Microsoft PowerPoint - 設備WG成果発表2017

(1)

室内被害シミュレーションの高度化研究

磯部大吾郎

（ E‐ ディフェンス数値震動台設備 WG 主査）

(2)

設備ＷＧの活動目的・活動メンバー

活動目的

病院・学校・大規模空間等における家具・什器・天井等の非構造部材の地震時挙動を再現可能な解析コードを開発し、数値震動台に組み込む。

人的・経済的被害低減に資する避難路の確保、室内耐震化対策の指標作りに貢献することを目指す。

活動メンバー

磯部大吾郎（主査、筑波大）、金子美香（清水建設）、半澤徹也（同左）、

高橋徹（千葉大）、元結正次郎（東工大）、田川浩之（武庫川女子大）、堀宗朗（東京大）、金野圭祐（センターピア（株））

天井家具ドアサーバーラック

(3)

これまでの成果

・天井落下現象の解明

- ASI-Gauss法を用いた天井落下解析コードの開発（H25～）

- LS-DYNAを用いた試験解析の実施（H25）

- 天井落下現象の再現解析を実施（H28，H29）

・家具・什器類の挙動解析コードの開発

- DEM・FEMコードに接触力・摩擦力を考慮するペナルティ法を組み込んだ家具・什器類の挙動解析コードの開発（H24）

- モーションキャプチャシステムを用い、家具類の挙動を詳細に計測する振動台実験を実施（H24）

- DEM FEMコードによる家具・什器類の転倒挙動解析を実施（H24，H25）

- 耐震化対策が施された家具のモデル化（H29）

- 建物内に配置された家具のモデル化（H29）

- 耐震化対策が施された家具の振動台実験を実施（H29）

(4)

これまでの成果

・ドアおよびドア枠の挙動解析コードの開発

- ドアおよびドア枠をモデル化し，構造躯体モデルに組み込んで地震時挙動解析を実施（H26～）

・サーバーラックの挙動解析コードの開発

-サーバーラックをモデル化して解析を実施し，ねじの緩みによる影響を調査（H28～）

(5)

大規模空間吊り天井の

脱落被害再現シミュレーション

[1] 磯部大吾郎，藤原嵩士，山下拓三，田川浩之，佐々木智大: 有限要素法を用いた大規模空間吊り天井の脱落被害再現シミュレーション, 日本建築学会構造系論文集, 第82巻, 第741号, (2017), pp.1727‐1736.

(6)

吊り天井の脱落被害再現実験

吊り天井の脱落被害再現実験，

2014

年^[2]

実大 3 次元震動破壊実験施設（ E- ディフェンス）で，体育館を模擬した試験体を用いて，吊り天井の脱落被害再現実験が実施された

→ 連続加振により天井が落下

1

回目加振

2

回目加振

・メカニズムの解明には多くの実験，検証が必要

・大規模実験におけるコスト面の負担

・実験の再現性の問題

→数値シミュレーションの果たす役割は大きい

[2] 佐々木智大他：大規模空間吊り天井の脱落被害メカニズム解明のためのＥ－ディフェンス加振実験，2015年2月．

(7)

未対策天井を構成する部材の脱落条件

ビス

引張力：

0.40[kN]

^[3]

＋

軸方向変位：

3[mm]

^[3]

,

せん断力：

0.30[kN]

^[4]

＋

せん断方向変位：

18[mm]

^[4]

シングルクリップ

（腹掛け）引張力：

0.35 [kN]

^[2]

（背掛け）引張力：

0.70 [kN]

^[2]

ダブルクリップ

引張力：

0.80 [kN]

^[2]

ハンガー

引張力：

2.8[kN]

^[2]

野縁ジョイント

引張力：

0.28[kN]

シングルクリップ（腹掛け）^[2]

ダブルクリップ（背掛け）^[2]

[2] 佐々木智大他：大規模空間吊り天井の脱落被害メカニズム解明のためのＥ－ディフェンス加振実験，2015年2月．

[3] 鎮西宏他：頭抜け試験と崩壊メカニズム非構造部材におけるビス接合部の力学的性状に関する研究その1，日本建築学会大会学術講演梗概集，

構造I，pp.891-892，2015年9月．

[4] 杉山達也他：在来工法天井の下地ボードと野縁のビス止め接合部のせん断試験その1，日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸），2010年9月．

(8)

