[:M
Y]
UDC:624.042.7:624. 04
H*nge#kMinthktngsuEM za417e
・
1990ny11fi Journa]ef Struct.Constr.Engng, AIJ,No,417, Nov., 199efi
J
CN
JFg
is'lt
tz
C!)
,,Se]
1/
X
JJEil
as
fiZil
Jllfi
-envaJCN(Z)aACDisc
7
)<F
iJ vi7
llEFljeeM
(
E
)
PULSE
RESPONSE
ANALYSIS
OF
ASYMMETRIC
BUILDING
STRUCTURES
(2.
Parametric
Response
Study
for
Mono-eccentric
Building
Structures)
th
MinoruM
k*,
YAMADA
'za*tHiroshiec**t
2S
en
KA
WAMURA
,pt***1AfeinoridiTAM
ew****
andZhouYA
Inorder to make clear the
PULSE
RESPONSE
BEHAVIOURS
of asymmetricbuilding
struc-tures, a pararnetricresponse study on
lateral-torslonal
responses of inelasticsingle-story mono-eccentricbuilding
structureshas
been
performed
by
using MODE-SEPARATING PULSERE-SPONSE
ANALYSIS
METHOD
proposedin
the previouspaperpresentedby
the authors.
In
thispaper,thesingle-story mono-eccentricbuilding
structures are idealizedas a systemcon-'sisting
of a rigid
deck
suportedby
4frame
andlor wall assemblages situated at the peripherywhich are assumed to
have
force-displacement
characterLstics representedby
abi-Linear
model.An
unidirectional excitation isconsidered inthe response analysis,
In
thisresearch, the system parametersand theirnumerical ranges are :
(1)
eccentricity ratio(O.O-1,O)
(
2)
aspect ratio(1.e--10.0)
(
3)
initialelastic period(O.
1-10,O sec){4)
initialbase
coefficient(O,1-1,O)
Then,
theeffects of,the system parameters on thelateral-torsional
responsehavU
been
examined thr6ugh the parametric response study,The
results show very interestingconclusions amongwhich thefollowingsare important
for
an earthquake-resistantdesign
ofbuilding
structures with theeccentricity instrength as well asstiffness.,
O
Thelateral
displacement
of the center of massdoes
not vary with changing the eccentricity ratlo at altfor
thes.ystem having smal] a$pect ratio, but increaseslargely
with increasingthee'ccentricity ratio
for
the systemhaving
large
aspect ratio.2) The torsional displacement of the system increasesalmost
linearly'
with increasingthe eccentricity ratiofor
the systemhaving
small aspect ratio,but
notlinearly
for
thesystemhaving
Iargeaspect ratio.
3)
The maximumdisplacement
of elefuentlocated
on the weak stiff edge in the eccentricdirecition
increases
with increasingineccentricity within the almost entire pe[ioddo'main.
4) The system shows some what
donstaht
in
the totaldeformation
energydespite
of changingeccentricity and aspect ratio
in
an asymmetricbuilding
structure.But,
thedeformation
energydistributed
to every resisting elementin
theX
orY
direction
varieslargely
wiht changing thettt
.
eccentllclty ratlo.
・
5)' The e'ffects of the eccetrieity ratio on the responses may
be
divided
into
3regions :
(1)
small eccentricity ratio:O,O-O.2
{
2
)
rnedium eccentricity ratio :O.2-O.
5
{3)
large
eccent[icity ratio:O.5-1,O6) The increseof the maximum
displacements
trends toward unchangingdespite
ofincreasing
the aspect ratio when the aspect ratio islargerthan 3.o
-4.o.
Kegwortts
:asymmetn'cbuilding
structure,palse
response analysis,parametric
response study,torsionatresponse, cigformation energy
\ \* *******
tvFX#
tyff-Ire
twfiX\
enXue・Ing
ptptY(#
eml・]ma
lppptv(\
v<\gwak・Is
(ME(st>Xt*ma・Ire)
Professorof
Kobe
Univ.,
Dr.Eng.AssoeiateProfessorof Kobe Univ.,Dr.Eng.
Research Associateof Kobe Univ., M.Eng.
GraduateStudentof Graduate
School
ofScience
Kobe Unlv.,M. Eng.{Obayashi
Corpofation,Dr.andTechnologyef
Eng.}-119-1.
序 論著 者らは, 前 報1)に お い て , パ ル ス応 答 解 析 法の基 本 的 手 法2 )
−
4] を 多軸の monotonic な応 答をする連 成 型ね じ れ振動系に拡張 し て用い た。
す な わ ち,
多 自由度ね じれ 振 動系に対 して,
パ ル ス応 答 解 析の基 本 仮 定1 )を 基に,巨
間ご と に弾性応 答解析の解析 手 法 を用い, 振 動モー
ド 分離で応答を求め る とい っ た 「区 間 線 形モー
ド分 離 応 答 解 析法」を 提 示 し,
さ らに,
応 答 解 析 例によ り その妥 当 性につ い て検 証 を行っ た。
併せ て, 偏 心 構 造 物の 多軸 振 動 特 性により,
偏 心 構 造 物の並 進とね じ れ方 向のパ ル ス 応 答ス ペ ク トル および その特 性 を記 述 した。 本報で は,
前報1) で提 示し たパ ル ス応 答 解 析の基 本 的 な アプロー
チに基づ くモー
ド分 離 応 答 解 析 法 を 用い て,
.
パ ラ メ トリック応 答 解析を行い ,一
軸偏心構造物の パ ル ス応 答 性 状および それ に対するパ ラメー
タの影 響につ い て,
定量的な解 析 結 果に基づき,
考 察 検 討を加え よ うと す る もの であ る。2.
