研究紹介

教授 池田 芳樹 准教授 倉田 真宏 特任助教 Skalomenos Konstantinos
  1. 近い将来その発生が危惧されている首都直下地震や南海トラフ地震などの極めて大きな地震動に対して、建物の損傷を低減させる方法として建物柱脚部の滑りを許容する構造が提案されている。上部構造に作用する力は滑り面に発生する摩擦力に依存するため、滑り面に黒鉛潤滑剤を用いることで上部構造の応答を低減させることが可能である。本研究では、低層建物を模擬した骨組試験体に直置き型構造を適用した場合の性能を評価し、転倒モーメントが滑り挙動に及ぼす影響や柱脚が連結されている場合の挙動を検証した。

    資料:柱脚と建物基礎間に黒鉛潤滑油を用いた直置き型構造の滑り挙動特性

  2. 近年、商業用建築物では、地震後の事業継続性が注目され、主要構造部材の損傷制御や残留変形低減などが重要視されている。本研究では中高層建物を対象とし、建物全体の残留変形を低減させる自ら元の形に戻るセルフセンタリング機構の構築を目的とする。本研究のセルフセンタリング機構では柱脚に大きな軸力が作用ため、超高強度鋼を用いたPC鋼棒内蔵型CFT柱を採用した。

    資料:超高強度鋼中空CFT柱を用いたロッキング型セルフセンタリング架構の開発

  3. 鋼構造建物に広く用いられる座屈ブレース(CBB)は、高い耐力と剛性によって地震に抵抗する耐震部材であるが、CBBは以下に示す課題を抱えている。(1) 必要耐力に伴う過度な剛性の上昇により、加速度応答や架構への入力が増加する。 (2) ブレース降伏後の剛性が著しく低下し、変形が特定層へ集中する。 (3) 局部座屈が発生しやすく、座屈位置での変形集中による破断が起こりやすい。上記の欠点を補い、耐震性能をさらに向上させるブレースとして、初期偏心を与えた鋼管ブレース(BIE)を提案する。

    資料:初期偏心を与えた鋼管ブレース:Brace with Intentional Eccentricity の開発と実験的検証

  4. 建築業界において、構造ヘルスモニタリングの適用は一部の重要な施設に限られる。一方で、建物の耐震性能を高める耐震壁などの履歴型ダンパーが今日まで注目を集めてきた。本研究では、従来のエネルギー消費性能に加えて建物の健全性判定機能を有するX形リンク付き鋼板耐震壁の開発を行う。X形リンクは事前に決められたせん断変形を経験すると中央部が面外へ剛体回転するため、どのリンクが変形したかを目視することで地震時に建物が受けた層間変形角を推定し、建物の健全性を判定できる。

    資料:柱脚と建物基礎間に黒鉛潤滑油を用いた直置き型構造の滑り挙動特性

  5. 補強部周辺の構造部材や建物使用者への負荷を最低限に抑えながら耐震性を高めることを目的として、特に鋼骨組の脆弱箇所である梁下フランジの局所変形を制限する低負荷耐震補強機構と名付けた補強機構を提案している。しかしながら、大変形時においてエネルギー消費部が柱に対して鉛直に滑ることで、履歴性状に若干のスリップ挙動が確認されている。また、現在の接合法では1構面方向にしか本機構が取り付けられない。そこで本研究では、柱への接合力を向上させ、尚且つ水平2軸方向の地震荷重に対して抵抗する新しい接合法を提案し、面外方向の変形が提案機構に対して与える影響を検証する。

    資料:2軸載荷に対応した低負荷耐震補強機構の開発

  6. 地震直後の建物の健全度(損傷)診断と評価は、都市地域の被災度の把握、機能の保持、再生計画等にとって重要な課題であるが、現在は専門家による目視点検に依存している。より精度の高い客観的な健全度自律判定システムの開発を目標に、スマートセンシングワイヤレスセンサネットワークや、自動データ処理機能を保持したサイバーインフラを階層的に組み合わせて、 大規模建築構造物の長期モニタリングに適した損傷検知システムの開発に取り組んでいる。さらには、構造ヘルスモニタリング技術を応用した建物の余震リスク評価に取り組み、被災建物の継続使用性を迅速に判断するシステムへの発展を目指している。

    資料:
    (F-1)構造ヘルスモニタリングと余震ハザードに基づく建物継続使用の即時判定支援の検討
    (F-2)動ひずみ応答を用いた局所損傷同定と残存耐震性能評価
    (F-3)床スラブ付き柱梁接合部を対象とした局所損傷定量化手法の開発
    (F-4)ピエゾ素子センサを用いた鋼構造建物の局所的損傷検知

過去の研究内容

  • 近年、大地震時に建物が受ける地震力を低減させる方法として、建物に滑りを許容する構造が提案されている。既往の研究では、一般的に鋼構造建物の柱脚と基礎に用いられる鋼とモルタル間の摩擦係数は約0.8であるが、鋼とモルタル間に黒鉛潤滑材を用いた場合には約0.2にまで低減できることが報告されている。本研究では、黒鉛潤滑剤を用いた直置き型構造について大地震時の性能を評価する。

