F　

S

曾ory　Disp

．

‘mm ，‘

BF

　

Sp8clmon

，

Run−Rl

，

の層せ ん断 力は質 量に絶 対 応 答 加 速 度 を乗じ た値か ら算 出し た

。

変 位およびせ ん断 力 応 答 と もに

，

両 実 験 結 果は 良く

一

致し て い る が_， 2層せ ん断 力で は仮 動 的 実 験の 2 次 応 答 成 分が振 動 台 実 験に比べ てや や小さい

。

BF 試 験 体の仮 動 的 実 験で は

，

粘 性 減 衰を剛 性 比 例 型と して

，

1 次 固 有 周 期に_対 し

，

振 動台による共 振 実 験の実 測 値0

．

7 ％ を与え た が

，1

次お よ び

2

次 固 有 周 期 （表

一

3）の 比 か ら

2

次に対し て は

2

％ の減 衰を考え てい ること に な る

。

ところが

_，

実際に振動台に よ る 共 振実験 か ら得ら れ た2次の 減 衰 定 数は

O．

2％ で あ り， こ の 差が仮 動的 実 験の

2

次 応 答 成分 を や や小さ く し た原 因と考え ら れ る。

還 欝

欝

讌

’

0

α0　 ゜

一

_loo

」σ 　図

一

12 弾塑性応答実験 に よ る層 間 変 位時 刻 歴 （BF 試 験体 ）

　

　

　

　

　

聯

_濕

・． 　

−

PSD　Tbsf 　 　 　 　

−

SHκ 1「8s 書 　 　 　

o

1F　Disp

．

lmml

‘BF　Speclmen

．

　Run

，

RP

　 　 　

−

2ρ 　 　 　 6

．

O

　 　 　

−

　

．

棲

鶴

4

・

。

2F

≦

thear

　

Force

　

Cton

_丿　‘θ

F

S_ρeσ’m8 門g　

Run−

R2冫

一

₄₀

_．

_o

_一

PSD

　

Test



−

SHK 　Test

弾性応答 実 験によ る層 間 変 位 時 刻歴 （BF 試験 体 ）

一

_PSD　Test

図

一

10

2

．

02F

・Shea・　F・・ce ‘t・n）‘

BFSpecim

・n・Run

−

RO

0 6

．

0

呷

2

．

0　　　　　

−

　PSD　Test　　　　　　　　

SHK

　70s， 3ρ　IFShoor　

Force

_（雪oゆ ‘BFSpecimen

，

　Rロn

−RP

丁irrtetSec

）

0

，

一

₄

_．

₀

SHκ Test

’厂Shear　Fo厂ce　

Cton

）‘BF　Specime 冂眇

Run−

R2丿

一

_PSD　Test

SH

_κ

Test

§

σ

魯

＆

o

一

₅

_．

_o 　 図

一

11 図

一

13 弾 塑 性 応 答 実 験によ る層せん 断 力 時 刻 歴 〔BF 試 験 体 ） 401 し

i

塑塑

・

Dlsp

・

R°1α，1°hshi   。　IF　Sh・。・ …

Disp

・

Rel劬 ゜ 冖ship

　 　 　O　 　　 　　 　　 　　 　　 　　　 　　 　　O

　 　 　 m ）

ec

）　

團

4

．

0　　　　　　　

−

4

．

O

　 　 　

卩

IOO

．

0　 　　 　0　　 　　 　ゆO

，

O　　

−

IOO

．

0　　 　　0　 　　 　　100

．

0

　 　 　 　 ‘BF　S_ρecimen

，

RunrR2，　　　　　　　‘BF　Sρecimen

．

　Run

−

R2 ｝

−

_PSD 　Test

　　

−

SHK 　

Test

　　　　　　

_図

一

14

　

