Updated on 2024/04/18

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NISHITANI, Akira
 
Affiliation
Faculty of Science and Engineering
Job title
Professor Emeritus
Degree
Master of Engineering
工学修士 ( 早稲田大学 )
Doctor of Engineering
工学博士 ( 早稲田大学 )
Doctor of Philosophy
学術博士 ( コロンビア大学 )

Research Experience

  • 1993
    -
     

    Waseda University, Professor

  • 1988
    -
    1993

    Waseda University, Associate Professor

Education Background

  •  
    -
    1980

    Columbia University   Graduate School Arts and Sciences   Civil Engineering and Engineering Mechanics  

  •  
    -
    1973

    Waseda University   School of Science and Engineering  

Professional Memberships

  •  
     
     

    International Association for Structural Control&Monitoring

  •  
     
     

    日本地震工学会

  •  
     
     

    震災予防協会

  •  
     
     

    日本風工学会

  •  
     
     

    日本材料学会

  •  
     
     

    免震構造協会

  •  
     
     

    日本鋼構造協会

  •  
     
     

    日本コンクリート工学協会

  •  
     
     

    Architectural Institute of Japan

  •  
     
     

    日本学術振興会 制震(振)構造技術第157委員会

  •  
     
     

    計測自動制御学会

  •  
     
     

    土木学会

  •  
     
     

    日本学術会議第17期メカニクス構造研究連絡委員会

  •  
     
     

    日本学術会議第18期メカニクス構造研究連絡委員会

  •  
     
     

    国際構造制御学会(International Association for Structiral Control)

  •  
     
     

    International Association for Structiral Control

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Research Areas

  • Building structures and materials

Research Interests

  • Structural Control

 

Papers

  • Semiactive control strategy for smart base isolation utilizing absolute acceleration information

    Y.Nitta, A.Nishitani, B.F.Spencer,Jr

    Structural Control & Health Monitoring   ( 13 )  2005.11

  • 米国における構造教育・建築全般にわたる素養か、幅広い力学的素養か?

    西谷章

    建築雑誌   120 ( 1537 ) 10 - 11  2005.09

  • Smart concept,smart structures and smart sensing:Next generation of structural control,

    A.Nishitani, Y.Nitta, T.Nagai

    Proc.of US-Korea Joint Seminar/Workshop on Smart Structures Technologies     45 - 50  2004.09

  • Smart concept and smart sensoring:New direction of structural control,

    A.Nishitani, Y.Nitta, T.Nagai

    Proc.the 3rd European Conference on Structural Control   1   M3-17 - M3-20  2004.07

  • 構造教育・現代に求められる教育をめぐって

    西谷章

    建築雑誌   118 ( 1511 ) 46 - 47  2003.11

  • 各層を単位とするサブシステムの同定に基づく剛性のヘルスモニタリ

    仁田佳宏, 西谷章

    日本建築学会 構造系論文集   ( 573 ) 75 - 79  2003.11

  • Semiactive structural-control based on variable slip-force level dampers

    A Nishitani, Y Nitta, Y Ikeda

    JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING-ASCE   129 ( 7 ) 933 - 940  2003.07  [Refereed]

     View Summary

    This paper presents a semiactive control strategy based on variable slip-force level dampers. The proposed scheme controls only the slip-force level of the friction damper in such a way that the damper exhibits bilinear hysteresis with a ductility factor equal to two regardless of the level of seismic excitation. With a constant ductility factor maintained in any seismic event, the damper behaves like a linear system in response to any seismic excitation. For implementation of this scheme in multistory buildings, an autonomous-decentralized type of control system is constructed. In such a control system, a number of subcontrol systems are present, each of which is controlled by the decentralizing or local controller utilizing local response information. The fundamental idea is first presented through the application of this control scheme to a single-degree-of-freedom structure. The extension of the scheme to a multistory building structure is then discussed. Finally, the feasibility of utilizing oil dampers for the proposed control strategy is experimentally examined.

    DOI

  • 巻頭言・構造制御とSmart概念

    西谷章

    MENSHIN    2003.05

  • 可変スリップレベルダンパの概念によるセミアクティブ振動制御に関する基礎的研究

    西谷章, 仁田佳宏他

    日本建築学会 構造系論文集   ( 558 ) 93 - 100  2002.08

  • 絶対加速度応答のみの計測に基づく2段階からなる構造システム同定

    仁田佳宏, 西谷章

    日本建築学会 構造系論文集   ( 568 ) 91 - 97  2002.08

  • Overview of the application of active/semiactive control to building structures in Japan

    A Nishitani, Y Inoue

    EARTHQUAKE ENGINEERING & STRUCTURAL DYNAMICS   30 ( 11 ) 1565 - 1574  2001.11  [Refereed]

     View Summary

    Perhaps one of the most significant technological innovations in the structural engineering field is the practical application of active and semiactive control to civil structures. A number of structures integrating active, hybrid, and semiactive response control technologies have been constructed in Japan. Most of them are building structures. This paper provides an overview of those building structures, focusing mainly on the types of buildings that are controlled, and on the types of control devices that are implemented. Future directions of structural engineering are also discussed. Copyright (C) 2001 John Wiley & Sons, Ltd.

