【
論文
I
UDC :624
.
042.
7 :624.
04日本建築学会構造 系論 文 報 告 襲 第 420 号
・
1991
年2
月Journal
ofStmc
しConstr
・
Engng
,
AIJ
,
No
:
420
,
Feb
・
,
1991
バ
イ
リ
_
ア
型
履 歴
を も
つ
1
自由度 系
の
ラ
ン
ダ
ム
応
答
RANDOM
RESPONSE
OF
A
SINGLE
−
DEGREE
−
OF
−
FREEDOM
SYSTEM
WITH
BILINEAR
HYSTERESIS
松 島 豊
*Yutaka
MA
TSUSHIMA
This
paper
deals
withthe
nonlinear random respQnse ofthe
single・
degree
−
of イreedom system withelasto
・
plastic
hysteretic
characteristic,
when subjectedto
Gausslan
white excitations.
1The
analysis ajms atflnding
山e app 【oximate solutionsfor
displacernent
,
velocity,
ductility
factor
andcumulatlve
ducti1ity
〔acto 【in
clQsedfQrms.
The
displacement
is
deco
興posed
into
.
the
shift ofthe
center of osciUatiQn alldthe
deformation
about
its
displaced
center
.
The
former
is
regarded asthe
diffusion
process
and6stimated
by
the
random wa 且k
theory
.
The
latter
is
evaluatedby
taki
皿g
.
account ofthe
equivalentfrequency
together
withthe
concept.
ofthe
energybalance
,
The
approxi−
mate solutions are compared』
withthe
digital
estimates
.
The
agreemen ヒsbe
しweenthe
both
are satisfactoryin
most cases.
The
relationsbetween
the
ductility
factor
andthe
cumula 巨veductility
factor
areinvestigated
.
The
relationsbetween
the
maximum elasticand
inelastic
responses are ex−
amined.
.・
KeyWO
,rlS :random response,
nbnlinea 厂resPonse,
励 nearhyste
厂esis,
励 ‘’6
競 58,
seismicdesign
1.
序
非 線 形
の履 歴 復 元 力 を も
つ振 動 系
に地 震 動
の よう
な ラ ンダ
ム入力
が作 用
し た場 合
の応 答
を解 析 的
に求
め る こ と は難
し い』過 去 多
くの努 力
がな されて お り,
近 以 的
で は あ る がい くつかの有 効
な解 法
が提 案
さ れ,
相 当
な成
果
が
得
ら れ て き て い る。一
っ の有 力
な流
れ はT
,
S.
Atalik
とS
.
Utku
に よっ て提 示
さ れ た等 価 線 形 化 法
1 )に よるも の で あ る。T .
K .
Caughey
がバイ
リニ ア型 履 歴 を も
つ系
の ランダ
ム応 答 辷 応
用 した よ う な従 来
の等 価 線 形 化
法
2) で は,
非
線
形 性が弱い 場 合にし
か精 度の よい解 が 得 られ
ない。
しか しこ の新
しい方 法
は非 線 形 性
が強
い場合
にも適 用
で きる こと が示
され て い る:〕−
5 ) 。 こ のと き,
履
歴 を もつ復
元力
は微 分 方 程 式
の形
で表 示
さ れ る こ と に な る。多
くの履
歴モ デル に対 す
る微 分 表 示 も提 示
さ れて お り6},
応 用
範
囲
が広
い。も う
一
つ の流
れ はマ ル コ フ ベ ク トル過 程
論
に基
づ く より直
接 的
な もの であ る。状 態 変 数
を支配 す
る確 率 微 分 方 程 式
の中
に この微 分 表 示 を組
み こ み,
対 応
す るモー
メ ン ト方 程 式
を確 率 密 度 関数
の近似 関
数 形 を導 入
し て.