部分天井モデル

・ビスを

1[mm]

ずつ離してモデル化

→

せっこうボード同士の接触を考慮

ビス

8

・せっこうボードを

1

枚ずつモデル化

→

せっこうボード単体の局所落下を表現

・面内方向の曲げ剛性を

1000

倍

せっこうボード

梁間

上下

桁行

1,500[mm]

・

2

つで

1

個のクリップとして表現

→

野縁とせっこうボードの

一体化した局所落下を表現

クリップ

吊りボルト野縁受け野縁

クリップビス

せっこうボード

野縁ジョイント

・ハンガーと一体化してモデル化

吊りボルト

未対策天井のモデル化

(9)

全体モデルの構築

吊り天井の脱落被害再現実験で使用された，未対策天井付きの体育館を模擬した建築物試験体をモデル化

梁間桁行

上下

吊り天井付き体育館モデル鋼構造平屋建て

高さ：

9.09[m]

平面寸法：

30.0[m]

×

18.6[m]

諸元

柱・梁：

SS400 H

型鋼ブレース

:SNR400B

使用部材

ブレース，吊りボルトを

10

要素分割で表現し，座屈現象を考慮

桁行方向：

0.334[s]

（試験体：

0.368[s]

）梁間方向：

0.405[s]

（試験体：

0.399[s]

）

固有周期

未対策天井モデル

(10)

解析条件

実験で K-NET 仙台波 50 ％を入力した際に，震動台上で観測された加速度を計 155 秒間入力

入力地震波

・実験：試験体が震動台の床から張り出す

→

解析：震動台上の柱脚部のみ加振

・柱脚部にはアンカーボルトの引抜きによる回転剛性の軟化を考慮した要素を設置

MAX=447[gal]

MAX=432[gal]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 -1000

-500 0 500 1000

MAX=757[gal]

MAX=753[gal]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 -1000

-500 0 500 1000

MAX=210[gal]

MAX=204[gal]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 -1000

-500 0 500 1000

1

回目加振

2

回目加振

時間

[s]

加速度

[gal]

桁行方向

梁間方向

上下方向

(11)

体育館モデルの挙動

f

_y

1.00 0.90 0.80 0.67

0.34 0.00

解析モデルの挙動（正面図）

解析モデルの挙動（鳥瞰図）

梁間桁行

上下

梁間上下

入力地震波（梁間方向）

加速度

[gal]

時間

[s]

(12)

屋根面応答加速度（ 1 回目加振）

・実験では錘と母屋材の接触による衝撃が，極短周期の加速度として確認

→ 実験結果には 10[Hz] のローパスフィルタ（ LPF ）をかけて処理

・加速度スペクトルの形状やピークの周期が，実験結果と良好に一致

評価点

梁間桁行上下

加速度スペクトル（

h=5%

）応答加速度

周期

[s]

時間

[s]

0 10 20 30 40 50 60 70

-2000 -1000 0 1000

20000 10 20 30 40 50 60 70

-2000 -1000 0 1000 2000

0 10 20 30 40 50 60 70

-2000 -1000 0 1000 2000

0 0.5 1 1.5 2

0 2000 4000 6000 8000 10000

0 0.5 1 1.5 2

0 2000 4000 6000 8000 10000

0 0.5 1 1.5 2

0 2000 4000 6000 8000 10000

加速度

[gal]

加速度

[gal]

実験結果（

LPF

）桁行方向

解析結果

梁間方向

上下方向

桁行方向

梁間方向

上下方向

(13)

80 90 100 110 120 130 140 150 -2000

-1000 0 1000 2000

80 90 100 110 120 130 140 150

-2000 -1000 0 1000 2000

80 90 100 110 120 130 140 150

-2000 -1000 0 1000 2000

0 0.5 1 1.5 2

0 2000 4000 6000 8000 10000

0 0.5 1 1.5 2

0 2000 4000 6000 8000 10000

0 0.5 1 1.5 2

0 2000 4000 6000 8000 10000

・実験では錘と母屋材の接触による衝撃が，極短周期の加速度として確認

→ 実験結果には 10[Hz] のローパスフィルタ（ LPF ）をかけて処理

・加速度スペクトルの形状やピークの周期が，実験結果と良好に一致

評価点

梁間桁行上下

加速度スペクトル（

h=5%

）応答加速度

周期

[s]

時間

[s]

加速度

[gal]