  • アクティブ制震構造の最近の動向-地震時の安全性向上を目指すセミアクティブ振動制御-

    西谷章

    GBRC   126 ( 104 ) 6 - 12  2001.11

  • 絶対加速度情報を用いた可変スリップレベルダンパによるセミアクティブ制御

    仁田佳宏, 西谷章

    日本建築学会 構造系論文集     85 - 91  2001.11

  • 免震構造の設計が窮屈になっていないか

    西谷章

    建築雑誌   116 ( 1478 ) 71 - 71  2001.10

  • 制御時の応答情報を利用した制振システムの再構築

    構造工学論文集   46B  2000.03

  • 準最適制御理論を用いた中間階免震層の最適設計

    日本建築学会大会学術講演梗概集(中国)   構造II  1999.09

  • 可変摩擦ダンパを用いた制震構造物の振動台実験

    日本建築学会大会学術講演梗概集(中国)   構造II  1999.09

  • TMD機能を付与したAMDと履歴ダンパの複合による制震システムの設計

    日本建築学会大会学術講演梗概集(中国)   構造II  1999.09

  • 制御時の応答情報を利用した制振システムの再構築

    日本建築学会大会学術講演梗概集(中国)   構造II  1999.09

  • Semi-active Structural Control with Variavle Friction Dampers

    Proceedings of the 1999 American Control Conference    1999.06

  • 風外力を受ける建築構造物のH∞制御理論による制振

    Dynamics and Design Conference'99 講演論文集/日本機会学会   A,pp.79-82  1999.03

  • Structural Control System Design Involving Identification Process

    Proceedings of the Second World Conference on Structural Control   3,pp.2297-2304  1998.12

  • Model Reduction for Active-controlled Building Structure

    Proceedings of the Second World Conference on Structural Control   3,pp.2231-2240  1998.12

  • Variable Feedback Gain Based Active Structural Control Accounting for AMD Constraints

    Proceedings of the Second World Conference on Structural Control   2,pp.1577-1584  1998.12

  • AMDと履歴ダンパの複合による制震システムの設計

    第10回日本地震工学シンポジウム論文集   1,pp.269-274  1998.11

  • Structural Control and Parameter Fluctuations of Controlled Systems

    Structural Safety and Reliability (Proceedings of ICOSSAR'97)   2,pp.1039-1045  1998.10  [Refereed]

  • アクティブ制震構造建築物のトータルデザイン

    鹿島学術振興財団    1998.10

  • 第2回世界構造制御会議(2.全体概要)

    地震工学振興会ニュース/震災予防協会   162,pp.17-20  1998.10

  • アクティブ/ハイブリッド制御の将来展望

    第10回日本地震工学シンポジウム・パネルディスカッション資料集   pp.111-116  1998.10

  • 振動インテンシティによる制振構造物のエネルギー的評価

    日本建築学会大会(九州)学術講演梗概集   構造II,pp.885-886  1998.09

  • AMDと履歴ダンパの複合による制震システムの設計

    日本建築学会大会(九州)学術講演梗概集   構造II,pp.807-808  1998.09

  • 制振対象の低次元化モデルを用いた制振システムの一貫設計-(その2 振動特性同定に基づく一貫設計)

    日本建築学会大会(九州)学術講演梗概集   構造II,pp.773-774  1998.09

  • 制振対象の低次元化モデルを用いた制振システムの一貫設計-(その1 実観測値の適用が可能な低次元化手法)

    日本建築学会大会(九州)学術講演梗概集   構造II,pp.771-772  1998.09

  • 各層ごとの減衰評価による構造ヘルスモニタリング

    日本建築学会大会(九州)学術講演梗概集   構造II,pp.759-760  1998.09

  • 第2回世界構造制御会議

    建築雑誌   113;1425,pp.136  1998.08

  • Application of Active Structural Control in Japan

    Progress in Structural Engineering and Materials   1 ( 3 ) 301 - 307  1998.04

  • 可変摩擦ダンパによるセミアクティブ制震

    第5回運動と振動の制御シンポジウム講演論文集   97-31,pp.38-41  1997.11

  • 構造物の一部を用いた低次元化モデルによる制振システムの設計法

    第5回運動と振動の制御シンポジウム講演論文集   97-31,.pp57-59  1997.11

  • Structural Control and Parameter Fluctuations of Controlled Systems

    Proceedings of ICOSSAR'97    1997.11  [Refereed]

  • 準最適制御の1手法として分割設計法の提案

    日本建築学会大会学術講演慷慨集   構造B;2,pp.867-868  1997.09

  • 可変摩擦ダンパーを用いたセミアクティブ制御

    日本建築学会大会学術講演慷慨集   構造B;2,pp.759-760  1997.09

  • AMDを利用した建築構造物の偏心率の推定

    日本建築学会大会学術講演慷慨集   構造B;2,pp.795-796  1997.09

  • AMDのストローク限界を考慮した可変ゲイン制御

    日本建築学会大会学術講演慷慨集   構造B;2,pp.781-782  1997.09

  • AMDの性能限界を考慮する可変ゲイン制御

    日本建築学会大会学術講演慷慨集   構造B;2,pp.785-786  1997.09

  • 波動理論を用いた制震構造物の各層減衰比の同定

    日本建築学会大会学術講演慷慨集   構造B;2,pp.797-798  1997.09

  • Variable Gain-Based Structural Control Considering the Limit of AMD Movement

    Proceedings of the 35th IEEE Conference on Decision and Control   96CH35989  1996.12  [Refereed]

