免震建物の過大変位制御を目的としたフォールト•トレラント機構に関する研究

摘要

After the 2011 Off the Pacific Coast of Tohoku earthquake, it is a clear and present risk that future mega-thrust earthquakes may produce larger than expected displacement ground motions. We have to take measures to keep the displacement of base-isolated buildings within the designed clearance for such earthquakes. Therefore, we propose a fault-tolerant system to control the displacement of base-isolated buildings. The system uses a rugby-ball type device that changes kinetic energy into potential energy by rolling. We conducted shaking table experiments using a scaled steel frame model as base-isolated floors with JMA Kobe and JR Takatori waves observed during the 1995 Kobe Earthquake as input motions. We found that the upper frame of the model was raised 3 to 10 mm by the rotation of the fault-tolerant system and the horizontal displacement was decreased by 30 to 60 mm thanks to the system.%本研究では，位置エネルギーを利用した水平変位制御機構を提案し，その性能を加振実験により調べた。その結果，以ドの知見が得られた。1)ジャッキを用いた静的載荷実験を行った結果，設定した水平クリアランス60mmを超えると上下変位の増加が見られた。また，強制変位を与えて自由振動させる動的載荷実験では，復元力により元の状態に戻ることが確認された。変位制御機構を載せる台に滑り防止用のゴムを貼り，その効果を検証したが，ゴムの有無による差は見られなかった。2)振動台を用いた加振実験を行った結果，変位制御機構が試験体2層目を持ち上げている様子が確認できた。変位制御機構を設置することで，最大水平変位の減少が見られた。機構の仕事率はばらつきがあるものの，約50～60%という結果が得られた。また，機構の有無による1次固有振動数の変化は見られず，提案機構がフォールト•トレラント機構として働いていることが確認できた。以上より，ここで提案したフォールト•トレラント機構による免震建物の水平変位制御が有効であることが確認できた。計測された上下変位が予測値よりも低いのは，もっぱら変位制御機構上部の天板および下部の台との間で滑りが生じたためだと考えられる。今後はより効果的に滑りを防止するような対策を講じ，より効率の高い変位制御機構を検討していきたい。また，実際の装着に際しては変位制御機構に対して滑らかにかみ合いが始まるような接触部形状が望ましいと考えられるがその検討も必要である。さらに，今回の検討では低層免震構造物を想定して実験を行ったが，アスぺタト比の大きな塔状免震構造物の場合の有効性についても今後の検討課題である。