AN APPLICABILITY STUDY ON NONLINEAR TIME HISTORY RESPONSE ANALYSIS METHOD CONSIDERING FREQUENCY DEPENDENCE OF GROUND IMPEDANCE IN LOW FREQUENCY RANGE

Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A1 (Structural Engineering & Earthquake Engineering (SE/EE)) Pub Date : 1900-01-01 DOI:10.2208/jscejseee.75.i_123

Kei Tsukioka, S. Yamada, Y. Murono

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Abstract

地盤-構造物系の動的相互作用問題において,地盤インピーダンスが周波数依存性を有することは周知の事実である.一方で,強震動下において,地盤や構造物が塑性化して非線形性を有する問題も存在する.したがって, 地盤-構造物系の動的相互作用問題において,現象を精緻に評価するためには周波数依存性および非線形性の双方の現象を適切に考慮することが肝要となる. これらの現象を解析的に取り扱うにあたり,有限要素法などの離散化解析手法では,地盤と構造物の挙動について同時に数値解析を行うので,自動的に考慮することができる.しかし,これらの方法は,結果の物理的な解釈が難しい場合があるため,実務設計者にとって身近なものとなっていないのが実情である. 実務設計においては,地盤と基礎の動的相互作用をばねで置換した質点系モデルなどが用いられることが多い. 質点系モデルを用いて地盤-構造物系の動的解析を行う場合,インピーダンスの周波数依存性を直接的に地盤ばねに与えることで,動的相互作用を周波数領域において適切に考慮することができるが,そのままでは非線形時刻歴応答解析を実施できない.したがって,質点系モデルにおいて,インピーダンスの周波数依存性および地盤や構造物の非線形性を考慮するためには,周波数依存性を有するインピーダンスを時間領域に変換し,それを用いて非線形時刻歴応答解析を実施する必要がある. 周波数依存性を有するインピーダンスを時間領域で表現し,非線形時刻歴応答解析を実施する手法に関して, 近年では様々な事例が報告されている. 例えば,インピーダンスの周波数依存性を時間領域で簡易的に考慮する方法として,付加質量とダッシュポットを用いて表現する方法がある1).しかし,この方法では周波数依存性を角周波数の比例関数ないしは二次関数の形でしか表現できないため,適用性に制限がある. 土木学会論文集A1(構造・地震工学), Vol. 75, No. 4(地震工学論文集第38巻), I_123-I_132, 2019.

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考虑低频范围地阻抗频率依赖性的非线性时程响应分析方法的适用性研究

在地基-构筑物系统的动态相互作用问题上，地基阻抗具有频率依赖性是众所周知的事实。另一方面，在强烈震动下也存在着地基和构筑物塑性化而具有非线性的问题，因此，在地基-构造物系统的动态相互作用问题中，为了精确地评价现象，关键是要适当地考虑频率依赖性和非线性这两方面的现象。在分析处理这些现象时，有限要素采用法等离散化分析方法，由于对地基和构筑物的行为同时进行数值分析，所以可以自动考虑。但是，这些方法对结果的物理解由于有时很难释出，实际情况是对实务设计者来说并不是很熟悉。在实务设计中，多采用用弹簧置换地基与基础的动态相互作用的质点类模型等。使用质点类模型对地基-构筑物类进行动态分析时，通过直接对地基弹簧施加阻抗的频率依赖性，在频域中进行动态相互作用虽然可以适当考虑，但是不能直接实施非线性时间历响应分析。因此，在质点系统模型中，阻抗的频率依赖性以及地基为了考虑到结构的非线性，需要将具有频率依赖性的阻抗转换到时域，并利用它实施非线性时史响应分析。近年来，关于在时域中表现出具有频率依赖性的阻抗，并实施非线性时史响应分析的方法，出现了各种案例。例如，作为在时域上简易地考虑阻抗的频率依赖性的方法，有使用附加质量和逃逸表示的方法1).但是，用这种方法由于只能以角频率的比例函数或二次函数的形式来表现频率依赖性，所以适用性受到限制。土木学会论文集A1(构造与地震工学)，Vol. 75, No. 4(地震工学论文集第38卷)，i_123 - i_1322019。

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