JPH0216464B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自然の地震で発生する衝撃波の周波
数のλ倍（λは正の整数）の周波数を持つ衝撃波
を発生する地震シミユレータに関し、更に詳しく
は、アパートの建物、記念建造物、原子力発電所
などの建造物の地震の際の挙動を調べるために、
該建造物を所定の縮尺係数で縮小した模型を載置
した土壌などの標本に前記特定の周波数の衝撃波
を加えることができる地震シミユレータに関する
ものである。

（従来の技術） 建造物の耐震強度を調べるためには、未施工の
建造物または破壊試験を行うことができない既設
の建造物等に対しては、実物模型或いは縮尺模型
を使用した耐震強度試験を行う。この場合の実物
模型試験及びその他一般の地質の探査に使用され
る衝撃波発生装置は、例えば特開昭48−75714号、
実公昭52−24562号に開示されている。

（発明が解決しようとする技術的課題） 前記の縮尺模型による耐震強度試験では、自然
の地震の地震波に比例した衝撃波、即ち自然の地
震波が建造物自体に及ぼす効果と同等の効果を縮
尺模型に与える衝撃波を発生させる簡単な手段が
全くないことが従来からの問題点であつた。

（課題を解決するための手段） 自然の地震による衝撃波が実際の建造物自体に
及ぼす効果と同等の効果を縮尺係数１／λの縮尺
模型に与えるためには、該地震波の周波数のλ倍
の周波数を持つた衝撃波を該縮尺模型に加えれば
よい。

本発明においては、地震波発生手段により発生
した地震波の通路内に設けた比較的簡単な構成の
機械的装置、即ち低域フイルタとして働くメカニ
カルフイルタによつて、自然の地震の衝撃波の周
波数のλ倍の周波数を持つた衝撃波を得ることに
より前記の問題点を解決することができた。

前記メカニカルフイルタは、複数本のボルト、
各ボルトに２個ずつ配設された互いに全く等しい
圧縮コイルばね、１枚の板部材、ナツト等から構
成される。ボルトをシリンダ状の発生装置の側壁
に植設し、板部材に設けた貫通孔にボルトを挿通
し、板部材を２個づつの該圧縮コイルばねで挾
み、ボルトの長手軸方向に弾性的に移動自在に板
部材を保持する。板部材は衝撃波の進行方向にほ
ぼ垂直となり、該シリンダの内壁との間に衝撃波
の通路となる間隙を残すように作つてある。

（作用） 発生した地震波はシリンダ内の反射により高周
波成分が生じるが、これは衝撃波が通路を通過す
る際、弾性的に支持された板部材の衝撃波による
運動によつて除去され、メカニカルフイルタを通
過した衝撃波の周波数はばねの剛性によつて決定
される。

このメカニカルフイルタはシリンダ内からセル
内に通じる開口の近くに設けられるので、ばねを
配設したボルトの自由端にねじ込んでばねを抑え
るナツトによりばねの剛性を調節することによつ
て、該メカニカルフイルタを通過し前記開口を介
してセル内の縮尺模型を載置した標本に到達する
衝撃波の周波数を自然の地震の地震波の周波数の
λ倍にすることができる。

（実施例） 以下、本発明を図面を参照しながら説明する。

第１図に本発明による地震シミユレータを示
す。地震シミユレータは主としてシリンダ２から
成る地震波発生装置から構成される。このシリン
ダ２の一端は土などの任意の標本８を収容したセ
ル６の壁部４で密閉し、他端は10個の爆発点火装
置１２を固定した厚壁部１０により密閉する。こ
の爆発点火装置１２において、厚壁部１０内に配
設した爆発装置２０は、コネクタ１６、命令受信
部１８、命令送信部１９を介して電源１４に接続
するようになつている。

命令送信部１９内には各爆発装置２０の爆発を
指令するプログラムが組み込まれ、このプログラ
ムにより命令送信部１９から爆発指令信号が出る
と、この信号は命令受信部１８を介して電気的リ
レー１７をオンし、爆発装置２０はコネクタ１
６、命令受信部４８、電気的リレー１７を介して
電源１４に接続して爆発を起こす。複数の爆発点
火装置１２の点火は、全装置即ち10個の装置を同
時に行つてもよいし、各装置を別々に連続して行
つてもよい。この後者の場合は、各爆発の時間間
隔は１ないし18msである。

