特許 6560609 地震動強度測定装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6560609

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】地震動強度測定装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G01V 1/00 20060101AFI20190805BHJP

   G01V 1/28 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   G01V1/00 D

   G01V1/28

【請求項の数】12

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-247020(P2015-247020)

(22)【出願日】2015年12月18日

(65)【公開番号】特開2017-111070(P2017-111070A)

(43)【公開日】2017年6月22日

【審査請求日】2018年10月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】田久保 光

(72)【発明者】

【氏名】乗藤 雄基

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０１５４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０１２８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３４５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１８０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３３４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５８７７７９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｖ １／００−９９／００

Ｇ０１Ｈ １／００−１７／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴＣｈｉｎａ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物モデルの運動方程式を用いて、地震動の加速度に対する最大速度応答を算出する最大速度応答演算手段と、
前記構造物モデルの固有周期を決定する調整時に、規定された２つの固有周期を１つずつ順番に前記最大速度応答演算手段に対して設定する固有周期設定手段と、
調整時に地震動の加速度の代わりに、正弦波加速度の値を前記最大速度応答演算手段に入力する加速度入力手段と、
調整時に前記最大速度応答演算手段が算出した最大速度応答を基に、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅を、前記固有周期設定手段が設定した固有周期別に求める周期幅導出手段と、
前記固有周期設定手段が設定した２つの固有周期と、これらの固有周期別に前記周期幅導出手段が求めた入力正弦波加速度の周期幅とから、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅と固有周期との関係を示す数式を求める周期幅算出式導出手段と、
この周期幅算出式導出手段が求めた数式を用いて、固有周期が規定された下限値から上限値を超えるまでの固有周期の個数を算出する固有周期算出手段と、
固有周期の数列の項数が前記固有周期の個数と一致し、数列の初項が前記下限値と一致し、かつ数列の最終項が前記上限値と一致するように、固有周期の等比数列を求め、この等比数列を前記最大速度応答演算手段に設定して前記構造物モデルの固有周期を確定させる固有周期修正手段とを備えることを特徴とする地震動強度測定装置。

【請求項2】

請求項１記載の地震動強度測定装置において、
さらに、前記最大速度応答演算手段が算出した最大速度応答を基にＳＩ値を算出するＳＩ値演算手段を備え、
前記最大速度応答演算手段は、地震動強度測定時に、地震動の加速度に応じた最大速度応答を、前記固有周期修正手段が設定した固有周期別に算出することを特徴とする地震動強度測定装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の地震動強度測定装置において、
前記加速度入力手段は、前記固有周期設定手段が設定した固有周期に対応する周期範囲の中で正弦波加速度の周期を変えながら前記最大速度応答演算手段に正弦波加速度の値を入力することを特徴とする地震動強度測定装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の地震動強度測定装置において、
前記ＳＩ値の目標精度は、入力正弦波加速度の周期が、前記固有周期設定手段が設定した固有周期と等しいときに得られた最大速度応答を１００％としたときの最大速度応答の正規化値で規定され、
前記周期幅導出手段は、最大速度応答の正規化値が目標精度以上となる入力正弦波加速度の周期の範囲を、ＳＩ値の目標精度を満たす周期幅とすることを特徴とする地震動強度測定装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の地震動強度測定装置において、
前記固有周期算出手段は、前記下限値を固有周期の数列の初項とし、固有周期の数列の最終項が前記上限値を超えるまで、固有周期の数列の現在の最終項から、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅を算出して、この周期幅と固有周期の数列の現在の最終項とに基づいて固有周期の数列の新たな最終項を算出することを繰り返すことにより、固有周期の数列を求めて前記固有周期の個数を算出することを特徴とする地震動強度測定装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の地震動強度測定装置において、
前記固有周期設定手段が設定する２つの固有周期のうち一方は前記下限値であり、他方は前記上限値であることを特徴とする地震動強度測定装置。

【請求項7】

構造物モデルの固有周期を決定する調整時に、規定された２つの固有周期を１つずつ順番に最大速度応答演算手段に対して設定する固有周期設定ステップと、
調整時に正弦波加速度の値を前記最大速度応答演算手段に入力する加速度入力ステップと、
調整時に前記最大速度応答演算手段が構造物モデルの運動方程式を用いて最大速度応答を算出する第１の最大速度応答演算ステップと、
この第１の最大速度応答演算ステップで算出した最大速度応答を基に、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅を、前記固有周期設定ステップで設定した固有周期別に求める周期幅導出ステップと、
前記固有周期設定ステップで設定した２つの固有周期と、これらの固有周期別に前記周期幅導出ステップで求めた入力正弦波加速度の周期幅とから、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅と固有周期との関係を示す数式を求める周期幅算出式導出ステップと、
この周期幅算出式導出ステップで求めた数式を用いて、固有周期が規定された下限値から上限値を超えるまでの固有周期の個数を算出する固有周期算出ステップと、
固有周期の数列の項数が前記固有周期の個数と一致し、数列の初項が前記下限値と一致し、かつ数列の最終項が前記上限値と一致するように、固有周期の等比数列を求め、この等比数列を前記最大速度応答演算手段に設定して前記構造物モデルの固有周期を確定させる固有周期修正ステップとを含むことを特徴とする地震動強度測定方法。

