ダンパー抵抗部のねじれ座屈後挙動を制震作用に活用するための基礎研究

Research Project

Project/Area Number	22K14317
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
Research Institution	Yamaguchi University
Principal Investigator	本間小百合山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (60772499)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords	薄鋼板 / 鋼材ダンパー / ねじれ挙動 / 木造軸組 / 薄鋼鈑 / ねじれ座屈 / 制震部材
Outline of Research at the Start	建築物の制震ダンパーの一つに、鋼材の変形性能を活用する履歴型ダンパーがある。抵抗部では、面外挙動となる座屈を避け、主に曲げやせん断降伏後の塑性変形能力を活用することが一般的である。低層で小規模な住宅等では、抵抗部の変形能力を活用するために、小振幅から早期に降伏させる工夫が必要となる。申請者はこれまでに、木造軸組構造に対して、制震要素となる薄鋼板製の制震ダンパーを提案し、載荷実験を行った。その結果、薄鋼板を用いると抵抗部に面外ねじれ座屈が生じるという特徴を発見した。本研究では、この変形能力に関する力学的因子を解明し、抵抗部のねじれ挙動を制震作用に活用するための基礎研究を行う。
Outline of Annual Research Achievements	小規模な軸組構造に対するねじれ座屈挙動の変形能力を活用した制震ダンパーの力学的挙動を明らかにすることを目的とし、これについての研究に着手した。鋼材の変形能力を活用するこの手のダンパーでは、抵抗部が制震ダンパーとして機能することで、地震時に建物の水平加重を抵抗部（ダンパー部）が担う効果が期待される。そのため、抵抗部の安定した挙動が求められる。しかし、木造軸組のように接合部（仕口部）の剛性が弱く、建物全体の変形性能が期待できないような建物に対しては、抵抗部の変形能力を小振幅時から発揮させ、抵抗部を早期に降伏させることが必要である。そこで、ダンパー部が木造軸組よりも早期に降伏するように、ダンパー部の板厚を極端に薄くしたものを試みた。板厚を薄くしたことで、低荷重でのダンパー部の降伏は得られたが、ダンパー部にねじれ座屈が伴うことを確認した。令和5年度においては、令和3年度で得た有限要素解析の結果を基にダンパー部のみの試験体を作製し、繰り返し載荷実験を行った。その結果について、令和5年度までに実施した有限要素解析の結果とダンパー部の繰り返し載荷実験結果を整理し、令和6年度に開催される世界地震工学会議において研究結果を報告する予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 研究計画2年目での主な目的は、ねじれ座屈を伴う制震ダンパーに対して、解析で得られたねじれ後の挙動を実験においてもその現象を確認することであった。ダンパー部の繰り返し載荷実験を行った所、実験においても、ねじれ後の安定した繰り返し履歴が得られた。また、今回の繰り返し載荷実験では、ダンパー部のねじれ挙動に対してはより厳しい状態となる固定度の低いピン支持の状態で行ったため、ねじれ挙動については、純粋なねじれ挙動が計測できたと考えられる。このねじれ座屈の要因の一つに、抵抗部の板厚が極端に薄いことが考えられるが、抵抗部の拘束条件によってもその影響があるため、最終年度においては、実際の木造軸組に取り付く状態を解析条件に加えて検討したいと考えている。
Strategy for Future Research Activity	本年度における繰り返し載荷実験では、ダンパー部のねじれ挙動に対してはより厳しい状態となる固定度の低いピン支持の状態で行ったため、ねじれ挙動については、純粋なねじれ挙動が計測できたと考えられる。このねじれ座屈の要因の一つに、抵抗部の板厚が極端に薄いことが考えられるが、抵抗部の拘束条件によってもその影響があるため、最終年度においては、実際の木造軸組に取り付く状態を解析条件に加えて検討したいと考えている。