2021 Fiscal Year Annual Research Report
鋼構造部材の安定性評価手法の統一化およびその応用としての合理的設計手法の確立
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20H02294
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
五十嵐 規矩夫 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (40242292)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三井 和也 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (60862224)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 建築構造 / 鋼構造 / 部材 / 安定性 / 統一的性能評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，鋼構造に対する設計行為の明確化および合理化に繋げる鋼構造の設計体系の高度化を図るために，その設計手法が連続かつ統一的となることを目指し，鋼構造部材の使用条件範囲を区分，設定，限定しない統一的な安定性評価手法を構築することを目的としている．具体的には，(１)主要構造部の部材として使用されていない薄い板厚の範囲における部材挙動およびその構造性能の解明，(２)鋼構造部材の軽量化，大断面化に伴う断面形状および補剛等を考慮した周辺部材の簡略化，(３)現行規準，指針における仕様，使用範囲から逸脱している部材の詳細な部材性能評価であり，研究全体は５つのサブテーマから構成されている．
以上の目的のため，２年目の令和３年度は，以下のサブテーマ「２)圧縮力および曲げを受ける組立部材の安定性評価」，「３)薄板H形断面部材の安定性評価の高度化と接合部への展開」を主に検討し，令和２年度の検討で，新規かつ詳細な検討が必要と判断したサブテーマ「１）圧縮力および引張力を受ける非対称断面部材の弾塑性性能評価」の一部についても継続検討した．
サブテーマ２)では，様々な接合ピッチを有する薄板非対称断面組立引張材に対する新たな合理的設計式を提案した．圧縮および曲げを受ける組立材の挙動については，その基本的な特性に対する検討は終了しているが，サブテーマ１）の知見および接合要素のモデル化等の詳細な検討が必要と判断し，予定の研究期間を延長して行なうこととした．なお，サブテーマ１)では，薄板非対称断面部材の境界条件に応じた座屈モードの解明および終局耐力評価を行なった．サブテーマ３)では，柱梁接合部および近傍部位の薄板化の可能性とその安定条件を踏まえた設計法に向けた検討を行った．さらに，サブテーマ「４)冷間成形角形鋼管部材の連成座屈不安定挙動の解明」に向けた基礎資料の収集と基礎的検討を開始した．
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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
令和３年度は本研究の主目的に関わるサブテーマ１)，２)および３)の一部，４）の基礎的検討を行なった．
サブテーマ２)では，令和２年度の薄板非対称断面部材単独の偏心引張接合部挙動とその最大耐力評価式の提案に引き続き，様々な接合ピッチを有する薄板非対称断面組立材の引張試験を行ない，その終局挙動および耐力を明らかにし，合理的設計式を提案した．なお，圧縮および曲げを受ける組立材の挙動については，その基本的な特性に対する検討は行なっているが，サブテーマ１）の知見および接合要素のモデル化等の詳細な検討の必要性から予定の研究期間を延長し令和４年度も行なうこととした．
サブテーマ１)では令和２年度に行なった薄板非対称断面部材の局部座屈挙動および最大耐力算定手法の提案に引き続き，複雑な座屈挙動である「ゆがみ座屈挙動の検討」および「長柱の境界条件に応じた終局耐力評価」を座屈実験を実施した上で新たに行なった．その結果から薄板非対称断面部材の座屈に対する理論構築および弾性座屈耐力評価，さらにはそれらを用いた座屈後耐力，終局耐力評価を統一的に行なった．
サブテーマ３)では，柱梁接合部および近傍部位の薄板化の可能性とその設計法に向けた検討を行った．具体的には薄板H形断面部材を用いた平行四辺形柱梁接合部パネルのせん断座屈耐力評価を理論解析および数値解析を用いて行なった．また梁端部で梁せい方向に拡幅する構法がしばしば用いられるが，その拡幅によりウェブ幅厚比が大きくなり相対的に薄板となるため，安定的な挙動を確保するための補剛条件を数値解析により検討した．
さらに，サブテーマ４)では，基礎資料の収集と基礎的検討を目的に冷間成形角形鋼管部材の繰返し載荷実験を行ない，今後の発展的な鋼構造の部材設計においては繰返し履歴性状の定量的な把握が必要であることを改めて確認するとともに，材料の繰返し特性を実験により確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度に計画しているサブテーマは，「３）薄板H形断面部材の安定性評価の高度化と接合部への展開」および「４）冷間成形角形鋼管部材の連成座屈不安定挙動の解明」である．なお令和３年度は前年度に引続き，サブテーマ「１）圧縮力および引張力を受ける非対称断面部材の弾塑性性能評価」を拡大して行なった．そこでの検討結果を用いて，サブテーマ「２）圧縮力および曲げを受ける組立部材の安定性評価」について改めて検討する．
サブテーマ３）は令和３度より取り組み，薄板H形断面部材を用いた柱梁接合部のせん断座屈耐力を，理論解析，数値解析にて確認した．令和４年度は，L型接合部を有する架構の載荷実験により実挙動を確認し，その終局状態および耐力について検討する．また梁端部で梁せい方向に拡幅する構法ではウェブ幅厚比が大きくなり相対的に薄板となるため，安定的な挙動を確保する合理的な補剛条件を数値解析および載荷実験により検討する．
サブテーマ４)については，令和３年度の予備的な検討から冷間成形角形鋼管が繰返し履歴を受ける場合の部材性能を検討することの必要性が明らかになったことから，材料特性を考慮した繰返し特性の解明とその評価を本サブテーマの主課題として行なう．数体の繰返し載荷実験と材料特性のモデル化を行ない，それらの結果を受けたパラメトリックな数値解析を通して，部材の繰返し特性を解明する．
非対称断面単独部材の安定性に関しては，サブテーマ１）から多くの知見を得た．これらの成果を受けてサブテーマ２)では，主な対象を溝形断面を用いた組立部材とし，その圧縮および曲げ挙動を数値解析および基礎的な載荷実験より，つづり形式を中心に，接合要素に要求される性能を含めて検討し，その設計法の確立を目指す．
最終年度である令和５年度に向けて，これまでの検討内容を再度見直し修正を加え，最終的な統一的評価，合理的設計につなげていく.
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Research Products
(22 results)
