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Proposal of Structural Design Method for Steel Structures Based on Ultimate Performance using Collapse Analysis

Research Project

Project/Area Number 20H02292
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 23010:Building structures and materials-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

Matsui Ryota  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00624397)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岡崎 太一郎  北海道大学, 工学研究院, 教授 (20414964)
竹内 徹  東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (80361757)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Keywordsブレース / 塑性変形能力 / 模型載荷実験 / コンクリート充填鋼管 / 鋼構造 / データベース / 崩壊解析 / 座屈 / 破断 / 有限要素解析 / 合成梁
Outline of Research at the Start

鋼構造物に求められる設計要求は高度化しつつある。構造設計に携わる実務者は、以前よりも迅速に、鋼構造物の安全性を検証することが求められている。鋼構造物に要求される構造性能は、座屈や破断などにより、耐力劣化しないように設定されている。しかし、想定以上の荷重が鋼構造物に作用すると崩壊し、機能を維持できなくなる可能性がある。本研究課題では、座屈等による耐力劣化を考慮できる、変形性能評価モデルを用いた崩壊解析手法を整備することを目標とする。この崩壊解析手法により、設計者の技量や熟練度に依らず、想定以上の荷重を受けた鋼構造物の限界性能を、迅速に検証することができる構造設計手法を確立することを目指す。

Outline of Final Research Achievements

Convergence studies suggested the conditions for estimates on the instant of fracture of square hollow structural section braces subjected cyclic loading. A database of steel braces, composite beams, concrete filled steel tube columns was developed, which exhibit the relationship between the inelastic deformation capacity and the dimensional properties. Structural tests provided that the cyclic deformation capacity of squat steel braces could be evaluated by the diameter-to-thickness ratios, and the maximum bending strength of composite beams may be estimated by the ratio of the shear transfer capacity of constructed shear studs to that of shear studs with sufficient numbers to develop fully composite. Autogenous shrinkage of concrete casted in the panel zone of the concrete filled steel tube was not significant was not significantly developed over a span of 3 months between the day casted and testing, which did not affect the inelastic deformation capacity of the panel zone.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

鋼材ブレース、合成梁、とコンクリート充填鋼管柱は効率的な耐震要素で多用されており、数多くの模型載荷実験および数値解析により、塑性変形能力が検証されてきた。しかし、総合的な視点でこれらの部材の構造性能を定量的に評価された例はほとんどなかったため、本研究課題では構造設計者にとって価値あるデータベースを提示できたのではないかと考えられる。このデータベースで判明した実験例の少ない試験体の性能を模型載荷実験で明らかにすることができた。見過ごされてきたこれらの課題を解決し、定量的に評価する手法を提示したことは、学術的かつ社会的に意義が大きいと考えられる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2022 2021 2020

All Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] A database for steel braces with respect to inelastic strength and ductility capacity2022

    • Author(s)
      R. Matsui, Y. Zhang, T. Okazaki, T. Takeuchi
    • Organizer
      The 10th International Conference on the Behavior of Steel Structures in Seismic Areas
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cyclic Loading Performance of Squat Brace -Part 1 Test program and results-2022

    • Author(s)
      RAHEEM Ibrahim Abiodun, MATSUI Ryota, Dias Ilanildo, ABE Yoshihiro, OKAZAKI Taichiro
    • Organizer
      日本建築学会大会学術講演梗概集
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 太短い鋼材ブレースの繰返し載荷性能 その2 細長比に着目した比較と数値解析による再現2022

    • Author(s)
      阿部祥大,松井良太,ラヒーム イブラヒム,ディアス イラニルド,岡崎太一郎
    • Organizer
      日本建築学会大会学術講演梗概集
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 太短い鋼材ブレースの繰返し載荷性能 その3 数値解析による現行規定の検証2022

    • Author(s)
      松井良太,阿部祥大,岡崎太一郎
    • Organizer
      日本建築学会大会学術講演梗概集
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Seismic performance of braced frame considering fracture and local buckling of members.2021

    • Author(s)
      Ryota Matsui, Jun Ariga, Toru Takeuchi
    • Organizer
      17th World Conference on Earthquake Engineering
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 角形鋼管ブレースにおける局部に集中した塑性歪の数値解析的検討2021