解 析モデルお よび解 析概要 2,
ユ 解析にお け る定数お よ び変数の 記 号 本報の応答解析に おいて,
使わ れ る定数,
変数 を代表 す る記号お よび定義は,
次の と おり で あ る。
解 析 方 法VPRA
:モー
ド分 離 法の速 度パル ス応 答 解 析APRA
;モー
ド分離法の加 速度パ ル ス応答解 析 定 数,
パ ラメー
タ m :構 造 物 全 体 質 量1
:構 造 物の慣 性二 次モー
メ ン トi
。:構 造 物の回 転 半 径lri
,1
。i:ε要素X ,
y
方 向 重心 まで の距 離lx
,ly
:構 造物X ,
Y
方向半辺長tl,
t
;:構 造物X ,
y
方向辺 長率 λじジ 構 造 物 y,X 方 向辺長 比 ey :構 造 物Y
方 向偏 心 距 離Ey
:構造物Y
方 向偏 心 率 的:構 造物Y
方 向偏心 比 e。 :構造物の弾性 半径に関 連す る係 数z
垂壽
9
碕
・福一
毎
…・
…・
…・
…・
…・
…・
(・)馬一
努
・・場
・・t一
告
…・
…・
・
…・
…・
…・
(・) Kx :構造 物X 方 向初 期弾性剛性K
ジ 構造物y
方 向初 期弾性剛性Kz
:構造物Z
方 向 (ね じ れ方 向)初 期弾性剛 性 1K
。=
Σκエ、・
磁+ΣK
。、・
磁………
(3
) iut inlFI
:無 偏 心 時 構 造 物X
方 向 合 力の降 伏 力一
120
一
S
¥:無 偏心時 構 造 物X
方 向 降伏 震 度F
茎・
・
『
・
・
・
・
・
・
…一
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(4 >sg =
m’
9 T。
x :無 偏心時 構 造 物 X 方 向の弾 性 固有周 期 娠,kyS
:i
要 素の X,
・
y
方 向の弾 性剛性 ∫蓋,
f
鬘i :‘要 素のX ,
Y
方 向の降 伏 力 δ1
‘,
δ彭,:i
要素の X,y
方 向の降伏変位 δ施;無偏心時 構造物のX
方 向の降伏 変 位Tgr,
T
。エ :X
方 向の地 盤,
震 源卓越周 期Xg
:X 方 向の地震 加 速 度 V。=
,
V。x :構造 物のX ,
Z
方 向の初 速 度 E=p,
Emp
:X ,
Z
方 向の 地震入力波お よ び構造物の初 速 度によ り構 造 物に投入 され たエ ネル ギー
Snv
:X
方 向地 震 動 擬 速 度 最 大 振 幅 Vx。
、
, axm :X 方 向地 震入力 波 速 度,
加 速 度 最 大 振 幅 Vxρ , axp :X
方 向地 震 入 力 波 速 度,
加 速 度 振 幅Tp
.
tp:入力 波の周 期,
継 続時間 tp;
T』/4・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(5) κ望,
K
tt
) :ノ区 間 構 造物のx ,
z
方 向の剛性 (前報 参 照 ) P 劉理〕 :j
区 間 構造物のX ,Z
方 向 抵 抗 力初 期 値 (前 報 参 照) 認 鳶〕:j
区間構 造 物のY
方 向 偏心率, 弾 性 半 径 に関す る係 数 (前 報 参 照 ) 応 答 変 数 e.:構 造 物ね じれ応 答 回 転 角 度Xc,
Z
。:構造物のX
方向重心 並 進 応答 変 位,
Z
方 向ね じ れ応 答 変 位Zc
・=i
。・
e.……・
……・
…・
…………・
…・
……一
(6>X
,p,Z
。p ;入力パ ル ス終了時 構 造 物のX
方 向 重心 並 進 応 答 変 位,
Z 方 向ねじれ応 答 変 位X
,u,Z
, u :加 速 度パ ル ス入力の場 合, 応 答 速 度が 0 と な る時の構 造 物のX
方 向 重 心の並 進 応 答 変 位,Z
方 向ね じれ応 答 変 位6Xt,
δyt :i
要 素X ,
Y
方向応答変位 ム‘,
ん :i
要素X
,Y
方 向 抵 抗 力Fx,
Fz
:構造物のX
方向,
Z
方 向の抵抗 力の合 力Axp,
ん が 入 力パ ル ス波 終 了 時 まで構造物のFx− Xc
とFz− Zc
に囲 まれ る面 積A=P一
广
臙 ・・。イ
cρ 畷・
・
・
…
(・)Ax
‘,ん‘:i要 素のf
』t一
δxi,
fyt
−
ayEに囲 まれ る面 積A・i−
∬
d
娠 ・A
・一广
んd
妬一・
…
〔8 ).
Xcam, Z。
am :有 限 共 振 応 答 解 析 法に よる構 造 物の X 方 向 重 心の最 大 並 進 応 答 変 位 振 幅,Z
方 向 最 大ね じ れ応 答 変 位 振 幅 嬲。rn:無 偏心時 構 造 物の最 大 変 形エ ネルギー
嗾 εが 構 造 物の最 大 変 形エ ネルギー
Wd
。‘:i
要 素のX
方 向最大変 形エ ネルギー
賑 ‘:i要 素の
y
方 向最大変形エ ネルギー
賑孤
;構 造物の X 方向最大変形エ ネルギー
嬬蠅 :構 造 物のy
方向最大 変形エ ネルギー
Wk。m ;構 造 物の最 大 変 形エ ネル ギー
率 W 徳 : ど要 素の X 方 向 最 大 変形エ ネル ギー
率Wk
=m :構 造 物の X 方 向 最 大 変 形エ ネルギー
率W
臨 :構 造 物のY
方 向 最 大 変 形エ ネル ギー
率w2
・m一
蹌
賃
・臨一
撫
・暁 …一
緜
欝
1・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(9 >。
X
♂,
iZ『n :ノ区 間,
近 似 弾 性 運 動 方 程 式の斉 次 解の r 次 振 動モー
ドX,
Z 方 向 振 幅 .X
劉.芻 ,:j
区 間,
近 似 弾 性 運 動 方 程 式の特 解の r 次 振 動モー
ドX ,Z
方 向 振 幅 瑠L
,
、
4鳬:j
区 間の FS−
X。と F。−
Zc に囲 ま れ る面 積X
紘Z
ピお:ノ 区 間のX
方 向の重心 並 進変位とZ
方向 ねじれ変位 。b
… :j
区 間,
近似弾性運動 方程式の斉 次 解の r 次振 動モー
ドX
,Z
方 向振 幅 比rb ・j]
一
聯
一 …・
…・
………・
………・
一
(1・) 2.
