阪神・淡路大震災後, 地震防災対策の見直しが, 国や自治体それにライフライン事業者などにとって大きな課題となっている. その1つの大きな柱として, 地震計ネットワークの大幅な増設と早期被害推定システムの導入がある. 本文では, このようなリアルタイム地震防災の動きについて, 日本と米国における実際のモニタリングシステムや被害推定システムに焦点を当てて, これまでの発展の経緯, 現行のさまざまなシステムの紹介, 問題点と今後の展望などについて論ずる.

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全体座屈において, 座屈モードに対する全体接線剛性の2次形式は零値となるが, その節点変位に対する各部材自身の接線剛性の2次形式は正, 負の値をもつのが普通であり, 零値になるとは限らない. 全体座屈とは、混在した安定部材と不安定部材がバランスした状態といえる. このとき, 全体モードよりきまる部材変位がそれぞれの部材の限界状態 (2次形式の零値) となる軸力を, 全体座屈時の軸力とは別に考えることができる. 部材有効長はこの限界軸力に対して定義されるべき量と考えられ, Euler-座屈曲線に対する {限界軸力での有効長, 全体座屈時の実際の軸力} の位置により, 部材の安定状態を明示することができる.

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本研究は, 最初に履歴復元力を有する1自由度系の非パラメトリック面をウエブレット変換により表している. ここでは, 履歴復元力による応答特性が, ウエブレット変換された特性面と, 等価な固有振動数および減衰定数の同定により考察されている. 次に, 履歴復元力系を評価するため線形系において, 応答あるいは入力のパワー (分散) 一定という条件下での応答量が, 等応答スペクトルとして定義されている. この等応答スペクトルは, 非パラメトリック面を変動させて極値化したものを意味し, その誘導は, ウエブレット関数を用いて行われている. 等応答スペクトルは, 若干の地震データに対して履歴系の応答スペクトルとの比較により検討している.

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Love波とリーキングモードによって構成される波動の伝播機構について考察している. 筆者が先の論文で示した, 半無限成層地盤における面外波動のインパルス応答の定式化に従って計算される地表面応答の挙動は, 波線理論によって説明することができる. この理由は, インパルス応答を構成する固有モードの分散性には, 波線理論から導かれる伝播特性との関連が見られるためである. そこで, 固有モードの分散性について調べたところ, 位相速度と群速度の間には関係があることがわかった. さらに, この関係に従うと分散性波動の伝播を波線理論の立場から解釈できることが明らかになった.

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地表あるいは地盤内における地震観測記録から入力地震動を推定する場合, 一般に, 周波数領域での重複反射理論に基づく方法が採用されている. しかし, 地盤を等価線形化モデルにより近似するのでは, 非線形性が強く現れる強震時の推定には適さない. そこで本論文では, 時間領域において運動方程式を逐次積分することによって基盤入力地震動の推定する方法を考案し, 数値解析例を通じて本手法の解の精度および安定性について検討を行った.

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本論文では, モデルを構成している未知パラメータを観測値より決定する, オンラインパラメータ同定の問題を取り扱ている. 同定値に及ぼす過去の観測値の影響を減少できる重み付き漸化型最小二乗法の概念を用いて, システムの状態遷移がパラメータに関して非線形性を有する場合に適用できる手法を展開した. その際問題となる, 時変動特性への追随性能と観測雑音の除去性能のトレードオフを考慮した上で, 観測値に対する最適な重みの決定にABICを用いる手法を提案した.

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本研究は, 地域の地震防災対策や重要構造物の耐震設計などで用いられる想定地震の設定法として「確率論的想定地震」を提案し, その活用法を示したものである. 確率論的想定地震は, これまで別個の概念として扱われてきた想定地震と確率論的地震危険度解析を結合することにより構成されるもので, 工学的意義が明らかで系統的な想定地震の設定方法を提示しようとする. 本論文では, 確率論的想定地震の概念構成や定式化とともに, 全国主要都市における評価例やハザードマップの作成例を示して, その有用性を論じた. 特に神戸における検討では活断層データを考慮した評価結果を兵庫県南部地震と対照させることにより, 低頻度巨大外力としての内陸直下地震を確率論的想定地震により評価する考え方について示した.

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本研究は, 多層水平地盤構造における基本モードレイリー波の位相速度の分散曲線をS波速度と層厚のみのパラメータで近似する方法を提案するものである. 更に, この方法を利用し, 分散曲線から直接, 地下構造を推定する方法を提案している. 最後に, 本推定方法で得られたS波速度構造を逆解析の際の初期モデルとして利用することを試みている.

