防災科学技術研究所では、構造物の地震被害に関して、構造・非構造部材の損傷や家具・什器類の移動・転倒から構造物の崩壊までを精緻に予測する数値シミュレーションシステム（数値震動台）を開発しています。 Ｅ－ディフェンス実験のデータ等を活用して、解析モデル（構成則モデルも含む）の妥当性確認（Validation）を行い、振動台実験の事前・事後解析の支援から実験が不可能な大規模構造物の仮想実験により、振動台実験との両輪の研究を推進します。 加えて、構造物の耐震性確保による予防力の向上や地震時の速やかな被害予測による応急対応のために数値震動台の活用を目指します。 具体的には、複数回の大地震の被害を想定した構造物の残余耐震性評価、次世代型の性能設計、損傷状況を詳細に把握する構造ヘルスモニタリングシステム等への活用を検討します。 数値震動台研究開発プロジェクトでは、主に以下の開発課題に取り組んでいます。
局所的な損傷・破壊挙動と構造物の全体挙動を同時にシミュレートするために、ソリッド要素を用いて部材の形状を忠実に再現した詳細解析モデルを構築します。 3次元詳細モデルを用いるメリットとして、部材レベルの構成則でなく材料構成則により損傷・破壊挙動をモデル化できるため、部材レベルの力学特性を同定するために必要となる部材実験の実施が不要となる点が挙げられます。 本開発において、解析精度を向上させるためには材料構成則の開発が重要となります。
地震による人的被害、経済損失を低減するためには、構造物の耐震性を高めるだけでなく、室内被害の対策を講じることも求められます。 そこで、室内被害を予測し対策効果を検証するためのシミュレーション技術の構築が望まれます。 数値震動台では、室内の非構造部材や設備機器の地震時における変形、脱落、転倒といった被害の状況を再現できる解析手法の開発と解析モデルの構築を行っています。
構造物の損傷・破壊過程の再現シミュレーションに用いる詳細モデルを構築するには、高い技術力と工数を必要とし、ヒューマンエラーによるモデルの品質低下も懸念されます。 そこで、詳細モデルを用いた解析の活用促進のために、簡易にモデルを構築するためのプリ処理機能の開発を行っています。 数値震動台により得られた大規模データを、異なるモデル化でのシミュレーション結果や多点計測されたＥ－ディフェンス実験結果との比較によるVerification & Validationや、現象の分析や耐震性評価に活用するために、データの抽出、加工、表示を効率的に行うことのできるポスト処理機能の開発を行っています。 室内被害の可視化映像は防災教育への活用が期待できるため、室内被害シミュレーション結果からリアリティの高い可視化を行うことのできるポスト処理機能の開発を行っています。