2 解析モ デル お よ び運 動 方 程 式 解 析モデル 本 報 告で は,
前 報1 }に偏心構造物につ い て記述し た基 本 仮 定に基づ き,一
軸連 成 型 偏 心 構 造 物 を,Fig,
1に示 す よ うに一
層lXl
ス パ ンの図心対 称 図 形に解析モ デ ル 化す る。 解析モ デル は,
X 方 向とY
方 向に 二つ ずつ の 抵 抗 要 素Xl ,
X2 ,
,Y1,
Y2
か ら構 成さ れ,
それ らの位 置は,
次 式で決ま る と す る。lx=1
、。L=一
ら、;♂,=
ら、=一
ら、………・
・
……
(11
) X1.
X2;
X 方 向 理想化 さ れ た 抵 杭質素 Y1,
Y2:
Y方 向 理 想 化 され た抵 航 更 素 C C 逗 lx1 Fig.
1 解析モデル ま た,y
方 向に は,yl ,
y2
二つの抵 抗 要 素の弾 性 剛 性お よび 抵 抗 力が同様な もの であり,「
X 方 向に は,
X1,
X2
二つ の抵抗 要素の弾性剛性 (ltXl
≦kXi
)お よ び抵 抗 力の相違に よ り,
偏心 が生じ る。Fig.
1に示 す解析モ デル は,
構 造 物 平 面 中 心 (重 心 〉 を直角 座 標系の原点と し,
座 標 X−
y が構 造 物の剛 性 主 軸に平行で あ る と仮 定す る。
な お,
重 心の並 進 変 位X
。,
Yc
とね じ れ回 転 変 位 θ。は,
Fig.
1に示す方 向を 正 と す る。
こ れ より,
ゴ要 素の X,
y 方向の 変位は,
次の よ う に表 すことがで き る。DXt=Xc
+lg
‘・
Zc
;ケ3i=一
妊‘・
Z
,……一 一 ・
(12) 運 動 方 程 式 上 述の 解析モ デル に対し て, X 方 向の み に地 震 入 力 を受け た場 合, 弾 性 減 衰 を無 視 した重 心 回りの運 動方程 式は次 式の よ うに表 され る。
1m
・
x
。
+Σ]fJt
=−
M・
Xg
i
=
1……・
…・
…
(13> !!
1・
lj
。一
Σム‘‘,‘+Σノ1
‘IXi
= O t1l i;
1式 (13 )の変 数の ディ メ ンジョ ンを統
一
す る た め,
θ。 をZc
に, 1 を 肌・
垢にそ れ ぞれ書き換え,
さ らに,
t 凡茜 Σ ム t‘
] t t F2=
Σ一
ゐ匚ち、
十Σん 塩 ‘=
匸
‘=
1・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
…
(14) と す れば, 式 (13
)は, 次の よ わに書ける。 m・
Xc十Fx=−
m・
x
σ m・
Zc
十F
.=O
}
一 ……・…・
…
・15 ・ま た, 各 抵抗要 素の応 答 性状が弾 性 領 域に とどま っ て い る場 合は
,
式 く15 )の運 動 方 程 式は,
次の よう なマ ト リックス の形式で表現で き る。
mCGX
”
Z
・[
Kx
− Kx
万y− K1
百暫K
〜互遷]
Xg=−
m’
’
’
’
”tttt
”tt’
”
0 2.
3 解 析 概 要 エ ネ・
ルギー
の釣合いの表 現 C CXZ・
・
・
・
・
・
…
一・
・
…
(16)‘
構 造物に投入 さ れ るエ ネル ギー
は,
構 造 物が動き出す 初 速度に よ るもの か,
あ るい はパ ル ス入 力の継続時 間中 に働く外 力に よるもの である。 よっ て,一
軸 偏 心 構造物 のエ ネルギー
の釣 合い につ いて は,
運動方程式(式 (15 >) の 連 立の 二 式 をそれ ぞ れX
。,
・
Z
,’
に対.
し て [0,X
、p],
[0,
Zc
ρ]の区間で積 分す る こ とに よ り,
次の よ うに表現 さ れ る。
r
・・
麒
・∬
Cρ 膩一一
广
浦
識∫
・
2
・
dZc ・∬
‘
ρ
畷一
・・
・
・
・
・
・
・
…
(17)一
121
一
こ こ で
,
上述の記 号を用い,
上式の積分は次の ように 書け る。去
一・
rkZ
+A
・P− E
・ 。1岩
m・
2
:+AZP− E
・P………・
……・
…・
・
……・
…・
…
(18 ) 上式の 二 式 の和を 取 れば, 偏 心 構 造 物の総運動エ ネル ギー
と総 変 形エ ネル ギー
と 構 造 物に投入 し たエ ネルギー
の釣 合い を表すこ と に な る。
壱
m (1
:・2z
)・A
。 。+Aip
・・E
=P・EZP・
一 ・
・
(19
) よっ て,
式 (18)の 工式 は,
そ れ ぞ れ偏心構 造 物のエ ネルギー
の釣 合い を方 向別に表す も ので あ る。 ま た,
式 (19 )で のAxp
とAiP
の和は,
耐 力と変 位 の積分の形 式で (式 (7 )に, 式 (12}と式 (14)を代 入して)表 示すれば,
次の よ うに表さ れ る。
A
.
