2024/02/28 更新

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ニシタニ アキラ
西谷 章
所属
理工学術院
職名
名誉教授
学位
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 )

経歴

  • 1993年
    -
     

    早稲田大学 教授

  • 1988年
    -
    1993年

    早稲田大学 助教授

学歴

  •  
    -
    1980年

    コロンビア大学大学院   大学院   土木及び工業力学  

  •  
    -
    1973年

    早稲田大学   理工学部   建築  

所属学協会

  •  
     
     

    国際構造制御モニタリング学会

  •  
     
     

    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

  •  
     
     

    日本建築学会

  •  
     
     

    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)

  •  
     
     

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

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研究分野

  • 建築構造、材料

研究キーワード

  • 構造制御

 

論文

  • 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年11月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年07月

  • 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年11月

  • 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年11月

  • 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年07月  [査読有り]

     概要を見る

    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年05月

  • 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年08月

  • 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年08月

  • 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年11月  [査読有り]

     概要を見る

    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年11月

  • 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年11月

  • 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年10月

  • 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年03月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • Semi-active Structural Control with Variavle Friction Dampers

    Proceedings of the 1999 American Control Conference    1999年06月

  • 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年03月

  • Structural Control System Design Involving Identification Process

    Proceedings of the Second World Conference on Structural Control   3,pp.2297-2304  1998年12月

  • Model Reduction for Active-controlled Building Structure

    Proceedings of the Second World Conference on Structural Control   3,pp.2231-2240  1998年12月

  • 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年12月

  • 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年11月

  • Structural Control and Parameter Fluctuations of Controlled Systems

    Structural Safety and Reliability (Proceedings of ICOSSAR'97)   2,pp.1039-1045  1998年10月  [査読有り]

  • 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年10月

  • 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年10月

  • 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年10月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 第2回世界構造制御会議

    建築雑誌   113;1425,pp.136  1998年08月

  • Application of Active Structural Control in Japan

    Progress in Structural Engineering and Materials   1 ( 3 ) 301 - 307  1998年04月

  • 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年11月

  • 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年11月

  • Structural Control and Parameter Fluctuations of Controlled Systems

    Proceedings of ICOSSAR'97    1997年11月  [査読有り]

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

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

    Proceedings of the 35th IEEE Conference on Decision and Control   96CH35989  1996年12月  [査読有り]

  • Concept of Model Reduction for Structural Control

    Second International Workshop on Structural Control /Workshop Papers    1996年12月

  • 制震構造の国際共同研究

    建築技術   559   107 - 108  1996年10月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • 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年09月

  • Absolute Acceleration Measurement Based H∞ Structural Control System Design

    Proceedings of 11th World Conference on Earthquake Enginering    1996年06月

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

    Proceedings of 11th World Conference on Earthquake Enginering    1996年06月

  • ハンディブック建築

    オーム社    1996年05月

  • 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年03月

  • AIJ Recommendation for Loads on Buildings

    日本建築学会    1996年02月

  • AIJ Recommendation for Loads on Buildings

    日本建築学会    1996年02月  [査読有り]

  • 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年11月

  • H∞ Structural Controller Design Based on Absolute Acceleration Measurement

    Proceedings of the 1995 Design Engineering Technical Conferences/ASME   3;Part C  1995年09月

  • 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年09月

  • 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年08月

  • 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年08月

  • 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年08月

  • 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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書籍等出版物

  • 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年01月

  • 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年06月

  • すぐにわかる構造力学

    西谷章

    鹿島出版会  2004年10月

  • 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年09月

  • 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年08月

  • 建築と工学(共著)

    西谷章

    彰国社  2003年11月

  • 最適設計ハンドブック(共著)

    西谷章

    朝倉書店  2003年02月

  • ハンディブック建築・改定2版(共著)

    西谷章

    オーム社  2002年09月

  • 建築の構造(共著)

    西谷章

    彰国社  2002年07月

  • 鉄筋コンクリート構造入門・改定版

    西谷章

    鹿島出版会  2001年02月

  • 初学者のための新・建築構造入門

    西谷章

    鹿島出版会  2000年10月

  • Structural Control Based on Semi-active Variable Friction Dampers

    Proceedings of 12th World Conference on Earthquake Engineering (CD-ROM)  2000年01月

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

    Proceedings of 12th World Conference on Earthquake Engineering (CD-ROM)  2000年01月

  • Structural System Identification Based on Subsystem Analyses

    Proceedings of 12th World Conference on Earthquake Engineering (CD-ROM)  2000年01月

  • 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年08月

  • Proceedings of the Second World Conference on Structural Control

    John Wiley  1998年12月

  • 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年09月

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Works(作品等)