解
く という方 法
がよ
い精 度
の解 を 与
え る こと
が示
さ れて い る7 )。こ の
よ う
に最 近
で の こ の方 面
の進 歩
は注 目
に値 す
る が,
どの方
法
に よ るに し ても解
は閉
じ た形
で は得
られな い。導
か れ た微
分
方
程 式
は数 値 的
に解
か れ るこ とにな る の で,
解
の基 本 的
な性 質
を一
見
し て知
る こ と は難
し い 6 そこ で本 論
で は解 を初 等 的
な関 数 を 用
い て陽
に表 示
す る こと を目指
す。
関 与
す る パ ラ メー
タ が各 種
の応 答 量
に ど うい う形
で寄 与
する か,
例
えば比 例
する の か平
方 根
に比
例
す るの かと
いう
よ う なこと を
,
近
似
的
にでも知
り たい と思
っ た か らであ る。
複
雑 な 問 題に対 してこう し たこと が簡 単
に可 能
であると は考
えら れ な いが,厳 密
さと精 度
を多 少犠 牲
にす れ ば,
物 理 的
な直観
と考 察
によ
っ てあ
る程 度
目的
を達 成
す ること ができ る。
筆 者
はすで に こ のよ うな意
図に基づ い て,
ス リップ
型履 歴 特 性 を も
つ1
自 由 度 系
にランダ
ム ノイズ
が地 動
と し て作 用 す
る場 合
の非 線 形 応 答
の解 を 近 似 的
に求
め たs)−
le) 。 ス リップ型 覆
歴 は延 性
に乏
し い構 造 物
の復
元力
特
性
に典 型 的
に現
れる。延 性
に富
ん だ構 造 物
の復 元 力特
性
の代表
はバイ
リニ ア型 履 歴
であ る。 こ こ ではこれ を取
扱
うこと と す る。基 本
的
な考
え方
は前
の場 合
と変
わ ら な いが,
履 歴
に特 有
な性 質
を解 析
の中
に適 切
にとり こむ 工夫
が 必要
であ る。 ス リップ型 履 歴
で はルー
プ
が重
な ら な い の で解 析
は容 易
とな るが,
み かけの固 有 振 動 数
が時 間
と とも
に変 化 す
ると
いう厄 介
な問題 も現
れる。 バイ リ
ニ ア 型履
歴で はルー
プ
は局 所 的
には重
なっ ており,
その成
分
の み か けの固有振動
数
は変化
し ないが,
逆に履
歴の中
心が時
間
と と もに移 動
す る。 1 筑 波 大 学 教 授・
工博Professer
変 位 応 答
を履 歴 中
心の移 動
量 と その履
歴中
心 ま わ りの変 位
か ら成
るとす る考
え 方 は 以 前 か ら あ り,
そ れ ぞ れに特 有
な解 析
が な さ れて いる11Lltl。
し か し ,履
歴中
心の移
勤 量
は正負
の累
積
塑
性変
形
の差
に基
づ く ランダ
ムウォー
ク と み なすこと ができる の で,
その考 えによれ ば単 純に応 答
が評 価
で き る。本 論
の一
つ の特 徴
は そこ に あ る。
中
心
ま わ り の変
位
を振 動
す る成
分 と し,
み か けの固 有 振 動
数
を閉
じ た 形で表
現 す る。
変 位
と速 度
の分 散
,
最 大 変 形
と累 積 塑 性
変
形
の期待
値
と 分散
も単 純
な関 数
で陽
に表 現
す る。
得
ら れ た近 似 解
は シ ミュ レー
ショ ン に よ る数 値
実
験
によっ て検
証 さ れ る。
シ ミュ レー
ショ ン の値
は正解
で あ り,
これ も で き るだ
け実
用 的
な形
でと
りま と め
るよ う
にす る。こ こで取 扱っ た
対 象
は特 殊
な もの である。
系
の減 衰
が無 視
さ れて いること,
バ イ リニ ア型 覆 歴 が 完 全 弾 塑 性 型
であ るこ と,
入力 が
ホ ワイ ト
ノイ
ズであ
ること な ど が そ れ である。
と り あえず 基 本 的
な表 現 式
を得
るこ と を 目的
と し たか らであ
る。
同 様
な考 察
をす
ることによっ て,
こ こ で述
べ た方 法
を よ り一
般 的
な 場合
に拡 張
す ること
は可
能
である。2.
入出 力 系
静 止
し てい る非 減 衰
1
自 由度 系
の基 部
に,
突 然
ガ ウス 型 ホワイ トノイ
ズが地 動 加 速 度
と し て作 用
する場 合 を 扱 う。
質
点
の変 位
x
は次
の運 動 方 程 式
に支 配
さ れ る。to
+f
(
x
.
th
)
=一
U
(
t
)
W
(
t
>
・一 …・
…………
(
1
)
こ こ で, ・
は時 間
t
に関
する微 分
を表
す。U
(
t
>
は単 位
階 段 関 数
,W
(
t
)
は一
定
スペ ク トル密 度
∫oを も
つ平 均
値
ゼロ の定 常
ホワイ
トノイ
ズ と する。
f
(
x,
鋤
は復 元
力 関 数
を表
し,Fig.
1
の よ うな完 全 弾 塑 性 型
の バイ
リニ ア履 歴 を も
つも
の とす
る。弾 性 時
の固 有 角 振 動 数
をω 。降 伏 変 位
をA
と し,
降伏 加
速度
α(
=
ω訟
)
で完
全 な 塑性 流
れ を 起 こす。3.
変位
応
答
(
1
)
式の初 期 条 件
は,
t
=
0
で x=
dr
=
0
である。
応
答
は非
定
常
と な り,系
はあ
る時 間 内
で は弾 性 的
に挙 動
す る。
弾性
限 界
に達 す
るま
で の時 間
の期 待 値
t
。 は近 似 的
f
α 圏 , , , 1 「 ■ ■o
∠
3
∠
・’
一
α1
Fig
.