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波形鋼板をウェブに用いた合成桁は, 力学的に優れた合成桁であるとの評価が定着しつつある. しかしながら, このような合成桁に対する構造解析は一次元解析を行うことでさえ容易ではない. そこで本研究では, 曲げを受ける波形鋼板ウェブI型断面合成桁に対する簡易曲げ解析法を提案し, 実測値との比較により, 非線形領域も含めて, その妥当性を調べることを目的とする.
本解析では, I型断面桁を幅の等しい断面よりなる積層桁に等価換算し, その積層桁をN個の微小層に分割することにより, 各層内の変位・応力を線形近似している. 得られた変位場・応力場をもとに通常のマトリックス法を用いて定式化を行っている. また桁の非線形解析には, 初期応力法を用いている.

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I型断面桁を現場溶接する際, ウエブにスカラップを有するディテールとなるが、スカラップが存在することよりせん断変形が生じ局部的な応力集中が発生する. このため疲労強度の低い継手であり, JSSCの疲労設計指針ではこのディテールをG等級としている. 本研究では, 特にせん断の影響に着目するため複数のジャッキで位相を変えてせん断力の方向が変わるように載荷し, 少主桁橋の現場溶接を想定し厚板フランジでの疲労強度を確認した. また, 疲労強度を向上させるため, 廻し溶接部をグラインダー仕上げすることによる効果を明らかにした. これらの結果より, スカラップを有するI型断面桁を現場で溶接する構造ディテールの設計・製作上考慮すべきことがらを明確にした.

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周期的軸力を受ける薄肉部材の局部振動の不安定特性を解明することを目的として, 両端ヒンジの箱形部材とH形部材を対象に有限帯板法を用いた解析を行った. まず最初に, 座屈解析および固有振動解析を行い, 動的不安定の基本要因である固有振動特性および局部座屈特性について検討した. 続いて, 周期的軸力を受ける場合の局部振動の不安定現象の解析を行い, この不安定現象を支配する諸因子の影響を明らかにするとともに局部振動を抑えるためのダイヤフラムや補剛材の効果的な配置についても検討した.

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近年, 電力ケーブル保護管として多条多段配管が使用されつつあるが, 多条多段配管に関する不等沈下計算法は未だ確立されていない. 1995年01月17日に発生した兵庫県南部地震ではライフライン施設も例外なく甚大な被害を受けた. 地震時不等沈下も含めてライフライン施設の耐震評価手法を早急に整備するのは重要な課題である.
本研究では, 以上のことを踏まえて, いままで不等沈下設計計算法が確立できていなかった多条多段配管を研究対象として, 実験値を説明できるモデルの設定と上・下段管の応答の相違を明らかにすることおよび継手の設計を目的として, 多条多段配管の不等沈下設計計算法を提案するとともに, 継手特性と地盤ばね係数の設定および取付部の条件などが管路の応答に与える影響を検討する. さらに, 設計法を目的として簡易な設計計算法も示す.

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吊形式の構造物は,固有振動数が低域から密に分布しているので, 外力により特定の周波数領域の振動モードが励起する. このような構造物のアクティブ振動制御に対して, 最適レギュレータ理論を適用すると, モデル化誤差のためスピルオーバーによる発散振動を発生する. そこで, 本論文では, 特定の周波数領域の振動モードのみを制御する制御器のH^∞制御理論による設計法を示した.
数値シミュレーションにより, 歩行者により加振された吊床版橋のH^∞制御理論によるアクティブ振動制御の有効性の検討を行った. 最適レギュレータ理論による制御器では, スピルオーバーが発生することを確認した. H^∞制御理論による出力フィードバック制御では, 安定でかつ効果的な制御が可能であることが分かった.

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本研究は, 阪神・淡路大震災で発生したRC橋脚の水平輪切り状ひび割れに注目し, この損傷が衝撃的上下動によるものと考えて実験的に再現しようと試みたものである. まず新たに衝撃突き上げ装置を開発し, 既存の高速変形負荷装置と併用することにより衝撃的上下動を現出した. 供試体は, ボルトで補強したコンクリート円柱でRC橋脚柱部を模擬し, 鋼製の重錘を上載して高架橋上部工を表した. また, 衝撃的上下動載荷時に発生する水平輪切り状ひび割れ現象を高速ビデオで撮影することにより, その進展過程をビジュアル化して観察した, さらに, 本実験より得られた結果をもとに相似則を適用し, 水平輪切り状ひび割れが発生したRC橋脚に入力したと考えられる限界速度について考察した.

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本論文は, 鋼製パイプ断面橋脚の強度と変形能を評価するために行われた弾塑性有限変位解析の結果をまとめたものである. 解析では, 片持柱の頂部に一定の鉛直荷重と繰り返し水平荷重が作用する条件を模擬している. 構成則は, 構造用鋼材の繰り返し挙動を精度よく表現できる「修正二曲面モデル」を用いている. 本研究では, まず, 解析結果と実験結果との比較を行うことにより「修正二曲面モデル」の構造レベルでの有効性を検証した. 次に, 径厚比, 細長比, 軸圧縮力および繰り返し数の影響を調べるためのパラメトリック解析を行った. 最後に, 解析結果に基づいて鋼製パイプ断面橋脚の強度と変形能を定量的に評価している.