弾 塑 性 応 答 実 験による 1層 層せ ん断 カ

ー

層 間 変 位 関係

　　　　　　 h

弾 性応 答実験によ る 層 せ ん断 力 時 刻歴 （BF 試 験 体 ）　 　 　　 　 　 〔BF 試 験 体 ）

一

■

一

．

一一

一

．

一

Sh80rl，onl

一

昏

一

Disp

．

‘mm SHK　Tesf

｝

一コ

一

₂₇

−一

　図

一

12お よ び 図

一

13に は_{， 両実}験か ら得られ た_{層 間} 変 位と層せん断 力の弾 塑 性 時 刻 歴 を示す

。

層 間 変 位は

_，

2層が ほ と ん ど

一

致し て い る の に対 し て

，

ユ層は約 1

．

0 秒 以後 仮動的 実 験が 振 動 台実 験より正側に偏っ て い る （本 論で はこ の現象 を塑 性 流れ 量の差 と呼ぶ）。

一

方

，

層せ ん断 力は

，

2層 が ほ ぼ

一

致して いるの に対して

，

1 層は正 側で最 大 約 10％振 動 台 実 験が仮 動 的 実 験よ り 大 き く なっ てい る

。

し か し な が ら， 負側で は両実験 は ほ と ん ど

一

致し てい る

。

　図

一

14は

，

弾 塑 性 応 答 実 験に よ る

1

層の層 せ ん断 カ

ー

層 間変位関係を示し た もの で あ る。 両試験 体と も安定し た紡 錘 型の_履歴 形状を呈 し てい る

。

　両実験の 1層変 位お よび層 せ ん 断 力 応 笞の周 波 数特 性 を検 討す る た めに_， フ

ー

リエ _{ス ペ ク トル分析を行っ た} 。 これらの結 果 を図

一

ユ5に示 す

。

1層 変 位の フ

ー

リエ ス ペ ク トル に お い て

，

振 動 台 実 験に は長 周期 成分が存 在して お り

，

こ れ は仮 動 的 実 験より塑 性 流れ量が大きい ことを 表

一

4　 両 実 験よ り得ら れ た 層 間変位 お よ び 　 　 　 層せん断 力の椙 関 係 数 （BF 試 験 体 ） BF　Specimen Entry 2F　Story　O1〜P

・

瑠FDi 〜P

．

2F　Shear　Force lF

　

Sheer

　

Force Cerreletion 　toefflcient SHK

　

Te5t

　

vs

．

　

PSD

　

Test 　 Run

・

Rl　 　 　 　 R凵n

，

R2 o

．

96550

．

94540

．

95130

．

9684 0

．

94300

．

93630

．

99G30

．

9933 eo

．

o o

に

o_to 「F　DiSP

．

‘SHK，（Hz，

に

0_ゆ 「F　Disp

．

（PS_切‘トレ， ‘BF　

P

_ρectmen

，

　RurR2 ｝ Q5‘ずon

・

5e の

L

05 （ton　sec ♪ O_IOO_IO 「F　Sheσr ‘SHK丿‘Hz，　　tF　Sheαr‘PSD，‘Hz， 　 　 　

CBF

　Spectmen

，

　Run

−

R2， 図

一

15 弾 塑 性 応 答 実 験 結果のフ

ー

リエ ス ペク トル （BF 試 験 体 〉 店 ρ「冨圦‘嗣 价コtθFSpゆ61伽叫 舳口

・

R2♪ Pry

’

鰯 5

_．

・

．

・

17

．

・ 　 　 　

・

「

ノ 　 　 　

！

’

＿

／

コ

　 燗 σ　　　　　　　　0 ro

．

o 厂F5A四r ％厂齟伽卩sc日FS ρacime帥

，

fi朋

一

月2’ 40 　 旬

・

o 鰯 σ

／

レ

ー一

_ゐ

　 P

’

y

＝

Cer厂etotion　Cee「ticlent

…

／

避 団 照

一

亮 5

．

_ノ

露

．

距 藷

r5

譜

」

．

メ

3

．

0

0

003 鰍

一

o 表し て い る

。一

方， 1層 層せ ん断 力の ス ペ ク トルに は ほ とんど差が認め られない

。

　 表

一

4に は

，

両 実 験か ら得ら れ た変 位お よ び 層せ ん断 力 応 答の相 関 係 数を示す。 また図

一

16は 1層の層 間 変 位お よ び層せ ん断 力 時 刻歴の相 関 図であ る。 弾 塑 性 応 答 で は 層 せ ん断力の相関性は変位の 相_{関 性}に比べ て高い

。

こ れ は変 位が塑性流 れ 量の影 響 を 敏 感に受け るの に対 し，層せ ん断 力に はこ の影 響が わずかで あ ること に よ る。 　柱にて ん付し た ひずみ ゲ

ー

ジの計 測デ

ー

タ を 用い て

，

試 験体に加わっ た せ ん断力 を計算す ること を 試 み た。 計 算に あ たっ て は

，

柱 断 面は平面を保 持 するもの と し

，

ま た完全弾塑性の応 カ

ー

ひずみ関 係を仮 定し た

。

材 料 特 性 は 表

一

2に記 さ れた値 を用い た

。

図

一

17は

，

仮動的 実験 の弾性お よび弾 塑 性 実 験での ユ層せ ん断 力 時 刻 歴を示し た もの である

。

実線はひずみゲ

ー

ジの_計測デ

ー

タ より_計 算 され た せ ん断 力 を

，

点 線はロ

ー

ドセル に よ り計 測 され た せん断 力を表し て い る

。

ひずみゲ

ー

ジか ら求めた せ ん 断 力はロ

ー

_ドセ ル によっ て計 測さ れ た そ れ よ り正 側にお いて や や大きい傾 向を示す が

，

全 般 的に そ の再 現 度は高 い_。 　

4．

2

　