この爆発の瞬間に地震波が発生し、この衝撃波
はシリンダ２内に伝播し、シリンダ内壁面で反射
する。反射によつてシリンダ２の内壁２２を伝播
する衝撃波には高周波成分が含まれるが、この高
周波成分は低域フイルタとして働く機械的装置２
４により除去される。この機械的装置２４はシリ
ンダ２内のセル６の壁部４の近傍に配設される。

所望の周波数範囲の関数として該機械的装置２
４により濾波された或いは濾波されない衝撃波
は、シリンダ２の内部からセル６の壁部４の開口
２６を介してセル６の内部へ伝播する。この衝撃
波は土８に伝達されて、通常の地震の際の運動に
比例した運動を土８に与える。

地震のシミユレーシヨンは、土８の表面に模型
（図示せず）を配設することにより行われる。こ
の模型は縮尺係数１／λの任意の構造の縮尺模型
である。該縮尺模型は、壁部４を土８の下にして
土８と接触させ、模型を土８の上に水平に載置す
るか、あるいは重力加速度（9.81m/s²）のλ倍
の加速度が働く中で回転する遠心機のアームの先
端に取り付けた枢動自在のナセル即ち流線型格納
器内に模型全体を配設することによつて正く保持
される。その理由は、模型の寸法が実際の構造物
の寸法の１／λであり、かつ本発明によるシミユ
レータにおける時間スケールが実際の地震の場合
の時間スケールの１／λであるからである。係数
λは100に等しいことが好ましい。

遠心機を使用する場合、該遠心機が静止状態の
時は、該遠心機の水平な回転腕の先端から揺動自
在に吊り下げられたセル６内で、壁部４を土８を
上にして水平に保持されるが、前記回転腕が回転
するときは、遠心力の作用によつて前記セル６は
回転腕の延長線上で水平な姿勢をとり、従つて壁
部４は垂直となつて、模型は土８に、土８は壁部
４に夫々押しつけられ、係合して保持される。

第２図に機械的装置即ちメカニカルフイルタ２
４の詳細を示す。このメカニカルフイルタ２４に
は、セル６の壁部４にねじ込まれ、ロツクナツト
３１によつて所定の位置に保持された植込みボル
ト３０により確実に保持された板部材２８が設け
られている。衝撃波シリンダからセルへ通り抜け
られるように、板部材２８はシリンダの内壁２２
には全く接触しないので、板部材２８は地震波の
作用を受けて矢印Ｆの方向に動く。板部材２８の
変位は、植込みボルト３０の回りに配設されたコ
イルばね３２によつて調節する。

同じ植込みボルトに板部材２８の両側に配設し
たコイルばね３２ａ，３２ｂによつて互いに向き
の逆な力が生じ、この力によつて板部材２８は元
の位置（変位前の位置）に復帰できる。従つて、
ばね３２ａが縮む時は、ばね３２ｂは伸びる。ば
ね３２は座金３４などを介して板部材２８と係合
し、植込みボルト３０の自由端３８にねじ込んだ
ナツト３６により植込みボルト３０に保持され
る。

このばね３２の剛性は所望の周波数に応じて設
定する。板部材２８に到達する衝撃波のうち高周
波成分即ち400Hz以上の成分だけが板部材の運動
により吸収される。

勿論、低域フイルタとして働く他の形の機械的
装置も本発明の範囲内にあるものとして本発明使
用してもよい。

地震シミユレータをメカニカルフイルタなしで
使用すれば、周波数スペクトルの最大値が約1500
Hz及びそれ以上の帯域にある衝撃波が得られる。
この場に得られる信号を第３図に示す。図で横軸
ｔ、縦軸Ａはそれぞれ時間、振幅を表わし、図の
信号波形は地震波のＳ波（横波）を示す。S₁は、
濾波されない信号の有用な部分を示し、S₁より前
の振動は、複数の爆発点火装置の爆発によるもの
である。

地震シミユレータをメカニカルフイルタと共に
使用すれば、周波数スペクトルの最大値が200〜
400Hzの帯域にある衝撃波が得られる。この場合
に得られる信号を第４図に示す。第３図と同様
に、横軸ｔ、縦軸Ａはそれぞれ時間、振幅を表わ
し、図の信号波形は地震波のＳ波（横波）を示
す。S₂は、濾波された信号の有用な部分を示す。