  • Concept of Model Reduction for Structural Control

    Second International Workshop on Structural Control /Workshop Papers    1996.12

  • 制震構造の国際共同研究

    建築技術   559   107 - 108  1996.10

  • 地震動の位相情報と構造物の応答の関係

    日本建築学会(近畿)学術講義梗概集    1996.09

  • 複数の手法による常時微動時の減衰評価法

    日本建築学会(近畿)学術講義梗概集    1996.09

  • 地震応答予測を目的としたAMDによる振動モード特性の同定

    日本建築学会(近畿)学術講義梗概集    1996.09

  • AMDを利用した建築構造物の偏心比の推定

    日本建築学会(近畿)学術講義梗概集    1996.09

  • AMDのストローク限界を考慮する可変ゲイン制御

    日本建築学会(近畿)学術講義梗概集    1996.09

  • Absolute Acceleration Measurement Based H∞ Structural Control System Design

    Proceedings of 11th World Conference on Earthquake Enginering    1996.06

  • Structural System Identification with Active Mass Damper Used for Providing Input Excitation

    Proceedings of 11th World Conference on Earthquake Enginering    1996.06

  • ハンディブック建築

    オーム社    1996.05

  • AMDのストロークを考慮する可変ゲイン制御

    第20回地震工学・応用地学に関するシンポジウム/東京工業大学・慶応大学・早稲田大学    1996.03

  • AIJ Recommendation for Loads on Buildings

    日本建築学会    1996.02

  • AIJ Recommendation for Loads on Buildings

    日本建築学会    1996.02  [Refereed]

  • AMDを利用した捩れを含む建築構造物の振動特性同定

    構造物の安全性・信頼性(JCOSSAR '95論文集)/日本学術会議   3  1995.11

  • H∞ Structural Controller Design Based on Absolute Acceleration Measurement

    Proceedings of the 1995 Design Engineering Technical Conferences/ASME   3;Part C  1995.09

  • 地震と制震(振)構造

    日本学術振興会協力会報/日本学術振興会   67   8 - 16  1995.09

  • 超々高層建築物のエレベータ配置の最適化

    日本建築学会大会学術講演梗概集/日本建築学会   建築計画I  1995.08

  • 構造同定を目的とした加速度データにもとづく線形回帰モデルの係数決定法

    日本建築学会大会学術講演梗概集/日本建築学会   構造II  1995.08

  • 絶対加速度計測にもとづくH制振システムの応答制御実験

    日本建築学会大会学術講演梗概集/日本建築学会   構造II  1995.08

  • Future direction of automatic structural control: Semiactive control and artificial nonlinearity

    A.Nishitani

    Proceedings of Symposium in Honor of Takuji Kobori     79 - 85

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Books and Other Publications

  • 未来を拓く新しい建築システム(共著)

    西谷章

    建築資料 研究社  2006.01

  • Recent developments in structural control research,developments and practice in japan

    Y.Fujino, A.Nishitani, H.Iemura

    Proc.of the 4th International Workshop on Structural Control  2005.06

  • すぐにわかる構造力学

    西谷章

    鹿島出版会  2004.10

  • 建築物荷重指針・同解説(2004)(分担執筆)

    西谷章

    日本建築学会  2004.09

  • アエラムック新版・建築学がわかる。(分担執筆)

    西谷章

    朝日新聞社  2004.08

  • 建築と工学(共著)

    西谷章

    彰国社  2003.11

  • 最適設計ハンドブック(共著)

    西谷章

    朝倉書店  2003.02

  • ハンディブック建築・改定2版(共著)

    西谷章

    オーム社  2002.09

  • 建築の構造(共著)

    西谷章

    彰国社  2002.07

  • 鉄筋コンクリート構造入門・改定版

    西谷章

    鹿島出版会  2001.02

  • 初学者のための新・建築構造入門

    西谷章

    鹿島出版会  2000.10

  • Structural Control Based on Semi-active Variable Friction Dampers

    Proceedings of 12th World Conference on Earthquake Engineering (CD-ROM)  2000.01

  • Hybrid Structural Control Combining Active Mass Driver and Hysteretic Damper Systems

    Proceedings of 12th World Conference on Earthquake Engineering (CD-ROM)  2000.01

  • Structural System Identification Based on Subsystem Analyses

    Proceedings of 12th World Conference on Earthquake Engineering (CD-ROM)  2000.01

  • Application of Active, Hybrid and Semi-Active Structural Control in Japan : Recent State

    Proceedings of the International Post-SMiRT Conference Seminar on Seimic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibrations of Structures  1999.08

  • Proceedings of the Second World Conference on Structural Control

    John Wiley  1998.12

  • 地震と建築・耐震構造から「制震構造」への大きな変化

    アエラムック建築学がわかる。(共著)  1997.09

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Works

  • 早稲田大学理工系新棟の構造設計

    1989
    -
     

  • 早稲田大学大久保キャンパス55号館 構造基本設計

    Artistic work 

Research Projects

  • Health monitoring scheme of building structures based on only the data of measured inter-story drift deformations

    Project Year :