BB

試 験 体 　図

一18

お よ び 図

一

19に両実 験の層 間 変 位と層せ ん断 力の_{弾 塑 性 応 答 時 刻 歴}を示す。 振 動 台 実 験の加 速 度 記 録 に は

，

筋 違が せ ん断 力を負担す る瞬間に図

一

20（a_）に示 す よ う な衡 撃波が記録さ れて いた。 こ の衝 撃 波は応 答に 対 して本 質 的 な もの では ない の で

，

図

一

20（

b

）の よう に除 去し た の ち

，

層せ ん断 力を求め た。 変 位 応 答に関し ては

，

塑 性 流れ 量の 差によっ て仮 動 的 実験の方が若 干正 側に偏っ ている が

，

両実験の_相関は良い。

一

方 層せ ん断 力 応 答に関し て も， 初 期の小 変 位 応答領域で は仮 動 的実 験の方が や や大き な応 答 を示す が

，

弾 塑 性に わたる大き な応 答領域では 両実験の相関は良い

。

しか し な が ら

，

部 分 的 （例えば 5

．

4秒お よ び6

．

1秒 付 近）に は大き な違い も見 られ る。 5

．

4秒 付 近で は

，

振 動 台 実 験か ら得ら れた せ ん断 力の方が大き く

，

こ れ は仮 動 的 実 験に おいて は骨 組だ け がせん断 力を負担し て い る の に対し， 振 動 台 実 験 Rl） o 丁jme ‘sec，

一

₄

_．

_o

lF

　

Sheor

　Force【BF　Spec  en

_，

　PSD　Te　st

，

　Run

−

R2）

6．

σ

図

一

16　1層の層 間変 位お よ び 層 せ ん 断 力の相 関 図

　 　 　 （BF 試 験 体

，

　Run

−

R　2） 図

一

17

　 　 　

Time

　 　 　 ‘sec｝

　 　 　 　

・

層

Sheαr　ForceC翻向ined　from　しoαd　Ce「「

　 　 　 　 Shear　Force　ObtainecS斤  Strain　Gage ひずみゲ

ー

ジ よ り求め た 層 せ ん断 力 時 刻歴 （BF 試 験 体 ）

一

₂₈

一

に お い て は筋 違 もせ ん 断 力 を 負 担 して いる 状 況 を 示 して い る。

一

方 6

．

1秒 付 近で は逆に仮 動的実験の せ ん断 力の 方が大きい。 この よ う に引張筋 違が抵 抗し始め る時 点で は せん断力 が 急増す るの で

，

両 実 験 結 果の わずか な変 位 位 相の ず れ が せ ん断 力に大き な差を生み出し た もの と考 えられ る

。

　図

一

2ユは 1層の層せ ん断カ

ー

層 間変位の_関係で あ る

。

両 実 験 結果とも

，

履 歴 曲 線は_{骨 組}の _{挙 動}を代表する紡 錘 50

．

0 0

胃

_5α0 2F　

Story

　Dlsp

．

‘mm 冫‘BB　Speclmen ，　Rtm

−

_R2）

一

　

PSD

　

Test

　 　 　 9ρ

　　　　　　　　そ

　

　

　 　 　 　Tlme

−

_5袱

・

τθ5≠ （・ec

・

） 　　

IF

　Dfsp

．

‘mm ） 但B　Spectmen ，　R凵rR2 ， fOO

．

O o

一

_too

_．

_o 図

一

18　弾塑 性 応 答 実 験によ る 層 間 変 位 時 刻 歴 （BB 試 験 体｝

　　 2F　Shear　Force_（ton_）（8B　S_ρecfmen

，

　

Run−R2

_， 1α0 o

一

_tOρ tO

．

o 0 　

9．

o

づ

Tlme

（secJ

tF　Sh8ar　Fbrce‘tonJfBB　Specim8n，　

Run−R2

，

　9ρ

　

fitne

（sec

．

）

一

_tO

_．

_o 図

一

19　弾塑性応 答実験 に よ る 層 せ ん 断 力 時 刻 歴 （BB 試 験 体1

　

σ

冫

　

Originat

　　　　　　　

わ

丿

　

ル

fodifi

θ

d

図

一

20　振動 台実験の加 速 度 記 録に わ け る衛 撃 波の除去 型の履 歴 と

，

筋 違の挙 動 を 代 表 す るス リッ プ型の 履 歴 が 複 合され て い る様子を 良く示して い る_。 　図

一

22お よ び図

一

23は ひずみゲ

ー

ジ よ り 骨組の_負担 せん 断力を求め

，

せ ん断 力 を 骨 組 負 担 分 と 筋 違 負 担 分に 分離した結 果で ある

。

仮 動 的実験は骨組 負担分 と筋 違負 担 分に ほ ぼ完 全に分 離で き た が

，

振 動台実 験の方は十 分 に分離でき な かっ た

。

しか し

，

骨 組 部 分の負担せ ん 断カ

ー

_{層 間変位関係}は

BF

試験体の_履歴 図 （図

一

14 ）と同様 に典 型 的な紡 錘 型 を示 してい る

。一

方 筋 違 部分の負 担せ ん断 カ

ー

層間 変 位 関 係は ス リッ プ型 を呈 し，

X

型に配 置 さ れ た引張 筋 違の性 状を良く表し て い る

。

　 実 験 結 果の周 波 数 特 性を検 討 する ために

，

フ

ー

リエ ス ペ ク トル分 析を行っ た。 1層の層 間変位と層せん断 力の ス _ベク トル 図 を 図

一

24に示 す

。

両 実験 か ら得 ら れ たス ペ _{ク ト}ルは 良い _{相 関}を 示 して い る が仮 動 的 実 験か ら得ら れ た 層 せ ん断 力ス ペ ク トル に は約 6

