2016 Fiscal Year Research-status Report
軸方向力と曲げモーメントが作用するH形鋼柱の塑性変形性能
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15K06291
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 篤司 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00362319)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 鋼柱 / H形断面柱 / 角形鋼管柱 / 局部座屈 / Pδ効果 / 塑性変形能力 / 最大耐力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ラーメン架構の骨組に水平力が作用する際，水平力を負担するための曲げモーメントと鉛直方向に作用する軸力を柱は保持する必要がある。日本で設計される鋼構造ラーメン架構の柱には複曲率曲げモーメントを受けることが一般的であり，その応力条件下での柱の力学的挙動を把握する必要性がある。しかし，既往の研究においては実験装置の複雑さから流通材を用いた実験はほとんど行なわれておらず，また曲げの応力状態としては片曲げモーメントを作用させた実験が大半であり，実験的に部材の実挙動を捉えた研究はほとんどない。本年度は，昨年度の実験装置を拡張し，柱が複曲率曲げモーメントを受ける実験を実施した。実験装置の制約上，曲げモーメントは逆対称となる応力状態で行なった。実験装置は想定した機構で動き，問題なく実験を遂行することが出来た。実験では，H形鋼柱と角形鋼管柱を対象に実施した。実験から得られた結果を以下に要約する。
１．鋼柱に塑性ヒンジを生じ、塑性変形能力を確保させるための現行の設計式は，安全側の評価を与える。これは、現設計式が片曲げモーメントによる実験結果に基づくものであるためと考えられる。この結果は柱断面形状に影響されない結果であった。
２．鋼柱の終局状態として、以下の３つが生じることを確認した。
a) 曲げモーメント載荷点付近の局部座屈にとって耐力を喪失する終局状態。；b) 柱が負担できる材端曲げモーメントの最大値は，柱のたわみに伴う２次曲げモーメント（Pδモーメント）によって決まり、耐力劣化が生じるが、材端部から離れた材中間位置の最大曲げモーメント位置で局部座屈が顕著となり、耐力を喪失する終局状態。；ｃ）柱板要素には局部座屈は生じることなく、材端曲げモーメントが２次曲げモーメントの影響により最大曲げモーメントをむかえ，柱のたわみが最大となっている位置で変形が構面内で進行し、耐力を喪失する終局状態。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
実験計画では柱断面形状をH形断面だけと限定していたが,角形鋼管まで拡張して実験が実施できており、計画通りの実験が実施できているといえる。また、来年度の計画とした数値解析に基づくシミュレーションも既に着手できており、十分な成果が得られているといえる。
したがって、当初の計画以上に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
有限要素法を用いた数値シミュレーションを活用し,実験では実施できなかった断面形状あるいは荷重条件に基づいた解析を行う。解析を行う際は,実験結果とのキャリブレーションを行うことで、解析の信頼性を確認した上で実施する。
さらに、装置を一部改良することで、片曲げと逆対象曲げのモーメント分布の中間的な応力状態を再現した実験を実施する。この応力状態はより実柱の応力状態に近いものであると言え、これまでの結果を線形補完して推定できるかなどの検証に活用する。
最終的に、鋼柱の設計式を提案し、より経済的で有りながら十分な安全性が確保できている提案を試みる。
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