    2014.04
    -
    2017.03
     

     View Summary

    Inter-story drift deformations are of great significance in judging building safety after a seismic event. The PI's group has already developed innovative drift displacement measurement sensors. This research aims at constructing a structural health monitoring scheme only with the measured drift displacement data utilized. To demonstrate the sensor usefulness, measurement was conducted in the opportunity of an E-defense shake table test. Toward more practical use, the sensor has been improved in terms of smaller sizing and more accurate measurement. The following judgement scheme without any prior information required has been presented: the damaged beam locations are identified after estimating story yield deformation values with the measured residue displacement data and computing the story cumulative plastic deformation values. From the practical standpoint, a methodology of estimating all the story deformations with the limited story measurement data has been propose

  • 層間変位計測を前提とした建築構造物の簡易健全度判定システムの構築

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    Project Year :

    2014
    -
    2016
     

  • Health monitoring scheme of building structures based on only the data of measured inter-story drift deformations

    Project Year :

    2014
    -
    2016
     

     View Summary

    Inter-story drift deformations are of great significance in judging building safety after a seismic event. The PI's group has already developed innovative drift displacement measurement sensors. This research aims at constructing a structural health monitoring scheme only with the measured drift displacement data utilized. To demonstrate the sensor usefulness, measurement was conducted in the opportunity of an E-defense shake table test. Toward more practical use, the sensor has been improved in terms of smaller sizing and more accurate measurement. The following judgement scheme without any prior information required has been presented: the damaged beam locations are identified after estimating story yield deformation values with the measured residue displacement data and computing the story cumulative plastic deformation values. From the practical standpoint, a methodology of estimating all the story deformations with the limited story measurement data has been propose

  • Building diagnosis based on interstory drift displacement sensing and its effectiveness examination through real building experiments

    Project Year :

    2009
    -
    2011
     

     View Summary

    This research has proposed a building diagnosis scheme based on the direct sensing of interstory drift displacements. The proposed scheme has been examined by experiments using real buildings.

  • Building diagnosis based on interstory drift displacement sensing and its effectiveness examination through real building experiments

    Project Year :

    2009
    -
    2011
     

     View Summary

    This research has proposed a building diagnosis scheme based on the direct sensing of interstory drift displacements. The proposed scheme has been examined by experiments using real buildings

  • Research Plan for Sensor-based Infrastructure Systems toward High Safety, Security and Service

    Project Year :

    2005
     
     
     

     View Summary

    The design, fabrication, and construction of smart infrastructures is one of the ultimate challenges to engineering researchers today. Because they form the essence of system intelligence, one of the cores of smart structures technology centers around innovative sensors and sensor systems. Structural health monitoring (SHM) represents one of the primary applications for new sensor technologies. Indeed, much attention has been focused in recent years on the declining state of the aging infrastructure in Japan. These concerns apply not only to civil engineering structures, such as the nation's bridges, highways, and buildings, but also to other types of structures, such as the aging fleet of aircraft currently in use by domestic and foreign airlines. However, an important issue to smart structures is dealing with the wealth of information produced by the dense array of smart sensors ; therefore, networking and information technology become crucial areas. In this research project synergistic integration of key technologies such as modern sensors and feedback controls for design and construction of engineering systems and issues on the application and implementation to urban infrastructure systems are deeply discussed. A roadmap towards the goal is also presented

  • Research Plan for Sensor-based Infrastructure Systems toward High Safety, Security and Service

    Project Year :

    2005
     
     
     

     View Summary

    The design, fabrication, and construction of smart infrastructures is one of the ultimate challenges to engineering researchers today. Because they form the essence of system intelligence, one of the cores of smart structures technology centers around innovative sensors and sensor systems. Structural health monitoring (SHM) represents one of the primary applications for new sensor technologies. Indeed, much attention has been focused in recent years on the declining state of the aging infrastructure in Japan. These concerns apply not only to civil engineering structures, such as the nation's bridges, highways, and buildings, but also to other types of structures, such as the aging fleet of aircraft currently in use by domestic and foreign airlines. However, an important issue to smart structures is dealing with the wealth of information produced by the dense array of smart sensors ; therefore, networking and information technology become crucial areas. In this research project synergistic integration of key technologies such as modern sensors and feedback controls for design and construction of engineering systems and issues on the application and implementation to urban infrastructure systems are deeply discussed. A roadmap towards the goal is also presented

  • 建築システムの高度化に関する総合的研究

    文部科学省 

    Project Year :

    1999
    -
    2003
     

  • Development of Dynamic Intelligent Structures for Large Earthquakes

    Project Year :

    1997
    -
    2001
     

  • Structural Control and Base Isolation Systems

    Project Year :

    1998
    -
     
     

  • Mega Structures

    Project Year :