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本研究は, 新たに開発した高靭性を有する継手 (高靭性能耐震ジョイントと呼ぶ) の動的曲げ特性を静的曲げ試験から推定し, この継手を有する杭基礎と地盤および構造物との動的相互作用を考慮した地震応答解析を行い, 高靭性能耐震ジョイントの有効性を検討したものである. その結果, 構造物直下や地層境界にこの継手を設けることにより, 杭の変形性能を増大させることができ, 大きな地盤変形に対して生じる杭の曲げモーメントを大幅に低減させる効果があるために, 杭基礎は破壊することなく安全であることが明らかになった. また, 継手が存在しても, 構造物や地盤の動的応答はほとんど変わることがないことより, 継手の存在が上部構造物の応答変位を大きくするなど, 何ら悪い影響を及ぼすものでないことも明らかになった.

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本研究では逆解析を行う際の未知量の設定を, 観測情報などの問題の特性に合わせて自動的に行う方法の提案を行った. 逆解析を未知パラメタ空間の基底ベクトルの展開係数の推定問題と考え, 1) 基底ベクトルを未知パラメタの事後の共分散行列の固有ベクトルから定め, 2) 情報エントロピーをもとにした基準により逆解析の対象とする基底ベクトルの数, すなわち, 未知パラメタ空間の部分空間の次数を決め, 3) その部分空間を構成する基底ベクトルの展開係数を逆解析し未知パラメタを推定する. 提案手法による数値計算例を示し, 与えられる観測情報の量や質に応じて逆解析の対象となる部分空間の次数やその基底ベクトルが決められることを示した.

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LESや乱流モデルを用いない高次風上差分等による検討では, 角柱周りの流れ解析でも乱れの三次元性や, これに起因する乱流エネルギーの散逸過程から, 三次元解析が必要との講哉が高まっている. Reynolds 平均型で, その簡便性から広く用いられているk-εモデルは, 乱れの生産から散逸に至る過程を数式的にモデル化しているため, 二次元解析でも, 乱れの三次元性による散逸効果を表現可能である. 本研究では, 物体周りの流れ解析で欠点か現れるk-εモデルを修正した修正生産項モデルを静止角柱に適用し, その有効性を示すとともに, 流れ方向に振動する角柱の空力減衰, 流れ直角方向の空力振動特性, 特に不安定なリミットサイクルに代表される振幅非線形性の強い動的現象まで対象を広げ, 修正生産項k-εを用いた二次元解析の有効性や問題点について論じた.

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はりのような細長い部材に低次ソリッド要素を用いると, せん断ロッキングによる精度低下や, 単軸応力状態を正確に表現できないために, はり要素による解と同程度の精度の解を得るためには, 多くの要素を必要とする. そこで, 本研究では, せん断ロッキングの緩和と単軸応力状態を表現できるようにして, 低減積分法を用いた低次 Timoshenko はり要素と同程度の要素分割で, 同程度の精度の解が得られ, 断面内の要素分割を細かくすると局部的な変形や応力状態を表現できる, 従来のはり要素とソリッド要素の長所をもった新しい低次ソリッド要素を開発した. この要素は, ゼロエネルギーモードを含まず, ポアソン比が1/2となる非圧縮性材料の解析で問題になる体積ロッキングも緩和できる.

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本論文では成層構造を有する弾性流体の波動場の Green 関数を, 離散固有値および連続固有値を用いたスペクトル分解として捉えることを試みている. 通常, 周波数領域の Green 関数は波数積分で表現され, 波数積分は留数定理からの寄与と分岐点回りの積分の寄与に分離できる. ここでは, 波数積分のうち, 留数定理からの寄与を離散固有値問題として, 分岐点回りの積分を連続固有値問題として捉えている. そして, 分岐点回りの積分の積分核が連続固有値に対する固有関数で分解されることを示し, この結果 Green 関数が離散固有値と連続固有値に対する固有関数でスペクトル分解されることを示している.

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近年, 土木・建築構造物に対しアクティブ制震 (振) の技術が適用される例が多数報告されるようになってきている. また, 今後も様々な構造物に対して, より高い耐震性能を付加するものとして制震構法が適用される機会が増加することが見込まれる. これに伴ない様々な構造物や制御則, 地動加速度レベルを自由に設定できる汎用性の高い簡便な実験システムの開発が必要となっている. そこで、実大の制震装置に対しても, 非定常な動的加力能力試験を簡便に行え, かつ様々な構造物を設定できる汎用性の高い実験システムとして, 従来の模型構造物を用いる実証実験に, ディジタル・シグナル・プロセッサ (DSP) を組み合わせるハイブリッド震動制御シミュレーターを開発した.

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