建築構造物の免制震ディバイス最適化のための数値実験システム

keywords.jpg建築構造物,免震,制振,最適化,有限要素解析 

大崎 純 

MAKOTO OHSAKI

division.jpg工学研究院 社会環境空間部門 建築構造学講座・建築防災学分野

position.jpg教授

研究概要

研究の背景

建築構造物の部材や免制振ディバイスなどの「部品」は,大量生産され,設計条件も単純であるため,最適化技術を有効に利用することができる。また,有限要素解析と最適化の技術の発展により,物理実験の代替となる数値実験によってディバイスを開発することが可能となった。

研究内容

鋼構造骨組の免制振ディバイスの繰返し載荷時の応答を高精度の有限要素解析で予測し,エネルギー消費性能向上を目的として,ディバイスの形状やスチフナの位置を最適化するための数値実験システムのプロトタイプを開発した。
 汎用有限要素解析プログラムであるABAQUSと,発見的最適化手法を連結し, K型ブレースのリンク部材と鋼板ダンパーのスチフナの厚さと位置を最適化した例を右図に示す。本システムを用いることによって,実用上許容できるような少ない計算量で,パッシブ制振ディバイスの地震時エネルギー消費性能を大きく向上できる。

成果

上記システムを用いて,さまざまな形式のディバイスを最適化し,建築骨組構造に取り付けることによって,地震時の応答を効率よく低減できることを確認する。また,ロッキングシステムなどの新しい形式のイノベーティブシステムを開発して最適化することにより,鋼構造骨組の地震被害低減に寄与する。

実用化に向けて(想定業界・用途、課題、企業への期待など)

本システムは,鋼構造のみならず,RC造,木造などのさまざまな構造で用いられるディバイスの最適化に利用できるので,ゼネコン,ハウスメーカー,設計事務所などとの共同研究によって実用化できる。その際,実用化が期待されるディバイスの形式,実施設計での設計条件などの助言が望まれる。

本研究の特徴・優位性

高精度有限要素解析と最先端の最適化技術を連結した製品開発システムは,建設業界では存在しない。このシステムを用いることにより,ほとんどの物理実験が不要になるので,これにより,ディバイス開発のためのコストと期間を大きく削減できる。

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Ohsaki M, Nakajima T, Optimization of link member of eccentrically braced frames for maximum energy dissipation, J Constr Steel Res (2012), doi:10.1016/j.jcsr.2012.03.008

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