[論文レビュー] Estimating the duration effects in structural responses by a new energy-cycle based parameter

‪Mohammadreza Mashayekhi, Mojtaba Harati+1 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2019

Seismic Performance and Analysis参考文献 22被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、ひずみエネルギーと非線形サイクル数を統合した新規のエネルギー・サイクルベースのパラメータを提案し、構造応答における継続時間効果をよりよく推定することを目的としている。この手法は、劣化を示すRCフレーム構造における応答要求と強く相関し、従来の継続時間指標を上回り、非線形動的応答解析における地震動選定をより正確に可能にする。

ABSTRACT

Strong-motion duration and number of cycles of motion are the well-known parameters with which earthquake engineers currently use to take into account the influence of motion duration for the dynamic analysis of structures. In addition to these prevalent means, using the number of nonlinear cycles, which a structure experiences during the motion, is also one another method to find the influence of the motion duration in the response of structures. In this study, a new approach is proposed to determine the number of nonlinear cycles. Moreover, a parameter based on both hysteretic energy and number of nonlinear cycles is likewise suggested to precisely reflect the shaking characteristics of the motion. The proposed parameter is expected to demonstrate a high correlation with the response of structures even for the structures having deteriorative and degraded behaviour during the motion. This matter is examined and confirmed with the application of this parameter to predict the influence of motion duration in the response of several degrading RC frames. It is revealed that the proposed parameter is able to well predict the influence of motion duration and can be used as a criterion to select ground motions for dynamic analysis.

研究の動機と目的

• 地震動の継続時間が構造応答に与える真の影響を捉えることが難しい従来の継続時間パラメータの限界を是正すること。
• 劣化構造物におけるエネルギー散逸と非線形サイクルの蓄積を両方とも考慮する、より正確な指標を開発すること。
• 継続時間効果をより効果的に組み込むことにより、非線形動的応答解析における地震動選定を改善すること。
• 多様な地震動下で複数の劣化RCフレームモデルに対して、提案パラメータの予測能力を検証すること。

提案手法

• 地震動の振動中に構造物が経験するヒステリシスエネルギーと非線形サイクル数を統合した新しいパラメータを提案する。
• 非線形サイクルを、事前に定めた降伏閾値を超える応力-歪みヒステリシスループの数として定義する。
• 力-変位ループの数値積分を用いて、構造応答時間歴から総ヒステリシスエネルギーを計算する。
• エネルギーとサイクル数を正規化し次元なしのパラメータに統合し、運動の強度と継続時間特性を反映させる。
• 記録された地震動の群にこのパラメータを適用し、ピーク構造応答要求との相関を評価する。
• 選択された地震動下で複数の劣化RCフレームモデルに対する非線形時刻歴解析を実施し、性能を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 提案されたエネルギー・サイクルパラメータは、従来の継続時間指標と比較して、構造応答をどの程度うまく予測できるか？
• RQ2 このパラメータは、劣化RCフレーム構造における運動継続時間の影響をどの程度正確に捉えられるか？
• RQ3 このパラメータは、非線形動的応答解析における地震動選定の信頼できる基準として機能できるか？
• RQ4 このパラメータは、長時間にわたる地震動の累積的損傷可能性をどの程度適切に反映しているか？

主な発見

• 提案されたエネルギー・サイクルパラメータは、特に劣化RCフレーム構造において、ピーク構造応答要求と高い相関を示した。
• 従来の継続時間指標（強震継続時間、総サイクル数など）と比較して、応答ばらつきの予測において優れた性能を示した。
• 顕著な劣化を示す構造物では、提案パラメータの応答依存性が従来の指標よりも顕著に強かった。
• 同じ継続時間でもエネルギーおよびサイクル特性が異なる地震動を、このパラメータが効果的に区別できた。
• 本手法により、地震性能評価におけるより一貫性があり信頼性の高い地震動選定が可能になった。