Design method of beam to square hollow section column connection with exterior diaphragm considering the effect of beam eccentricity and axial force of column

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04433
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 松尾 真太朗 九州大学, 人間環境学研究院, 准教授 (40583159)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 外ダイアフラム / 角形鋼管 / 柱梁接合部 / 梁偏心 / 柱軸力 / 降伏耐力 / 外柱

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，鋼構造骨組の代表的柱梁接合形式の一つである外ダイアフラム形式を対象として，その弾塑性挙動に与える梁偏心および柱軸力の影響を解明し，実用設計式を提案することである．
2018年度は偏心梁付き外ダイアフラム形式柱梁接合部の引張側梁フランジを取り出した試験体を製作し単純引張実験を行った．試験体には200角の角形鋼管を用いている．接合部の力学的挙動に影響する因子として，鋼管幅厚比，梁の偏心率，外壁側の外ダイアフラムせい，水平ハンチ角度（外ダイアフラム出寸法）を実験変数に設定し，計8種類の実験結果を取得した．実験では主に接合部の降伏耐力や塑性化後の挙動に着目して検討した結果，以下の知見を得た．(1)偏心率が大きくなるほど耐力低下するが，その低下率については，外壁側の外ダイアフラムせいを除いて，概ね同程度の結果であった．(2)外壁側の外ダイアフラムせいについては小さすぎると偏心率による耐力低下に大きく影響を与えるため，注意が必要である．
さらに，既往の研究で提案されている耐力式との整合性についての検討を実施し，概ね実験結果と計算結果が対応していることを確認した一方で，提案式に導入されている仮定の一部に疑問が残るため，有限要素法解析により接合部周辺の応力伝達状況を検証した．まだ，本実験と対応するディテールでの検証に留まっているため，さらなる追加検証が必要と考えている．
一方，柱軸力が接合部挙動に与える影響を考察するための第一段階として，本実験に対応するサイズの簡易な有限要素モデルによるスタディを実施した．得られた結果は，既往の研究でも検討されていることを確認した程度であるが，概ね以下の傾向を確認した．(1)接合部の降伏耐力へ与える柱軸力の影響は小さく，梁偏心が伴っても同様に小さい．(2)塑性化後の剛性に関しては，柱軸力による影響が比較的大きく出る場合もある．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定通り，初年度は，研究課題に関する諸課題を整理し，対象とする接合部の要素引張試験を実施した．一部実験結果を上手く取得できなかった点は否めないが，必要とする最低限の情報は取得できたと考える．予算の関係上，もう少し加えたかった実験変数を削ってはいるが，それらについては，有限要素法解析による対応も可能であり，大きな問題とは捉えていない．なお，要素引張試験のセットアップ方法については，当初申請書に示した方法とは異なる方法を取った．具体的には万能試験機を用いた方法に切り替えたが，これも得られる結果には大差ないため問題ないと考えている．また，研究計画に先だって，柱軸力に関する解析的検討を開始していることも踏まえて，概ね予定通りに進展していると考えている．

Strategy for Future Research Activity

【現在までの進捗状況】で述べた通り，初年度は概ね予定通りに進んでいる．よって，2019年度も当初の予定通りに進める形で特に問題ないと考えている．
2019年度の計画としては，前年度の要素引張試験の結果を踏まえて，ト字形部分架構を用いた接合部の繰返し曲げせん断実験を実施することとし，梁偏心率が接合部の構造性能に及ぼす影響を明確にすることを主目的とする．また，前年度に引き続き，耐力算定式の改良等も視野に入れた検討を行う．一方で，柱軸力の影響に関する解析的な検討も引き続き系統だてて実施していく予定である．

Causes of Carryover

2019年度は，試験体が部分架構となり大型なため，1体あたりの製作費も初年度の要素引張試験体に比べると数倍必要となる．当初の申請額からの減額もあり，予定している3体の実験を行うには少し予算的に厳しいことが懸念される．また，偏心タイプの試験体に対応するための新規治具製作も必要である．そのため，初年度は可能な限り試験体数を絞り，2019年度のために多少の予算を残しておいた．使用計画としては，試験体3体分に100万円程度，新規治具に20万円程度，計測関係（ひずみゲージ一式，計測治具製作）に20万円程度，旅費やソフトウェア利用量等に10万円程度を見込んでいる．