【請求項8】

請求項７記載の地震動強度測定方法において、
さらに、地震動強度測定時に、前記最大速度応答演算手段が地震動の加速度に応じた最大速度応答を、前記固有周期修正ステップで設定した固有周期別に算出する第２の最大速度応答演算ステップと、
この第２の最大速度応答演算ステップで算出した最大速度応答を基にＳＩ値を算出するＳＩ値演算ステップとを含むことを特徴とする地震動強度測定方法。

【請求項9】

請求項７または８記載の地震動強度測定方法において、
前記加速度入力ステップは、前記固有周期設定ステップで設定した固有周期に対応する周期範囲の中で正弦波加速度の周期を変えながら前記最大速度応答演算手段に正弦波加速度の値を入力することを特徴とする地震動強度測定方法。

【請求項10】

請求項７乃至９のいずれか１項に記載の地震動強度測定方法において、
前記ＳＩ値の目標精度は、入力正弦波加速度の周期が、前記固有周期設定ステップで設定した固有周期と等しいときに得られた最大速度応答を１００％としたときの最大速度応答の正規化値で規定され、
前記周期幅導出ステップは、最大速度応答の正規化値が目標精度以上となる入力正弦波加速度の周期の範囲を、ＳＩ値の目標精度を満たす周期幅とすることを特徴とする地震動強度測定方法。

【請求項11】

請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の地震動強度測定方法において、
前記固有周期算出ステップは、前記下限値を固有周期の数列の初項とし、固有周期の数列の最終項が前記上限値を超えるまで、固有周期の数列の現在の最終項から、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅を算出して、この周期幅と固有周期の数列の現在の最終項とに基づいて固有周期の数列の新たな最終項を算出することを繰り返すことにより、固有周期の数列を求めて前記固有周期の個数を算出することを特徴とする地震動強度測定方法。

【請求項12】

請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の地震動強度測定方法において、
前記固有周期設定ステップで設定する２つの固有周期のうち一方は前記下限値であり、他方は前記上限値であることを特徴とする地震動強度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地震被害推定値の一種であるＳＩ値の算出に好適な、構造物モデルの固有周期の数列を設定する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

地震が発生した場合に、地震の強度に応じて各種のシステムを制御して、被害の拡大や二次災害の発生を防止するための装置として制御用地震計がある。制御用地震計は、交通機関、都市ガス、電力、水道等の各種施設に組み入れられ、地震被害の推定演算の結果から必要に応じてシステムを緊急停止させるように制御している。都市ガスの施設の制御用地震計においては、地震被害推定値の一種であるＳＩ（Spectrum Intensity）値を地震動の強度の尺度としている（特許文献１、特許文献２参照）。

【0003】

特許文献１、特許文献２に開示された制御用地震計は、１自由度１質点減衰系の構造物モデルの運動方程式を満たす演算部に地震動の加速度を入力して速度応答を時々刻々と求め、速度応答の最大値Ｓｖから推定ＳＩ値を演算するようにしている。速度応答は構造物への破壊エネルギーと相関を持つ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８−１５４４２号公報

【特許文献2】特開平８−３６０６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＳＩ値演算の重要なパラメータの１つとして、構造物モデルの固有周期の数がある。これは、固有周期Ｔ＝０．１ｓｅｃから２．５ｓｅｃまでの区間を幾つに区切るかという刻みの数である。固有周期Ｔの刻み数を多くする（刻み幅を小さくする）方がＳＩ値の精度は良くなる。

【0006】

しかし、固有周期Ｔの刻み数を多くすると、コンピュータの演算量が多くなるので、安価な製品を提供するための限られた能力のコンピュータでＳＩ値を演算することが困難となり、またコンピュータの消費電力や発熱の増加が設計上の問題となる。したがって、固有周期Ｔの刻み数（あるいは刻み幅）と消費電力とのバランスを取るための固有周期Ｔの決定方法を改善する必要があった。

【0007】

従来は、固有周期Ｔを経験的な刻み（例えば等差数列）で決定し、過去の著名な地震や周波数特性に特徴のある様々な地震波の加速度をＳＩ値の演算式に入力するシミュレーションを行ない、統計的な観点でＳＩ値の推定精度を評価することで固有周期Ｔの設定が妥当かどうかを評価していた。

