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一次元地盤地震応答解析ソフトウェア PowerWatch GRAND

一次元地盤地震応答解析ソフトウェア PowerWatch GRAND

国内初!…周波数領域での非線形解析ができる一次元地盤地震応答解析ソフトウェア

概要

建物の耐震設計には、地震発生時の正確な揺れ方の予測が欠かせません。CTIの「一次元地盤地震応答解析ソフトウェアPowerWatch GRAND」は、数値計算によって地震の揺れを予測するソフトウェアです。

特徴

「地盤地震応答解析」とは

地震は、岩盤に到達した地震波が地盤を伝播(でんぱ)し地表面での揺れとして観測されます。このとき地表面での揺れ方は地盤の性質の相違によって大きく異なります。地盤地震応答解析とは、岩盤での地震波が地表面(または地中の任意の位置)にどのように伝わるかを、数値計算によって予測する技術です。特に一次元地盤応答解析は、地震波の垂直伝播に着目した基本の解析です。正確な揺れの予測ができれば、建築物の適切な耐震設計や耐震診断が可能となります。

地表面での揺れ方を予測する「一次元地盤地震応答解析」

広く使われている「周波数領域解析」

地盤地震応答解析には、「時間領域解析」と「周波数領域解析」があります。時間領域解析では、入力波や揺れ(加速度)を時間の関数とし、地盤との関係を表現する微分方程式を数値計算で解きます。

一方、周波数領域解析では、フーリエ変換により周波数の関数で表現した方程式を数値計算で解きます。揺れは周波数に対するスペクトルとして解が得られますが、逆フーリエ変換により時間の関数に戻すことができます。周波数領域解析はSHAKE(他社製品)に代表される多くの地盤地震応答解析ソフトウェアで採用されています。

「引き戻し計算」を使って過去の巨大地震の観測データから別地点の揺れ方を推定する

軟弱地盤に必要な「非線形解析」

地盤は地震の揺れが継続する間に性質が変化し、柔らかくなっていきます。このような地盤の変化を「非線形性」と呼び、大震度地震における軟弱地盤で顕著に発生します。周波数領域解析は、地盤の性質は不変であるとの前提があるため、非線形性のある地盤での解析(非線形解析)ができません。そのため非線形解析ができないSHAKEでは、大震度地震になるほど観測結果より大きな揺れを算出するため、過剰な耐震設計を導く傾向があります。

PowerWatch GRANDは周波数領域で非線形解析ができる

PowerWatch GRANDは「パルス波分解による周波数領域での非線形時刻歴地震応答解析手法」(以下「パルス分解法」と呼びます)を採用することで、周波数領域解析の欠点を解消しました。パルス分解法では、入力地震波を短時間のパルス波に分解し、これを順番に入力し周波数領域解析によって応答波を算出します。このときパルス波によって発生する地盤の非線形な変化を、次のパルス波の計算条件に反映します。これの繰り返しによって算出される応答波を足し合わせれば、入力地震波による地盤の非線形な変化を反映した応答波が得られます。パルス分解法は「周波数領域における逐次非線形応答解析」として2010 年に特許を取得しています。

パルス分解法による計算例
入力波を9個のパルス波に分解し、各応答波を足し合わせて解析結果とした
PowerWatch GRANDによる地盤地震応答解析の事例
<兵庫県南部地震(ポートアイランド)>
PowerWatch GRANDのデータ入力画面

関連リンク

PowerWatch GRANDの技術的根拠が説明されています。

公益社団法人地盤工学会の論文誌「地盤工学ジャーナル」2016 年11巻4号p.377-390
「パルス波分解による周波数領域での非線形時刻歴地震応答解析法の提案」

資料ダウンロード

PowerWatch GRAND 概要(3.2MB)
PowerWatch GRAND リーフレット(4.3MB)

お問い合わせ先

株式会社中電シーティーアイ
総括ユニット 営業推進部

Tel:052-720-0303(受付時間:9:00~17:00)
Email:grand@cti.co.jp
営業日:月~金曜日(祝日、12月29日~1月3日を除く)

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