。+A.
.・
fo
X
‘
PF
.
dx.
+IZC
”
F
.
dz,
1 :=
ΣA
.t十Σ】Ay
グ………・
……・
…・
(20
) t=
1 t=
1 式 (20 )は, 構造物の総変形エ ネルギー
が, 各要 素の 耐 カー
変 形 曲 線に囲 まれ た面 積の和で表され ることを意 味する。
一
方,
前 報1)に述べ た よ うに,
パ ル ス応 答 解 析に お い て は,
Fig.
2
に示す速 度パ ル ス と加 速 度パ ル ス の 二種 類 の入 力形式 を考え ることに より,
構造物の エ ネルギー
の 釣合い に つ い て は,
二種類の入 力 形 式 に対応 して,
以 下 の ように記 述す る。
速 度パ ルス入力を受け た場 合 速度パ ル ス入力 波は,Fig.
2a
)に示 す よ うな単一
矩 形 (Mg
・・
O
) 波で,
下 記の初 期 条 件と終 了 条 件をもつ も の と す る (前報 参照)。
Xc=0,
Xc =
v=
P十 塩t=o
;.
Zc
= O,
Zc
=VOz
.
・
…・
……・
(21) Xc=
=
Xcρ , Xc=
=
O t= tpl・
Zc=
ZCP,
Zc=
0 以上の条 件を式 (17)の積 分 式に代入す れば,
式 (】8) のE =
ρとE
. は, 次の よ うに表 すこ と ができ る。
E叩
一
去
鳴 ・v
・x ) 2 ・E
.P→
況 艦・
・
…
(・2}一
Vxp 貞9 仁・→
t一
axp a) 速 度パ ル ス b} 加 速 度パ ルス Fig.
2 単一
矩 形パ ル ス入 力 波一 122一
つま り,
速 度パ ル ス入力の場合,
構 造物に投入 さ れ た エ ネルギー
は, すべ て構 造 物の振 動開始の初速 度の形 式 で与え ら れる もの で あ る。 加 速 度パ ル ス 入力を受け た場合 加 速 度パ ル ス入力 波は,
Fig.
2b
)に示 す よ う な単一
矩 形 (Xg =
・
α xp) 波で,
かつ , 下 記の初期 条件と終了 条 件を もつ もの と す る (前報参照)。
t=o
; t=
tp;t
=tu
; 印 卯 XZOO 賑 賑=
c=
∵
r=
‘=
響
・
X・
Z.
X
.
Z
ぐ
ごX
・
Z
角”
拗 脇 じ ご じ ご,
, XZXZ 切 →=
%
广=
‘=
c 茂 易 xz.
x :z
.
・
(23 ) 以 上の条 件 を式 (17)の積 分 式に代入 す れ ば,
式 (18 ) のEx
ρとEtP
は,
次の ように表される。
E
。
P一
吉
(・・轟 ・ v:。)・Etp→
m・
v:.…
(・4 ) 加 速度パ ル ス入力の場 合は, 速 度パ ル ス入力の場 合 と 違い,
構 造 物に投 入し たエ ネルギー
は,
構 造 物の振 動 開 始の初 速 度の ほ か に,
慣 性 力に より与え ら れ る成分 も含 んでい る。 応 答の区 間線形 化 近 似とモー
ド別の表 現 前va1
〕 4−
1の 「線 形 区 間 近 似モー
ド分 離 法」に お い て,
線 形 区 間モー
ド分 離 法の要 点につ い て述べ た。 その要 領 に基づ き,一
方 向に単一
矩 形 速 度,
ま た は加 速度パ ル ス 入力 波を受け た場合,一
軸 偏心構造物のパ ル ス応 答 解 析 のプロ セス は,
次の よ うに な る。
応 答の 区 間線 形 化 近似の表現 弾 塑性連成型 ね じ れ振 動系に対し て は,
重心にお け る X 方 向のE
ゴ X。 応答 ス ケル トン カー
ブを前報 且〕のFig.
10
に示す よ うに区 間線形化し,
近似 的に多折線カー
ブと す る。 これ より,
パ ル ス入 力 終 了 まで の系の応 答 性 状 を 各線形 近 似 区 間ごとの線 形応答の和と し て取 り扱う ことに な る。
したがっ て,
ノ線 形 近 似 区 間におい て は,
運 動 方 程 式 は,
式 (16
)と 同様のマ ト リッ クスの 形で表すこと がで き る。
・
臻
:
・[
.
急
謬罪
隱
:
Oor αx P望・
・
・
…
t−・
・
・
・
・
・
・
…
(25)=−
m 十 〇P
蹇1 応 答の モー
ド別の表現 上 式の常微 分 方 程 式の解が モー
ド別に自由振動に よ る 斉 次解と 入力お よび初期値に よ る特解との組み合わ せ と 見な され る1)・
6 }・
T) 。 こ れ よ り,
前報n第4
章に記 述し た手順に従い,
ゴ区 間に おいて,
応 答 変 位X2
とZ
ピ】 の 相互関係が次式の よ うに得ら れ る。
.Zビ」 。
b
げ } しXビL7X ビ1).
一
γZ9
}・
・
…・
…・
・
・
・
・
・
…
7L(26) およ び ここ で,
rbU }は式.
(25
)のj
区 間にお け る弾 性 近 似 運 動 方 程 式の斉 次解に よ る r (r=1,2
)振動モー
ドの振 幅比であ る (前 報 参照)。
モー
ド別の パル ス応 答ス ペ ク トルの 表 現ll
¥・一
膿
、.
dXc
速 度パ ルス入力 波あ るい は加速度パ ル ス入 力 波 を受け た場 合は,
偏心構 造 物の X,Z
方 向に, そ れぞれ投入 し.
