Development of Design Methodology of Steel Beam-to-column Connections Subjected to Bending and Axial Force

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04689
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: 浅田 勇人 芝浦工業大学, 建築学部, 准教授 (70620798)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉敷 祥一 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (00447525) ; 田中 剛 神戸大学, 工学研究科, 教授 (90243328)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 梁端接合部 / 鋼構造 / 軸力 / 曲げモーメント

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，曲げと同時に軸方向力が作用する梁端接合部の載荷実験および数値解析を通じて，その現実的な性能を実証し，その結果から，軸方向力の影響を陽に考慮した設計法を構築することを目的とする。具体的には軸方向力を考慮した最大曲げ耐力を明らかにするとともに，塑性変形能力を確保する観点から，梁端接合部に許容できる軸方向力の限界値を明確にする。
研究3年目は，2年目に引き続き，引張軸力下の梁端接合部の耐力および塑性変形能力を実証するために，柱梁部分架構試験体の載荷実験を行う予定であった。ただし，本年度も新型コロナウイルスに加え，研究代表者の異動の影響によって，研究体制を十分に整えることができず，実験遂行までには至らなかった。そこで，2021年度は，実験に先立って理論解析から最大耐力曲げ評価式について検討を行った。具体的には，これまで構築した軸力下の梁端接合部の全塑性曲げ耐力の評価式を最大耐力の評価式へ拡張する方法を検討した。最大曲げ耐力の評価にあたっては，軸力下の最大曲げ耐力を片側のフランジの軸力がフランジの最大軸力（引張強さ×断面積）に到達したときの曲げモーメントと仮定し，軸力の大小によって変動する塑性中立軸の位置を考慮した5種類の崩壊機構と釣合条件に基づき導出した。数値解析との照合から，引張軸力の大小や柱スキンプレート厚にかかわらず，概ね梁端接合部の最大曲げ耐力を適正に評価できることを明らかにした。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究3年目は当初載荷実験を行うことを予定であったが，新型コロナウイルスおよび研究代表者の異動に伴い，研究体制の再整備および実験施設の確保ができず，実施できなかった。その代わりに，本課題の最終目標である設計法の構築に向けて理論解析から最大曲げ耐力の評価式の誘導と，数値解析による理論解析結果の検証を行った。当初のスケジュール通りに，理論解析を行うことができたが，実験による検証ができていないため，総合的にみて遅れていると言える状況にある。

Strategy for Future Research Activity

昨年度行う予定であった載荷実験を本年度前半に行い，前半中に実験結果の分析まで完遂する。昨年度構築した有限要素モデルの妥当性を検証した後，解析から実験結果の詳細分析を行う。さらに，本課題の主たる目的である梁の軸力を陽に考慮した設計法の構築に向けて，実験より広範な範囲の軸力および柱と梁の断面の組み合わせを考慮して検討するために，有限要素解析によるパラメトリックスタディを行う。

Causes of Carryover

コロナ禍等の影響で2021年度に実施できなかった載荷実験の試験体製作費として使用する。