建築物の崩壊解析手法の開発とその適用例

Development of a Collapse Analysis Code of Buildings and Its Applications

Abstract


 今日までに,建築物の崩壊現象を再現するための数値シミュレーション技術がいくつか開発されている.中でも,個別要素法(DEM)や不連続変形法(DDA)はその適用範囲が多岐に渡っており,建築物の地震崩壊解析や岩盤崩落解析などで多くの成果が出ている.DEM やDDAは物体を剛体としてモデル化し,その間をバネやダッシュポットで連結することで不連続な変形を模擬する手法で,物体が破断したり壊れたりする挙動を再現することを得意とする.しかし,パラメータの設定が個々の問題やモデルに依存するという不連続体力学特有の性質を持つため,3次元建築物モデルで弾性から塑性,破断状態までに渡る連続的な解析を実施することは難しい.そこで筆者らの研究グループは,連続体力学の性質を持ち,部材レベルの弾性状態から塑性,破断状態まで連続的に解析可能で,計算コストが低く一般のパソコン上でも建築物の崩壊現象を再現可能な有限要素解析手法を開発した.本稿では,この手法,ASI-Gauss法を用いた解析コードおよびその適用例について概説する.


A finite element code to analyze large-scale collapse behaviors of buildings was developed. It was achieved with a use of an ASI (Adaptively Shifted Integration)-Gauss technique, which dramatically reduces computational cost when solving large-scale problems. One of the applications of the code was a fire-induced collapse analysis of a high-rise tower, which was carried out for an investigation seeking for the true cause of the total collapse of New York World Trade Center (WTC) towers collapsed in 2001. A seismic pounding analysis of the Nuevo Leon buildings, in which two out of the three collapsed completely in the 1985 Mexican earthquake, showed that the difference of natural periods between the north and the center buildings may have triggered the collision, followed by the collapse. Other applications are also shown in the presentation.


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