．

7Hz に振 動 台 実 験 lF　S鳩 or　vs

．

　D馬p

，

　RelatlOnshtp　　　IF泓聴灯 厂vs

，

　D国P

，

　R8  ，bnshり o 0

一

_to

_．

_O

一

_{ゆ ρ}

　

一

tOO

．

O　　 　 O　 　 　 「00

．

0　

−

IOO

．

O　 　 　 O　　 　　SOO

．

O

　　‘_臼BSpecimen，　Run

−

R2｝　　　　　　（BB　Spoc  en

・

Ruの

一

_R2， 図

一

21 弾 塑性 応答実 験による 1層 層せ ん断 カ

ー

層 間 変位 関 係

　 　 　 　（BB 試 験 体）

IF　Frame　Sheer　vs　DISPt

9

．

0

．

0 5n酬 即rr’αり 「

9

　 tF　E−

’

ace　5舶 己ガ 鳳 ρ甑 9

_・

₀₅ 鰍 r ‘’αり　

．

．

’

r．

1−

1

0

・

・

60

．

0　　　　　0

．

　　　 ：6α0　

−

6α σ 　 ‘8θ sρeaimea 　Run

−

R2丿 図

一

22 　 　 　 変 位関係 （振 動 台実 験

，

BB 試 験 体 ） 晦 鯏 　 　 　

’

O 　 　 　 　‘册 Sρ  轟nlea　RLM

−

R2） 1層の骨 組 部 分お よ び 筋 違 部 分の負 担層せ ん断 カ

ー

層 間 　 　 　 　 5HK　Te5t 　 　 　6α0

　iF 戸广σ卿θ Shear　va　IOVSA IF　Brace　5near　vs

．

　o緲

．

9

・

o_羸

一 『  一

_{「 9}

_・

_o 0 ｛

「

Dlsp

．

伽 丿 0

　　 ＿ ＿＿．

．

．

」蒼

2

遡 啅

L90

−

_9 O 　

P6

α0　　　　　0　　　　　　6α0　　

−

6α0　　　　　0　　　　　6αO 　 　rθθ 5ρθc励飢 Rur卜R2丿 r88　Specimen

，

∫〜伽

卩

月

，

2， 図

一

23　1層の骨 組 部 分およ び筋 違 部 分の負 担 層せん断 カ

ー

層 問 　 　 　 　変位関係 （仮 動的実験

，BB

試験体 ）

一

₂₉

一

虻 に

0　　 　 　 20 　　 　0　 　　 　 　 　 20 ’F 腑 P

．

rSHKJ（Hz丿　 　’F　DIsp

．

（PSP ノ（Hzノ 　 　 　 ‘BB　s_ρecimen

．

尺un

−

R2，

に

1

_．

　O_（ナoρ

・

5θCナ 0　 　　 　 　 　 20　 　 　0　 　 　　 　 　 20 ’F　5〃θσ厂（SHK）ρHz丿　　　　’F　shearrPSD ）（Hz） 　 　 　 　 　‘B85pecimen

，

　Run

−

R2♪ 図

一

24　 弾 塑 性応 答実験結果のフ

ー

リエ ス ペク トル 　 　 　 （BB 試 験 体 〉 表

一5

　両 実 験 より得られた層 間 変 位 および層 　 　 　せ ん 断 力の_{相 関 係 数 （}BB 試験 体 ）

EntryBB 　S　eGlmenCorrelation　Coefficlent

　 SHK　Test　vs

．

　PSD　Te〜t 　 　 　 Ru冂

一

R2 2F 　Story 　Olsp

．

1F　Disp

．

2F　Sh

巳

ar 　FDr匚e lF　ShEar　Force 2295 5456 879484 聞 0000 5aoF

　

a

’

SP

，

‘mb， ‘勗95PすthereRun

，

R2丿 mktS 図

一

25 　 IFS

贈

rF

鰤

‘甘

囲

炉‘田SPecime

冂

冒

Rm

−

Ra， lgo 0 夕 4

．

！

駟Kτ

朋

r 　 　 　

．

tao 　 　 　

−

”