加速度

[gal]

実験結果（

LPF

）桁行方向

解析結果

梁間方向

上下方向

桁行方向

梁間方向

上下方向

屋根面応答加速度（ 2 回目加振）

(14)

評価点

・解析結果の位相や振幅が，実験結果と良好に一致

応答変位応答変位

（第

1

ピーク：

15~25[s]

）

応答変位

（第

2

ピーク：

60~75[s]

）

梁間桁行上下

屋根面応答変位

（ 1 回目加振）

0 10 20 30 40 50 60 70

-8-6 -4-202468

15 20 25

-8-6 -4-202468

60 65 70 75

-8-6 -4-202468

0 10 20 30 40 50 60 70

-8-6 -4-202468

15 20 25

-8-6 -4-202468

60 65 70 75

-8-6 -4-202468

0 10 20 30 40 50 60 70

-8-6 -4-202468

15 20 25

-8-6 -4-202468

60 65 70 75

-8-6 -4-202468

時間

[s]

変位

[cm]

桁行方向

梁間方向

上下方向

桁行方向

梁間方向

上下方向

桁行方向

梁間方向

上下方向

実験結果解析結果

(15)

評価点

80 90 100 110 120 130 140 150 -8-6

-4-202468

95 100 105

-8-6 -4-202468

140 145 150 155

-8-6 -4-202468

80 90 100 110 120 130 140 150 -8-6

-4-202468

95 100 105

-8-6 -4-202468

140 145 150 155

-8-6 -4-202468

80 90 100 110 120 130 140 150 -8-6

-4-202468

95 100 105

-8-6 -4-202468

140 145 150 155

-8-6 -4-202468

・解析結果の位相や振幅が，実験結果と良好に一致

応答変位応答変位

（第

1

ピーク：

15~25[s]

）

応答変位

（第

2

ピーク：

60~75[s]

）

屋根面応答変位

（ 2 回目加振）

時間

[s]

変位

[cm]

梁間桁行上下

桁行方向

梁間方向

上下方向

桁行方向

梁間方向

上下方向

桁行方向

梁間方向

上下方向

実験結果解析結果

(16)

ブレース・吊りボルトの座屈挙動

梁間桁行上下

梁間上下

吊りボルトの座屈変形（

99.6[s]

）

・屋根面，体育館側面ブレースに塑性座屈が発生

・上下方向の地震動により

吊りボルトに座屈変形が発生

水平ブレースの塑性座屈（

21.3[s]

）

梁間

桁行

(17)

天井落下状況（実験結果との比較）

桁行梁間

・クリップの脱落が要因で天井落下

・落下範囲は壁付近，梁間 3.1[m]

付近

・クリップの脱落が要因で天井落下

・落下範囲は天井面頂部付近

→ ・接合部材の滑りを未考慮

・クリップ，野縁ジョイントのモデル化の不正確さ

脱落要因は同じものの，落下範囲が異なる

解析結果

：天井の落下範囲

実験結果（

2

回目加振後）

：天井の落下範囲

(18)

家具の地震時挙動に関する有限要素解析

[1] 荻野弘明，山下拓三，金子美香，磯部大吾郎: 家具・什器の地震時挙動を再現する有限要素解析手法の開発, 日本建築学会構造系論文集, 第80巻, 第717号, (2015), pp.1687‐1697.

[2] 磯部大吾郎，山下拓三，田川浩之，金子美香，高橋徹，元結正次郎: 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, (2015), pp.1891‐1900.

[3] D. Isobe, T. Yamashita, H. Tagawa, M. Kaneko, T. Takahashi and S. Motoyui, Motion Analysis of Furniture under Seismic Excitation using the Finite Element Method. Japan Architectural Review. 2018;00:1‐12.

https://doi.org/10.1002/2475‐8876.1015.

[4] 三浦利季, 小林康一, 山下拓三, 田中聖三, 磯部大吾郎: RC造建物内に配置した耐震家具の地震時挙動解析, 日本計算工学会論文集, 2018 巻2 号p. 20182005, (2018),

https://doi.org/10.11421/jsces.2018.20182005.