【0008】

このため、ＳＩ値の推定精度に満足できない場合は、固有周期Ｔの刻みをより細かくしたり、途中で刻み幅を変えたりして、再度シミュレーションを行なうという試行錯誤のため時間を要した。また、以上のような評価手法によると、シミュレーションに使用した地震波においてはＳＩ値の推定精度を保証できるが、それ以外の地震波に対する精度は保証できないという問題点があった。

【0009】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＳＩ値の算出に好適で、かつＳＩ値の算出に要する演算量を抑えることができる固有周期の数列を、試行錯誤に依らない方法で短時間で設定することができる地震動強度測定装置および方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の地震動強度測定装置は、構造物モデルの運動方程式を用いて、地震動の加速度に対する最大速度応答を算出する最大速度応答演算手段と、前記構造物モデルの固有周期を決定する調整時に、規定された２つの固有周期を１つずつ順番に前記最大速度応答演算手段に対して設定する固有周期設定手段と、調整時に地震動の加速度の代わりに、正弦波加速度の値を前記最大速度応答演算手段に入力する加速度入力手段と、調整時に前記最大速度応答演算手段が算出した最大速度応答を基に、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅を、前記固有周期設定手段が設定した固有周期別に求める周期幅導出手段と、前記固有周期設定手段が設定した２つの固有周期と、これらの固有周期別に前記周期幅導出手段が求めた入力正弦波加速度の周期幅とから、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅と固有周期との関係を示す数式を求める周期幅算出式導出手段と、この周期幅算出式導出手段が求めた数式を用いて、固有周期が規定された下限値から上限値を超えるまでの固有周期の個数を算出する固有周期算出手段と、固有周期の数列の項数が前記固有周期の個数と一致し、数列の初項が前記下限値と一致し、かつ数列の最終項が前記上限値と一致するように、固有周期の等比数列を求め、この等比数列を前記最大速度応答演算手段に設定して前記構造物モデルの固有周期を確定させる固有周期修正手段とを備えることを特徴とするものである。

【0011】

また、本発明の地震動強度測定装置の１構成例は、さらに、前記最大速度応答演算手段が算出した最大速度応答を基にＳＩ値を算出するＳＩ値演算手段を備え、前記最大速度応答演算手段は、地震動強度測定時に、地震動の加速度に応じた最大速度応答を、前記固有周期修正手段が設定した固有周期別に算出することを特徴とするものである。
また、本発明の地震動強度測定装置の１構成例において、前記加速度入力手段は、前記固有周期設定手段が設定した固有周期に対応する周期範囲の中で正弦波加速度の周期を変えながら前記最大速度応答演算手段に正弦波加速度の値を入力することを特徴とするものである。
また、本発明の地震動強度測定装置の１構成例において、前記ＳＩ値の目標精度は、入力正弦波加速度の周期が、前記固有周期設定手段が設定した固有周期と等しいときに得られた最大速度応答を１００％としたときの最大速度応答の正規化値で規定され、前記周期幅導出手段は、最大速度応答の正規化値が目標精度以上となる入力正弦波加速度の周期の範囲を、ＳＩ値の目標精度を満たす周期幅とすることを特徴とするものである。
また、本発明の地震動強度測定装置の１構成例において、前記固有周期算出手段は、前記下限値を固有周期の数列の初項とし、固有周期の数列の最終項が前記上限値を超えるまで、固有周期の数列の現在の最終項から、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅を算出して、この周期幅と固有周期の数列の現在の最終項とに基づいて固有周期の数列の新たな最終項を算出することを繰り返すことにより、固有周期の数列を求めて前記固有周期の個数を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の地震動強度測定装置の１構成例において、前記固有周期設定手段が設定する２つの固有周期のうち一方は前記下限値であり、他方は前記上限値である。