　 　 　 8DO 　　　−Qe 　　　 　　　 　　O 　　 　　　 　　　 tao 　 　 　 　ρ ry

＝

Ccrretation　Ceefticient 亅暦の層 間 変 位およ び 層せん 断 力の相 関 図 （BB 試 験 体，　Run

−

R　2） には見 られ ない小さ な ピ

ー

クが 観 察さ れ る

。

この周 波 数 は図

一

19にお け る約 1秒 まで の_弾性 応 答部分の周波数 に_相当し て い る_。 　表

一

5に は_， 両実験か ら得ら れ た変位お よ び層せ ん断 力 応 答の相 関 係 数 を 示 す

。

また図

一

25は 1層の 層 間 変 位お よ び層せ ん断 力 時 刻 歴の相 関 図である

。

同 図 よ り層 間変位， 層せ ん断 力とも

，

全 体 的には水 平 軸 と45

°

の直 線 を 中心に分 布し てい る が

，

層 聞変 位に 関 しては

，

仮 動 的 実 験は振 動 台 実 験に比べ て負の ほと ん どの_部分に おい て や や小さ い こ と が判る

。

こ れ は仮 動 的 実 験の塑性流れ 量 が 正側に偏っ て い る ことに

一

致 する。

一

方せ ん断 力 応 答で は

，

筋 違が外 力 を 負 担する応 答の大き い部分に おい て ば らつ き が大き く なっ て いる。 こ の ぱらつ き は骨 組の 剛 性に比べ て筋 違の剛 性が高い ことに よ り

，

両 実 験の変 位 応答の若干の相 違がせん断 力 応 答に大き く影響 す るこ とに起 因する。 　

5．

考 察 　5

．

1　 振 動 台実 験の試 験 体 反 力

一 30 一

　 振 動 台 実 験で は試験 体 反 力 を 直接 計 測 する事は難しい た め

，

質 量に絶 対 応 答 加 速 度 を乗 じ慣 性 力 を求め

，

さ ら に粘 性 減 衰 力 を無 視す ること に よ り

，

この慣 性 力を仮動 的 実 験に お け る試 験 体 反 力と同等とみな し

，

振 動 台実験 結 果 と仮 動 的 実 験 結 果の比 較 検 討を行っ て い る。 無 視し た粘 性 減 衰 力が慣 性 力に対して ど の程 度の大き さ か を以 下に推 定す る

。

線 形 復 元 力を有す る1質点 系モ デルが 正 弦 波で振 動してい る場 合

，

粘 性減衰 定数 を

h

と す る と 粘 性 減 衰力 の最 大 値は 応答変位の

0

位置で発生し

，

そ の 値は その 振 動にお け る最大 試 験 体 反力の 2h 倍 と な る

。

本 実 験で は いずれも 1次モ

ー

ドに対する粘性減 衰 効果が 卓 越し たと考え られ る

。

1次モ

ー

ドに対 する粘 性 減 衰 定 数は共 振 実 験に よる と

BF

試 験 体で 0

．

7％

，

　

BB

_{試 験 体} で は 1

．

2％ で ある の で_， 粘 性 減 衰 力は最 大で も 試験 体 反 力の L4 ％ （BF 試 験 体 ）

，

2

．

4％ （

BB

試 験 体 ） 程 度 と な る

。

さ ら に試 験 体反力の最 大値付近で は応 答速度が 小さ くな る事 を考 慮すると

，

振 勤 台 実 験で の慣 性 力を仮 動 的 実 験にお ける試 験 体 反 力と同 等と み なす 事に支 障は な い と考え ら れ る

。

　 5

．

2 応 答性状の比 較 　1）

BF

試 験 体 　弾塑 性 応 答実験 （

Run −R

　

2

）におい て両 実 験の層せ ん 断 力 時 刻 歴 （図

一

13）は高い相 関 性 を示して い る が

，

層 間 変 位 時 刻 歴 （図

一

12）で は仮 動 的 実 験が振 動 台実験 に比 較し て正 側に ずれ る とい う差が見ら れる

。

図

一

26 に

Run −R

　