    1993
    -
    1996
     

  • U.S.-Japan Cooperative Research on Structural Control

     View Summary

    Remarkable developments of active structural response control technology have been made in civil and architectural engineering fields. In the 9th World Conference on Earthquake Engineering (9WCEE) held in 1988, recent studies for structural response control were reported and discussed, and a great interest in response control technology arose in many researchers and engineers. The main objective of active response control of structures is the reduction of response induced by uncertain dynamic disturbances such as earthquakes or strong winds. Actively controlled systems in civil and building structures are mainly the type using control force generated by actuators or the type with devices for changing structural characteristics such as stiffness or damping.To start this research project, updating and rearrangements of databases for recent studies of response control technology in the mechanical, civil and architectural engineering fields, were carried out. These materials were accumulated from databases based on investigations by cooperative research group of Japan and the U.S.started since 1994. Most recent databases are arranged systematically on several physical objectives : control theorem, control device and system design for practical applications. State-of-Art-Report for each research objective was published through detailed investigations and discussions by research project groups composed from researchers of Japan and the U.S.Earthquake response data of the buildings equipped with structural control devices during Northridge Earthquake in January 17,1994 and Hyogoken Nanbu Earthquake in January 17,1995, was collected. Then, characteristics of behavior of these controlled building structures during earthquakes were studied by comparing observational and analytical data. In March, 1996, U.S.-Japan workshop in cooperative research on structural control were held in Kyoto/Japan. This workshop is closely related with the research program "Development of Intelligent Structural Control for Large Earthquakes" which was submitted to the Japanese Society for the Promotion of Science. The Principal Investigator and researchers of this program mainly planned and managed the workshop. During the workshop, the participants inspected the real size structural control test facilities at Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University, and exchanged information on development of innovative structural control systems.Recent developments concerning active control are reported both by Japanese and U.S.researchers. The contents were selected from special theme session of "Active Control of Stuctures" in the 11th World Conference of Earthquake Engineering (11WCEE) held in June, 1996. Then, a new direction was proposed. In December, 1996, the 2nd international workshop of structural control was organized as a program of this work, and summarizes "Building Control", "Bridge Control", "Health Monitoring", "Case Studies of Control" and "Design Philosophy of Control Codes"

  • AMDを加振源に利用したモード同定にもとづく多自由度系構造物のH^∞制御設計

     View Summary

    本研究は、本来アクティブ制振構造のためのアクチュエータであるAMD(Active Mass Damper)を、建築構造物同定のための加振源として利用し、線形回帰モデルを用いて構築した制御モデルから、実際の制振システムを構成し、その有効性をシミュレーションおよび実験によって、検証するものである。研究の成果として得られたことを以下に整理する。1.構造物の固有振動数、減衰定数の推定に当たっては、加速度データに比べて、速度データの方が精度の点で、より良い結果を与える。速度データを用いると、低次モードが強調されるため、同定しやすいモデルとなる。とくに実験においては、速度データは加速度を積分して求めたため、積分時のロ-パスフィルタの効果が発揮され、高周波の雑音の除去に役立ったことも理由として挙げられる。2.固有振動数の同定に比べて、減衰定数の方が同定しにくく、データ数が特に少ない場合は、精度の点でかなりの差が見られる。3.同定した低次モードから制御モデルを構築し、H^∞制御を用い、ロバスト安定な制御が行われていることを確認した。実験は、4層のせん断モデルに対して衝撃応答試験により行い、シミュレーションとの対応が取れていたことを確認した。4.この同定手法は、常時微振動測定による同定結果との比較を行うためのもう1つの手段を提供することにもなり、今後は両者の比較の応用する予定である

  • 制振構造システムデザインのための減衰評価を含む構造同定に関する研究

     View Summary

    構造物のモード特性の同定として、アクティブ制振構造に用いるAMD(Active Mass Damper)を利用した同定および常時微振動による同定の2つの手法に対してシミュレーションおよび実験を行い、以下の成果が得られた。1.AMDを用いた振動モード特性の同定4層並進・捩れ系構造物を対象として、最上層に設置されたAMD 1台で、並進・捩れのモード特性を同定した。並進・捩れ非連成系の同定においては、重心から離れた場所に入力を与え、並進・捩れそれぞれ1入出力として同定が行えることをシミュレーションおよび実験により確認した。連成系の同定では、非連成系と異なり多入出力系の同定となるが、回転中心を除きAMDの位置に関わらず固有振動数・減衰定数・振動モードが得られることをシミュレーションにより示した。さらに、同定した低次モードのみから、刺激係数をもとめる方法を提示し、地震応答予測が可能な数学モデルに置き換えるまでの方法を構築した。この方法の有効性を検証するため、4層せん断系構造物の実験モデルを作製し、実験をおこなった。振動台を用いて加振した実験モデルの地震応答と、同定により構築した数学モデルの地震応答を比較し、充分な精度で地震応答予測が可能であることを確認した。2.常時微振動による同定早稲田大学51号館を対象として、自己相関関数法、パワースペクトル法、RD法により、減衰評価をおこない、それぞれの手法の特性および誤差の特色を把握した。これら3つの手法で得られた減衰定数から真値により近い減衰を把握すること、およびAMDを用いた同定とこれらの常時微振動の結果をどのように結び付けるかが今後の研究課題として残っている

  • Total Design for Structural Control

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    Faced with the rapid development of structural control technologies in the field of civil engineering, building design philosophy has been changing its traditional concept. However, in the current stage, active control of structures is still under development and hence not for ensuring the safety during large earthquakes. One of the major purposes of this research is to construct an intelligent control system which can work even in case of large earthquake. To do this, two systems are demonstrated to have their promising possibilities : one is a hybrid control system combining variable gain-based active mass damper (AMD) with hysteretic damper and the other is a semi-active system utilizing variable friction damper.For the purpose of constructing an appropriate reduced model for controlled high-rise building structures, the concept of model reduction for a controlled structure is presented and the effectiveness of the control system design based on such a concept is demonstrated