【0012】

また、本発明の地震動強度測定方法は、構造物モデルの固有周期を決定する調整時に、規定された２つの固有周期を１つずつ順番に最大速度応答演算手段に対して設定する固有周期設定ステップと、調整時に正弦波加速度の値を前記最大速度応答演算手段に入力する加速度入力ステップと、調整時に前記最大速度応答演算手段が構造物モデルの運動方程式を用いて最大速度応答を算出する第１の最大速度応答演算ステップと、この第１の最大速度応答演算ステップで算出した最大速度応答を基に、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅を、前記固有周期設定ステップで設定した固有周期別に求める周期幅導出ステップと、前記固有周期設定ステップで設定した２つの固有周期と、これらの固有周期別に前記周期幅導出ステップで求めた入力正弦波加速度の周期幅とから、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅と固有周期との関係を示す数式を求める周期幅算出式導出ステップと、この周期幅算出式導出ステップで求めた数式を用いて、固有周期が規定された下限値から上限値を超えるまでの固有周期の個数を算出する固有周期算出ステップと、固有周期の数列の項数が前記固有周期の個数と一致し、数列の初項が前記下限値と一致し、かつ数列の最終項が前記上限値と一致するように、固有周期の等比数列を求め、この等比数列を前記最大速度応答演算手段に設定して前記構造物モデルの固有周期を確定させる固有周期修正ステップとを含むことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、規定された２つの固有周期を１つずつ順番に最大速度応答演算手段に対して設定し、正弦波加速度の値を最大速度応答演算手段に入力し、最大速度応答演算手段が構造物モデルの運動方程式を用いて算出した最大速度応答を基に、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅を、固有周期設定手段が設定した固有周期別に求め、固有周期設定手段が設定した２つの固有周期と、これらの固有周期別に周期幅導出手段が求めた入力正弦波加速度の周期幅とから、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅と固有周期との関係を示す数式を求め、この数式を用いて、固有周期が規定された下限値から上限値を超えるまでの固有周期の個数を算出し、固有周期の数列の項数が固有周期の個数と一致し、数列の初項が下限値と一致し、かつ数列の最終項が上限値と一致するように、固有周期の等比数列を求め、この等比数列を最大速度応答演算手段に設定して構造物モデルの固有周期を確定させることにより、ＳＩ値の算出に好適で、かつＳＩ値の算出に要する演算量を抑えることができる固有周期の数列を、試行錯誤に依らない方法で短時間で設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】１自由度１質点減衰系に入力される正弦波加速度の周期と最大速度応答との関係の１例を示す図である。

【図2】１自由度１質点減衰系に入力される正弦波加速度の周期と最大速度応答との関係を示す曲線を、１自由度１質点減衰系の固有周期毎に記載した図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る地震動強度測定装置の構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る地震動強度測定装置の固有周期調整時の動作を説明するフローチャートである。

【図5】本発明の実施の形態におけるＳＩ値の目標精度と入力正弦波加速度の周期幅について説明する図である。

【図6】本発明の実施の形態に係る地震動強度測定装置の地震動強度測定時の動作を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［発明の原理］
本発明では、試行錯誤不要で、最悪でも目標精度を満たすＳＩ値が求められる固有周期Ｔの数列を、以下のような手法で定めることができる。
上記のとおり、ＳＩ値を演算する際には、構造物を１自由度１質点減衰系で数式モデル化し、計測した地震動を入力加速度として構造物の速度応答を求め、この速度応答からＳＩ値を求める。通常の木造家屋やコンクリート建築物の固有周期は０．１〜２．５ｓｅｃである。したがって、構造物モデルについても、０．１〜２．５ｓｅｃの固有周期を設定する。

【0016】

本発明では、このような速度応答の演算手段を利用して、ある固有周期Ｔを持つ１自由度１質点減衰系の構造物モデルに、様々な周期の正弦波加速度を入力してＳｖ値（最大速度応答）を求める。Ｓｖ値の大小とＳＩ値の精度は相関がある。図１は入力正弦波加速度の周期ＴｓとＳｖ値との関係の１例を示す図である。図１の例では、固有周期Ｔ＝２．５ｓｅｃとし、入力正弦波加速度の周期Ｔｓを横軸にとり、Ｓｖ値の正規化値を縦軸にとっている。Ｓｖ値の正規化値は、Ｔｓ＝Ｔ＝２．５ｓｅｃのときのＳｖ値を１００％としている。

【0017】

図１に示すように、Ｓｖ値は、入力正弦波加速度の周期Ｔｓと固有周期Ｔとが等しい場合が最大となり、入力正弦波加速度の周期Ｔｓが固有周期Ｔから離れると小さくなる。Ｓｖ値が小さくなるということは、ＳＩ値の精度が悪くなることを示す。よって、目標精度以上のＳＩ値の精度が確保できる入力正弦波加速度の周期幅ｗは、図１に示すように一意に決まる。

【0018】

図２は入力正弦波加速度の周期ＴｓとＳｖ値との関係を示す曲線を１自由度１質点減衰系の固有周期Ｔ毎に記載した図である。この図２では、Ｔ₁＝０．１ｓｅｃからＴ_n＝２．５ｓｅｃまでの各固有周期Ｔについて、入力正弦波加速度の周期ＴｓとＳｖ値との関係を示す曲線Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，・・・・，Ｃ_n-2，Ｃ_n-1，Ｃ_nを記載している。ｗ₁，ｗ₂，ｗ₃，・・・・，ｗ_n-2，ｗ_n-1，ｗ_nは、それぞれ固有周期Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃，・・・・，Ｔ_n-2，Ｔ_n-1，Ｔ_nに関して、ＳＩ値の目標精度が確保できる入力正弦波加速度の周期幅を示している。

