制振ブレースの損傷を考慮した超高層鋼構造骨組の長時間時挙動解析

Dynamic Analysis of Super High-Rise Steel Building Frame Model Considering Fatigue Fractures of Damping Braces under Long-Duration Earthquake Motion

Abstract

科学技術の発展に伴い我が国の都市近郊では高層建造物が増加の一途をたどっており，地震時の被害を軽減するために制振技術の適用・開発が盛んに行われている．制振技術を大きく分類すると，外部からのエネルギー入力なしで，それ自体が変形することで揺れを抑制するパッシブ制振，少量の電力を入力して制振するセミアクティブ制振，外部から主に電力を得て振動を制御するアクティブ制振があるが，その中でも設計・施工性が高く安価であることから，パッシブ制振が広く普及している．パッシブ制振の減衰機構にはいくつか種類がある.その中で，中心鋼材に低降伏点鋼を用い，その周囲をモルタルと鋼管で覆い座屈を拘束し，安定的に塑性化させることにより制振する座屈拘束ブレースは，メンテナンス性が高いためよく用いられる．しかし，既往の研究により低降伏点鋼は繰り返し荷重を受けることで低サイクル疲労破断を起こすことが示されており，長時間地震動のような外乱下では座屈拘束ブレースの制振機能が消失する恐れがある．さらに，近年発生が危惧されている南海トラフ沖地震が生じると都市部の建築物は長時間・長周期の地震力を受けることが予測されているため，低サイクル疲労破断を考慮した上で座屈拘束ブレースの制振性能を評価し，適切な制振設計に生かすことは都市防災上極めて重要な課題であるといえる．そこで本研究では，座屈拘束ブレースの疲労破断を考慮した上で，南海トラフ沖地震を受けた際の超高層鋼構造骨組の挙動を有限要素法を用いて解析する．そして，得られた解析結果を基に，長時間地震動を受けた際の超高層鋼構造骨組に設置されたブレースの制振機能を評価する．解析手法には大規模な骨組構造の挙動を低コストで解析することができるASI-Gauss法に基づく有限要素解析コードを用いる．

In this paper, behaviors of super high-rise steel building frame with damping braces under long-duration earthquake motion were simulated. The adaptively shifted integration (ASI)-Gauss code, which can stably simulate those phenomena with strong nonlinearities such as member fracture, was used in this analysis. The numerical result had shown the reduction of displacement and acceleration of the building owing to damping braces. However, it had also shown a transition of dynamic characteristics during long-duration earthquake motion, due to low-cycle fatigue fractures of damping braces located in lower floors.