木材の年輪構造が直交集成板ラミナのローリングシア強度に与える影響

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K07521
• Research Institution: Forestry and Forest Products Research Institute
• Principal Investigator: 宇京 斉一郎 国立研究開発法人 森林総合研究所, 構造利用研究領域, 主任研究員 (70455260)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新藤 健太 国立研究開発法人 森林総合研究所, 複合材料研究領域, 主任研究員 (10414484)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 直交集成板 / ひき板 / ローリングシア / ひずみ分布 / デジタル画像相関法

Outline of Annual Research Achievements

直交集成板(CLT)を構成するひき板（ラミナ）のローリングシア強度を決定するための試験法を確立することを目的として、ラミナに均一なせん断力を作用させるためのせん断試験方法の検討を行った。本研究ではASTM D2718（構造用パネルの層内せん断試験法）をベースに、鉄板2枚でラミナ試験片を挟み込んで接着し、この鉄板を介してラミナ試験片にせん断力を作用させる試験方法を検討することとした。試験用治具の製作に先立ち、有限要素法（FEM）によるシミュレーションを行い、ラミナの枚数や、ラミナが複数枚ある場合のラミナ側面の接着（幅はぎ接着）が応力状態に与える影響を調べた。その結果、試験片に作用するせん断応力は、幅はぎ接着の有無やラミナ枚数にかかわらず、ほぼ均等な分布となり、試験体に生じた平均せん断応力に対する最大せん断応力の比（応力集中係数）は、幅はぎ接着がある場合は1.05、幅はぎ接着無しの場合は1.07となった。これらの応力集中係数は他のせん断試験法について報告されている値と比較しても小さく、CLTラミナに同試験法を適用した場合も、設定した寸法の範囲においては、目的とする応力状態が導入されることを確認した。実際に製作した試験治具を用いてラミナ３枚を並べたケースについてせん断試験を行い、デジタル画像相関法を用いてラミナ木口に現れるひずみ分布の観察を行った。弾性域のひずみ分布から、FEMで得られたひずみ分布と実際のせん断ひずみ分布が概ね一致することを確認した。なお、デジタル画像相関法による観察を行うための計測系や加力治具の固定方法等についても確立することができた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

鉄板とひき板との固定には接着剤を用いたが、破断後の試験体を観察するとこの固定部分の接着に一部不良が発見され、理想的な終局破壊とならなかった。次年度に実施する試験では、接着時の圧締方法を改善する等、試験体調製上の工夫を追加する必要が発生しているため、やや遅れているとした。

Strategy for Future Research Activity

初年度に検討した試験方法を用いて、ラミナ材の縦横の寸法比およびラミナに出現する年輪パターンが、ローリングシアのせん断弾性係数や強度に与える影響について明らかにする。なお、初年度に検討した試験方法では、試験片にせん断力を導入するために、鉄板を用いたが、試験体準備にかかる時間を短縮し試験体の数を増やすために、鉄板を広葉樹材に代替した場合についても併せて検討を行う。

Causes of Carryover

当初の計画では、せん断力をラミナ試験体に導入するための試験用治具に、機械的な接合部を含んだ高度な加工が含まれることを想定していた。検討の結果、少ない構成要素から成る簡易的な加力方法によっても目的が十分達成できることがわかり、治具製作の初期費用が想定していた金額より少なく済んだ。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度は、試験片となるひき板の寸法や、そこに含まれる年輪パターンに着目し、試験体の種別を増やす予定である。試験体調製にかかる時間や加力準備に費やす労力を削減するために、次年度使用額は、鉄板の追加購入若しくは鉄板の代替材として用いる広葉樹材の購入に充当することを計画している。