  • 早稲田大学理工系新棟の構造設計

    1989年
    -
     

  • 早稲田大学大久保キャンパス55号館 構造基本設計

    芸術活動 

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 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

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2017年03月
     

     概要を見る

    層間変位は地震後の建物健全度判定に有用な情報となる。代表者のグループは、他に先駆けて、実建物に適用可能な層間変位の直接計測センサを開発している。本研究は、このセンサによる計測を前提とした簡易な健全度判定・損傷個所推定ステムの構築を目的としている。E-ディフェンス加振実験での層間変位センサによるデータ計測、センサのより小型化、より正確なデータ計測に向けたセンサ改良を実施している。健全度判定として、計測残留変位情報を利用した層降伏変位の推定、この推定値に基づく累積塑性変形量の算出と損傷梁位置の推定を提示した。現実的な対応として、限定層のセンサ計測を前提とした全層層間変位推定法も構築している

  • 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))

    研究期間:

    2014年
    -
    2016年
     

  • 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))

    研究期間:

    2014年
    -
    2016年
     

     概要を見る

    層間変位は地震後の建物健全度判定に有用な情報となる。代表者のグループは、他に先駆けて、実建物に適用可能な層間変位の直接計測センサを開発している。本研究は、このセンサによる計測を前提とした簡易な健全度判定・損傷個所推定ステムの構築を目的としている。E-ディフェンス加振実験での層間変位センサによるデータ計測、センサのより小型化、より正確なデータ計測に向けたセンサ改良を実施している。健全度判定として、計測残留変位情報を利用した層降伏変位の推定、この推定値に基づく累積塑性変形量の算出と損傷梁位置の推定を提示した。現実的な対応として、限定層のセンサ計測を前提とした全層層間変位推定法も構築している

  • 変位計測に基づく健全度診断システムの構築と実建物の加振実験による検証

    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(B))

    研究期間:

    2009年
    -
    2011年
     

     概要を見る

    本研究は,新たな概念による層間変位計測センサーの使用を前提とした、健全度診断システムの構築を目指すものである。開発したセンサー、構築した診断システムの有効性確認さらなる改良を目的として、実建物加振実験を実施し検証を行った。

  • 変位計測に基づく健全度診断システムの構築と実建物の加振実験による検証

    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(B))

    研究期間:

    2009年
    -
    2011年
     

     概要を見る

    本研究は,新たな概念による層間変位計測センサーの使用を前提とした、健全度診断システムの構築を目指すものである。開発したセンサー、構築した診断システムの有効性確認さらなる改良を目的として、実建物加振実験を実施し検証を行った

  • センサネットによる知動化都市基盤構造の創出に関する研究企画

    科学研究費助成事業(東京大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    2005年
     
     
     

     概要を見る

    安全安心の向上は大きな国家的な課題である.私的な空間の安全や健康管理などの個人的問題に対しては,受益者や対象が明確であり,センシングや情報技術の実装に関する研究開発が活発である.それに対して,人間活動のかなりの割合を占める公的空間は,対象空間が極めて広く,不特定多数が相手であり,かつ事象も事故・火災・犯罪・地震.・テロなど多種多様であるため,問題は桁違いに複雑である.これに対し本研究では,研究代表者が提唱する,センシングによって状況を「知」り,人間を含む能「動」的アクチュエーションによって現実空間にフィードバックするという「知動化」構想にもとづき,人間や車両などの移動体を利用したセンサ・アクチュエータ・ネットワークによる,安心・安全な「知動化セキュア空間」の実現に必要な技術課題に関するロードマップの構築を目指した.これに向けて,8月には箱根において,20余名のメンバーにより,知動化都市基盤構造の構築に必要な技術,とくにセンシング,ネットワーク技術の体系を議論し,そこでの議論を小冊子の形でまとめた.また,11月には,全米科学財団(NSF)の協力のもとに,日米ワークショップ「センサー,スマート構造とメカトロニックシステムズ」を開催した.日本側は,藤野,保立(ともにメンバー),アメリカ側は,スペンサー教授(イリノイ大学),富塚教授(カリフォルニア大学バークレー校)がホストをとなり,アメリカ側25名,日本側30名の参加を得た.そこでは,センサー,スマート構造,メカトロニックシステムズの実社会,とくに都市基盤構造への適用とその技術的課題について,議論を深め,この分野のロードマップを作ることで合意した

  • センサネットによる知動化都市基盤構造の創出に関する研究企画

    科学研究費助成事業(東京大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    2005年
     
     
     