2

_の 1_{層 層 間 変 位を層せ ん断 力 比 例 成 分と塑} 性流 れ 成 分に_分けて示す

。

こ こ で

，

層せ ん断 力比例 成 分 とは_層せん断 力を弾 性 剛 性で除し た値と し

，

塑 性 流れ成 分 は 層間変位か らこの_前者の成分 を差し引いた値と し た

。

この図 か ら も明ら か な よ うに

，

層せ ん断 力 比 例 成 分 は両実験で よ く

一

致して お り

，

層 間変位 時 刻 歴の差は塑 性 流れ量の差と して表せ ること が判る

。

　仮 動 的 実 験の 1層 層せ ん断 カ

ー

層 間 変 位 関係 （図

一

14） で は負 側せ ん断 耐 力が正 側 より約10％高く

，

逆に振 動 台実験で は負側大 変形 領域に おい て せ ん断 力が 正側に比 60

_，

₀ 0

一

_6σ0

IF　Pta5　tic　Fωレγ

r

ηm丿　

C

臼F＄ec 励 en，尺un

回

_R2♪

6

．

oTimeCsec

）

　 　 IF　5〃eσ厂Ferce　P厂_{0 ρ0}厂tiona‘DisptaCement（mm 丿

40

．

O， 　 　 　 6

．

0 　 0　 州 　 　 　 Time 　 　 　 （seCl

−

₄₀

_．

_O 図

一

261 層 層 間 変 位の塑 性 流れ成分 と 層 せ ん断 力比例 成 分 　 　 　 　（BF 試験 体

，

　Run

−

R　2_）

べ て上 昇せず 約】0％ 低い

。

こ の層せん断カ

ー

層 間変位 関 係に お け る両 実 験の違 いが変 位応答上での塑 性 流 れ 量 の差を生じ さ せ た と考え ら れ る。 この正側せ ん断 耐力 と 負側せん 断耐力の差は次の よ う な 理由で生じ た と考え ら れ る。 振動台 実験では

，

Rvn

−R2

終 了後に おい て負 側 せ ん断 力に よ り引 張 応 力が 生 じ る

1

層 柱 脚 溶 接 部の破 断 が観 察さ れて おり

，

この_事によ り負側せ ん断耐力が 正側 せん断 耐力 より低 く なっ た

。一

方

，

仮 動 的 実 験にお け る 正 負のせ ん断 力の差は

，

試 験 体 反 力 を計 測し た

20t

の ロ

ー

ドセ ル の零 点が僅か にずれて い たた め 生 じ た。 その ず れ は負側へ _約 100kg _（20　tの O

．

5％ ）で あり

，

こ の ずれ を考慮 す る と

，

試験体 自体の復元 力特性は実際に は 正側と負側で ほ ぼ等し かっ た と考え ら れ る

。

　 2）

BB

試 験 体 　 弾 塑 性 応 答 実 験 くRun

−

R　2_）の 1層 層 間 変 位 時 刻 歴 に おい て

，

仮 勤 的 実 験は振 動 台 実 験に比して正 側へ _わず かにずれて いる傾 向を 示 してい る が

，

1層 層せ ん断力時 刻歴は よく

一

致して い る _（図

一

18 お よ び図

一

19_）。 1_層 層せ ん断 カ

ー

層間変 位関係に おいて

，

正側せ ん断 力は両 実 験で ほぼ

一

致 している が

，

負 側では仮 動的実験の 方が 振 動 台実 験よ り若 干大きい _値を示 してい る （図

一

21 ）。 こ の負 側せ ん断 力の違い が層 間変位応答のずれ を生じ さ せ た と考え ら れ る

。

しか し

，

このわずか なずれ を除く と

，

仮動的実験は_紡錘 型お よびス リップ型の履 歴特性を併わ せ 持っ

BB

試 験 体の振 動 台 実 験結果 を よ く再現で き た と考え られ る

。

　 5

．

3　仮 動 的 実験の誤 差に よ る 応 答の影 響 　 2章で述べ た よ うに_， 仮 動 的実験は_{実 験}上の_{誤 差}を最 小 限に抑 制する努 力の も とに実 施さ れ た

。3

章で_記述し た ように両 実 験 結 果の相 関 性の高さか ら も

，

仮 動 的実 験 は 適 切 な制 御の も とで実 施さ れ たと考え られ る

。

し か し 制 御上の限 界か ら生 じ た誤 差に よっ て応 答が歪め られ た 部分 と し て

，BB

試験 体に お け る層せ ん断 力の弾 性 応 答 部 分 （図

一

ユ9の 実 験 開 始か ら約 L6 秒まで_）がある

。

こ の部 分では

，

振 動 台 実験の応 答 量に比べ_{て仮 動 的 実 験} は大き い応 答を示し て い る

。

こ の試 験 体の弾性 応 答部分 で は剛 性が高い た め

，

変位 制 御 誤 差によ る試 験体反力 誤 差が大き く な り

，

さらに仮 動 的 実 験では こ の誤 差 を含む 反 力 を用い て次ステッ プの応 答 変 位を計 算する ため

，

応 答 誤 差 が 相 対 的に大 き く な る

。

また本仮 動的 実 験に用い た システム の制 御 上アンダ

ー

シュ

ー

ト誤 差 を伴う が （

2

章 参 照 ）

，

こ の誤 差は応 答 を励 起す る性 質を持っ てい る

。

これ は運動 方 程 式の計 算に お い て

，

変位と して は計 算さ れ た変 位を用い て いるの に対し

，

そ の時の反 力 として は アンダ

ー

シュ

ー

トを含ん だ反 力 を用い ているので

，

例え ば1サ イ クルの _履歴 を考えるとそ の間にエ _ネルギ

ー

が蓄 積さ れ

，

こ の蓄 積さ れ たエ _ネルギ

ー

が応 答 を励 起する こ と に よ る。

一

方

，

’