たエ ネルギー
を,Ex
ρ (Vrp or α叩 ) とE
.h
(Vz ρ or α2p) (式 (22
)と式 (24
>)で表す。
よっ て,
式 (17)の連 立 積 分 式 を,
そ れ ぞ れ X,;Zcに対し て,
パ ル ス 入 力 波の 継続 時間にわ たっ て,
区 間ごとに変 数 分 離 積 分 すれ ば,一
軸 偏心構 造 物の パ ル ス応 答ス ペ ク トル は,
次 式の よ う に得られ る。
tρF むρ(Vxρor α=P)广
.
dXc
ズ
纛
[E
。p、。 。、.
、。 ]畜
[・渦 。 ・r ・ x。)− Ax
,]dZc
・
・
一…
r・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(27 )前 報i)の第 4章に記 述 し た よ う に
,
1一
方 向入力 波を受 けた一
軸 偏心構 造 物の場 合 では, 式 (27 }におい て,
積 分上限 X,p,
Zcpを確 定 的に与え る ことに よ り,
式 (27
) は Vxp (or α xp )−
tpの 二軸座標 系に おい て,一
本のス ペ ク トル 曲線を表すこ と がで きる。 よっ て,
速 度 (or 加 速度 )パ ルス 応 答ス ペ ク トル を決 定 するに は,
ま ず, 式 (27)の 積 分 上 限のX
。p とZ
。ρ を決定し な け れ ばな ら ない ことに な る。
一
方, 積 分 または面 積の代 数学 的な累加性に よ り,
式 (27)の積 分 上 限の X。
p.
とZc
、の両 者の一
っ を与え,
その積 分 区 間[O,
X、
ρ](or [0,
Z。
p])をい くつ かの 区 間 に区 分す ると, 上 式の積分 と積分式中の面 積 Ax。,
Azp は,
各 区 間ごとの積分の和で表すこ と ができる。
こ こ で,
」線形 近 似 区 間 に おいて,
腸
一
膿
楓 ・腸一
烈
贓…
(・8) VXh Srl〔工09 }UL
・一
離
蓋
[脇 。 ・r ・x。}一
醐dZc
釜
[・。 (・・r ・鴫・
…
一・
・
一・
一一・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
…
(29) と おけ ば,
.
式 (27)の一
軸 偏 心 構 造 物め速 度 (or 加 速 度 ).
パ ル ス応 答スペ ク トル は,
式 (30)の ような各 線 形 近 似 区 間の積 分の累 積 形 式で表すこ と がで きる。
Σコllx
(VxρOP axρ,
X鴇』)t
。=t
。(Vx。 or ax。)=
Σ 砿 OorO
,
Z
ピお)’
.
…・
…・
…………・
……一……
(30) 次に,
に記 述し た要 領で,
区分さ れた区 間 を各々線 形 化 近 似 し,
各 近 似 線 形 区 間に おい て,Z
鴇 (あ るいは.
X
黝 を式 (26 )に よっ て,
モー
ド別に決め ること がで きる。 し たが っ て , 前報 1)に 記 述した 「線形化され た区 間に おい て は, 振 動モー
.
ドの シ フ トが起こ ら ない」とい う仮 定に基づ き,
積分 区 間[O,X
。ρ](or [0,
Zc
ρ])の全 て の区間 積分 (式 (.
29 ))の総和 (式 (30 ))を とれ ば, 式 (28 )に示す VXp (or α xρ)−tp
スペ クトル曲 線 をモー
ド別に表す こと ができ る。
モー
ド別応答解析の幾何学的 表現 上 記の速 度 (or 加 速 度 )パ ル ス応 答スペ ク トル曲 線は,
一
方 向入力の場合
,
Fig.
.
3
a)ま た はb
>の座標系.
にお い て,
二本の曲 線 (一
次モー
ドは9
,,
二次モー
ドは Ω2) で表 現さ れ る。前
報 ])に述べ.
たパ ル ス応答 解 析の基 本 手 法によ り,
.
台 形 化さ れ た 入力スペ ク トル と接す る その曲線
(速 度ま たは加 速 度パ ル ス応 答スペ ク トル 〉の集 合か ら, 上 限とし て の パ ル ス応 答ス ペ ク トル を選 出し, それ に対 応 する X,p と Z。ρに より,
パ ル ス応 答 解 析の最 大 応 答が決 定さ れ る。
a ) 速 度パ ル ス入 力を受 けた場 合 最 大 応 答 変 位は, 速 度パ ル ス入・
力 波の終 了 時の応 答 変.
位と する。
X。皿=
X,P ;Z,m=
Z。。・
…・
・
………一 ・
……
(31a) Vxm og) TOx Tox ス ト ル Teコ
T。
J p(log} a ) 速 度パ ル ス応 答 解 析の 場合 b) 加 逮 度パ ル ス応 答 解 析の場 合 Fig.
3 パ ル ス応 答 解析の幾 何 学 的表 現一 123一
b
) 加速度パ ル ス入力を受け た場 合最 大 応 答 変 位は, 加 速 度パ ル ス入力 波の終 了時の系の 変 形エ ネル ギ
ー
と最 大応答 変位時の変 形エ ネルギー
が等 し い ことに よりAxρ(Xcu
,
Zc
。)十A
.(Xcu,
Zc
趾)=A
エP(XCP
,Zc
ρ) 十Az〆XCP.