1
Blllnear
hysteresis
with zeroplastic
stiffness一
102
一
に次式
で与 え ら れ る8)。
T・一 、
冫
ξ
・
…一 ……・
…・
一 …・
……・
・
一
川
こ こ で,
・
一
裂
一
讐
・
・
…
……・
…・
…・
・
一 …・
(
・)
ξ
。 ω・孛
・
・
…・
・
・
・
…
…・
・
…・
……
(
・)
a で あ る。以
後
一
般
に,記 号
の τ は弾 性
時の固 有 周 期 丁。 で基
準
化
さ れ た無 次 元 時 間 を表 す
。ξ
は構
造 物
の強度
に対
す る入 力
の強 度
の比
に相 当 す
る無 次
元 量 で あ る。
t
がt
。よ り大
き く な る と,系
は塑性
域に入 る。
系
に供給
さ れ るエネ
ルギ
ー
と履 歴
によ
っ て消 費
さ れ るエ ネルギ
ー
は釣
り合
うが
,
完 全 弾 塑 性 型 履 歴
の場
合
に は応 答変
位
が定 常
になる こ と は ない 。履
歴ルー
プ
の中
心
が原 点
か ら移 動
し,
質 点
は移
動
し た中
心の まわ りで振 動
する。時
間t
’
(
≡t
−
t
、)
に お け る履歴 中
心の移 動 量
を Xc,
その中心
ま わりの変 位
をx
。と する と,近 似 的
に,
」じ
=
コじc十Xo
・
・
・
・
…
一…
一
…
『
『
・
・
tt・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
tt・
・
tt・
(
5
)
である。
x
、
は非 常
に低
い振 動
数 を もつ成
分,
コc
。は時 間
に依 存
し な い,
あ る等
価 な 固 有角 振 動 数
ω。
を もつ成 分
であ
る。供 給
さ れ たエネ
ルギ
ー
は もっ ぱ ら Xo に基
づ く履 歴
ルー
プ
によっ て消
費
さ れ る。
(
5
)
式の両
辺 をA
で除 して無次
元化
する と,
η
;
ηc十 ηo・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
9
(
6
)
こ こ で一
般
に,
η はx
/
A
で定 義
さ れ る変 位
の無 次 元 量
を表
す。
以 後
の考 察 も
,
と くに断
ら ない限
り, 〆(
≡ τ一
τ。)
≧0
の場 合
につ いて の も の と す る。
4
.
履 歴 中 心
の移 動
量の期
待
値
と分 散
履
歴の中
心 が移 動
する の は,
th
>0
に おけ る塑 性 変 形
とth
<0
に お ける塑 性 変 形
が異
な る ことに よっ て も た ら さ れる。質 点
がf
=
±α の線
上 を移
動 す る 量 を 塑性 変
形 xρ と し,
x。の絶 対 値
の総 和
を累 積
塑性
変
形
Xa
と定
義
す る と,
x
.==xl
−
xi
…………・
………・
・
…・
……
(7
) で あ る。 ここで,右
上 添字
の + と一
は そ れ ぞ れth
が 正 と負
にお ける累
積
塑
性 変
形
であ るこ と を表
す。
Xa
は蝿
十 xE に等
しいeλ≡ Xa
/
A ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
8
)
とい う無 次 元 量 を定 義 す
る。
λ は累 積 塑 性 率
といわ れる。
λ=
λ+
+N
である か ら,
λ†
と λ一
が 確率 的
に独 立で ある とす
ると,
Vk
‘VA
+十VA−・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
9
)
し た がっ て (7
) 式 よ り,
η。の分 散は,
V
η c;V
民
+十Vx−=V
ぺ・
・
・
・
…
一…
一
・
一…
一
一
・
…
tt・
一
(
10
}
で あ る。
こ こでV
は分 散 を 表
す。
λ+!
・
λ一
であ
るか ら,
η
。
は平 均 値
0
,
分 散 玖 を
もっ ラ ンダ
ム ウォー
クとみ な さ れ る。
こ こ で上
つ きの一
は期 待 値
を表
す。5
.
履 歴 中心 ま わ り
の振 動 成 分
履 歴 中
心 まわ り の振 動 成 分
x。を近 似 的
に あ る等 価
な期 待 固 有 角 振 動 数
ω。を も
つ正 弦 振 動
で あ る と み な す。等 価
な期 待 周 期
Te
(
亟
2
π/
ω∂
あた り のエネ
ルギ
ー
の 釣 り合
いは,
di
。1 α_
。S
。旦
丑・
・
……・
・
鹽
鹽
・
・
…・
…………・
鹽
…・
(
ll
)
ωθ で あ る。.
ここ で,
th
。1 は1
周 期
Te
間
で の累
積
塑
性
変 形
の期 待 値 を表 す
。履 歴
ルー
プ
が その中心
に関
して対 称
で,
ルー
プ
の対 角
線
の勾 配
が雌
に対応
す るもの とすると,・
乙
一轟
。…一 ……・
・
…・
…・
・
…・
…・
…・
tt
(
・2
)
と な る。
(
11 )
・
式
よ り得
ら れ るdi
ρ
1 を(
12
)式
の右
辺 に代
入 し,
(
4
)
.
式 を使
え ぱ,
β (
≡ ω。/
ω。)
の値
が次
の よう
に求
め ら れ る。
β
一
吉
←
n・ξ
・V
… ξ
・t16
)
・
・
・
……一 ……・
(
13
)
β嫉
ξ だ けの関 数 と
なる。Fig.