非 弾 性 応 答 部 分で は試 験 体 剛性が低 下 する た め

，

同じ変 位 制 御 誤 差があっ て も試 験体 反 力 誤 差 は相 対 的に小さ くな る

。

こ の結 果 誤 差 力によっ て蓄積さ れ るエ _ネル ギ

ー

は減 少し

，

かつ履 歴 消 費エ ネルギ

ー

自体 も増 大するこ と に よっ て制 御 誤 差は相 対 的に小さくな り

，

応答へ の_{影 響}が見られな くな っ たと解釈され る

。

　試 験 体の履 歴 特 性 を

Ramberg−Osg

。od 型 とバイ リニ ア ス リッ プ型の混 合モ デル と仮 定し

，

実 験で指 定した許 容 誤 差 をア ンダ

ー

シュ

ー

ト誤 差と し て と ら え た数 値 解 析 を実 施し た が

，

その結 果か らも応 答 初 期の弾 性 応 答 部 分 を除い て は

，

こ の誤 差は応 答に影 響 を及 ぼ さ ないことを 確 認 し た

。

　 本実験に 用い た試 験 体は

，

建 設 省 建 築 研 究 所の振 動 台 が実験 を精度よ く実施する上で_許容し得る最 大 限に近い 大き さであ り

，一

方

，

同 研究所の仮 動的 実 験システムが 実 験を精 度よ く実 施 する上で許 容し得る最 小 限に近い試 験体で あっ た。 し た がっ て

，

両 実 験は極めて難しい条 件 下で行わ れ た が仮 動的実験が振 動台実験を非 常に高い精 度で再現 する_事が_確認 された。 　

6，

ま とめ 　本 実 験 結 果お よび 考 察のま と めを以 下に示す

。

　 1）　仮 動 的 実 験手法は_{， 本論}で対 象と し た鉄 骨 造 試 験 　 　体， す な わ ち， 純骨組試 験体お よ び筋違付骨 組 試 験 　 　体に対して

，

部 分 的な相 違 点 を除いて非 常に精 度よ 　 　く振 動台実験を再現し た。 　2） 振 動 台 実 験 結果 お よび仮 動 的 実 験 結果に生じ た 主 　 　な違い とし て は

，

弾 塑 性 応 答 実 験の変 位 応 答にお け 　 　る塑 性 流れ量の差が挙げら れ る

。

こ の違いは両 実 験 　 　か ら得ら れ た試 験 体の耐 力の_差に起 因 すると考え ら 　 　れ る。 　

3

） 筋 違 付骨組 試 験 体で はせ ん断 力 応 答におい て

，

筋 　 　 違 部が抵 抗し は じ める急 激な立ち上が り部分で両 実 　 　験に差が見 受け られ る個 所があっ た

。

こ の部 分で は

，

　 　せん 断 力 が 変 位に対 し極めて敏 感である事による。 　4） 試 験 体 剛 性が高い 場 合， 応 答 変 位の小さい弾 性 応 　 　答 部分 で は， 仮 動 的実験の応 答せ ん断 力が振 動 台 実 　 　 験に比べ て増 幅さ れ る傾 向がある

。

しか し な が ら応 　 　答が非 弾 性 域に達し

，

応 答 変 位が大き く なるとこ の 　 　傾 向は見られ な く な る

。

　 以 上の よ うに

，

2）で述べ た塑 性 流れ量の差お よ び 3） で述べ た せん断 力 応 答の差を除く と

，

応答変位お よ び応 答せ ん断 力は_{時 間 領 域}に おいて も

，

周 波 数 領 域におい て も， 両実験 結果 が高い相関 性を持つ こ と が確認 さ れ た

。

2）お よ び3）は本 来 完 全に同

一

で あるべ き両 実 験の 試 験 体 特 性の わずか な差に よる影 響が大き いと考え ら れ

，

仮 動 的 実 験 手 法は_， 基 本 的に動 的 現 象 を十 分な精 度で忠 実に再 現で きると考えられ る

。

　 謝 　 辞 　 本 研 究は 日米 共 同 大型 耐 震 実 験 研 究 （代 表 者 梅 村 魁

，

一 31 一

J

，Penzien

）の

一

環 と して実 施され た

。

本 共 同 研 究日米 合 同 技 術 調 整委員 会の委 員 各 位の助 言に感謝す る

。

ま た

，

本 実 験に当た っ て は建 設 省 建 築 研 究 所 塚越英 夫， 五 十 石浩

，

お よび同 受入研 究 員 玉村 幸 雄 （（株 ）熊谷組）

，

高 橋 茂 治 （飛 島 建 設 （株 ））

，

高 井 秀 博 （（株）間 組 〉各 氏の 協 力 を得た。 こ こ に感 謝の意を表し たい。 参 考 文 献 1） 高梨晃

一

ほ か ：電 算 機

一

試 験 機オンライン シ ステム によ る 　　構 造 物の地 震 時 崩 壊の解析

，

東 京大 学 生 産 技 術 研 究 所

，

　　生 産 研 究

，

26巻11号

，

1974年11月， pp

．

413

−

425

2）　Iemura

，

　H

．

，

　Kato

_，

T

．

　and Kawatani

，

Y

．

：Hybrid

　　Expeli皿ents　onEarthquake　Responseof　Original＆

　　Repaired　RC　Members

，

　

