安定論と破壊力学に基づく建築構造物の脆性破壊の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650572
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 小坂 郁夫 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (40127163)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上谷 宏二 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40026349)
• Keywords: 破壊力学 / 安定論 / 脆性 / 亀裂 / 鉄骨造

Research Abstract

境界要素法を用いた破壊力学に基づいて、あらかじめ亀裂を有する長方形断面梁およびH形断面梁の曲げ載荷時の曲げモーメント-回転角関係の亀裂進展前後も含めた経路を計算した。これを基に、亀裂を有する梁部材を含んだ建築骨組に強制外力や変位が作用した場合の骨組挙動解析用の回転バネモデルを提案した。亀裂部分が開いて亀裂の進展開始状態に至った後も亀裂が安定的に進展する場合にはこれを用いて解析することができる。
建築骨組が載荷され亀裂が進展開始状況に至った場合、それ以降、部材の亀裂進展が載荷とともに安定的に進展するか不安定となり動的に亀裂が進展するかは回転バネモデルを組み込んだ剛性行列の固有値の正負で判定できることを示した。固有値の少なくとも1個が負の値となると亀裂が動的に進展する。その場合に、剛性行列は荷重や変位の境界条件を考慮して縮約を行った後に固有値を求めても、縮約せずにそのまま固有値を求めても、固有値そのものの値は異なるが、正負の判定は同じとなる。
亀裂進展時の亀裂バネの剛性が負の値でその絶対値が大きくなればなるほど骨組全体の剛性行列の固有値は小さくなる。亀裂バネの剛性と亀裂部以外の骨組剛性との相対的な比率で決まり、細長い部材などで構成されている剛性の小さい骨組は亀裂が動的に進展する可能性が高くなることを示した。
複数の箇所に亀裂が存在する骨組についても安定性の判定は同様にできることを示した。また、場合によっては分岐挙動が発生する可能性も示した。