2018 Fiscal Year Research-status Report
腐朽分布を有する釘およびボルト接合部のせん断力変形挙動とその力学的解析
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17K07870
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
澤田 圭 北海道大学, 農学研究院, 講師 (10433145)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 腐朽劣化 / せん断性能 / 機械的接合部 / 破壊形状 / 抵抗メカニズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
木造住宅の構造性能は接合部のせん断性能に大きく依存する。そのため、接合部に腐朽が発生すると住宅の構造性能は大きく低下する危険性がある。木造住宅に対して適切な保全を行うためには、木造住宅の主要な接合部である機械的接合部の劣化時における荷重－変形挙動を把握することが重要となる。２０１８年度はそのような機械的接合部のせん断力－変形挙動を調べた。
機械的接合部にせん断力が作用すると、はじめは主材と側材の境界で木材のめり込みが生じ、めり込みの範囲が広がり、接合具に曲げ降伏が生じる。２０１７年度までの研究より、腐朽によって木材のめり込み強度および釘の引き抜き強度が低下すると、釘接合部のせん断力－変形挙動にどのような影響が生じるのかを確認した。木ねじのような引き抜き抵抗が期待できる接合具を用いると、腐朽部を有する接合部はどのようなせん断力－変形挙動を示すのか調べるため、２０１８年度は構造用木ねじを用いて接合部せん断試験を行った。
腐朽処理を施した木材は、建築構造材料として使われることが多く、耐朽性が低いモミ属の樹種であるトドマツ製材である。供試菌は、JISの耐朽性試験用標準菌株である褐色腐朽菌オオウズラタケである。試験体の腐朽の様子も観察し、様々な腐朽の程度とせん断力－変形挙動、接合具の破壊形態の差違を得ることができた。
釘のような引き抜き抵抗が小さな接合具を用いると、主材と側材の境界部に腐朽が生じるとせん断力－変形挙動が大きく低下したが、木ねじような引き抜き抵抗が大きな接合具を用いると、多少腐朽が生じてもせん断力－変形挙動に変化はなく、境界部から5mm程度腐朽が進んだあたりでせん断力－変形挙動に低下がみられ始めた。
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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
本研究は、木質構造機械的接合部に部分腐朽や全体腐朽が生じた際における、せん断挙動の推定とせん断性能を評価することを目的としている。この評価を行うため、２０１８年度は、機械的接合部の１種である木ねじ接合部を対象として、腐朽部を有する木ねじ接合部のせん断力－変形挙動を調べることを計画した。
接合部せん断試験より初期剛性、降伏荷重、最大荷重を得た。初期剛性はばらつきが大きかったため、健全材と腐朽処理材の間に有意差はみられなかったが、腐朽処理材の中には初期剛性が大きく低下している試験体もあった。降伏荷重と最大荷重については、健全材と腐朽処理材の間に有意差はみられた。
せん断試験後にはピロディンを用いた測定、試験体を切断して木ねじ打ち込み部の腐朽範囲の測定、質量減少率の測定を行った。それらを劣化指標としてせん断性能値との比較を行うことでそれぞれの関係性を得ることができた。
健全材を用いた接合部試験では木ねじが大きく変形して試験が終了したが、腐朽材を用いた接合部試験では木ねじの頭部が破断した。釘接合部の試験では腐朽試験体の方が大きな変形を示したが、木ねじ接合部では腐朽試験体の方が終局変位が小さくなるものもあり、接合具の形状によって終局性能に差が生じることが判明した。
接合具の形状によって腐朽に伴うせん断性能の変化には差があり、釘接合部と木ねじ接合部のせん断力－変形挙動はせん断抵抗メカニズムに基づいて解釈することが可能であった。また降伏理論を用いてせん断耐力を推定できる可能性も確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０１７～２０１８年度の研究から、接合具の形状が腐朽部を有する機械的接合部のせん断性能に及ぼす影響を把握することができた。この影響の程度は抵抗メカニズムに基づいて解釈することが可能であることも分かった。そこで２０１９年度では接合具寸法が大きい、ドリフトピンを用いて腐朽に伴う接合性能の変化を調べる。ドリフトピン接合部試験体は既に腐朽処理済みであり、現在養生中である。
腐朽分布を変化させた非線形解析を行い、腐朽パターンを変えたシミュレーションを行いドリフトピン接合部のせん断力－変形挙動を求める。木材のめり込み応力－変形挙動とドリフトピンの曲げモーメント－変形角挙動はマルチリニアモデルとして扱う。ドリフトピン接合部が弾性変形から降伏に至るまでの過程や、降伏以降における応力状態を調べ、腐朽状態に応じて抵抗メカニズムがどのように変化しているのか数値解析によって調べる。様々な腐朽分布を持つドリフトピン接合部に対してせん断力－変形挙動を調べることで、腐朽が生じたドリフトピン接合部のせん断メカニズムが分かり、この点の解明はドリフトピン接合部の腐朽診断に大きく役立つことになる。
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