2018 Fiscal Year Research-status Report
高剛性高強度傾斜型頭付きスタッドのせん断強度と合成梁への適用
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17K06662
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| Research Institution | Hiroshima Institute of Technology |
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Principal Investigator |
貞末 和史 広島工業大学, 工学部, 准教授 (20401573)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 頭付きスタッド / ずれ止め / 合成梁 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
建築用としては1950年代に米国で開発された頭付きスタッドは、建築および土木構造物におけるシアコネクタ（ずれ止め）として広く普及し、今日の建築では合成梁や柱脚に適用されている。なお、国内では2011年に頭付きスタッドに関するJIS規格が改定され、軸径25φまでの施工が認められている。しかしながら、現行の設計基準・施工規則のほとんどは22φまでのサイズが基本とされ、作用する応力に対して鉄骨とコンクリートを剛強に結合するには数多くの本数が必要となり、収まりの都合で所要の本数を設けることが困難な場合がある。また、合成梁に関しては、日本建築学会の各種合成構造設計指針に設計法が示されているが、多数回の繰り返し荷重または大きな衝撃荷重の作用する梁への適用は認められていないため、頭付きスタッドに代わる剛強なずれ止めとして、土木構造物で用いられている「孔あき鋼板ジベル」や「バーリングシアコネクタ」と称された新型のずれ止めを適用しようとする試みも始められている。このような状況の中で、本研究では、鉄骨母材に頭付きスタッドを鉛直に溶接する在来型の頭付きスタッドに対して、頭付きスタッドを45°傾斜して溶接することで頭付きスタッド1本当たりのせん断剛性とせん断強度を増大できる新型の接合工法の実用化に取り組んでいる。
傾斜型頭付きスタッドの有効性を示すには、構造実験による検証を行なうことが不可欠であり、平成30年度は、前年度に実施した頭付きスタッドの径、長さおよび配置を変数としたせん断実験に加えて、コンクリート強度を変数としたせん断実験を実施して、これらの系統的な実験変数が破壊形式とせん断強度に与える影響について検討した。
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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
構造実験の実施によって、以下の点を明らかにすることができた。
１つめは、正方向に傾斜溶接した頭付きスタッド（片方向傾斜型）は、在来型の頭付きスタッドと比較して、相対ずれ変位が小さい領域で高い剛性を有しており、最大耐力が大きいこと。したがって、片方向傾斜型の頭付きスタッドは、1方向に荷重を受ける小梁へ適用することが好ましいといえる。
２つめは、正と負の方向に交差して傾斜溶接した1組の頭付きスタッド（交差傾斜型）は、片方向傾斜型の頭付きスタッドの性能より劣るが、在来型の頭付きスタッドと比較して、相対ずれ変位が小さい領域で高い剛性を有しており、最大耐力が大きいこと。したがって、交差傾斜型の頭付きスタッドは、正負繰返し荷重を受ける大梁へ適用することが好ましいといえる。
上述したように、小梁と大梁のそれぞれに対してせん断剛性とせん断強度の増大効果が得られる傾斜型頭付きスタッドの配列方法を明らかにした。
現在は、FEM解析による検討を加えて、頭付きスタッドの径、長さおよび配置と、コンクリート強度が傾斜型頭付きスタッドの破壊形式とせん断強度に与える影響を定量的に評価する方法について考案中であり、本研究は順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度、平成30年度に実施した、小梁と大梁それぞれの荷重条件下における接合部試験体の静的載荷実験データを基に、種々の設計条件に対して生じる破壊のメカニズムを明らかにし、せん断強度の評価式を構築する。また、剛性や強度の増大効果が得られる適用条件を示す。
続いて、傾斜型頭付きスタッドを合成梁に適用した部材試験体を製作し、「不完全合成梁」と「完全合成梁」のそれぞれが長期荷重および正負繰返し地震力を受ける場合の構造特性について、静的載荷実験と非線形FEM解析を行なって明らかにする。
不完全合成梁については、鉄骨梁とRCスラブの接合部にズレを生じさせて最大強度に達するように試験体設計を行ない、在来型および傾斜型の頭付きスタッドを用いた場合の構造特性の違いについて明らかにする。完全合成梁については、在来型を用いた場合と比較して傾斜型を用いた場合は少ない頭付きスタッドの本数で同等の構造特性を有する設計が可能であることを検証する。
最終的に、構築した接合部のせん断強度の評価式、および平成31年度に実施する合成梁の実験と解析を基に考察し、日本建築学会の各種合成構造設計指針等を参考にして、傾斜型頭付きスタッドを適用した合成梁の設計法を構築する。
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