  • Activity seismic-response control of structures integrating base isolation systems

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    A design methodology for structures integrating semiactively-controlled variable friction dampers into base isolation systems is mainly focused on in this research. These variable friction dampers control only their slip-force levels in such a way as to exhibit hystereses having the similar shapes, and therefore they can be referred to as "variable slip-force level dampers."Relatively simple control algorithm has been proposed utilizing the motion characteristics of base-isolation structures that the acceleration responses of the floors above the base isolators are almost the same each other, in particular for the case of severe earthquake. Base isolation structures incorporating the dampers based on such a control algorithm have been demonstrated to give a good performance in seismic event. These actively-controlled structures have the following beneficial characteristics: (1) Control can be conducted only based on the acceleration response of the base isolators; and (2) Robust control can be provided even if the actual dynamical characteristics of the base isolators are more or less different from the one expected in the design stage.In addition, the total design methodology for and entire building structure having the proposed semiactively-controlled base isolation system in the middle story is investigated

  • Response control of building structures based on autonomous-decentralized semiactive control scheme

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    The head investigator has area proposed the concept of variable -force level dampers as autonomous-decentralized semiactive control system accounting for the use of controllable oil hydraulic dampers. Based upon the proposed concept this research mainly deals with several issues on the use of MR dampers.In MR fluid contained in MR dampers the sedimentation of strong magnetic corpuscles inside occurs along with the time passage. This phenomenon changes certain mechanical property of MR fluid. A control algorithm is proposed with this effect considered.From the mathematical treatment point of view, it is demonstrated that elastic perfectly plastic modeling technique effectively describes the behavior of MR dampers. Utilizing this modeling technique the control algorithm targeting at a damper ductility factor of two is proved to make optimum energy dissipation in case of ideal steady-state sinusoidal excitation. Computer simulations demonstrates that MR damper based variable slip-force level dampers could work out with this algorithm even during nonstationary seismic excitation,It is also demonstrated that the controller using a manufactured microprocessor could work as effectively as the controller using PC.In addition, the concept of "autonomous-decentralized" system is also very effective for conducting structural health monitoring of the buildings in certain local area. Smart, wireless sensor based urgent assessment scheme of those buildings is proposed as autonomous-decentralized health monitoring network

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Industrial Property Rights

  • 変位計測装置

    5610427

    谷井 孝至, 仁田 佳宏, 金川 清, 松谷 巌, 大泊 巌, 西谷 章, 庄子 習一

    Patent

  • 変位計測装置

    5544619

    松谷 巌, 大泊 巌, 西谷 章, 庄子 習一, 谷井 孝至, 仁田 佳宏, 金川 清

    Patent

  • 傾斜角度測定器

    庄子 習一, 谷井 孝至, 大泊 巌, 西谷 章, 仁田 佳宏, 金川 清, 松谷 巌, 冨士 良太

    Patent

  • 変位計測装置、及び変位計測方法

    谷井 孝至, 金川 清, 松谷 巌, 大泊 巌, 西谷 章, 庄子 習一, 仁田 佳宏

    Patent

  • 変位計測システムを用いた建築物の施工管理方法

    5137875

    谷井 孝至, 松谷 巌, 大泊 巌, 西谷 章, 庄子 習一, 仁田 佳宏, 金川 清

    Patent

 

Internal Special Research Projects

  • 限られた層の層間変位計測に基づく全層推定法の確立と損傷度判定手法の構築

    2017   西谷 章

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     地震時の応答データとして加速度・速度・変位などがあるが、層間変位データは、地震後の建物の健全性を判断する指標として特に有用である。このため、加速度計測であっても、それらを層間変位に換算することを前提とした「健全度判定法」が種々提案されている。しかしながら、高層ビルを対象とした場合、全層へのセンサー配置は非現実的であり、限られた層へのセンサー配置を前提とした「枠組み」の構築が現実的な対応となる。本研究では、限定層のデータから全層データを推定する手法として、事前に建物の構造情報を必要としない「3次元スプライン法」を採用した。最下階、最上階における境界条件に工夫を加え、精度よく推定する手法を確立した。

