2019 Fiscal Year Research-status Report
想定外災害を許容する災害時避難所となる鉄骨置屋根体育館の高靭性支承部の提案
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19K04567
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
古川 幸 東北大学, 工学研究科, 助教 (30636428)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | アンカーボルト / 露出柱脚 / 接合部回転性能 / 鉄骨置屋根 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，地震時に極めて厳しい応力状態におかれる鉄骨置屋根支承部の「高靭性化」により，災害時における体育館の安全な継続使用が可能な構造システムの実現を目的とする。提案する屋根支承部の設計手法の確立するため，[I]支承部の力学的保有性能の評価と，[II] 支承部の力学的要求性能の評価を段階的に行う。
本年度に行ったことは，主に以下の二つである。一つが，[I]に関連する，提案する接合部に適用した接合金具（アンカーボルト＋鋼部材で構成される）の力学的性能と接合部の回転性状を把握するための，せん断力載荷実験である。二つ目が，[II]に関連する，接合部に作用する応力と変形量の解析的検討である。
前者においては，構造物に適用した場合に想定されるせん断力と曲げモーメントを接合部に作用させる載荷装置を用いて，正負交番繰り返し漸増載荷を行った。試験体は，2/3縮尺相当の接合部を模擬したものである。初年度であることから，接合部の力学的性能に最も影響を与えるアンカーボルト径と，接合部の回転半径を変数とした検討を行った。その結果，本接合部がいずれの場合も，十分にピンとみなせる低い回転剛性を有することが分かった。また，接合部の降伏曲げモーメントの評価法を提案した。しかし，アンカーボルトがせん断と引張力の双方を負担することから，接合部の回転変形量（つまり剛性の低さ）と，接合部に作用するせん断力に対する十分なせん断耐力を両立させる接合部設計が困難となる課題も明らかとなった。
後者については，想定する構造物の地震動応答を想定した静的解析を行い，接合部に作用する応力（特にせん断力と曲げモーメントの関係）と変形量を検討した。その結果，想定する構造物では接合部回転量が小さく留まることから，実験で明らかとなった課題は致命的な課題とはならないことが分かった。
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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
本研究では，[I]支承部の力学的保有性能（支承部回転性能，せん断耐力，曲げ耐力）の評価を実験的検討で行い，[II] 支承部の力学的要求性能の評価を解析的検討で行うことで，提案する支承部の実用化を目指す。
初年度においては，実験的検討を主としている[I]支承部の力学的保有性能の評価の1つである接合部の回転性能評価に関する予備的実験を行い，提案する接合部がおおむね想定する回転性能を有していることを明らかにするとともに，基礎的な評価法を提案した。また，予備実験において提案する接合方法の課題を明らかとし，次年度にその改良案を検討することとした。一方で，明らかとなった課題点は，鉄骨置き屋根においては接合部回転角が小さく抑えられることから（[II] 支承部の力学的要求性能の評価），致命的な問題とならないことも明らかにした。
以上から，接合部が想定した力学的性能を有しており，[I]力学性能評価に必要な基礎的なデータを実験で概ね得ることができ，[II]において簡易接合部では制御が難しい回転角に関する要求性能が極めて小さいことが分かったことから，[II]については今後の重点検討はある程度省略可能であることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度においては，初年度に引き続き，提案する接合部に適用した接合金具（アンカーボルト＋鋼部材で構成される）の力学的性能と接合部の回転性状の評価をまず行う。初年度で検討したアンカーボルト径と，接合部の回転半径に加えて，接合部に作用する曲げモーメント－せん断力比，接合金具の固定度など，より実際に即した条件を検討する。また，初年度で明らかとなった1本アンカーボルトにせん断力と接合部の回転によって生じる引張力の双方を同時に負担させる問題についても取り組む予定である。アイデアとしては，ばね座金をアンカーボルト緊結部に適用することで接合部の回転量を稼ぎつつ，引張力を発生させないというものである。
また，以上に加えて，接合金具を埋め込むRC部材側の側方破壊耐力についても，同スケールの試験体を用いて，水平力の一方向載荷と正負交番漸増載荷によって検討する。側方破壊耐力については，特に接合金具のRC部材への固定度が関係することから，固定条件を複数用意して検討する予定である。
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