2
の実 線
は(
13 )
式で表
さ れ るβ
一
ξ関 係
を
示
す。
よ く引用
さ れ る,従
来
の等
価
線
形
化
法
に よ る完全弾
塑
性 履 歴 系
の等 価 角 振 動 数
は次式
で与
え ら れ るts)、
β
一
t
(
・−
s
’〜
2
θ)
…・
…・
…………・
…・
・
…・
(
14
)
こ こ で,・
一
・・S
“
1(
17
誰
β
)
一 ・
・
…・
・
…………
・
15
)
β
は θだ けの関 数
で あるが, θはξ
とβ
に依 存
す るの で,
〔
14
)式
は βの陽
な表 現 と
はなっ ていない。
β
の値
を得
るには 反復 計 算
が必 要
で ある。
(
14
)
,
(
15
)式
で与
え ら れ るβ
を,
比較
の た め にFig
.
2
に点 線
で示
し た。
実
線
と点
線
の間 に大
き な 差 は ない の で,
より簡 単
な(
13
)
式
の方 を β
の表 現 式
と して使
う。6.
速
度
応
答
の分
散
th
。 は 島 に比
べて十 分小
さい か ら,
(5
) 式
よ り,
th
0
86
42
1
β
OO
OO
O
’
0
.
02 0
.
04
α
06 0
.
08 alO O
.
12
ξ
Fig
.
2
Equlvalent
frequency
of oscillating compQnentは
近 似 的
に 島 に等
しい。
t
’
≧0
では 島 は 振 幅 ω。(
1
ρi/
4
+ △)
の正 弦 振 動
を し てい る と み な さ れ る ので,th
の分
散
は,
Vt
一撃俘
+4
)
t・
…・
…………・
・
……一
(
・6
)
と書
け る。
〔
11
)
式
で与
え ら れ るX
ρ,を(
16 )式
の右
辺 に代
入し,
無 次
元表
現に書
き改 めれ ば,
蝪
(
π2ξ
+β
2
)
2…・
一
…………
・・
……・
(
17
)
と
な る。
こ こ で,
h
は釧 (
ω。A )
で定 義
され る速 度
の無
次
元 量 を表
す。7.
累積
塑
性率
の期待値
と分 散
ピ ≧
0
に お け る累 積 塑 性 率
の期 待 値
は,λ
=2
π2ξ
τ’
……・
…ttt
−
…・
…・
・
……・
…・
…・
・
(
18
)
であ
るs)。
(
18
>式
は どの よ う な履
歴特 性
に対
し て も成
り立
つ。
履 歴 吸 収
エネ
ルギーE
の分 散
VE
は,
v
・=2
πs
・Vi
t
’
・
・
・
……・
………・
…・
・
…
t−
t……
(
19
}
と なる か ら川,
こ れを無 次
元表
現
に書
き改
めれ ば,
V
気=
4
π 2ξ
τ’
Vh ・
・
r…
r…
r・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
20
>
であ
る。
8.
変 位 応 答
の分
敬
ηc と η。が
確 率 的
に独 立
であ る と す る と,
(6
)式
よ り,
Vn
=
Vnc
十Vn
。
・
………・
…………・
………一 ・
(
21 )
と書
け る。
Vh
v
・・=
ア
… ’
”… ’
’
’
’
’
”… … … ’
’
’
’
’
’
’
’
”鹽
(
22
)
と して よいが
ら,
(
ユ0
>
式 を使
え ば,
(
21
)式
は,
Vh
v
・=
v
・+ア
… ”
… ’
鹽
’
… … ’
… ’
’
’
”
(
23
)
と な る。上 式
のV
λ に(
20 )
式 を適 用
す れば
,
Vn−
(
・π2ξ酵
)
V
・……・
・
……・
∵……・
・
…
(
24
)
と書
く ことが できる。9.
塑 性率
の期 待 値
と分 散
η,と η。が
独 立
で あ る と す る と,
(
6
.
)式
より,
塑 性 率
μ≡1xlmax
/
△の期 待 値
は近 似 的
に,
酉
=
1
ηcIkax 十T
玩
丁
max・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
…
(
25 }
こ こで,
添 字
max
.
は最 大 値
を表 す
。η,は
平 均 値
0,
分散 澱
の ランダ
ム ウt
一
ク と み な せ る か ら,
和
一
み
・
…・
・
…・
・
…・
・
……・
…・
……
…61
であ る15)。
こ こ で記 号
の σ は v7 と 同 じ もの で,
標 準
偏 差
を表
す。
(
20
)式
より,
Mo
. _一
罐
・h
…………・
……・
・
…一
(
27
)
と書
くこと も
で き る。(
22
) 式
より,
σ”o=
σh
/
β なの で,
1
可
一 一 ・a・・
一……一 ・
…一 ………・
(・8
) と書
くこと ができる。
こ こ で, ρ はいわ ゆ る ピー
クフ ァ ク ター
を表
す。
τ〆
があ
る程 度 大
き ければ
,
近 似 的
に,
・
一蔽
・万
i
話
・…………・
……・
…
(
・・)
で あ る16 )。 こ こ で, γは オイ
ラー
の定 数
で, γ=O
.