    • Author(s)
      岩佐郁希,松井良太,岡崎太一郎,竹内 徹
    • Organizer
      日本建築学会北海道支部研究発表会
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  • [Presentation] デッキ合成スラブの仕様に着目した合成梁の載荷性能2021

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      松井良太,高橋裕人,岡崎太一郎,西村康志郎
    • Organizer
      日本建築学会北海道支部研究発表会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] デッキプレート付合成梁の繰返し載荷実験 その1 実験計画と実験結果2021

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      松井良太,高橋裕人,岡崎太一郎,西村康志郎
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  • [Presentation] デッキプレート付合成梁の繰返し載荷実験 その2 考察2021

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      高橋裕人,松井良太,岡崎太一郎
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      日本建築学会大会
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  • [Presentation] デッキプレート付合成梁の繰返し載荷実験 その3 画像による損傷の分析2021

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      高橋直哉,松井良太,岡崎太一郎,高橋典之
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      日本建築学会大会
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  • [Presentation] 角形鋼管ブレースにおける局部に集中した塑性歪の数値解析的検討2021

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      岩佐郁希,松井良太,竹内 徹,岡崎太一郎
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  • [Presentation] 耐力および塑性変形性能に着目したH形断面・中空円形・中空角形ブレースのデータベース2021

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      ZHANG Yiyue,松井良太,岡崎太一郎,竹内 徹
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      日本建築学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 梁端の局部座屈または破断で最大耐力が決まる合成梁の耐力と変形性能2020

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      高橋裕人,松井良太,岡崎太一郎
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      日本建築学会大会
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  • [Presentation] Fracture Simulation of Beams in a High-Rise Building Subjected to Long Period Ground Motion Part 2 Monte Carlo Simulation over Fatigue Parameter2020

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      Okazaki Taichiro, Seki Akiri, Matsui Ryota, Nagae Takuya
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      日本建築学会大会
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  • [Presentation] 文献情報から純鋼梁および合成梁の変形性能を定量的に把握する一手法2020

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      渡井悠介,松井良太,岡崎太一郎
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      日本建築学会大会
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  • [Presentation] 一次元ファイバーモデルを用いた角形断面鋼柱で構成した鉄骨架構の崩壊解析 ―その1 一次元ファイバーモデルの構築とその妥当性の検証―2020

    • Author(s)
      松井良太,竹内 徹,有賀 淳
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      日本建築学会大会
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  • [Presentation] 一次元ファイバーモデルを用いた角形断面鋼柱で構成した鉄骨架構の崩壊解析 ―その2 実大4層鉄骨造骨組の地震応答性状―2020

    • Author(s)
      有賀 淳,松井良太,竹内 徹
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      日本建築学会大会
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  • [Presentation] 一次元ファイバーモデルを用いた角形断面鋼柱で構成した鉄骨架構の崩壊解析 ―その3 高軸力比の柱を有するブレース付立体骨組の地震応答性状―2020

    • Author(s)
      斉藤 瞭,有賀 淳,松井良太,竹内 徹
    • Organizer
      日本建築学会大会
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  • [Presentation] 局部座屈を伴う角形鋼管ブレースの累積変形性能2020

    • Author(s)
      岩佐郁希,松井良太,竹内 徹,岡崎太一郎
    • Organizer
      日本建築学会大会
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  • [Presentation] A Design Procedure for Japanese Steel Chevron Braced Frames2020

    • Author(s)
      Dias Ilanildo, Okazaki Taichiro, Matsui Ryota, Asari Tetsuhiro
    • Organizer
      日本建築学会大会
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  • [Presentation] 鋼材ブレースの構造性能に関するデータベース2020

    • Author(s)
      Zhang Yiyue,松井良太,岡崎太一郎,竹内 徹
    • Organizer
      日本建築学会大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Evaluation of Seismic Capacity of High-Rise Building Subjected to Long Duration Earthquakes Part 2 Force-Based Element for Steel beams Considering Strength Degrading2020

    • Author(s)
      Seki Akiri, Okazaki Taichiro, Matsui Ryota, Nagae Takuya
    • Organizer
      日本建築学会北海道支部研究発表会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 耐力に着目した鋼材ブレースのデータベース2020

    • Author(s)
      Zhang Yiyue,松井良太,岡崎太一郎,竹内 徹
    • Organizer
      日本建築学会北海道支部研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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