改良個別要素法による木構造物の地震等による破壊プロセスの解析

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09460072
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 太田 正光 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (20126006)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉原 浩 島根大学, 総合理工学部, 助教授 (30210751) ; 槌本 敬大 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助手 (00261959) ; 有馬 孝禮 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (10144057)
• Keywords: 改良個別要素法 / 非連続体解析 / 木質構造体 / 接合部 / 動的負荷 / 衝撃試験 / 破壊過程 / シミュレーション

Research Abstract

本年度はまず、個別要素法を改良して、木材の接合部に適合した新たなプログラムを作成することを第一の目標とした。目黒の改良個別要素法(MDEM)は、非連続な粒状要素(コンクリートの骨材に相当)と、それらに連続性を与える間隙バネ(モルタルに相当)からなるが、異方性の大きい材木にこのモデルを近付けるためにさまざまな工夫を加えた。接合部のモデル化は、要素間バネの定数を変えることで対応させた。
衝撃試験機を用いて、出来上がったモデルでシュミレートする際の、個々の樹種や材質に応じた材料定数や、接合金物部での結合定数を実験によって求めた。材料定数としては、通常の弾性計算に使われるヤング率や強度の他に、粘性係数、摩擦係数などを測定した。
さらに、金物を用いた接合部の強度試験により、地震動のような動的な負荷を受ける場合と、実験室レベルでの荷重試験機による静的負荷試験とでは、接合部の破壊形態にちがいがあることが判明し、また、荷重‐変位曲線も異なることがわかった。破壊過程は、高速度ビデオカメラを用いて詳しく観察を行い、シミュレーションの結果と比較検討した。その結果、改良個別要素法は接合部の破壊過程をかなり良く再現できることが判明した。
上記接合部に加えて、軸組壁のフレームモデルをつくり、土台部に動的負荷が作用した場合の、倒壊過程のシミュレーションも開始した。ここでも、改良個別要素法は倒壊過程の再現に、かなり見込みがあることがわかった。