5772
であゐ 。 ピ が小
さい 場合
は,p
は非 減
衰 系
の ホ ワ イ ト ノイ ズ 応
答
に お け るピ
ー
ク ファ ク ター
17〕,
2
.
348/
te
=1.660
に近
い値
にな るであ ろ う。(
29
)式
におい て,
p
がこ の値
と な る と きの ピ は1.
970
/
β
と求
め ら れ るの で,
こ こ で は(
29 )
式
の適
用範
囲を
τ’
≧1
.
970/
β と する。
これ よ り小
さい τ’
で は系
の変位
はま だ弾 性
の近 傍
にあ るので, と く に その挙 動
に は言
及 しない。
(
27
)
,
(
28
)式
を(
25
ウ 式
に代
入す れ ば,
酉
の表 現 式
が次
の よ うに得
られる。
・
一
・nS・
・+茅
一一 ・
…一 ・
一 …
(
…
(
30 )
式
の右
辺に(
18 )
式
を適 用
する と,戸
と λ の関
係
が次
の よ うに求
め ら れ る。
・
一λ
・茅
・・………・
…一 ・
・
…・
・
31
・
ラン
ダ
ム ウォー
クで は,最 大 値
の2
乗 平 均 値
は分 散
の2c
倍
で あ る。
こ こ で,
c
は カタ ラン の定 数
で,
C
=O
.
9160
であ
る。 よっ て,
1
η。lm
。 .の分 散
は(
26
>
式 よ り,
玩_一
(
2
・一
晋
)
VA
・
…一 ・
一………
(
・・)
と なる こと が分
か る。1
捌
x の分散
は2
重 指 数
分布
か ら得
ら れ る値 と
して,
V・
n・
1・nnx−
121
言
β
。 TV
・・…− tt
・
・
…・
・
……・
……
(
33
)
と す るこ と が で きる。
(
20
)式 と (
22
)式 を 使
っ て,
上式
の右 辺
を肱
で表
せ ば,・
・
・
・
・
・
…
r…
tt・
・
・
・
・
…
(
34 )
Vln
。IPt=
48
πξβ
tτ’
Ln
β
τ’
(
34 )式
の適
用範 囲 も
,p
の場 合
と整 合
する よ うに少
な く と もτ ’ ≧1
.
970
/
β と
すべ きであ
る。よっ て μ の
分 散
は,
近 似 的
に,
y
声 “
η。瞭 +Vln
。.
一
(
・・−
9
・ 、8
。ξβ
1
.1
研
)
Vx −……・
(
・・)
と書
け るが,
実 際
に計 算
して み る と 分 か る よ うに,
τ’
の 非 常 に 小 さい範
囲 を除
き,
(
34
) 式
で与
え ら れ るV
η。
1ぽ
(
32
)
式
のVln,
tUx よ り十 分 小
さい。
し
たが
って,
蝋
・・一
矩
一
・・
26
ユ琳
・
……・
・
…・
…・
・
(
・・)
一 104一
とし て も よい。(
36
>
式の両 辺の平
方 根 を と る と,
a.=
O.
5
ユ10aA
・
・
・
…
−t・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
.
(
37 )
と な る。
塑 性 率
の標 準 偏 差
は累積
.
塑 性 率
の標 準 偏 差
の約
半
分で あ る。
10.
シ ミ
ュ レー
シ
ョン によ る検 証
と考 察
以
上の近 似 的 表 現 式
の妥 当
性
を検 証
す る た めに,
モ ン テ カル ロ・
シミュ レー
ショ ン に よ る 数 値 実験
が行
わ れ た。 ホワイ
トノイ
ズのサンプ
ルは,300
個
で あ る。ホ ワ
イ
トノイ ズ
は1
ω1
≦ω u の範
囲で一
定
の ス ペ ク ト ル密 度
をも
ち,
そ れ以 外
は ゼ ロと なる よ う な もの で,
tOu の値
は5
ω。と し
た。各 小 片
の振
動 数
幅
A
ω が ω。
/
2000
と なるよ うに上 記
の振 動 数
を等 分 割
し,
‘番 目
の 分割 点
ωt が支 配
す る範 囲
を ωi−
AtO
/
2
≦Wi < ω‘+ △ω/
2
とみ なし た。 サンプ
ル の作 成
は振
動数
の支 配 面 積
に対 応
する振 幅
をも
ち,
0
と2
π の範
囲で一
様
に分
布
す る 乱 数 を 位 相 角 と す る 正 弦 波 を全 分 割 点に わたっ て重ね合
わ せ る とい う方 法
に よっ てい る。
ホ ワイ
トノイ
ズの本
来
の性 質 が 損
な わ れ ること
の ない よう
に,
サ
ンプ
ル ごと
の ゼロ線 補
正に類
する操 作
は一
切行
わ れ て い な いが,
サ ンプ
ル数
は十 分 大
きい の で,
サ
ンプ
ル平 均
E
[
W
(
t
)
]
は事 実 上
ゼロ であ
る。
サ
ンプ
ル の時 間 刻
み はO
,
02T
。と し,中 間 点
は直 線
で補 間
さ れ た。
応 答
の時 間 刻
み は0.005To
と
し,剛
性
が 急 変
す る領 域
で はさ
らに その1
/
10
に分 割
さ れ た。
微 分 方 程 式
の解 法
は線 形 加 速 度 法
であ る。
Fig.3
にσ厂 τ関 係 を示
す。
4
つ の実 線
は(
17
)式
の平
方 根
で与
え られ る近 似 解
で,そ れ ぞ れξ
=
0
.
