| Project/Area Number |
23K22906
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| Project/Area Number (Other) |
22H01636 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 23010:Building structures and materials-related
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
平島 岳夫 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20334170)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸塚 真里奈 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (60893774)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
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| Keywords | 木質構造 / 接合部 / 火災 / 炭化性状 / ばらつき / 水分 / 構造用集成材 / 耐火性能 / 耐力 / 支圧強度 / 回転剛性 / 有限要素解析 / 炭化深さ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的の１つは、火災時における梁・柱・接合部の耐力評価方法を示し、木質構造フレームの火災時崩壊時間をより精度よく計算する方法を提案することである。
そのために本年度は、ダウエル金物接合部を有する木質構造フレームの載荷加熱実験を実施し、火災時における当該接合部の剛性と耐力を明らかにするとともに、接合部の回転抵抗により木質構造梁の耐火時間を延長させる効果を示す。また当該接合部の高温時回転バネモデルを組み込んだ火災応答フレーム解析によって、実験より得たフレームの火災時たわみ挙動と比較し、火災時におけるフレームの曲げモーメント分布の変化と接合部における応力状態の変化を詳しく分析する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、未だ不足している木質構造接合部と火災時残存断面のばらつきに関する耐火実験データを取得してその性状を明らかにするとともに、水分の影響を考慮した木材の高温力学的特性と火災時における梁・柱・接合部の耐力評価方法を示し、木質構造フレームの火災時崩壊時間をより精度よく計算する方法を提案することを目的とする。令和５年度は主に下記３つの項目を実施した。
1)水分の影響を考慮した木材の高温時力学的特性値の提案：昨年度までに実施したドリフトピン接合部の高温要素実験データと既往の文献データに基づき、木材の繊維方向と繊維直交方向の支圧強度－温度関係を提案し、その内容をまとめた論文を投稿した。
2)木材の残存断面性能のばらつきの評価と耐力評価用温度・含水率の評価方法の提案：スギおよびカラマツによる大断面構造用集成材梁の加熱実験（加熱時間60分・90分・120分）を実施し、加熱直後における炭化後の残存断面データを蓄積し、炭化深さのばらつきが概ね正規分布で評価できること、加熱時間が長くなると炭化温度が低くなること、火災加熱中に内部（非炭化部）へと水分が移動することなど、梁の火災時耐力予測に必要な知見を得た。
3)ダウエル金物を用いた木質構造接合部の火災時耐力・剛性の評価方法の提案：ドリフトピン接合による継手を有する梁の加熱実験より、ドリフトピン先端までの木材被覆厚さがドリフトピンの温度に与える影響を明らかにし、また得られた温度結果と伝熱解析による計算結果を比較し、接合部の温度予測ツールの精度を検討した。また次年度に実施する木質構造柱梁接合部および木質構造フレームの載荷加熱実験を計画し、梁試験体１体、柱梁接合部試験体５体、フレーム試験体２体を製作した。その接合部の火災時耐力・剛性を予測するための数値解析モデルについての論文を執筆し、採択された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度の交付申請書に掲げた研究実施計画について、研究実績の概要にて前述した通り、当該年度中に概ね実施することができた。
今年度は「木材の残存断面性能のばらつきの評価と耐力評価用温度・含水率の評価方法の提案」に関わる、スギおよびカラマツによる大断面構造用集成材梁の加熱実験（加熱時間60分・90分・120分）が主たる実施項目でった。その実験が成功し、加熱中における炭化深さのばらつきが概ね正規分布で評価できること、火災加熱中に内部（非炭化部）へと水分が移動することなどを明らかにし、梁の火災時耐力予測に必要な知見を得ることができた。
ダウエル金物を用いた木質構造接合部の火災時耐力・剛性の評価方法の提案については、木質構造金物接合部の高温時解析モデルを提案し、そのモデルを組み込んだ数値解析プログラムを作成し、その成果を取りまとめた論文が掲載された。そのモデルでは火災時の接合部の回転抵抗を評価でき、接合部を有するフレームの火災時挙動をより精度よく追跡できるようになる。今年度は、その解析プログラムを進展させるとともに、その解析の妥当性および木質構造接合部の耐火性能を検討するための実験準備として、次年度に実施する載荷加熱実験に用いる試験体を製作した。
以上より、概ね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、本研究課題の最終年度となる。今後はこれまでに得た成果を取りまとめて発表することと、前述した木質構造柱梁接合部および木質構造フレームの載荷加熱実験を実施して、木質構造接合部の火災時耐力・剛性を明らかにするとともに、その予測解析ツールを整備することである。具体的には下記の内容を実施する。
1)昨年度までに実施したドリフトピン接合部の高温要素実験データに基づき、木材の繊維方向と繊維直交方向の支圧強度－温度関係を提案し、それをSiF国際会議にて発表し、その後にFire Safety Journalに論文を投稿する予定である。
2)今年度に実施した加熱実験より得た成果として、炭化深さのばらつきが概ね正規分布で評価できること、火災加熱中に内部（非炭化部）へと水分が移動する現象など、それぞれを2編の論文に分けて、日本建築学会構造系論文集に投稿する予定である。
3)昨年度に製作した金物接合部を有する木質構造フレーム試験体の載荷加熱実験を9月に実施し、この実験からドリフトピンの数と配置に応じた火災時における回転剛性および最大耐力を取得し、その接合部が木質構造フレームの耐火時間を延長させる効果を明らかにする。実験後、当該接合部の高温時回転バネモデルを組み込んだ火災応答フレーム解析によって、実験より得たフレームの火災時たわみ挙動と比較し、火災時におけるフレームの曲げモーメント分布の変化と接合部における応力状態の変化を詳しく分析する。
以上の結果をまとめ、木質構造の火災時耐力計算に基づく耐火設計に資する知見を蓄積する。
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