  • 事前情報を利用した適応型セミアクティブ免・制震構造の確立

    2005   前田寿朗

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     事前情報を活かした免震効果のセミアクティブ制御による高度化を目的として、計算機シミュレーションによる検討を行った。 免震構造においては、免震層がゆっくりと大変形することで地震のエネルギーを吸収し、上部構造の層間変形が通常の建物の半分以下に抑えられる効果が生み出される。ただし、免震層が擁壁までのクリアランス以上に揺れてしまうと、衝突による衝撃が建物に加わり、悪影響を及ぼす。このため、気象庁の緊急地震情報のようなかたちで、直前に大きな地震到来の情報が得られれば、免震層の減衰を通常よりも大きく制御するなどの仕組みを備えたり、より制御工学的なリアルタイムのダンパー・セミアクティブ制御を行うことで、変形を抑えたり、さらに望ましくは変形を抑えながら加速度抑制効果も向上させるように、免震効果を効果的に発揮させることも可能となる。このような目的で、研究を実施した。 まずは、減衰の変化が応答に及ぼす影響を定量的に把握した。減衰の切替えは免震層の応答を変化させることになるが、一般に免震層を形成する積層ゴムおよびダンパーの機械的性質(剛性、減衰係数、リリーフ荷重など)は製品によるばらつきが存在し、このばらつきを原因とした応答変動は避けられず、設計時点での応答予測値とは多かれ少なかれずれが生じる。このような応答の変動状況を定量的に評価しておけば、減衰を制御したときの応答予測のデータとしても、また応答変動を考慮したうえでの制御を構築するさいのデータとしても活用できる。このため、免震層の機械的性質のばらつきによる応答変動評価を行った。 次に、当研究室で提案してきている可変スリップレベルダンパー型のセミアクティブ制御を適用する目的で、MRダンパーの使用を前提とした基礎的な検討を行った。非線形Maxwellモデルとして表されるMRダンパーを可変スリップレベルダンパーとして用いるときの、制御則の妥当性や履歴の性状について定量的な検討を加え、あわせて実験も実施している。 また、事前情報を利用した制御を行ったときの、セミアクティブ制御効果に関しては、減衰係数を可変とする制御、リリーフ荷重を可変とする制御の両者を中心に、シミュレーションを実施し、その効果を確認した。 

  • 建築構造物のための自律分散セミアクティブ制御システムの開発

    2003  

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    本研究は、建築構造物のためのセミアクティブ自律分散制御システムの開発を目的に、セミアクティブ自律分散制御のあり方を探るための基礎研究として、(1)ダンパ試験機を用いたダンパ加力試験と数値解析を組込んだ解析手法の開発、(2)圧電アクチュエータを用いた微振動制御の基礎的検討、について研究を行った。 ダンパ試験機を用いたダンパ加力試験と数値解析を組込んだ解析手法は、構造物の応答を数値解析で、ダンパー応答を加力試験により求め、それらを有機的に複合するものである。まず、初年度にダンパ加力試験と数値解析を交互に行うオフライン的な手法を、次年度に初年度の成果を考慮して、ダンパ加力試験と数値解析を同時に行うオンライン的な手法を提案している。両手法を比較検討することで、提案手法の有効性の確認を行った。また本手法を用いることで、ダンパーの特性と構造物の応答を、より詳細に実物理現象に近い状態で把握可能となる。 圧電アクチュエータを用いた微振動制御の基礎的検討では、まず圧電素子の持つ二つの機能(アクチュエータ/センサ機能)を把握するための単体実験を数多く行い、それぞれの機能について基本的性質を整理した。これら蓄積された実験データと考察に基づいて、圧電素子の構成方程式を考慮した解析モデルを作成し、この解析モデルを用いて新たな制御則を提案するに至っている。また実構造物に圧電アクチュエータを設置して振動制御を行うことを想定し、小型片持ち梁模型による振動台実験を行い、本振動制御手法の有効性について、確認している。

  • 免震機構を複合した制震建築物に関する研究

    1999  

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     近年、建築構造の世界は大きな転換期を迎えており、ここ10年間の免震、制震構造の本格的な実用化を契機として、従来の枠組みを超えた新たな耐震設計の提案が行われている。制震システムは、既に非常に多くの装置が開発されおり、今後これらの装置が複合されることが予想される。本研究では、免震機構を利用した制震システムとして、構造物に免震層を組み込み、その層より上層にTMD,AMDの機能をもたせるシステムおよび免震積層ゴム支承を利用した新たな制御システムの設計法を提案し、コンピュータシミュレーションによりその有効性を確認した。1.中間層免震によるシステム 本システムでは、構造物の中間階に柔らかく、変形能力の大きな免震層を設け、これより上層をTMDあるいはAMDとして機能させる。この制御システムにより、従来型の付加マス方式に比べ、マス比が増大し効果的な制御を行うことができる。本研究では、準最適制御理論による以下のような特徴をもつ設計手法を示した。(i)構造物を低次元化モデルで表すことにより、少ない計算量で最適化を行える。(ii)免震層より下層部の応答低減はもちろん、動吸振器としての役割を担う上層部分の応答低減も行える。2.積層ゴム支承を用いたセミアクティブ制御システム 本手法は、制御機構として、上下を積層ゴムで挟まれた付加マスを考え、この付加マスの特性をセミアクティブ制御により変化させることで、エネルギ吸収を行うもので、効果的な構造物の応答低減が可能となる。

  • アクティブ制震構造物のための構造物低次元化モデルの開発

    1998  

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     1989年のアクティブ制震ビルの誕生以来、多くの高層構造物がAMDやHMDなどの付加マス方式のアクティブ制震を採用している。この付加マス方式により制震を行う場合、すべての制震構造物の状態を観測して、制御を行うことが理想であるが、設置場所などの制約から、すべtの状態を観測することは不可能である。そこで本研究では、観測可能な状態のみを利用して制震を行うための簡便な制御対象構造物の低次元化手法を示すことを目的としている。 本研究の低次元化手法では、制震構造物の特性を表すモーダル有効質量、固有振動数、刺激関数を用いて、制震構造物の応答を観測層の状態のみで構成されるモデルに低次元化する。 本手法の特徴として、以下のことがあげられる。(ⅰ)制御対象構造物を状態観測の行われる層のみで表すことができる。(ⅱ)観測地と低次元化モデルの状態量が一致し、制御に観測地を直接用いることができる。(ⅲ)有効質量がオリジナルモデルに一致する。(ⅳ)アクティブ制震装置の状態量と構造物の状態量を同じ座標系で扱うことができる。 本手法の有効性については、小型建物模型を用いた振動台による振動制御実験および高層建物を想定したコンピュータシミュレーションにより、簡便にアクティブ制震システムの設計を行えることを確認した。