025
,0
.
05
,
O
.
075
お よび0
.
1
に対
す るもの である。 そ れ ら に近 接
す る細
い線
で結
ば れた黒 丸
が シミュ レー
ショ ン の結 果
を表
す
。実線
は黒
丸
と 必ず
し も よ く一
致
し ない。
そ の差
異
を より詳
細
に調
べ る た めに,速 度 応 答
が十
分定 常
と な る範
囲
,5T
。<τ≦40
で,数 値 実 験
の平
均 値
を各 ξ
に対
し て計
算
し, そ れ らを
Fig
.
4
に黒 丸
で示
し た。 こ こで.
τo と は,
μ=
1
と なる時 間 を各
サンプ
ル ごと
に求
め,
それ らの集
合
平均
か ら計 算
さ れ た もの である。
図中
の実線
が近
似 解
で,黒 丸
との姜
は大
き く は ないが
,ξ
が小
さい場
1
.
21
.
oO
.
8O
.
6O
.
4O
.
2
ξ
昌O
.
1
0
.
075
O
.
05
0
,
025
一
PREDICTION
−
IMU
しATION
0510152025505540
τFig
.
3
Standard
deviation
of velocity1
.
2LO0
.
80
、
6O
.
4O
.
2
゜
O
・
°20
・
04
°・
°60
・
°80
・
1
°ξ
O
・
12
Fig
.
4
Standard
deviation
of velocity versusinput
intensity
70
天
605040302010
σk051015
「
.
20255055
τ40
Fig
.
5
Expectation
of cumulativeductility
factor
1412108
642
0
5
10
15 20 25
5Q
55
τ40
Fig
.
6
S
亡andarddeviatlon ofcumulatlveductitityfactorincaseo 正 σ わ
predicted
by
Eq
.
(17
) 合に過 大 評 価,
ξ
が大
きい 場合
に過小 評 価
と なる傾 向
に あ り,0.
025
≦ξ
≦0.1
の範 囲
で最 大
9
%
の相 対 誤 差
が あ る。 その 理由
は必 ず
し も明
.
らか でない が,
いず
れ に して
もth
と し て6
章
で考
え た よ う な 正弦 振 動
は粗
い 近似
であ る。 ah は各種
の応
答
量 を直
接
支
配 す る重
要
な 量 な の で,
よ り精度
の高
い表
現 式 を
得
るこ と が望
ま しい が,
これは将 来
の課
題 と してお き,
と り あ えず
こ こで は 近似
解
の形 式
を借
り て,
ah を次式
の よ う.
におい てみ た。σ
h
=
αξ十
わβ・
…・
…….
…・
………・
・
…・
…・
(
38
)
上 式中
の パ ラメー
タ α,b
を数 値 実 験 値
に よ く合
う よ う に,
反復代
入法
に よっ て求
めて みると
,
14
σx12108642
0
5
10
15
20
25
ヨ
0
55
τ
40
Fig
.
7
Standard
deviation
ofcumulativeducIlhty
factor
i
ロcaseof σ
h
predicteCl
by
Eqs
.
(
381
and噛
〔
39
)
50
40
50
20
10
Q
5
10
15
20
25
30
55
40
τFig
.
8 Sta
且istical
i
皿dependence
Qf cu 甲 ulativeduct
.
ility
factoTs
ofboth
s廴des
,.
α
=
5
.
3
ユ,
b
三 〇.
597
・
…・
…
…・
・
・
…
……
…一・
・
(
39
)
・
とい う値
が得
られ た。
こ の場 合
を図
中
に点線
で示
す。 こ う すれ ばξ
の広 い 範 囲
で より精 度
の高
い値
が得
ら れ る こと が 分 か る。
Fig
.
5
に λ一
τ関係
を示
す。
実 線
が(
18
)式
で与
え ら れ る近 似 解
,黒 丸
がシ ミュ レー
ショ ン で,
いず れ も異
な る4
つ のξ
に対
して描
か れて い る。近 似 解
は数 値 実 験
値
とよく一
致
し て い る。
Fig
.
6
はaA一
τ関
係 を 示 し た もの で,
表
現の仕 方
は λ の場
合
と 同様
で あ る。
実
線
は(
20
)式
で与
え ら れるも
の で, ah の評 価
に は(
17
>式
が使
わ れ てい る。
実
線
と黒 丸
は大 体 似
た値
と なっ て い るが,
Fig
.