     概要を見る

    安全安心の向上は大きな国家的な課題である.私的な空間の安全や健康管理などの個人的問題に対しては,受益者や対象が明確であり,センシングや情報技術の実装に関する研究開発が活発である.それに対して,人間活動のかなりの割合を占める公的空間は,対象空間が極めて広く,不特定多数が相手であり,かつ事象も事故・火災・犯罪・地震.・テロなど多種多様であるため,問題は桁違いに複雑である.これに対し本研究では,研究代表者が提唱する,センシングによって状況を「知」り,人間を含む能「動」的アクチュエーションによって現実空間にフィードバックするという「知動化」構想にもとづき,人間や車両などの移動体を利用したセンサ・アクチュエータ・ネットワークによる,安心・安全な「知動化セキュア空間」の実現に必要な技術課題に関するロードマップの構築を目指した.これに向けて,8月には箱根において,20余名のメンバーにより,知動化都市基盤構造の構築に必要な技術,とくにセンシング,ネットワーク技術の体系を議論し,そこでの議論を小冊子の形でまとめた.また,11月には,全米科学財団(NSF)の協力のもとに,日米ワークショップ「センサー,スマート構造とメカトロニックシステムズ」を開催した.日本側は,藤野,保立(ともにメンバー),アメリカ側は,スペンサー教授(イリノイ大学),富塚教授(カリフォルニア大学バークレー校)がホストをとなり,アメリカ側25名,日本側30名の参加を得た.そこでは,センサー,スマート構造,メカトロニックシステムズの実社会,とくに都市基盤構造への適用とその技術的課題について,議論を深め,この分野のロードマップを作ることで合意した

  • 建築システムの高度化に関する総合的研究

    文部科学省 

    研究期間:

    1999年
    -
    2003年
     

  • 大地震対応のインテリジェント制震構造の開発

    研究期間:

    1997年
    -
    2001年
     

  • 制震・免震構法による鉄骨構造の合理化に関する研究

    研究期間:

    1998年
    -
     
     

  • メガストラクチャー研究

    研究期間:

    1993年
    -
    1996年
     

  • 構造物のアクティブ制震に関する日米共同研究

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    構造物のアクティブ制震は、地震や風などのような不確定な動的外乱による土木建築構造物等の動的応答を、外部から制御力を与えるか、自らの構造特性を変化させることによって時々刻々コントロールしようとするものである。この分野の研究は、1988年第9回世界地震工学会議以来大きな関心を集め、近年急速に研究が進展してきている。そこで、本年度の研究調査として、まず、平成6、7年度実施した建築・土木・機械分野における研究の現況についての文献調査を日米双方において特に最新のものを中心に継続してまとめを行った。すなわち、調査結果を系統的に分類して資料化を行い、これを持ち寄って制御理論、制御装置、実構造物の設計への適用等具体的な課題ことに、日米双方の研究者グループによる検討を行って、各課題ごとのState-of-Art-Reportをまとめた。94年1月17日の米国ノースリッジ地震及び95年1月17日の兵庫県南部地震における制震構造物の地震観測記録を収集し、これに基づく制震構造物の地震時挙動の特性を比較検討とともに、シミュレーション解析を実施して、観測と解析との比較から、構造物における制震効果の定量的把握を行った。96年3月に米国側研究者の来日を求めて日米合同のアクティブ制震構造システムワークショップを京都で共同開催した。このワークショップは日本学術振興会の産学共同研究「大地震を対象としたインテリジェント制震構造システムの開発」と連動したもので、本研究の代表者および分担者が中心となって企画運営を行った。併せて、京都大学防災研究所構内の実大実験架構を用いたアクティブ制震構造システムの確証実験を視察し、日米両国の研究者で制震効果の確認をするとともに意見交換を行った。96年6月開催の第11回世界地震工学会議における特別テーマセッション「構造物のアクティブ制震」で、日米両国の研究者が中心となって研究の現況などを報告するとともに、今後の研究の方向づけについて討論し、まとめた。また、96年12月開催の第2回構造制御国際ワークショップを日米両国の研究者が中心となって運営し、「建築物の構造制御」、「橋梁構造制御」、「構造健全性の診断法」、「構造制御の事例調査」、「構造制御規定の考え方」などについて討論し、成果の取りまとめを行った。以上の各調査研究成果をもとに、98年6月京都で日本側研究者が中心となって、開催予定の第2回世界構造制御会議における主要テーマとして、「建築物の構造制御共通試験」、「釣橋における構造制御効果」、「重要物への構造制御適用手法」、「アクティブ清新そう地の開発」、「非線形系の制御アルゴリズム」などにテーマの採択について討論決定し、その運営方法について打合わせた。また、日米両国の研究者が中心となって設立している国際構造制御学会の今後の活動方針として、組織や規定のあり方、研究集会の開催時期や頻度、学会誌の刊行などについて検討し、意見の取りまとめを行った