【0019】

図２から分かる特徴を整理すると、以下のようになる。
（I）固有周期Ｔが短いと固有周期Ｔに比例してＳｖ値が小さくなり、固有周期Ｔが長いとＳｖ値が大きくなる。
（II）固有周期Ｔが短いと、固有周期Ｔから入力正弦波加速度の周期Ｔｓが外れたときのＳｖ値の落ち込みが大きくなり（周期Ｔｓに対するＳｖ値の変化が急になる）、固有周期Ｔが長いと、固有周期Ｔから入力正弦波加速度の周期Ｔｓが外れたときのＳｖ値の落ち込みが小さくなる。

【0020】

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図３は本発明の実施の形態に係る地震動強度測定装置の構成を示すブロック図である。地震動強度測定装置は、地震動の加速度を検出する加速度計１と、構造物モデルの運動方程式を用いて、地震動の加速度に対するＳｖ値を算出するＳｖ値演算部２（最大速度応答演算手段）と、固有周期Ｔの調整時に、規定された２つの固有周期を１つずつ順番にＳｖ値演算部２に対して設定する固有周期設定部３と、固有周期Ｔの調整時に地震動の加速度の代わりに、正弦波加速度の値をＳｖ値演算部２に入力する加速度入力部４と、Ｓｖ値演算部２が算出したＳｖ値を基に、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅を、固有周期設定部３が設定した固有周期別に求める周期幅導出部５と、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅と固有周期Ｔとの関係を示す数式を求める周期幅算出式導出部６と、周期幅算出式導出部６が求めた数式を用いて、下限値から上限値を超えるまでの固有周期Ｔの個数を算出する固有周期算出部７と、固有周期Ｔの数列を修正して構造物モデルの固有周期Ｔを確定させる固有周期修正部８と、Ｓｖ値演算部２が算出したＳｖ値を基にＳＩ値を算出するＳＩ値演算部９と、ＳＩ値演算部９の算出結果を表示する表示部１０とを備えている。

【0021】

次に、本実施の形態の地震動強度測定装置の固有周期調整時の動作を図４を用いて説明する。図４は固有周期調整時の動作を説明するフローチャートである。
最初に、固有周期設定部３は、構造物モデルの規定された２つの固有周期Ｔ_a，Ｔ_b（Ｔ_a＜Ｔ_b）のうち一方の固有周期Ｔ_aをＳｖ値演算部２に対して設定する（図４ステップＳ１）。本実施の形態では、ＳＩ値を求める際の固有周期Ｔの既知の下限値０．１ｓｅｃをＴ_aとする。

【0022】

加速度入力部４は、周期的に変化する正弦波加速度の値をＳｖ値演算部２に入力する（図４ステップＳ２）。
Ｓｖ値演算部２は、加速度入力部４から入力された正弦波加速度に応じたＳｖ値を算出する（図４ステップＳ３）。

【0023】

構造物を単純化すると，運動方向が１方向で固有周期Ｔが１つだけの、１つの重りとバネとダンパーとから構成された、１自由度１質点減衰系で表される。この構造物モデルの運動方程式は式（１）、式（２）で表現できる。
ａ（ｔ）＋２ｈωｖ（ｔ）＋ω²ｄ（ｔ）＝−ｙ（ｔ） ・・・（１）
ω＝２π／Ｔ ・・・（２）

【0024】

ｙ（ｔ）は入力加速度［ｃｍ／ｓｅｃ²］、ａ（ｔ）は加速度応答［Ｇａｌ］、ｖ（ｔ）は速度応答［ｃｍ／ｓｅｃ］、ｄ（ｔ）は変位応答［ｃｍ］、ｈは減衰定数である。式（１）を解くと、地盤の加速度ｙ（ｔ）の入力に対して速度応答ｖ（ｔ）を求める式（３）が得られる。

【0025】

【数1】

【0026】

Ｓｖ値演算部２は、加速度入力部４から入力された正弦波加速度をｙ（ｔ）として、式（３）に代入することにより、速度応答ｖ（ｔ）を算出する。Ｓｖ値は、次式に示すように速度応答ｖ（ｔ）の絶対値の最大値である。
Ｓｖ［ｃｍ／ｓｅｃ］＝｜ｖ（ｔ）｜_max ・・・（４）

