地震関連規格 (EAK 2003; CEN 2004; 規制ガイド 1.92 2006; NTC 2008; ASCE 2014 など) の主な目的の 1 つは、地震荷重に対する構造物の安全な設計と建設のためのガイドラインを提供することです。ただし、最新の標準規定は、現在の知識レベルによって制限されています。
私たちの知識がまだ限られている側面の 1 つは、次の地震の正確な位置を予測する能力です。これを考慮して、私たちの構造が将来どの場所で発生する地震にも耐えることができることを保証するために、可能な限り最悪の攻撃方向を検討する必要があります.最悪の方向とは、構造に最も悪影響を与える方向を指します。
地震の入射角という用語は、図 1 に示され、θ として示される建物に対する地震作用の方向を指すために使用されます。最も好ましくない影響をもたらす角度 θ は、臨界入射角と呼ばれます。
図 1. 地震の入射角 (θ) は、建物の構造軸 X とY、および入力地震アクション。クレジット:Despoina Skoulidou
既存の耐震規定のほとんどは、臨界入射角の重要性を認識しており、実践者にそれを説明するよう要求しています。ただし、臨界入射角を定義するのは簡単ではありません。過去数年間に実施されたいくつかの研究では、各建物にはさまざまなパラメーター (柱の力、階の変位など) によっても異なる臨界入射角があることが証明されています。
さらに、各地震活動は、さまざまな入射角の下で最も不利な要求を引き起こすことがわかっています。さらに、非線形材料特性を使用して建物を解析する場合の材料のシミュレーションなど、いくつかの構造特性が臨界角に影響を与えます。したがって、事前に臨界角を知ることは不可能であるという結果になります。
臨界入射角を導出するための直接的な解決策は、規格で許可されているほとんどの分析手順では実際には存在しないため、実践者は臨界入射角を導出するために複数の入射角を考慮してパラメトリック分析を実行する必要があります。ただし、このようなアプローチは非現実的で、通常の使用では不可能な場合もあります。
臨界角の定義に関する継続的な研究により、この問題に対する有用な解決策が導き出されました (Menun and Der Kiureghian (1998)、Athanatopolou (2005))。このような解は、最も単純で最も頻繁に使用される分析方法である横方向力分析でも導き出されたものであり、Skoulidou と Romao (2017) による元の論文に基づいてここに提示されます。手順は 1 階建て構造の場合に提示されますが、アプリケーションの例を伴う複数階建ての建物の拡張は元の文書で見つけることができます。
LFA では、地震作用は正規化された平均スペクトルである加速度応答スペクトルに対応します。加速度応答スペクトルは、特定の方向に沿った基本的な構造周期の関数である 4 つの分岐方程式で構成されます。加速度応答スペクトルの例を図 2 に示します。
図 2. 加速度応答スペクトル。クレジット:Despoina Skoulidou
次に、基本周期に対応するスペクトル加速度 Sa に質量を掛けて、それぞれの方向に沿った入力地震力 F を計算します。
(1)
さらに、LFA では、建物は有限要素法を使用してモデル化され、線形弾性材料特性が考慮されます。このモデリング手法により、主要な参照系に基づいて建物の静的な動作を完全に記述することができます。主要な参照系では、結合されていない基本的な構造周期 Tunc 、任意の方向に沿った建物の楕円形に収まることが証明されているため、それぞれの方向 (または入射角 θ) の関数として、よく知られた数式で記述できます。
(2)
ここで TI と TII 、2 つの主要な方向に沿った建物の基本周期に対応します。
方程式 2 で定義された結合されていない基本周期の式をスペクトルの式に代入し、式 1 に示すように質量を掛けることによって、入力地震力は、地震の入射角の関数としてのみ得られます。 :
(3)
したがって、入力力の最大化は、式 3 を最大化することによって推定できます。このような最大化は、式 3 の導関数をゼロに等しくし、角度に関して解くことによって達成できます。得られた角度が臨界入射角です。
これらの調査結果は、紀要地震工学誌に掲載された、水平方向の力分析を使用した建物の性能評価のための地震荷重の重要な方向というタイトルの記事で説明されています。この作業は、ポルト大学の Despoina Skoulidou が主導しました。
参考文献:
- ASCE (2014) 既存建物の耐震評価と改修 (ASCE/SEI 41-13)。米国土木学会、レストン、バージニア州、米国
- Athanatopoulou AM (2005) 相関する 3 つの地震成分の臨界方位。エンジニアリング構造 27(2):301–312
- EAK (2003) 構造物の耐震設計に関するギリシャのコード。環境・計画・公共事業省。アテネ、ギリシャ
- CEN (2004) EN1998-1 ユーロコード 8:耐震構造の設計、パート 1:一般規則、地震作用、および建物の規則。欧州標準化委員会
- 連邦緊急事態管理庁 (2012) 建物の耐震性能評価。 FEMA P58 レポート、ワシントン DC
- Menun C, Der Kiureghian A (1998) 多成分地震解析の 30%、40%、および SRSS ルールの代替。地震スペクトル。 14(1):153-163
- NTC (2008) le costruzioni ごとの標準技術。 Decreto del Ministero delle Infrastrutture. Supplemento ordinario n.30 alla Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana n.29 del 4/02/2008、イタリア (イタリア語)
- Regulatory Guide 1.92 (2006) U.S. Nuclear Regulatory Commission, Office of Nuclear Regulatory Research.ワシントン DC
- Skoulidou, D., &Romão, X. (2017).横力解析を使用した建物の性能評価のための地震荷重の臨界方向。 地震工学紀要 、15 (12)、5217-5246。