(19)

Furniture Size [mm] Center of gravity

[mm] mass

H D W h d

1

d

2

[kg]

A 1850 400 900 925 178 222 43.6

B‐upper 730 400 900 365.5 171 229 21.3 B‐lower 1120 400 900 562 179 221 28.8

C 617 340 550 308 218 122 8.0

D 700 700 1200 600 380 320 30.5

E 810 520 520 423 260 260 6.2

A. Tall cabinet B. Separated cabinets

C. Side table D. Desk E. Office chair

実験および解析に用いた家具

(20)

Arrangement of infra‐red cameras Example of obtained data

モーションキャプチャシステムを

用いた計測

(21)

Y X Z

Finite element models of furniture on the shake‐table (Total No. of elements : 6041, nodes : 4574)

1.

線形チモシェンコはり要素によりモデル化

2.

部材密度により重心位置を調整

3.

材料

:

鉄

,

ヤング率

: 206GPa,

ポアソン比

: 0.3,

降伏応力

: 245MPa 4.

床と壁への接触は数値的に判定

5.

床と壁は剛体と仮定

解析モデル

(22)

2 2

p

n

F

^q

n

L l ) 1

( 

 

T T

T

v

F

^q

v

L l ) 1

( 



 

μ

：

Dynamic friction coefficient

Dc

：

Coefficient related to damping for normal direction

v

_T ：

Tangent component of v v

_N ：

Normal component of v α

：

Penalty coefficient q

：

Penalty index

n

₂：

Normal vector at contact surface L

：

Mean value of member widths of

both elements

N N

N

v

F

^c ^q

v

L D ( 1  l )





N T

D

F F

F  

ペナルティ力

動摩擦力

接触アルゴリズム

(23)

Furniture

Penalty coefficient α

[kgf]

Dynamic friction coefficient μ

vs. floor vs. wall vs. furniture

Long side Short side ‐ ‐

A (Tall cabinet) 43.6 0.278 0.208 0.278

0.169 B (Separated cabinets)‐upper 21.3 0.169 0.169 0.169

B (Separated cabinets)‐lower 28.8 0.230 0.270 0.230

C (Side table) 8.0 0.144 0.094 0.144

D (Desk) 30.5 0.377 0.354 0.377

E (Office chair) 6.2 0.065 0.038 0.065

ペナルティ定数

α =

家具の重量ペナルティ指数

q = 1

動摩擦係数

μ =

静止摩擦係数の

80%

減衰に関する定数

Dc =

ペナルティ定数の

120%

Penalty coefficient and dynamic friction coefficients

2 2

p

n

F

^q

n

L l ) 1

( 

 

T T

T v

F ^q v

L l ) 1

( 



 

N N

N v

F ^c ^q v

L D (1  l )





ペナルティ力

動摩擦力

接触パラメータ

(24)

Experiment Analysis

JMA‐Kobe 1‐D, 50%

JMA‐Kobe 1‐D, 100%

実験結果との比較・検証 (1)

‐ 入力波の大きさを変化させた場合 ‐

(25)

Experiment Analysis

JMA‐Kobe 1‐D, 100%

JMA‐Kobe 3‐D, 100%

実験結果との比較・検証 (2)

‐ 入力軸の数を変化させた場合 ‐

(26)

Experiment Analysis

JMA‐Kobe 3‐D, 100%

KiK‐net Haga 3‐D,

100%

実験結果との比較・検証 (3)

‐ 入力波を変化させた場合 ‐

(27)

評価点

JMA‐Kobe

1‐D, 50%

KiK‐net Haga 3‐D, 100%

Time [s]

X Disp. [mm] ^Analysis_ExperimentX Disp. [mm]X Disp. [mm]X Disp. [mm]

0 2 4 6 8 10 12

-1500 -1000 -500 0

Time [s]

Z Disp. [mm]

Analysis Experiment

0 2 4 6 8 10 12

-100 -50 0 50

Time [s]

Z Disp. [mm]

Analysis Experiment

0 2 4 6 8 10

-2000 -1500 -1000 -500 0 500

Time [s]

Z Disp. [mm]

Analysis Experiment

0 2 4 6 8 10

-2000 -1500 -1000 -500 0 500

Time [s]

Z Disp. [mm]

Analysis Experiment

0 2 4 6 8 10

-50 -25 0 25 50

JMA‐Kobe 1‐D, 100%

JMA‐Kobe 3‐D, 100%

Analysis Experiment

得られた変位の比較・検証

‐ 例）キャビネット上段 ‐

Time [s]

X Disp. [mm] ^Analysis^ExperimentX Disp. [mm]X Disp. [mm]X Disp. [mm]