【0027】

こうして、Ｓｖ値演算部２は、入力正弦波加速度に応じたＳｖ値を算出することができる。なお、以上のような構造物モデルと、式（１）〜式（４）については、文献「古川 洋之，田久保 光，簗田 貴，市田 俊司，清水 善久，小金丸 健一，中山 渉，“インテリジェント地震センサの開発，アズビル株式会社，制御技術研究報告Savemation Review，１９９９年８月発行号」に開示されている。

【0028】

Ｓｖ値の算出完了後、加速度入力部４は、固有周期設定部３が設定した固有周期Ｔ＝Ｔ_a＝０．１ｓｅｃに対して所定の周期範囲Ｅ_aの正弦波加速度を入力し終えたかどうかを判定し（図４ステップＳ４）、正弦波加速度を入力し終えていない場合には、例えば現在の正弦波加速度の周期に所定幅を加えることでＥ_aの範囲内で正弦波加速度の周期を変更し（図４ステップＳ５）、変更後の正弦波加速度の値をＳｖ値演算部２に入力する（ステップＳ２）。こうして、正弦波加速度の周期を例えば所定幅ずつ増やしながら周期範囲Ｅ_aの各正弦波加速度についてＳｖ値を算出し終えるまで、ステップＳ２〜Ｓ５の処理が正弦波加速度の周期毎に実行される。

【0029】

周期範囲Ｅ_aの各正弦波加速度についてＳｖ値を算出し終えた後（図６ステップＳ４においてＹＥＳ）、周期幅導出部５は、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅ｗ_aを求める（図４ステップＳ６）。本実施の形態では、ＳＩ値の目標精度は、入力正弦波加速度の周期が固有周期Ｔと等しいときに得られたＳｖ値を１００％としたときのＳｖ値の正規化値で規定されている。本実施の形態の例では、目標精度を例えば９５％と設定している。

【0030】

したがって、目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅ｗ_aは、図５（Ａ）に示すようにＳｖ値の正規化値が目標精度以上となる入力正弦波加速度の周期の範囲である。また、入力正弦波加速度の上記の周期範囲Ｅ_aは、周期０．１ｓｅｃ（＝Ｔ_a）を中心として設定され、予め想定される周期幅ｗ_aを含み、かつ周期幅ｗ_aよりも十分に広くなるように設定されている。

【0031】

周期幅ｗ_aの導出完了後、固有周期設定部３は、構造物モデルの規定された２つの固有周期Ｔ_a，Ｔ_bについて入力正弦波加速度の周期幅を導出し終えたかどうかを判定し（図４ステップＳ７）、入力正弦波加速度の周期幅を導出し終えていない場合には、２つの固有周期Ｔ_a，Ｔ_bのうち他方の固有周期Ｔ_bをＳｖ値演算部２に対して設定し（図４ステップＳ８）、ステップＳ２に戻る。本実施の形態では、ＳＩ値を求める際の固有周期Ｔの既知の上限値２．５ｓｅｃをＴ_bとする。こうして、固有周期Ｔ＝Ｔ_b＝２．５ｓｅｃの場合について、ステップＳ２〜Ｓ６の処理が実行される。

【0032】

ただし、固有周期Ｔ＝Ｔ_b＝２．５ｓｅｃの場合、加速度入力部４は、固有周期Ｔ＝Ｔ_b＝２．５ｓｅｃに対して所定の周期範囲Ｅ_bの正弦波加速度の値をＳｖ値演算部２に入力する（ステップＳ２）。このとき、加速度入力部４は、上記と同様に、正弦波加速度の周期を例えば所定幅ずつ増やしながら周期範囲Ｅ_bの正弦波加速度の値をＳｖ値演算部２に入力する。また、周期幅導出部５は、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅ｗ_bを求める（ステップＳ６）。

【0033】

ＳＩ値の目標精度の定義は上記のとおりであるが、ここでは固有周期Ｔ＝Ｔ_b＝２．５ｓｅｃなので、目標精度は、入力正弦波加速度の周期が固有周期Ｔ＝Ｔ_b＝２．５ｓｅｃと等しいときに得られたＳｖ値を１００％としたときのＳｖ値の正規化値で規定される（図５（Ｂ））。目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅ｗ_bは、図５（Ｂ）に示すようにＳｖ値の正規化値が目標精度（９５％）以上となる入力正弦波加速度の周期の範囲である。入力正弦波加速度の周期範囲Ｅ_bは、周期２．５ｓｅｃ（＝Ｔ_b）を中心として設定され、予め想定される周期幅ｗ_bを含み、かつ周期幅ｗ_bよりも十分に広くなるように設定されている。