    資料:
    柱脚と建物基礎間に黒鉛潤滑剤を用いた直置き型構造の振動台実験と性能評価

  • 現在、地震に抵抗する機構として、座屈ブレース(CBB)や座屈拘束ブレース(BRB)を組み込んだ鋼構造ブレース骨組が広く用いられているが、これらのブレース骨組は小変形時にエネルギー消費せず、また、ブレース降伏後の剛性が大幅に低下し、特定層に対して変形が集中するなどの課題を抱えている。本研究ではこれらのブレース骨組の欠点を補い、耐震性能をさらに向上させる新しいタイプのブレース”Naturally Bucklung Brace(NBB)”を提案する。NBBは高強度鋼と低降伏点鋼を用い、また初期偏心を有しており、現在の鋼構造ブレース骨組がの弱点を克服し、耐震性能を向上させた。

    資料:
    異種鋼材併用偏心座屈ブレースNaturally Buckling Braceの開発と実験的検証

  • 耐震性能が充分でない中低層建物について、変形性能や耐力等の向上が必要である。本研究では具体的な目的として、(1)既存骨組の塑性変形能力を支配する梁端下フランジの応力を低減する、(2)骨組全体の耐力・剛性を向上させ、小変形時からエネルギー消費を開始する、(3)補強材を全て乾式工法で取り付けるとともに、開口部の上部スペースのみの利用による建物の利用計画への影響を抑える、の3点を設定し、引張鋼棒と曲げ鋼板を組み合わせた新しい耐震補強機構を開発する。

    資料:
    引張鋼棒と鋼板を組み合わせた鋼骨組の省資材耐震機構の開発

  • 建物の異なる階に設置したセンサーで計測された振動記録に対して地震波干渉法を用いることで,建物を部分構造として捉えたときの鉛直方向に伝わる伝播波が得られる。伝播波は2点間の建物部分構造の物理的特性に依拠するため,建物の地震被災等による損傷度を推定する指標となりえる。
    本研究では,損傷による伝播波の遅延から波のスローネス(速度の逆数)変化率を求め,層剛性の低下を推定する手法を提案する。

    資料:
    伝播波スローネス変化による建物損傷推定手法

  • 超高強度鋼材「H-SA700」は,高価な熱処理や鋼材の化学構成を変化させることなく,非常に高い材料強度を実現した新しい鋼材料である.この研究は,大きな弾性変形能力を持つH-SA700鋼の特性を活かし,地震後も継続使用が可能な新しい鋼構造建築物の開発をめざす.
    H-SA700鋼を用いた柱は、高力ボルトによって梁やブレースと接合する。これは、建物を構成する各部材の取替えを可能とし、さらに取り外した部材の再使用、再生利用を意図している。

    資料:
    超高強度鋼を用いた高力ボルト組立柱による中低層建築構造物の開発

  • 大地震においては、鋼構造建築物の被害のなかでも、柱梁接合部に被害が集中している。とりわけ、合成梁の鉄骨梁端下フランジが破断するという被害が顕著である。合成梁の補修では、鉄骨損傷部の補修だけでなく、大きな損傷を受けた床スラブの除去と再打設工事が必要である。これに着目し、下フランジの補修補強と同時に、高強度高靭性材料SFRCCを一部の床スラブに取り替えることで、これを外ダイアフラムとして機能する新たな柱梁接合部補修方法を開発する。

    資料:
    Seismic repair method for steel beam-to-column connection using SFRCC

  • 中低層建物の耐震改修への適用をめざす鋼板耐震壁として,軽量・低価格で,加工性・施工性が良好な「木パネルで面外補剛したスリット入り鋼板」を開発している。適用建物の居住性を考慮し,本耐震壁を間柱として開口部の間に設置する構造形式を採用する。本耐震壁の実用化をめざして,補剛用木パネルの必要厚さと必要ボルト本数等に対する設計式や,建物に適用する際の耐震壁の設計法を確立するための研究を行っている。

    資料:
    木パネルで面外補剛したスリット入り鋼板耐震壁の開発

  • 重要な機器類を地震による損傷から回避させることを目的として、セミアクティブ制御系床免震システムを開発している。さまざまな周波数特性を持つ振動に対してセミアクティブ制御系の有効性を保つために、入力波がもつ卓越周波数特性をFFTによって求め、それを使用してフィードバックゲインを逐次更新するLQR制御システムを開発した。一連の振動台実験から、提案セミアクティブ制御は、パッシブ制御や従来のLQRアルゴリズムを用いたセミアクティブ制御に比べてとりわけ加速度応答低減効果が高いという結果が得られた。

    資料:
    Semi-active controlled floor isolation system with new control algorithm

  • 資料:
    鋼構造建物の床スラブとして機能するSFRCCダイアフラム柱梁接合形式の開発
    ロッキングコラムとテンドンを用いた残留変型低減システムの開発
    長周期地震動を受ける超高層建物の耐震性能の検証
    大地震時における免震病院建築の機能保持性能の検証
    振動台加振能力増強システムと大規模構造物サブストラクチャ振動台実験法の開発
    木パネルで面外補剛した間柱型鋼板ダンパーの開発
    即時損傷評価性能を有するスリット入り鋼板耐震壁の開発