0 2 4 6 8 10

-1600 -1200 -800 -400 0

Time [s]

X Disp. [mm] ^Analysis^ExperimentX Disp. [mm]X Disp. [mm]X Disp. [mm]

0 2 4 6 8 10

-1600 -1200 -800 -400 0

Time [s]

X Disp. [mm]

Analysis Experiment

X Disp. [mm]X Disp. [mm]X Disp. [mm]

0 2 4 6 8 10

-300 -200 -100 0 100

Z dir ection X dir ection

(28)

建物内に家具を配置した解析

鳥瞰図

10 階の様子

10 階実験映像

(29)

耐震化を施した家具のモデル化

転倒防止ベルト

L

字金具（上部取り付け）

L

字金具（側部取り付け）

(30)

地震動下における RC 造建物内のドア枠変形挙動解析

[1] 片桐雅人，磯部大吾郎: 建物内のドア枠を対象とした地震時挙動解析, 計算工学講演会論文集CD‐ROM, 第20巻, (2015).

[2] 片桐雅人，磯部大吾郎: 地震動下における鋼構造建物内のドア枠変形挙動解析，日本建築学会2015年度大会（関東）学術講演梗概集, (2015), pp. 333‐334.

[3] 磯部大吾郎，片桐雅人: 地震動下におけるRC 造建物内のドア枠変形挙動解析，日本建築学会2016年度大会（九州）学術講演梗概集, (2016), pp. 1185‐1186.

[4] 佐藤和輝，磯部大吾郎: RC造建物内のドアに関する地震時挙動解析, 計算工学講演会論文集CD‐ROM, 第22巻, (2017).

[5] 佐藤和輝，磯部大吾郎: ドア枠との接触を考慮したドアの地震時挙動解析，日本機械学会第30回計算力学講演会講演論文集CD‐ROM, No.17‐4, (2017).

(31)

名称規模被害の状況

S

石名坂

11

階建

172

戸中

50

戸が

開閉不能

S

ハイツ高砂

14

階建

191

戸中

59

戸が

開閉不能住宅公団

M

団地

11

階建

508

戸中

100

戸が開閉不能

ドアが開閉不能となる状態

（出典：一般社団法人マンション再生協会）

1978

年

6

月宮城県沖地震による玄関ドアの被害状況

[6]

[6]日本建築学会，非構造部材の耐震設計指針・

同解説および耐震設計・施工要領

• 地震によってドアが開閉不能となる被害が発生

• ドアが開閉不能となると避難経路が妨げられる

• 2 次災害（火災や津波等）から逃れることが困難

迅速な避難を行うためにはドアの耐震化が必要

ドア・ドア枠の変形による被害

(32)

R

ドア枠の上端・下端の水平方向移動量の差を枠の高さ寸法で除した値

：節点1の水平方向変位

：節点2の水平方向変位

：節点3の鉛直方向変位

：節点2の鉛直方向変位

：縦枠の長さ

：横枠の長さ

面内変形角

R[rad]

^[7]

1 2 3

地震発生

[7]JIS A 1521,1996 [8]http://www.akerukun.com/qa_akerukun.html

一般的にドア変形時のドアの開閉に必要な力は面内変形角

1/200rad で 100kg 以上， 1/120rad で 200kg 以上となると言われる ^[8]

女性の力では開けられない人の力では開けられない

面内変形角

(33)

ドア枠モルタル部材の色

雑壁梁柱

50 900

2000

X Z

単位[mm]

ただし，ドアはモデル化していない壁厚：100

25

85

板厚

:1.6

25

45

15 40

40

単位[mm]

30

(a)

下枠断面

(b)

上枠・縦枠断面ヤング率

[GPa]

ポアソン比降伏応力

[MPa]

ドア枠

206 0.300 325

コンクリート

25 0.167 21

モルタル

20 0.200 40

材料の物性値

解析モデル（ドア枠を含む雑壁）

(34)

ひずみ応力

[MPa]

40

0.2%

モルタル圧縮時の応力―ひずみ曲線解析

理論値圧縮強度

[MPa] 40

せん断強度

[MPa] 4

モルタルの強度

弾性域の軸剛性

EA

は応力

―

ひずみ曲線と合うように設定

ただし，降伏後の耐力低下は非考慮

E

ドア枠モルタル部材の色

雑壁梁柱

50 900

2000

X Z

単位[mm]