【0034】

構造物モデルの規定された２つの固有周期Ｔ_a，Ｔ_bについて入力正弦波加速度の周期幅ｗ_a，ｗ_bを導出し終えた後（ステップＳ７においてＹＥＳ）、周期幅算出式導出部６は、固有周期Ｔ_a，Ｔ_bと入力正弦波加速度の周期幅ｗ_a，ｗ_bとから、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅ｗと固有周期Ｔとの関係を示す数式を求める（図４ステップＳ９）。固有周期Ｔに対して、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅ｗは以下のような一次式で表すことができる。
ｗ＝αＴ＋β ・・・（５）

【0035】

式（５）の数式における係数α，βは、固有周期Ｔ_a，Ｔ_bと入力正弦波加速度の周期幅ｗ_a，ｗ_bとをパラメータとして連立方程式を解くことで、次式のように求めることができる。

【0036】

【数2】

【0037】

次に、固有周期算出部７は、周期幅算出式導出部６が求めた数式を用いて、固有周期Ｔ＝０．１ｓｅｃから２．５ｓｅｃを超えるまでの固有周期Ｔの個数を算出する（図４ステップＳ１０）。ステップＳ６の処理により、固有周期Ｔ＝Ｔ₁＝Ｔ_a＝０．１ｓｅｃのときにＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅ｗ₁＝ｗ_aは既知である。ＳＩ値の目標精度を確保できる次の固有周期Ｔ₂は、周期幅ｗ₁と、固有周期Ｔ₁と、固有周期Ｔ₂の目標精度の最小値になる入力正弦波加速度の周期Ｔ_m1とから、式（８）、式（９）のように得ることができる。

【0038】

【数3】

【0039】

式（８）、式（９）に式（１）を代入して解くと、以下のような式（１０）が得られる。

【0040】

【数4】

【0041】

したがって、固有周期算出部７は、算出する固有周期Ｔが２．５ｓｅｃを超えるまで、固有周期Ｔ＝Ｔ₂，Ｔ₃，Ｔ₄，・・・・を順番に１つずつ式（１０）により算出すればよい。つまり、固有周期算出部７は、下限値０．１ｓｅｃを固有周期Ｔの数列の初項Ｔ₁とし、固有周期Ｔの数列の最終項が上限値２．５ｓｅｃを超えるまで、固有周期Ｔの数列の現在の最終項Ｔ_iから、ＳＩ値の目標精度を満たす入力正弦波加速度の周期幅ｗ_iを算出して、この周期幅ｗ_iと固有周期Ｔの数列の現在の最終項Ｔ_iとに基づいて固有周期Ｔの数列の新たな最終項Ｔ_i+1を算出することを繰り返すことにより、固有周期Ｔの数列を求めて固有周期Ｔの個数を決定する。

【0042】

ただし、固有周期Ｔ₂を算出しようとする段階では、初項Ｔ₁が同時に最終項であり、周期幅ｗ₁＝ｗ_aが既知なので、周期幅ｗ₁を改めて算出する必要はなく、周期幅ｗ₁と最終項Ｔ₁とを用いて新たな最終項Ｔ₂を算出すればよい。

【0043】

こうして、ＳＩ値の目標精度を確保できる固有周期Ｔの個数ｎを求めることができる。本実施の形態の固有周期算出部７が算出した固有周期Ｔと周期幅ｗの１例を表１に示す。この表１の例では、固有周期Ｔの個数ｎ＝２４である。なお、表１に示した固有周期Ｔの数列は等比数列となっている。

【0044】

【表1】

【0045】

表１から明らかなように、固有周期算出部７が求めた固有周期Ｔの数列では、初項の固有周期Ｔ₁＝０．１ｓｅｃは固有周期Ｔの既知の下限値０．１ｓｅｃと一致するものの、最終項の固有周期Ｔ₂₄＝２．６９３２７ｓｅｃが固有周期Ｔの既知の上限値２．５ｓｅｃと一致しない。

【0046】

そこで、固有周期修正部８は、固有周期Ｔの数列の項数が前記固有周期Ｔの個数ｎと一致し、固有周期Ｔの数列の初項が固有周期Ｔの規定された範囲の下限値０．１ｓｅｃと一致し、かつ固有周期Ｔの数列の最終項が固有周期Ｔの規定された範囲の上限値２．５ｓｅｃと一致するように、固有周期Ｔの修正された等比数列を求める（図４ステップＳ１１）。

【0047】

固有周期Ｔの等比数列の項数をｎ＝２４とし、初項Ｔ₁を０．１ｓｅｃ、最終項Ｔ_nを２．５ｓｅｃとした場合の、等比数列の公比ｒは以下の式（１１）のように得ることができる。

