Mechanical analysis of shear behavior of mechanical joints with decayed wood

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K07870
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 澤田 圭 北海道大学, 農学研究院, 講師 (10433145)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 非線形解析 / 初期剛性 / 降伏耐力 / 腐朽

Outline of Annual Research Achievements

木造建築物の性能は接合部の性能によって大きく変化する。そのため、接合部に腐朽が発生すると建築物の構造性能や使用性能は大きく低下する危険性がある。ボルト等のダウエル型接合は大規模建築物から住宅まで広く使われている接合法である。そこで鋼板挿入型接合部に対して腐朽処理を行い、せん断試験を行った。木材中で腐朽が進行するとき、木材断面内で部分的な腐朽が見られることがある。この部分腐朽の影響を見るため、木材中の腐朽領域を変化させた非線形解析を行い、腐朽分布と接合性能の関係を調べた。試験に用いた木材はトドマツ材で主材厚は94mm、腐朽菌は褐色腐朽菌オオウズラタケとした。非線形解析は木材の健全部、木材の腐朽部、接合具が非線形挙動を示すようにプログラムを構築して行った。腐朽は材縁側から進行する場合と鋼板側から進行する場合を設定した。
材縁側から腐朽した場合、腐朽範囲が小さいときは接合性能の変化は小さく、腐朽範囲10mm時に初期剛性は約10%低下し、降伏耐力はほとんど変化がなかった。腐朽範囲が20mmになると初期剛性、降伏耐力ともに低下した。鋼板側から10mm腐朽した場合、初期剛性は20%以上低下しており、材縁側から腐朽した場合よりも鋼板側から腐朽した方がより大きな接合性能の低下が見られた。接合部の初期剛性および降伏耐力は木材内の腐朽範囲だけでなく、腐朽の位置によっても変化することが明らかとなった。これにより木質構造接合部を劣化診断するとき、腐朽の発生位置と腐朽の進行程度を確認することで、接合部の残存性能を推定できることを示すことができた。