ZCP)’
’
’
’
’
’
’
’
’
’
’
’
”鹽
「
’
’
’
’
’
’
”P”『
P”
(31
b
) 次のよ うに決ま る。 Xcm=
Xcu ;Zem=Zcu・
・
・
…
−t…
tS・
・
阜
…
t・
・
・
…
(31
c)一
方,
パ ル ス応答ス ペ ク トル曲線 がモー
ド別に与え ら れ るこ とによ り,
上 記の最大 応 答 変 位は,
入力スペ ク ト ル と接 する一
次モー
ド と 二次モー
ドの パルス応答ス ペ ク トル曲線に よ り,
別々 に与え ら れ るこ とに な る。
3.
パラ メ ト リック応 答 解 析3.
1
解 析パ ラメー
タの設 定 復元力 特 性Fig.
1の解 析モ デル の四つ の抵 抗 要 素に は,
x,
Y 方 向の復 元 力 特 性 をい ずれもFig.
4に示 す よ うな完 全 弾 塑 性と す る。
計 算の便 宜 上の ため,
本パ ラ メ トリック応 答 解析で は, 四つ の抵 抗 要 素の λ1
,y
方 向の 変 位お よ び復元 力の降伏 関 数 を, い ずれも 文 献 5 )のFig.
5b ) に示す よ う な正 方 形とする。
そ れ で,
式 (8)の要 素の 変形面積は, 次の よ うに簡 単に計 算で きる。 Axt=
O.
5∫茎‘δ灘 (あ‘< δ呈‘> Aエi=
f
星‘(cr=i−
0.
5δ茎‘) (a』i≧δ羣‘>Ay
‘=0.
5
∫読δ螽‘ (δyi〈 δ銑)ASt
=f
罫 ‘(δyt−
0.
5δ罫D
(δyt≧δ凱) y ユf
(s) Fl c2) F二
Flv・
・
・
…
《32) 積 yi ) δyi ) δ1
δ, Fig
.
4 抵 抗 要素の復 元 力 特 性 {2) く3) Ct) XE; XGp X。 卩 Fig.
5 Fx−
Xc応 答スケル トン・
カー
ブ一
124
一
また,
X 方 向の Xl,
X2 抵抗要素の 完全弾塑性の 復 元力 特 性に よ り,
凡一
Xc応 答スケル トンは,
Fig.5
に示 す よ うな線 形 折 線カー
ブと な り, そ れ に対す る線形 区 分 は,
多く とも3区 間だ けで与え ら れ る。
し た がっ て,
前 報’)のFig.
1ユ の フロー
チ ャー
トの 中の 「試 行 錯・
誤」の 処 理 を速く済ま せ ること が可 能と な る。 振 動 開始 初 速 度 本報での解 析 対 象と する一
軸 偏 心 構 造 物は,
静 止 状 態 (初 速 度=
0)か ら,
パ ル ス入力 波を受けて動 き出す も の で な く,
応答の経過中に パ ル ス的な波に よ り,
mono・
tonic な極 限 応 答を す る と考え るs) 。 そこ で,一・
軸偏心 構 造 物の二振 動 方 向と もに初 速 度V
。x,V
。。 を 与え てパ ル ス応 答 解 析 を行うことにす る。
本報で は,
あ らか じめ有 限 共 振 応 答 解 析 法9 ;に よ り,一
軸偏心構 造 物の パ ラメ ト リック応 答 解 析5}を行い,
そ の結 果の有 限 共 振 変 位 振 幅 (X
方 向はx
、anl,
z
方 向はZc
。m )によ り, 次の ように,
初 速 度V
.,
V
。z を決 定す る。x
方向:孟一
に
覚
諌
;
:
1
;
篶
駕 }
…・
(… )z
方 向 :
Vo2
== レ〜エ
・
Zcan
/Xcan
ジ…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
…
(33b )地 震入力
本 報におい て
,
モー
ド分 離の パ ル ス応 答 解 析で は,
X方 向の
一
方向パ ル ス的な地震 入力 波 (Fig.
2)し か考えなし
Fig.6
に示す よ うに,El
Centro
Cal.
U 、
S ,
A .
.
,
May
18,1940
NS
成分の地 震 加 速 度 記 録デー
ダ゜1を 用 い,
最 大 振 幅ス ペ ク トル3遊近 似 台 形 化し,
入力 波スペ ク トルと する% 基本ノ9ラメー
タ 本 報では, パ ラメ トリック応 答 解 析に おい て,
以下の 100。
0 10。
O 1。
0 0.
1 1.
0 10.
O Fig.
6 x 方 向地震入 力ス ペ ク トル 1・刃} Tabel 1 基 本パ ラ メー
タ数 値の設 定para 田etersunit vahues
T
。
.
sec 0.
1,
0,
2,
0,
3,
0.
4,
0p5,
0,
6,
0 1.
0,
2.
0,
3.
0,
5.
0.
7rO,
10・
0 S冨
一
〇.
1,
0.
2,
0.
3,
0.
4,
0.
5,
0.
6,
0 e一
〇.
0.
O.
1,
0.
2.
0.
3,
0,
5,
0,
75,
λ1り
一
1.
0,
2.
0,
3,
0,
5.
0,
770.
10_
0 O.
7,
0.
951.
0四つの パ ラメ
ー
タを 基 本パ ラメー
タ とし, それ らの値と 範囲 は,Tabel
1に示す ように設 定 する。
無 偏 心時 構造物 X 方 向 初 期 弾 性固有周期 7。= 無偏心時構 造 物
X
方 向 初 期 降伏 震 度Sl
構 造 物一
軸 (x
方向 )偏心 比 e2 (式 (2
))構 造 物 y 方 向辺 長 比 λ
、
y (式 (ユ)) 誘 導パ ラ メー
タ 設 定さ れ た基 本パ ラメー
タに より,
パ ラメ トリッ ク応 答解析に不 可 欠な解 析 条 件お よび初 期 値 を,
誘 導パ ラ メー
タ と して,
次の よ うに決め る。
無 偏心時構 造 物 X 方 向初 期 降 伏 力F9 = ・
sym ・
g ・
…・
・
;一 ・
・
…・
…・
…・
・
…………
(34)無 偏 心 時 構 造 物
X
方 向初 期降
伏 変位 δ洗=SI・
g・
T:./4π 2………・
………・
…
・
(35) 辺 長 率 (辺 長 /回 転 半 径 比 }lXi
=
3.
