2021 Fiscal Year Research-status Report
脆性破壊の予測手法に基づく梁端溶接部の接合部詳細の最適化－接合部の品質管理基準
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19K04699
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| Research Institution | Sojo University |
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Principal Investigator |
東 康二 崇城大学, 工学部, 教授 (80320414)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩下 勉 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (10332090)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 建築構造・材料 / 鋼構造 / 溶接接合部 / 脆性破壊 / 接合部詳細 / スカラップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，接合部詳細の中でひずみ集中点となるスカラップ底から進展した延性き裂を起点とする脆性破壊を的確に予測し，より正確に接合部の終局耐力を求めると共に，脆性破壊の発生を抑制する接合部の詳細形状の最適化を図ることを目的とする．
解析的研究として，JASS6で推奨される複合円型およびAISC仕様規定に示される形状をもつ試験体をモデル化し，スカラップ底，或いはサブマージアーク溶接（SAW）の溶接止端部に沿った方向に貫通切欠きを設け，脆性破壊の発生を予測した．切欠き位置は解析の相当塑性ひずみ分布図から一様伸び以上となる最大点とした．前年度の実験においてウェブ厚が12mmの場合は，すべてスカラップ底から破断に到ったが，解析モデルでの高応力領域の分布形状を確認したところ，SAWのサイズによって，SAWの溶接止端部に沿って延性き裂が進展する可能性が示唆された．すなわち，実験ではSAWが低靭性となるよう調整したことにより，破壊性状が脆性破壊に転じたと考えられ，形状の最適化に影響を及ぼしていることが明らかとなった．また，AISC型の場合，スカラップの円弧とスロープとの交点とSAWの溶接止端部の位置関係によって破壊性状が異なることが示唆された．そこで，スカラップ底から脆性破断に到ると予想されるSAW寸法と，SAWに沿って延性き裂が進展すると予想されるSAW寸法を解析的に調査し，それぞれ2体ずつに絞って確認実験を計画した．スカラップ形状とSAWの寸法のみをパラメータとし，他の寸法はこれまでと同一とする一方，材料はTMCP鋼として溶接性を高め，材料靭性の影響を排除するものとした．なお，進捗状況に記載の通り，実証実験は未了の状態であり，実験完了の後，解析的に最適形状及び寸法を確定する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
当初の研究計画では，スカラップ底から進展した延性き裂を起因とする脆性破壊について，スカラップの形状・寸法と延性き裂進展量の関係を調べるために，モデル化した試験体を用いて正負交番漸増繰返し載荷を行い，延性き裂の発生・進展と脆性破壊への転化を再現することで，それぞれの塑性変形性能を検証することとしていた．
特に本年度は，前年度の研究結果を踏まえ，接合部係数が指針の推奨値となるウェブ厚（12mm）とした上で，スカラップ形状（JASS6で推奨されている形状，米国基準AISC-341で規定される形状）をパラメータとして，改良型試験体の有限要素モデルによる解析を行い，最適化の判定に必要な，破壊性状の境界となる寸法の検証実験を行うことを計画していた．試験体の設計は第1四半期に，製作の発注を第2四半期に完了していたが，昨今の世界的な材料の調達の遅れから，製作工場への使用鋼材の入荷が半年遅れ，試験体納品予定日が年度を跨ぐこととなり，期間内に実験ができなかった．
以上から，スカラップ底から進展する延性き裂を起点とした脆性破壊を抑制する接合部詳細の最適化という本研究の目的の途中段階で延期されていることから，上記の区分とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画では，モデル化試験体による破壊実験を継続しながら，実大実験による検証を行うこととなっている．予備実験から本年度までに，フランジとウェブの耐力比が塑性変形性能に影響を及ぼすことが確認できたと共に，破壊経路をSAWの溶接止端部に沿ったき裂進展の方に導くことにより，破壊の遅延，或いは脆性破壊を回避し延性破壊に到る破壊性状を確保できることが明らかとなった．スカラップ底とSAWの溶接止端部が交差する場合，スカラップ底からの破断に到る場合が見られたことから，まず，ウェブ厚とSAWのサイズをによるマトリックスを作成し，適正範囲を定める．昨年度よりスカラップ底のひずみ集中を緩和し，延性亀裂の発生進展位置をウェブ側に移動させる形状を立案しており，それに，適正なSAWサイズを組み合わせたモデル化試験体を製作し，実証実験を行い，その結果を踏まえて実大試験体にて性能を検証する．
また，昨年度より課題の一つとして挙げた，ウェブ上のせん断が卓越した状況での延性亀裂の進展について，破壊モードⅠとⅡの混合比を表現する破壊力学パラメータの検討を継続する．材料定数の決定のための材料試験（靭性試験）の結果を基に，亀裂長さの影響を受けないとされる限界Weibull応力による脆性破壊発生予測と混合モードを表現するパラメータを組み合わせることにより，スカラップのひずみ集中点からのき裂の発生と脆性破壊を予測できれば，最大の塑性変形能力をもつものとして最適な形状が決定できると考えている．
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| Causes of Carryover |
（理由）使用鋼材の納入の遅れから発注済みの試験体の製作が遅れ年度内に納品できなかったため．
（使用計画）試験体納品後，試験体および実験にかかる費用に補填する．
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Research Products
(12 results)