  • 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

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    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

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    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

  • アクティブ制震構造物のトータルデザイン

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    制震構造の究極の目的は、大地震時の安全性の確保にある。しかしながら、現在アクティブ制震の主流となっているAMD方式では、ストロークや駆動力の限界から、そのほとんどが大地震時に停止する設定がなされている。可変フィードバックゲイン制御を適用することで、性能限界を考慮しながら、大地震時にあっても稼動しつづけるAMDとすることは可能であるが、AMDの機能限界を考慮するため大地震時には大きな制震効果は期待しにくい。大地震時のAMDの制震効果を補う目的で、低層階に設置した履歴ダンパを主に大地震時の制震を想定して設計し、AMDとの複合制震システムとすることで、大地震時には主に履歴ダンパで、中小地震時には主にAMDによる可変フィードバックゲイン制御での制震が可能となることを、シミュレーションにより確認した。引き続き、振動台による模型実験を計画中である。また、摩擦ダンパの降伏点を制御することで、地震規模に合わせた効率的で、省エネルギー型の制震が可能となる、可変摩擦ダンパによるセミアクティブ制御については、実験、シミュレーションによりその効果を確認している。引き続き、より本格的な実験を計画中である。制御システムのモデル化にあたって、制震構造物として相応しい(制御対象として望ましい)モデルの構築に関しては、出力計測層の状態を反映させた低次元化モデルを、実際の高層ビルに近い構造性状をもつ建物モデルに適用し、有効な制御が可能となることを確認している

  • 免震機構を複合したアクティブ制震建築構造システムに関する研究

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    免震機構にセミアクティブ可変摩擦ダンパを組み込んだ制震構造物の設計法を中心に研究を行った。最下階に免震層をもつ構造物、中間階に免震層をもつ構造物の両者を対象とする。ここでの可変摩擦ダンパは、スリップレベルのみを可変とすることで、応答の大きさによらず、ほぼ相似形の履歴を描くように制御されるダンパであり、「可変スリップレベルダンパ」と呼ぶこともできる。既に、このダンパについては、各層への設置を想定した簡潔な制御則を提案しているが、ここでは免震層にのみへの設置を前提とする。免震構造物では、免震層より上部の各層応答加速度がほぼ同様となることを利用して、免震層応答加速度をもとにスリップレベルを切り替える制御アルゴリズムを提示した。このダンパを免震機構と複合することで有効な能動型の制震構造物となる。この制震構造物の特長は以下の通りである:(1)免震層の加速度によってほぼ上部構造の加速度応答値を代表できるので、免震層の絶対加速度計測のみで制御可能となる;(2)上部構造の動特性の変動・ばらつきや、免震層動特性のばらつきの影響を受けにくいロバスト性を期待できる。中間階免震のアクティブ制震化に関しては、セミアクティブ可変摩擦ダンパとの組み合わせにより、応答低減効果をより向上させるための、構造物全体としての設計のあり方に関する検討を行った

  • セミアクティブ自律分散制御による建築構造物の地震応答制御

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    MRダンパーを用いた可変スリップレベルダンパー型の制御を実施しようとすると、微粒子の沈降の影響により、たとえ同じ電流を印加したとしてもスリップレベルが変化してしまう。誘導起電力を測定しながら、この影響を考慮して修正を行うセミアクティブ制御則を提案した。MRダンパーの挙動は、ある振動数を超えると完全弾塑性型のばねへの置き換えるが可能であることを明らかにし、これをもとにCaugheyの等価線形化手法によって等価線形剛性と等価粘性減衰を求め,ダンパー塑性率2を目指すセミアクティブ制御の有効性を理論的に示した。また、非定常地震時にあってもMRダンパーが想定した履歴を描き、効率よいエネルギー吸収が可能となることも明らかにした。マイクロプロセッサー(マイコン)制御基盤を作製し、このマイコンによってオイルダンパーをセミアクティブ制御して、PC制御に比べ遜色ない制御が可能となることを実験的に確認した。自律分散の考え方は、制御のみならず、モニタリングにおいても有効となる。現在のスマート構造は、自ら自身の状態を感知し、自ら挙動する構造物である。建築構造物に適したスマートセンサーを、既存のMICA MOTEをもとに作製した。この作製したスマート無線センサーの使用を前提とした自律分散型の緊急健全度判断のためのヘルスモニタリングネットワークの考え方を示し、そのための簡易な診断法を提示した

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産業財産権

  • 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

    特許権

  • 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

    特許権

  • 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

    特許権

  • 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

    特許権

  • 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

    特許権

 

特定課題制度(学内資金)

  • 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年   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年   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年  

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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年  

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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年  

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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年  

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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年  

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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年  

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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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