0
/ 】.
0
十 λ:.
v)lx2
=− IXI
lv.
i =・
Aiy’
lxI ty2=一
tyl
偏心率 百,= el・
1
多・
………・
.
(lx=tXl
) (ly=ly1
)h
エ1= 4π 2M /丁診ゴ〔1.
0十r驚2) 亀尸 ゐゴ 妬hyi
= (kx
】十娠1
/2
戯2=kyI
要素 初期降伏変位・
・
・
・
・
・
…
(36
)・
・
・
…
(37
)X
方 向 要 素 初 期 弾 性 剛 性比 た2=
(ly− ey
}/(ly
十鳥 )・
・
………・
…・
(38
) 要 素初 期 弾 性剛性・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(39) δ茎,
; δ嵳,
=fi
罫,
= δ罫,
= 謬.
………・
・
……・
…
…・
・
(40} 要 素 初 期 降 伏 力;
1
:
:
驚鳶
・i−
1…}
…・
………
(…3.2
応 答に対す る 評価 前 報1 )で は,
第 5章に お いて モー
ド分 離 応 答 解 析 例の 例 を挙 げ, そ の妥 当 性につ き, 比 較 検 証を行い,
速 度パ ル ス入 力の場 合 と加 速 度 入 力の場 合とも,
1次モー
ド応 答 解析の結 果が数 値 解 析 法に よる結 果と良 好な一
致を見 た。
そ の結 論に従い,
本 報の パ ラ メ ト リック応 答 解 析に おい て は,一
次モー
ド応 答 解 析 結 果 を偏 心 構 造 物の パ ル ス応 答 解 析の応 答と する。
本 報におい ては,
主に取り扱 う応 答は, 以 下の項目で あ る。
重 心 最 大 並 進 応 答 変 位X。m お よ び最 大ね じれ応 答 変 位 壘 本 報におい て,X
,m,
Z
。皿
の両 者 を 基 本 応 答 量 と して 求め, そ の他の応 答量 を,
そ れ ら に よ り決 定す る。
一一
軸 偏心構 造 物の解 析モ デル に対し て,
解 析 結 果によ り, ね じ れ振 動 時, 抵 抗要素Xl
は最も不利と な り,
そ の最 大 応 答 変 位 と 降 伏 変 位の比 を最大 応 答 塑性 率μぬ とする。
δXlnt…
=
再r
”… … ”… ’
”””… ’
9’
’
’
’
’
”9’
(42) 最 大 変 形工 ネルギー
最 大 変 形エ ネルギー
は, パ ルス 入力 波の終了まで に, 抵 抗 要素,
ま た は構 造 物の 変 形に よ り吸 収さ れ たエ ネル ギー で あ り,
ま た, 抵抗要 素最大変形エ ネル ギー
と構造 物 最 大 総変形エ ネルギー
とに分 け,式 (43a )と式 (43b ) で表さ れ る。
‘要 素 最 大変形エ ネル ギー
: 賑 ‘=∠
4x
‘; 回〜』yi=
!4yi・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(43a
) 構 造 物 最 大 総変形エ ネル ギー
:2
1 Wdsm
=
Σ Wdxt→一
Σ】Wdyl”層
’
’
’
’
’
’
’
’
’
’
”…”t”
(43b
) t;
I i;
1 3.
3
解 析結果の表 示 本報は, Table 1に設 定し た基 本パ ラメー
タに よ り , パ ラメ トリッ ク応 答 解 析 を行っ た。
解 析 結 果 (最 大 応 答 変 位,
最 大 変 形エ ネルギー
)は,
偏心構 造 物の応 答に大 き く影 響 を与え ると推 定さ れ るパ ラ メー
タに より,
次の よ うに表 示す る。 Fig.
7 構造物の重心の x 方 向最 大並進 応答 変位 Fig.
8 構 造 物の最 大ね じれ 応答変位 Fig.
9
構 造物の最大応答塑 性率 Fig.
10 構 造 物の 最 大 総変形エ ネル ギー
と偏心比の 関 係Fig.
ユ1 構 造 物の 最 大 総 変 形エ ネル ギー
と辺 長 比の 関 係 Fig.
12 構 造 物の総 変 形エネル ギー
のX
とY
方 向の分 配Fig.
13 構 造 物のX
方 向の変 形エ ネル ギー
の抵 抗 要 素 Xl と X2 の分 配Fig,
14 最 大 応 答 変 位と辺 長 比の関 係 4.
応 答 解 析の結 果につ いて の考 察 以 上の一
軸 偏 心 構 造 物のパ ラメ ト リッ ク応 答 解 析の結 果に より,
以 下の点に関して,
考 察を行う。 4.
1 最 大 応 答 変 位 重 心 最 大 並 進 応 答 変 位Fig
.
7の a)とb
>は,
VPRA お よ びAPRA
に よ る一
軸 偏心構 造 物 重心 に お け る X 方 向 最 大 並 進 応答 変位 率X
驫 (縦 軸 )の偏 心 比 (横 軸 )の変 化に伴う変 化 傾 向を示す も ので あ る。 図 中のX
徳 は,
いずれも初 期 降 伏 震 度S
星=0.
2の 無 偏 心 時の最大 応答 変 位との比 で無 次 元 化し た もの で あ る。
同 図の a)のVPRA
およびb
) のAPRA
の結 果 と も,
偏 心 構 造 物 重 心の最 大 並 進 応 答 変位 X。m の偏心 比の増 大に伴う変 化 曲 線は,
初 期 降 伏一
.