第４図に示す信号を供給するメカニカルフイル
タよりも、板部材をさらに重くし、且つコイルば
ねの剛性を高くしたメカニカルフイルタを用いる
と、100Hz以下の周波数の衝撃波、即ち100Hz以上
の周波数成分をすべて除去した衝撃波が得られ
る。

従つて本発明による地震波シミユレータでは周
波数スペクトルの最大値が100ないし1500Hzの範
囲の周波数帯域内にある衝撃波を得ることができ
る。相似側と、100に等しい係数λとを考慮する
と、周波数範囲は１ないし15Hzとなり、この値
は、自然の地震の際の地震波の周波数の大部分に
相当する。

（発明の効果） 縮尺係数１／100もの比較的小さな縮尺模型を
用い、比較的構成の簡単なメカニカルフイルタで
縮尺係数に正確に対応した衝撃波を発生させるこ
とによつて、低いコストで簡易且つ正確な地震シ
ミユレータを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による地震シミユレータの一部
断面図、一部ブロツク図、第２図は第１図の地震
シミユレータのメカニカルフイルタの拡大断面
図、第３図はメカニカルフイルタを用いない場合
の地震シミユレータにより得られる信号の振幅Ａ
と時間ｔとの関係を示すグラフ、第４図はメカニ
カルフイルタを用いた場合の地震シミユレータに
より得られる信号の振幅Ａと時間ｔとの関係を示
すグラフである。 ２…シリンダ、４…壁部、６…セル、８…標本
（土）、１０…厚壁部、１２…爆発点火装置、１４
…電源、１６…コネクタ、１７…電気的リレー、
１８…命令受信部、１９…命令送信部、２０…爆
発装置、２２…シリンダ内壁、２４…メカニカル
フイルタ、２６…開口、２８…板部材、３０…植
込みボルト、３０，３２ａ，３２ｂ…コイルば
ね、３４…座金、３６…ナツト、３８…自由端、
Ａ…振幅、ｔ…時間、S₁，S₂…Ｓ波（横波）の有
利な部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地震波を発生し、発生した地震波を標本に加
   える地震シミユレータにおいて、 該地震シミユレータは、 一端を標本を収容するセルの壁部で、他端を衝
   撃波を発生する手段を固定した厚壁部でそれぞれ
   密閉したシリンダから成り、前記衝撃波発生手段
   により発生した衝撃波の周波数を自然の地震で発
   生する衝撃波の周波数のλ倍（但しλは正の整
   数）の値に変換する手段を具備する発生装置から
   構成され、 前記標本を収容したセルは前記シリンダの外部
   に保持され、 前記衝撃波発生手段により発生した衝撃波は、
   前記衝撃波周波数変換手段と前記セルの壁部に形
   成した開口とを介してシリンダ内部からセル内部
   に伝播して、自然の地震の際の運動に比例した運
   動を標本に与え、 該標本は構成しようとする構造物の１／λの縮
   尺の模型を支える床部材を構成することを特徴と
   する地震シミユレータ。 ２ 衝撃波発生手段が爆発点火装置から構成され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   地震シミユレータ。 ３ 前記衝撃波発生手段が10個の前記爆発点火装
   置から構成されることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の地震シミユレータ。 ４ シリンダ内の反射によつて生ずる衝撃波の高
   周波成分を除去する手段を更に具備することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または第
   ３項記載の地震シミユレータ。 ５ 前記衝撃波高周波成分除去手段が、シリンダ
   内の前記セルの壁部の近傍にあつて低域フイルタ
   として働く機械的装置から構成されることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載の地震シミユレ
   ータ。 ６ 前記機械的装置が、前記セルの壁部にねじ込
   んだ植込みボルトと、該植込みボルトの回りに配
   設した全く同じコイルばねの間に介装送した板部
   材とを具備し、該板部材は、前記シリンダには全
   く接触しないことを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の地震シミユレータ。 ７ 前記コイルばねは前記植込みボルトの自由端
   にねじ込んだナツトによつて該植込みボルトに保
   持され、該ナツトにより前記コイルばねの剛性を
   変えることによつて、発生した前記衝撃波の周波
   数を所望の値に設定することを特徴とする特許請
   求の範囲第６項記載の地震シミユレータ。 ８ 前記機械的装置が４本の前記植込みボルトを
   具備することを特徴とする特許請求の範囲第６項
   または第７項記載の地震シミユレータ。 ９ 前記の数λが100に等しいことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１項
   に記載の地震シミユレータ。