2021 Fiscal Year Research-status Report
大規模木造接合部のせん断メカニズムと振動特性の解明
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20K06157
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
澤田 圭 北海道大学, 農学研究院, 講師 (10433145)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨高 亮介 地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 森林研究本部 林産試験場, 研究職員 (40782545)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ドリフトピン / 柱脚接合部 / 柱－梁接合部 / 後半間隔 / 降伏モーメント / 初期剛性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
木造建築物が大規模化されると部材の断面は大きなものとなる。部材の大断面化に伴い、その大きさを有効に活かした接合法があれば、建築物に対する木材の活用にもつながると考えられる。そこで本研究では、鋼板の配置と枚数を変化させた鋼板複数枚挿入ドリフトピン接合部に静加力および仮動的試験を行うことで、接合部のせん断挙動および振動特性を解明し、接合性能が最大となる接合寸法を示すことを目的とした。令和3年度は柱－梁接合部の静加力試験および柱脚接合部の仮動的試験を行った。
柱－梁接合部は、E105-F300カラマツ集成材に9mm厚鋼板を挿入し、直径12mmのドリフトピン8本で接合した。集成材の材厚は150mm、材幅は330mm、材長は1356mmとした。試験は鋼板を1枚挿入と2枚挿入の接合部に対して行い、鋼板2枚挿入の場合、鋼板間隔は40mm、80mm、110mmの3種類とした。ドリフトピンは円形配置とし、回転中心からドリフトピンまでの距離は112mmとした。柱脚接合部の材料、接合寸法、ドリフトピン本数は柱－梁接合部と同じとした。
柱－梁接合部に対する静加力試験の結果より、鋼板を1枚挿入した接合部より鋼板を2枚挿入した接合部の方が、接合性能は向上することが分かった。鋼板2枚挿入接合部の中では、鋼板間隔を80mmとした接合部が、初期剛性および降伏モーメントともに最も大きな値を示した。降伏後のモーメント－変形角挙動は鋼板間隔によって異なり、ドリフトピン接合部分からの割れも確認されたが、大きなモーメント低下はみられなかった。
柱脚接合部の仮動的試験に先立ち自由振動試験を行い、対数減衰率は5%程度であることが分かった。振幅を一定として、周波数を変化させた正弦波を柱脚接合部に与えた仮動的試験を行い、柱脚接合部は周波数の変化に応じて異なる応答を示した。
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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
本研究は、大規模木造建築物の接合法として期待される、鋼板複数枚挿入ドリフトピン接合部の静加力および振動加力時のせん断性能を評価することを目的としている。この評価を行うため、鋼板の配置と枚数を変化させた鋼板複数枚挿入ドリフトピン接合部に対して、静的加力試験および仮動的試験を行い、接合部のせん断性能および振動特性を調べる。これにより、せん断性能が最大化となる接合寸法を提示することが出来ると考える。
令和3年度は、ドリフトピン8本を用いた柱－梁接合部の静的加力試験を実施した。鋼板枚数は1枚と2枚の2種類、主材厚は150mmで、鋼板間隔は4種類と接合因子を設定した。鋼板の配置によって初期剛性、降伏モーメント、終局モーメント、終局変形角、破壊までの吸収エネルギーがどのように変化するか調べ、各接合性能値が最大となる鋼板の配置が明らかとなった。柱－梁接合部の静的加力試験は令和3年度内の実施を計画しており、当初の計画通りに達成することができた。
更にドリフトピン8本を用いた柱脚接合部に対して、仮動的試験を実施した。鋼板枚数、主材厚、鋼板間隔は、柱－梁接合部と同様とした。周波数を変化させた正弦波を柱脚接合部に与え、鋼板の枚数や配置によって、入力周波数が柱脚接合部のモーメント－変形角挙動に及ぼす類似性や差異を明らかにすることができた。柱脚接合部の仮動的試験は令和3年度の実施を計画しており、当初の計画通りに達成することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度の研究から鋼板の配置が柱－梁接合部のモーメント－変形角挙動に及ぼす影響と、柱脚接合部の周波数応答に及ぼす影響を明らかにすることができた。また、最大モーメントに達した後のモーメント－変形角挙動は鋼板間隔によって異なることも分かった。令和3年度は鋼板挿入接合部が柱側と梁側にある柱－梁接合部に対して静加力試験を行ったが、令和4年度は鋼板挿入接合部が柱側にある柱脚接合部と、柱側と梁側にある柱－梁接合部からなる、門型フレームに対して静加力試験を行う。鋼板配置は柱脚接合部および柱－梁接合部の場合と同様とする。これにより、鋼板の配置が門型フレームのモーメント－変形角挙動に及ぼす影響を調べ、その影響は柱脚接合部や柱－梁接合部と異なるのかどうか検討する。また木材の面圧試験から得られた支圧剛性および支圧強度と、ドリフトピンの曲げ試験から得られた曲げ剛性および降伏曲げモーメントから、門型フレームの初期剛性と降伏モーメントを推定できるか検証する。また令和4年度は柱－梁接合部と門型フレームを対象にした仮動的試験を行う。仮動的試験に用いる試験体の鋼板配置は、静加力試験体と同様とする。静加力試験より柱－梁接合部や門型フレームの降伏モーメントは判明するが、仮動的試験では降伏モーメントよりも小さいモーメント荷重を周期的に与え、モーメント－変形角挙動の周波数応答を調べる。一連の研究により、木材とドリフトピンの材料強度特性から、門型フレームを構成する柱脚接合部および柱－梁接合部の降伏挙動を推定し、更に門型フレームの降伏挙動と比較することで、鋼板を複数枚挿入した門型フレームのモーメント－変形角挙動について総括を行う。また周波数応答を調べることで振動特性が分かり、これら接合部を使った建築物の地震時応答の予測に役立つことになる。
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| Causes of Carryover |
令和3年度は柱－梁接合部と柱脚接合部の加力実験を行い、研究費の多くは集成材と鋼板の購入費であった。この実験は北海道大学（札幌）と林産試験場（旭川）で行い、当初は研究代表者と分担者が互いの研究機関に赴いて実験を実施する計画を立て、その札幌－旭川間の旅費を計上していた。しかし、新型コロナの感染拡大状況を受けて行動制限が生じたため、旅費相当額が執行できず、次年度への使用額が生じた。この数カ月で木材価格が急高騰していることから、次年度使用額は集成材の購入費として使用する予定である。
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