125
一
Xem
’
4.
D 2,
0 d.
O X’
2,
0 0 … 囲 ye 00D 0 … ye 000 00=
y 疋 8.
0 6,
0 4.
o 2.
0 X‘
Sk /q・
2 ! ロコ
らノf.
6
0,
00rO O、
2 0.
4 0.
6 0.
8 {Tex弓
0、
3D) x
‘
E.
0 6.
o 4.
0 2.
0 ey ey O.
0 1.
0 0,
0 0,
2 0.
4 0.
6 0、
8 1,
0 【Texロ
o.
501 【え1y箒
5.
001 e ) VPRA Xcn’
4,
0 2,
0 0,
00,
0 0,
2 0.
4 0、
6 0.
8 1Tex匿
0,
101 8,
e 5,
0 4,
0 2.
0 Xcm’
Sl / °’
7e
’
ラ
1rO G,
00,
0 0鹽
2 0鹽
4 0、
6 0.
8 【丁ex昌
0.
3囗1 Xcn’
4,
口 2,
0 二 eyeジ o
,
o.
0 0.
0 0.
2 0,
4 0.
6 0.
ε 1.
0 :Tex囗
o,
50】 【え1y區
1.
001 Xじm’
巳,
0 5,
0 4,
0 2,
囗 γ e 口 L磁
O∈ [ 06 £ 臥 Oi4X
「
eOr 000 005=
y λ y 巳 〇一
L b) APRA Fig.
7 重 心の X 方 向 最 大 並 進 応答 変位 Zc田’
:
:
L
磊
醇 【Tex=
o.
ヨ〕] lAl厂 1.
001 Zcm「
4,
0 2.
0 ey o.
oO,
0 0,
2 0,
4 0.
6 0.
日 1.
口 lTex10,
30} Z’
ロ
ロ咀
L
煮
詳
【τex=
0,
60) 4.
o 2,
口 Zcm’
0.
00」
0 0.
2 0.
4 lAly匸
5.
O01 a)VPRA yeO / /》
o 触 q 亂・
Lノ
繭 【Tex日
0,
601 Zem’
:
:
L
蘇
ヴ ITex=
030】 lAIV・
1、
001 Z厂
4.
a 2.
o 0.
00.
O D齟
2 0齟
4 0.
6 0、
日 【Tex=
0.
謁 1 Fig.
8 構 造 物の最 大ね じれ応 答 変 位 Zcrn「
:
:
;
L
篶
計
lTex・
0.
an) 4
,
口 2,
0 、ク
レ ey o ’0_
ey齟
O D.
O D.
2 0.
4 0『
6 0『
8 1.
O l 丁ex=
O,
601 ‘ Aly;
5,
00 適 ti[ APRA 震 度の大 小,
初 期 固 有周期の長短にか かわ らず, 辺 長 比 が小さい 場 合 (λiy= ・1,0
)では , 偏心比の影 響を受けず に ほ ぼ平坦と なっ てい るが, 辺 長 比 が 大 きい場 合 (福=
5.
0
)で は,
偏心の増 大につ れて, 増 大 する傾 向が見 ら れ る。
す な わ ち, 辺長 比の小さい一
軸 偏 心 構 造物の重 心 並進応 答変位は,
ほ と んど偏 心に よっ て変 化 しない と 考えて よい。 これ と同様な結 果は,
履 歴 系の偏 心 構 造 物 にも,
筆 者らの共 振 応 答 解析 法のパ ラメ ト リッ ク応 答解 析5},
ま た は山 崎氏の関 連 論 文11) に よ り示さ れて い る。
一
方,
辺長 比の 大きい一
軸 偏 心 構 造 物の重心並 進 応答変 位の変 化 曲 線は,
偏 心 比 e∋=
0.
5を境に,
偏心比の小 さい (4
;
0.
O−
O.
2)お よ び中 程 度 (e;= O.
2−
O.
5) の 範囲 と 比べ て,
偏 心比の 大きい範 囲 (e多=
0,
5−
1.
0) において は,
顕著な増 大 傾 向 を示して いる。
最 大ね じれ応 答変位Fig.
8
の a)とb
)は, VPRA および APRA に よ る一
軸 偏 心 構 造 物の最 大ねじれ応 答 変 位 率Z
贏 (縦 軸 )の 偏心 比 (横軸)の変 化に伴う変化 傾 向を示 す もの である。
図 中のZ2m
はい ずれも初 期 降 伏 震 度 鍍=
0.
2の無 偏 心 時の最 大 応答変位との比で無次元化し た もの で あ る。 同 図によ り,一
般的知見の と お り,
偏心 が大き く な る と,
偏心構 造物の最大ね じれ応答 変位は,
大き く な る傾 向が 見ら れ る。 ま た,
辺 長 比が小さい場合 (λty=
1.
0 )で は,
構 造 物の最 大ね じ れ応 答変位は,
偏心の増 大に伴い ほ ぼ 直線 的に増大す る傾 向が あ る。 これ は,
辺 長 比が小さい 場 合, 構 造 物の最大ね じれ応答 変位の変化は,
ほ ぼ単純 に偏 心 比 と 直 線 的な 関係 をもつ ことを意 味す る。
これ と 同 様な結 論は,
履歴 系の偏心搆 造 を解 析 対 象に し た, 文 献 11)の 山 崎 氏の研 究と文 献5)の 有 限共 振 応 答 解 析に も出てい る。
そ れ に対 して,
辺 長 比 が大きい場 合 (陶 = 5,
0
)で は , 最 大 ね じ れ 応 答 変 位Zcm
の変 化曲線は,
偏心比の小さい範囲,
中程度の範囲 お よ び大きい範 囲の一
126
一
10ao