2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of structural-design methodology for tow-way rigid frame composed of hybrid steel rebar-timber glulam members
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19H02290
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
塩屋 晋一 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (80170851)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 木質ハイブリッド部材 / 鉄筋集成材 / 剛接合 / 損傷抑制 / 残留変形抑制 / クリープ / 高温クリープ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
主たる成果は次の三つ事項である。
昨年に引き続き、高軸力を受ける正方形断面の柱に繰返しの水平加力実験を行い、既に開発している解析モデルを検証し改良した。柱断面は実大断面を1/2にした。1/50rad.までの変形であれば多数回の大地震を受けても、構造性能は殆ど低下しないで、損傷も全く生じないで鉄筋コンクリート造柱では見られないようなエネルギー吸収性能を発揮することが明らかになった。昨年の成果も合わせて査読論文集３編(2編は掲載済み)として投稿した。
昨年、考案した柱と梁の乾式の接合方法の検証実験と、建物に応用した場合の効果を地震応答解析により検証した。その接合には、回転角を自由に生じさせてせん断力のみを伝達させる新たな接合方法を考案して、検証実験を行った。その接合部において、フランジ部分に摩擦ダンパーを設けて、上端と下端のダンパーを降伏させる場合と、下端のダンパーのみを降伏させる場合を実験により検証した。その特性を建物に組み込んだ場合の地震応答解析を行い、下端のダンパーのみ降伏させる場合でも、建物の最大応答と残留変形を十分、抑制できることを明らかにした。
高温下環境下における鉄筋集成材梁のクリープたわみの特性を明らかにして、その評価方法を開発した。鉄筋集成材内で鉄筋を接着するエポキシ接着剤は熱に対して軟化する。鉄筋集成材は室内で使用することを想定している。夏季の一般階の室内温度は日本最高気温の42.3℃を想定しておく必要がある。また屋根裏で使用することも考えると60℃も想定しておく必要がある。これらの高温環境下における梁のクリープたわみを鉄筋が効率よく抑制することを実験により明らかにして、その評価方法を開発した。また、自然環境下でのクリープたわみの評価方法も整備した。鉄筋がメカノソープティブクリープを抑制することも解明した。成果を査読論文集に２編(1編は採択済み)、投稿した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
高層の建物へ用いるための１階の柱の設計方法を開発した。一般の設計で用いる評価方法と、時刻歴応答解析で用いる精密な評価モデルを開発した。昨年の成果も合わせて査読論文集３編(日本建築学会論文報告集、2編は掲載済み)として投稿した。
新たな概念の柱と梁の乾式接合方法を開発して、現在、検証と改良を進めている。制震部材になるように開発している。
鉄筋集成材の梁のクリープ特性の評価方法を開発した。この成果を査読論文集に２編(日本建築学会論文報告集、1編は採択済み)、投稿した。
鉄筋集成材の長期性能に対する湿度・温度の影響を評価する微分方程式の解を誘導した。成果を査読論文集に1編(日本建築学会論文報告集、掲載済み)、投稿した。
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| Strategy for Future Research Activity |
３種類の実験を行い鉄筋集成材の設計方法を整備する。
高軸力を受ける十字形、T形、正方形断面の柱に繰返しの水平加力実験を行い、弾塑性性状を明らかにして既に開発している解析モデルを検証し改良する。柱断面は実大断面を2/3にする。断面寸法は420x420mmを基本寸法とする。柱脚を鉄筋コンクリートの基礎と接合する。その接合では接合鉄筋と炭素繊維スリーブを用いる。試験体数は計4体として集成材はスギE65F225として、鉄筋はSD390,D16とする。柱の全主筋比は2.9%とする。一定の軸力を作用させて静的漸増繰り返し加力を行う。代表的な目標変形で大地震後の残留変形の抑制性能を調べるために、地震時の最大応答後の振動を想定して自由振動の準静的加力を行う。
柱と梁の乾式接合の性能を評価する梁の加力実験を行い、梁の弾塑性性状とその履歴ループの解析モデルを整備する。下端のフランジのダンパーのみを降伏させる場合について、検討を行う。
鉄筋集成材は新たな建築材料となるため、現在の建築基準法では、木質構造の準耐火建築で採用されている燃え代設計が適用できない。鉄筋集成材でも燃え代設計の概念が適用できるように耐火設計の概念の開発が必要である。適用させる概念は既に開発しており、その検証のため実大梁の耐火燃焼試験を実施する。
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