  • 同定手法を応用した制震構造のための低次元化モデルの開発

    1997  

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    1989年に世界初のアクティブ制震建築物が誕生して以来、アクティブ制震構造は、高層建築を中心にその採用が続いている。制震構造の対象となる建築・土木構造物は、従来の制御工学分野が取り扱っていた対象と比べてきわめて巨大であり、動的挙動の自由度が非常に大きいという特色を持っている。 このような意味から、建築・土木分野にふさわしい、制御対象の低次元化モデルの構築法が望まれている。現在、アクティブ制震構造物では、構造物をモード分解し、低次元化を行うことが一般的に行われている。構造物の応答をいくつかの低次モードによって近似し、各モードの時間関数をもとにしたフィードバックから制御力の決定を行っている。この手法では、応答の計測位置等の影響により制震構造システムが不安定に陥ったり、フィードバックする応答の誤差が大きい、等の問題がある。これに対して本研究では、数年来研究している同定手法を応用した低次元化モデル手法を提案している。提案する手法では低次元化モデルの応答をそのままフィードバックして制御を行うことができる。この妥当性、AMDを用いたケースについて考察し、シミュレーションと実験を行って確認した。 本研究で得られた成果により、きわめて多自由度の制御対象となりやすい建築物に対して、取り扱いの比較的容易で、制御効率の点からも望ましい制御対象低次元化モデルを構築することができる。<研究成果の発表>1998年6月“Model Reduction for Active-Control Building Structures”を2WCSC(第2回世界構造制御会議)において発表予定

  • アクティブ制震構造物のトータルデザイン

    1996  

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     近年、建築構造の世界は大きな転換期を迎えようとしている。制震、免震という新技術を契機として、伝統的な耐震構造の枠組みを超えた新たな、構造設計の考え方、あり方が誕生しようとしている。 特に本来的に予測の難しい地震に対して、地震動の大きさ、性状に応じて、建物自らが揺れの制御を行うアクティブ制震構造物は、21世紀に向けての技術として、大きな可能性を秘めており、世界的にも強い注目、期待が寄せられている。 本研究は、このようなアクティブ制震構造建築物を対象に、構造システム全体としての構造計画、トータルデザインに向けての設計規範の開発、すなわちアクティブ制震建築物のための構造計画原論の確率を目指すものである。これにより、建物がもつ耐震性とアクティブ制震を融合した耐震システムが実現される。 この指針の確立に向けて、制震効果評価指数にあたる数量の算出を試みた。特定の地震動を対象とする、いわば特解としての評価ではなく、より一般的な意味において、制御効果が発揮されうる振動特性を備えた建物であるか否かを評価するための指標の算出である。最上層にAMDを持つ建物を対象に、建物振動性状および最上層における制御力の影響を考慮した評価に向けて、コンピュータシミュレーション・データを蓄積した。 また、制御対象としては、とくに大きすぎる自由度を持つモデルとなりやすい建築物の、低次元化モデルの開発も合わせて行っている。物理的な意味の明確な低次元化モデルを確立することは、限られた観測データを有効に活かして、適切な制御力を決定する観点から非常に有用である。 以上の、評価のための指標の確立、および制御対象である建物の、物理的意味の明確な低次元化モデルの構築は、制震構造物のトータルデザインのための主要な要素となる。

  • 制振構造システムデザインのための減衰評価を含む構造同定に関する研究

    1995  

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    本研究は,建築構造物の減衰評価を含む構造同定を目的として,アクティブ制振に用いられるAMDを加振源に用いる方法と,常時微振動による2つ方法を各別に検証し,建築構造物への応用を行った。 現在,アクティブ制振構造物に最も多く用いられる制御方法は,建築物の最上層に設置された付加的な質量を,人為的に動かすことによって応答を低減する,AMD(Active Mass Damper)方式である。本研究はこのAMDを制振のためだけでなく,同定のための加振源として構造物を同定するという方法にもとづいている。入出力データから周波数領域での伝達関数,固有振動数・減衰比・モードベクトル等のモード特性を求める代数的計算法を確立し,4層のせん断実験モデルに対してその有効性を示した。さらに地震に対する刺激係数を算出する簡便な方法を提案し,同定された低次モードから地震応答予測を行った。また,一軸偏心をもつ構造物に対しても本方法を応用し,1つのアクチュエータで並進捩れ両方向の同定を行うために注意すべき点を整理した。 常時微振動を用いた建築物の減衰定数の評価では,シミュレーション解析により,カーブフィット法・RD法・自己相関関数法の3つの方法の特性を把握し,実在構造物への応用に際して考慮すべき点を明らかにした。本学51号館を実験対象構造物とし,最上階である18階の屋上のNS,EW方向の加速度計測にもとづき,固有周期・減衰比を3つ方法で推定をおこない,シミュレーション結果との対応を確認した。

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