3
の場
合
と同
様
な差
異 が 認
め ら れ る。
(
20
)式
によ
れ ば aA はah に比 例 す
る の で,
砺と
して よ り精 度
の高
い(
38
)
,
(
39
)式
を(
17
}
式
の か わ りに使
っ て改
めて aA を評 価
し て み た。 それ がFig.
7
の実 線
であ
る。
黒 丸
はFig
.
6
の場 合
と同
じも
の.
であ
る。
実 線 と黒 丸
はよ く一
致 す
るで
,Fig.
6
にみら
れ る 不一
致
は(
17 )
式
に少
し問 題
があ
る せ い であ
る こと が 分 か る。
そこ で,以 後
はah の近 似 解
と して(
17
> 式
の代
わ りに(
38
)
,
(
39
)式 を使 う
こと とす
る。λ+ と パ が 確
率 的
に独 立
であ
り,
し たがっ て(
9
>式
が成
り立
っ こ とを数 値 的
に確
か め た1
例
がF
・g
.
8
である
。
ξ
が
0.05
の場 合
であ
る。
Fig
.
9
に σn一
τ関 係 を示
す。
(
24
) 式
で与
え ら れ る 近似 解
は,
ξ
≦0
.
075
で は数 値 実 験 値
と大 体 合
うが,
ξ
がも
っ と大
きい場 合
には その精 度
に問 題
が あ る。Fig.
10
は 万一
τ関
係
を示
し たもの であ る。実線
は(
30 )
式
で あ る。近 似 解
が成 立
す る範 囲
をはず
れ る小
さい τ の部
分 は適
当
に点
線
で結
んであ る。
実 線
と 黒丸
は お お む ね よ く一
致
して いる。
Fig.
U
に σ μ一
τ関
係 を示
す。
実 線
が(
35 )
式
で, τ の小
さい範 囲
に お け る点 線
の意 味
はFig
.
10
の場 合 と同
様
であ
る。
ξ
が大 き
く な る と,Fig.
9
の σ。
の場 合
と同
様
に シ ミュ レー
シ ョ ンの値
が近 似 解 を相 当 上
ま わ るよ う にな り, こ の解
はあ ま
り適 切
で ない ことが 分
か る。
こ の よ うに ση と a、、の解
がξが 大
きいと
きに過 小 評 価 と
な る理由
は今
の ところ よ く分
か ら ない。
これ は将来
の課
題 で あ る。
ξ
が あ る程 度 小
さ け れば
,両 者
が一
致
す る度 合
い は大 体
において良 好
であ
る。
な お
,
(
Z4
)
,
(
30
)
,(
35
)式
に よ れ ば,
aA の場 合
と同
様
に σ n,
P,
a“ は いず れも
σh に比 例
する の で,
以
上の3
つ の図
で も しah の評
価
に(
17
)
式
を使
っ て実線
を描
けばFig
.
7
の実 線に対 す るFig
.
6
の そ れ と 比 例 的に同 じ もの が得
られ るこ とになる。
Fig.
12
は戸 と
λの関 係 を示
し たも
ので,
実 線 が (
31
>
式
である。
近 似 解
と数 値 実 験 値
の 間に は多 少 差
のあると ころ も ある が,解
は お お む ね妥
当
である こ と が分か る.
(
31
)式 を参
照 し て,
試
み に シ ミュ レー
ショ ンの値
が次
の よ う な簡
単
な関係
,
許
d
δ
+1……・
…・
…・
…・
・
…………・
・
……
(
40
)
に あ る もの と し,d
の値
を各 ξ
に対
して最 小
2
乗
法で 求 めて み た。
使 用 され た デー
タはそれぞ れ τ= ユ,
2
……,
40
の場 合
の40
個
で ある。
そ の結
果がFig.
13
に黒丸
で示 さ
れて い る。d
はξ
に対
して直 線 状
に増 加
する ので,更
にこ れ を,
d
=9
ξ
十h・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
…
t−・
・
・
・
…
一
(
41
)
と書
き表
し,
再
び最
小
2
乗
法
に よっ てパ ラ メー
タ の値
を決 定
す る と,
g
=11
,
5
,
h
==0.
649
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
tt・
・
・
…
(
42
)
と なっ た。
これ が 同 図の上 方
に位
置 す る実
線
で あ る。
実
用 的
に は,
(
40 )
〜
(
42
)式 を
P
一
λ関係
を表
す近
似
式
と しても よい。
ス リッ
プ
型履
歴では,
ξ
の値
に か か わ らず
,
戸
と λの間
に次
の直線関
係
が成
り立
つ ]ω。
71
辭0
.
633
λ十1
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
…
t・
・
・
・
・
…
tt・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
43
)
バイ
リニ ア型 履 歴
の場合
に はス リップ型 履
歴の場
合
と異
なる傾 向 を も
つ こ と が分
か る。
Fig
.