Proceedings

　of　the　6th　

Japan

　　Earthquake　Engineering　Symposium

，

　December _］982

，

　 　pp

．

825

−

832

3）　Okamoto

_，

　S

．

，

et 　a且

．

；AProgress 　Report　Qn 　the　Fuli 　　Sca旦e　Seismic　Experime皿t　of　a　Seven　Story　Reinforced

　　Concrete　Building

，

　Research　Paper

，

　Building　Reseaτch

　　Institute

_，

　Ministiy　of 　Constiuctien

，

　No

，

94

，

　March　1982

，

　 　92P

．

） 4 ） 5 ｝ 6 ） 7 ） 8

Mahin

_，

　S

．

　A

，

　and　Williams

，

　M

．

　E

．

_：Computer　Contrel

．

led　Seismic　Performance　Testing

，

　Proce已d五ngs　of　the

2nd　ASCE

−

EMD 　Speeialty　Co皿ference　Qn　Dynamic

Response 　of　Structures

，

　AtLanta

，

　GA

，

　

January

　1981 McClamroch

，

　N

．

H

．

，

Serakos

，

　

J．

　and　Hanson

，

　R

．

D

．

： Design　arLd　Analysis　of　the　Pseudo

−

Dynamic　Test

Method

_，

　 UMEE 　Report　81　R3

，

　 Department　of　CMi Engineering

_，

　The　University　of　Michigan

，

　September l98】 加 藤 博人

，

中 島正愛

，

上 之薗 隆志 ：仮 動 的 実 験 手法によ る 地 震応答 性状（その 1

，

高次 応 答卓 越現象 ｝

，

日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 ｛関 東 ）

，

1984年10月

，

pp

．

951

−

952 上 之 薗 隆 志

．

中 島 正 愛

，

加 藤 博 人 ：仮 動 的 実 験 手 法に よ る地 震 応 答性 状 （その 2

，

高 次応 答 現 象 解 析 及び対 策

，

日 本建 築 学会大会学 術 講 演 梗 概 集 （閧 東 ）

．

1984年 10月

，

pp

．

953

−

954 加藤博人

，

中島正愛

，

上 之薗 隆志 ：電算機

一

ア クチュエ

ー

タ オン ライン実 験 装 置によ る構 造 物の地 震 応 答シュ ミ レ

ー

ショ ン手法の精 度 評 価

，

日本建築 学 会

，

第7回 電 子 計算機利 用 シンポジ ウム

，

1985年

，

pp

．

199

−

204

SYNOPSIS

UDC ：624

．

02 ：624

．

042

．

7 ：620

．

1

　　

CORRELATION

　

BETWEEN

　

SHAKING

　

TABLE

　

AND

　

PSEUDO

　

DYNAMIC

　

RESPONSES

　　　　　　　　　 Earthquake

　response 　simulation 　capacity 　of　

pseudo

　

dynamic

　testing

by　Dr

．

　YUTAKA 　YAMAZAKI

，

Dr

．

　MASAYOS 田 NAKASHIMA

，

　 TAKASHI 　KAMIrgOSONO

，

　YUKIO　IZAKI　and

　 KATSUMA 　MAEDA

，

　Members　of　A

，

1

、

J．

　This　paper　reports 　an　experimental 　

investigati

〔＞n　on　the　capacity 　Qf　the　pseudo　

dynamic

　testing　technique　to

simulate 　the　earthquake 　response 　behavior　of　structural 　systems

．

　

For

　this　_purpose

，

　two　types　of　steel　structural systems ： atwo 　stQry　unbraced 　

frame

　system 　and 　a　two　story 　

braced

　

f

【ame 　system

_，

　were 　tested

．

　

For

　each 　type

，

two　

identical

　specimens 　were 　

fabricated

_；then

，

　one 　was 　tested　with 　a　shaking 　table　

device，

　whereas 　the　other tested　using 　the　

pseudo

　dynamic　testing　technique

．

　By　direct　comparison 　between　the　two　response 　results

_，

　it　was 　

found

　1）that　the_pseudo

dynamic

tes_仁

ing



is

_a promising　technique 　to　

directly

　simulate 　the　earthquake 　response 　

behavior

　of　structural 　systems

，

2）that　the　not

−

able 　

difference

　

between

　the　results 　was 　observed 　in　the　plastic　flow　of　the　displacemenロ esponse

_，

　and 　3_）that　the

difference

　most 　

probably

　had　

been

　caused 　because　of　the　difference

，

　atthough 　slight

_，

　in　the　hysteresis　

between

the　two　responses

．