【0048】

【数5】

【0049】

この公比ｒを用いて固有周期Ｔの等比数列の各項Ｔｉ（ここではｉ＝２，３，４，・・・・）は式（１２）のように求めることができる。
Ｔ_i＝Ｔ₁ｒ^i-1 ・・・（１２）

【0050】

固有周期修正部８は、式（１１）、式（１２）を用いて固有周期Ｔ＝Ｔ₂，Ｔ₃，Ｔ₄，・・・・，Ｔ_n-1を算出すればよい。このときの固有周期Ｔの等比数列の刻み幅は、ステップＳ１０で求めた固有周期Ｔの数列の刻み幅よりも狭くなる。したがって、固有周期修正部８が算出した固有周期Ｔの等比数列で確保できるＳＩ値の精度は、ステップＳ１０で求めた固有周期Ｔの数列で確保できるＳＩ値の精度と同等か、あるいはそれ以上の良い結果が得られる。本実施の形態の固有周期修正部８が算出した固有周期Ｔの等比数列の１例を表２に示す。

【0051】

【表2】

【0052】

固有周期修正部８は、算出した固有周期Ｔの等比数列Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃，・・・・，Ｔ_nを、構造物モデルの固有周期ＴとしてＳｖ値演算部２に設定する（図４ステップＳ１２）。以上で、固有周期Ｔの調整動作が終了する。

【0053】

図６は本実施の形態の地震動強度測定装置の地震動強度測定時の動作を説明するフローチャートである。実際の地震動強度測定では、加速度計１が地震動の加速度を検出する（図６ステップＳ２０）。

【0054】

Ｓｖ値演算部２は、加速度計１が検出した地震動の加速度に応じたＳｖ値を固有周期Ｔ毎に算出する（図６ステップＳ２１）。
ＳＩ値演算部９は、以下の式（１３）によりＳＩ値を算出する（図６ステップＳ２２）。

【0055】

【数6】

【0056】

すなわち、ＳＩ値演算部９は、Ｓｖ値演算部２が固有周期Ｔ別に算出した値Ｓｖ（Ｔ）を積分して２．４で除算すればよい。
表示部１０は、ＳＩ値演算部９が算出したＳＩ値を表示する（図６ステップＳ２３）。なお、ここでは、ＳＩ値の処理の１例としてＳＩ値を表示する例で説明しているが、ＳＩ値演算部９が算出したＳＩ値の情報を装置の外部に送信するようにしてもよいことは言うまでもない。

【0057】

以上のように、本実施の形態では、ＳＩ値の算出に好適で、かつＳＩ値の算出に要する演算量を抑えることができる固有周期Ｔの数列を、試行錯誤に依らない方法で短時間で設定することができる。コンパクトかつ耐ノイズ性を達成するために、演算部と加速計を一体型とし、屋外に設置するような地震動強度測定装置の場合、製品の消費電力は少なければ少ないほうが良い。しかし、演算部で行なう被害推定値のＳＩ演算は、精度を上げるほど時間当りの演算回数が多くなるため、消費電力の低減と精度向上はトレードオフの関係にあった。

【0058】

従来は、上記のとおり、過去に記録された地震波や人工的に作成したいくつかの波形でシミュレーション演算による、統計的な精度確認を行なっていた。したがって、シミュレーションに使用した地震波においてはＳＩ値の推定精度を保証できるが、それ以外の地震波に対する精度は保証できないという問題点があった。

【0059】

これに対して、本実施の形態では、ＳＩ値の算出に要する演算量を抑えることができ、かつ様々な地震波についてＳＩ値の目標精度を確保することができる固有周期Ｔの数列の設定が容易に実現可能になる。

【0060】

本実施の形態の効果を確認するために、ＡとＢ、２つの地震波に対してシミュレーションを行った結果を表３に示す。

【0061】

【表3】

【0062】

ここでは、固有周期Ｔの個数ｎを２４０１個、つまり０．００１秒刻みで求めたＳＩ値を真値として、ｎ＝７の固有周期Ｔの等比数列を用いて算出したＳＩ値の真値に対する相対誤差と、ｎ＝７の固有周期Ｔの等差数列を用いて算出したＳＩ値の真値に対する相対誤差をそれぞれ求めた。表３から分かるように、Ａ，Ｂいずれの地震波についても、従来のように固有周期Ｔの等差数列を用いるよりも、本実施の形態のように等比数列を用いた方が良い精度となった。

【0063】

本実施の形態で説明した地震動強度測定装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明は、地震被害推定値の一種であるＳＩ値を算出する技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0065】

１…加速度計、２…Ｓｖ値演算部、３…固有周期設定部、４…加速度入力部、５…周期幅導出部、６…周期幅算出式導出部、７…固有周期算出部、８…固有周期修正部、９…ＳＩ値演算部、１０…表示部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】