14
に σμ と σλの関 係
を示
す。
実 線
が(
35
)
式 を表 す
。近 似 解 と数 値 実 験 値
の対 応
は必 ず
しも
よ く ない。
一 106一
14
On
12lo
864
2
1412
一
μ108642
20
一
芦864
2
0
5
10
15
20
25
50
55
τ
40
Fig
,
g
Standard
dev
】atiQ冂 ofdisplacement
05101520255055
τ
40
Fig
.
10
Expectation
ofductility
factQr
7654521
0
5
10
15
20
25
50
35
τ40
Fig
.
11
Standard
deviation
ofductility
factor
0
5
10
15
20
25
5055
−
40
λ
Fig
.
12
Re
且atio皿between
expectationsofductiLity
and cumula.
tive
ductility
factor
実 線
は.
ξに
よっ て あ ま り変
わ ら ない が,
黒 丸 はξ
に依
存
して い るよ うに み える。試
み に,
シ ミュ レー
ショ ン の値
が次
の よ う な簡
単
な関 係
,
a。≦
e
・.…・
・
∵・
・
……・
・
…・
………・
・
….
…・
・
(
44
)
に あ るも
の と し,
前
の場 合
と同
様
な手 法
に従
っ てe
の値
を求
め て み た。
そQ
結
果 がFig.13
に白
丸 で示
さ れて いる。
e
もξ
.
に 対 して 直 線 状に増 加 す るの で,
e
=
rξ
一
トs・
・
…
tt・
…
.
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
45
>
と書
き表
し,
同様
にパ ラメー
タ.
の値 を 決 定
す る と,
r
=
2
.
ユ4
,
s
=
O
.
406
・
・
…
∵
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
46
)
となっ た。
こ れが同 図
の下 方
に位 置
する実 線
であ
る。
実
用 的
に は(
44
)
〜
(
46
>式 を
a、1−
aA関 係 を表
す近 似 式 と
し ても
よい.
(
37
) 式
に よ る と,
『
ξ
に か か わ らず
e
=O
.
511
.
で ある。
屯
れ が点 線
で示
さ れ て い る。
ξ
は e に対
してあ ま
り強
いパ ラメー
タで はない
の で,
こ の一
定
値
をe
の値
と考
え ても大
き な誤
りは ない。
ス リップ
型 履 歴
で は, σμ と aA の間
に、au
=
=
0
.
647
σλ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
9・
・
∵・
・
・
・
・
・
…
一…
(
47
)
の関 係
が あるlb )。
σλ に対 する Ou の比 は,
バ イ リニア型履
歴の場 合
の方
がい く ぶ ん小
さ目と な る こ と が分
か る。
Fig
.
15
に φ と λの関 係
を示 す
。φ
は線 形 応 答 値
か ら非
線
形応
答
値
を 推定
する とき に使
わ れ る量
で,
線 形
な系
コ
の 最 大 応 答 加 速 度の期 待 値に対
す る非 線 形
な系
の降 伏 加
速
度
.
の比
と し て定 義
さ れ る。φ
は ま た研
に等
し い1°)。
数 値 実 験 値
は,
万
=
ユと
な る よ う な時 間
T。 を求
め て おいてVii71
をφ
と みな し, その τ に お け る λの値
と組
み に して
プ
ロ ッ ト さ れ た も ので,
ξ
に よっ て異
な る記号
が
使
わ れている。
近
似解
は(2 )式
と(
18 )
式
より,
ξ
にか か わ らず
,
・
一
万
詣
…・
…
L
・…一 ・
…・
……
・
48
・
と な る。
これ が 図 中の実
線であ る。
シ ミュ レー
シ
ョ ン の値
は 近似
解
よ り や や大
き 目 で あ る が,両 者
は 互い に似
た値
とな っ て いる。Fig.
16
は φ とp
の関 係
である。
こ の場 合
に・
は解
はξ
に依 存 す
る。近 似 解
が数 値 実 験 値
と一
致 す
る度 合
い はお お む ね良 好
であ る。
(
40
)
式で表
さ れ る 双一
λ関 係
を(
48
)
式
に適 用
してみ る と,
d
・
・
tt・
・
・
…
tt・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
一
(
49
う
φ=
2
(
万
一
1
)
1十〔lt
となる
。
(
41
)
,
(
42
) 式 を
(
49
) 式
に週
用 す れ ば,
φ とp
の関 係 を表
す実
用式
を得
ること がで き る。11.
要 約 と結 び
完 全 弾 塑性 型
の バイ
リニ ア履
歴特
性
を もつ1
自 由 度 系
にホ
ワイ
トノイ
ズが地 動 加 速 度
と
し て作
用 し た 場合
の非
線 形
ランダ
ム応 答
の特 性 を考 察
した。
変 位 応 答 を履 歴 中
心の移 動 量
と そ の中
心 ま わ り の変 位
か ら成
る もの とし,
2
.
5d
.
e2
.
0
1
.
5
1
.
0
O
.
5
O
O
,
02
0
ρ4
0
.
06
0
.
08
0
.
10
ξ
Qj2
Fig
.
・
13
d
and
e versus
input
intensit
γ