2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of Collapse Mechanism due to Stree Transfer of Compsite Beams in Damping Frames
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17K18914
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
木村 祥裕 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (60280997)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 制振構面 / コンクリートスラブ / スタッド / 合成梁 / 載荷実験 / FE解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
制振構面において床スラブが取りつく鉄骨梁の応力伝達機構を，実建物における合成梁をモデル化した詳細な数値解析モデルによって明らかにする。数値解析は，3次元有限要素法による弾塑性大変形解析である。文献7)では鉄骨梁と床スラブを梁要素とし，スタッドを介して応力伝達した実用的なモデルが提案されているが，床スラブの幅方向の（平面的な）応力分布やスタッドの降伏後の応力伝達機構は必ずしも明らかにされていない。
そこで，鉄骨梁を4節点シェル要素，コンクリートスラブを8節点ソリッド要素，スタッドを8節点ソリッド要素，ダンパーを4節点シェル要素で構成し，スタッドをコンクリートに埋め込み拘束することで合成梁を再現した。また，コンクリートスラブ下面と上フランジの接触，鉄骨柱とコンクリートスラブの支圧を接触解析により緻密に再現する。材料特性は，鉄骨梁，鉄骨柱，ダンパーを複合硬化則，コンクリートスラブをひび割れによる耐力劣化を考慮した応力-歪関係により与えた。また，載荷実験については数値解析と同様の試験体を製作することとする。数値解析より，載荷実験で網羅できないパラメータについても，載荷実験で計測できないスタッドの高さ方向への負担せん断力の分布やコンクリートスラブとスタッド間の支圧力などの詳細なデータを明らかにした。
1)の曲げせん断実験より得られた履歴性状を適用しながら，ダンパーから梁に作用する軸力がコンクリートスラブに伝達されるまでの応力伝達機構と合成効果により負曲げ時に鉄骨梁に作用する軸力をスタッド剛性・耐力，鉄骨梁曲げ剛性・耐力，ダンパー軸力比等のパラメータに対して明らかにする。得られた解析結果を用いて，合成梁に負曲げが作用した際の圧縮軸力評価式を構築した。
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