ただし，ドアはモデル化していない壁厚：100

解析モデル（ドア枠を含む雑壁）

(35)

• 雑壁モデルを建物モデルの 3 階と 10 階に配置

• 雑壁モデルには Bi‐linear 型の構成則，建物モデルには Tri‐linear 型の構成則を採用

X Z Y

12.0m

3.1m 1.8m

X Y

X Z

柱，大梁，基礎梁床，耐震壁

部材の色

雑壁

雑壁を有する

10

層

RC

造建物モデル

解析モデル（雑壁を有する 10 層 RC 造建物）

(36)

f

_y

0.00 0.34 0.67 0.80 0.90 1.00

鳥瞰図 3 階雑壁

10 階雑壁

解析結果

入力地震波：JMA神戸波100％

(37)

層間変形角と面内変形角の時刻歴応答

面内変形角は層間変形角よりも大きくなる傾向

層間変形角，面内変形角ともに 10 階より 3 階の方が大きい

時間[s]

変形角[rad]

3階の層間変形角

3階ドア枠の面内変形角

1/200rad

1/120rad

-1/200rad -1/120rad

0 10 20 30 40

-0.04 -0.02 0 0.02 0.04

時間[s]

変形角[rad]

10階の層間変形角

10階ドア枠の面内変形角 1/200rad

-1/200rad

0 10 20 30 40

-0.0075 -0.005 -0.0025 0 0.0025 0.005 0.0075

(a) 3

階

(b) 10

階

解析結果

入力地震波：JMA神戸波100％

(38)

サーバーラックの地震時挙動解析

[1]金野圭祐，磯部大吾郎: ASI‐Gauss法を用いたサーバーラックの地震時挙動解析，日本機械学会第30回計算力学講演会講演論文集CD‐ROM, No.17‐4, (2017).

(39)

サーバーラックの地震時挙動解析の必要性

数値解析が有効

 サーバー等の情報通信機器は、

現代社会における重要なインフラのひとつ

 しかし、振動や衝撃に弱い

 有事の際の通信障害・サービス停止は致命的

 専用筐体（サーバーラック）に固定して管理

 装置の信頼性確保のために耐震試験規格

 機器の種類や数量・取付位置は、システムの

構成・用途毎に異なる → 重心や剛性への影響

 試験が高額なためすべての条件での試験は非現実的

(40)

サーバーラックの振動台実験

 実際の振動台実験の概要

 振動台：㈱ＭＴＩ大型三軸振動台

 試験波：ＮＴＴ人工地震波（1998年12月版）

振動台実験の様子

(41)

サーバーラックの振動台実験

 実験用のダミーウェイトモデル

実際のサーバ機器

ダミーウェイト

計５００ｋｇ

搭載後の概観

(42)

解析モデル

 通常モデル  ねじ付きモデル

^ねじ固定

柱とウェイトが直接結合柱とウェイトがM5ねじを介して結合

Ｘ軸変位評価点Ｙ軸変位評価点拘束点

(43)

解析条件（入力波）

Ｘ軸方向

Ｙ軸方向

Ｚ軸方向

 振動台実験で得た架台の台上加速度データ（三軸方向）

934gal 1333gal 909gal

0～14s

(44)

解析結果（変位波形／通常モデル）

実験結果解析結果

Ｘ軸変位

（mm）

Ｙ軸変位

（mm）

1.8 mm

（最大変位）

7.0 mm 1.3 mm

（最大変位）

56.1 mm

実験結果と大きく乖離

（硬すぎる）

(45)

解析結果（変位波形／ねじ付きモデル）

実験結果解析結果

Ｘ軸変位

（mm）

Ｙ軸変位

（mm）

3.6 mm

（最大変位）

7.0 mm 20.5 mm

（最大変位）

56.1 mm

4ｓ以降、実験結果より解析結果が小さくなる

前半よく一致

(46)

ねじの断面定数を段階的に変え再計算

実験結果解析結果

Ｘ軸変位

（mm）

20.5 mm

（最大変位）

56.1 mm

Ｘ軸変位

（mm）

39.4 mm

（最大変位）

56.1 mm

ねじの全塑性モーメントを段階的に1/2倍、1/3倍

1/2 1/3

⇨ 振動中のねじ部の剛性変化（緩み）が挙動に大きく影響

再計算

(47)

ねじの相対変位依存モデル

ねじを構成する節点の端と端の相対変位は，

時間ステップ

n

までの相対変位量の履歴（積算量）は，

ねじの緩みが，仮にに線形に依存すると仮定すると，

時間ステップ

n

における全塑性モーメントは，

1

^（ただし

^, ⁰

^）

：全塑性モーメントの初期値

：任意の定数

相対変位量の履歴T

全塑性モーメントMp

(48)

相対変位依存モデルによる解析結果

実験結果解析結果

Ｘ軸変位

（mm）

20.5 mm

（最大変位）

56.1 mm

Ｘ軸変位

（mm）

37.4 mm

（最大変位）

56.1 mm

ねじ付きモデル

相対変位依存 a=0.001

⇨ 振幅が良好に一致，しかしまだ検討の余地あり

ねじの相対変位依存モデル

を導入

(49)

・天井落下試験の再現解析

- 未対策天井モデルの再検討 - 耐震化天井モデルの構築

- 天井落下メカニズムの解明，落下試験の完全再現

・家具転倒実験の再現解析

- 耐震化を施した家具モデルによる解析の実施，実験との比較 - 実験によるねじの引抜力低下曲線の構築

- 建物内における未対策・耐震化家具の転倒挙動解析を実施

・ドアおよびドア枠の地震時挙動解析

- ドアおよびドア枠の変形メカニズムの解明 - 実験との比較・検証

- 耐震化に向けた指標の構築

・サーバーラックの地震時挙動解析

- ねじの緩みを関数化し，解析に導入 - 実験との比較・検証

- 試験方法の逆提案

Microsoft PowerPoint - 設備WG成果発表2017

室内被害シミュレーションの高度化研究

磯部 大吾郎

（ E‐ ディフェンス 数値震動台 設備 WG 主査）

設備ＷＧの活動目的・活動メンバー

これまでの成果

これまでの成果

大規模空間吊り天井の

脱落被害再現シミュレーション

吊り天井の脱落被害再現実験

2014

実大 3 次元震動破壊実験施設（ E- ディフェンス）で，体育館を模擬した 試験体を用いて，吊り天井の脱落被害再現実験が実施された

→ 連続加振により天井が落下

1

2

・メカニズムの解明には多くの実験，検証が必要

・大規模実験におけるコスト面の負担

・実験の再現性の問題

→数値シミュレーションの果たす役割は大きい

未対策天井を構成する部材の脱落条件

0.40[kN]

3[mm]

,

0.30[kN]

18[mm]

0.35 [kN]

0.70 [kN]

0.80 [kN]

2.8[kN]

0.28[kN]

1[mm]

→

ビス

1

→

1000

せっこうボード

1,500[mm]

2

1

→

クリップ

吊りボルト

未対策天井のモデル化

全体モデルの構築

吊り天井の脱落被害再現実験で使用された，未対策天井 付きの体育館を模擬した建築物試験体をモデル化

9.09[m]

30.0[m]

18.6[m]

諸元

SS400 H

:SNR400B

使用部材

10

0.334[s]

0.368[s]

0.405[s]

0.399[s]

固有周期

解析条件

実験で K-NET 仙台波 50 ％を入力した際に，震動台上で観測された 加速度を計 155 秒間入力

→

1

2

[s]

[gal]

体育館モデルの挙動

f

1.00 0.90 0.80 0.67

0.34 0.00

[gal]

[s]

屋根面応答加速度（ 1 回目加振）

・実験では錘と母屋材の接触による衝撃が，極短周期の加速度として確認

→ 実験結果には 10[Hz] のローパスフィルタ（ LPF ）をかけて処理

・加速度スペクトルの形状やピークの周期が，実験結果と良好に一致

h=5%

[s]

[s]

[gal]

磯部大吾郎

（ E‐ ディフェンス数値震動台設備 WG 主査）

実大 3 次元震動破壊実験施設（ E- ディフェンス）で，体育館を模擬した試験体を用いて，吊り天井の脱落被害再現実験が実施された

吊り天井の脱落被害再現実験で使用された，未対策天井付きの体育館を模擬した建築物試験体をモデル化

実験で K-NET 仙台波 50 ％を入力した際に，震動台上で観測された加速度を計 155 秒間入力

・屋根面，体育館側面ブレースに塑性座屈が発生

家具の地震時挙動に関する有限要素解析