2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of stability and evaluation of the structural performance of the Beam-Column subjected to Axial Force with Bending Moment
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20K14868
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
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 – 2023-03-31
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| Keywords | 塑性変形能力 / 最大耐力 / 矩形断面部材 / Pδモーメント / PΔモーメント / 硬化則 / エネルギー法 / 材料特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，建築物に使用される鋼材は高強度化し板厚が薄く，細長くなっている．こうした部材では座屈現象が問題となるため，本研究では座屈現象が問題となる柱部材を対象として局部座屈現象や付加曲げモーメントで決定される部材性能と，地震荷重のような繰返し外力が部材に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている．令和3年度である本年は構造実験を実施し，繰返し外力の変化が最大耐力，塑性変形能力，部材の終局挙動に与える影響を検討した．また，有限要素法数値解析により，繰返し外力の大きさや材料特性による影響を多角的に検討した．以下に今年度の検討内容を記す．
柱の部材性能を決定する要因は板厚・材長といった形状的要因に加え，降伏応力度や降伏比といった材料的要因，部材が受ける荷重といった外力的要因がある．今年度は繰返し外力の違いが柱部材の構造性能に及ぼす影響を実験的に明らかにした．
実験的な検討を補完するべく，有限要素法による検討も併せて実施した．鋼材の材料特性にその解析結果が大きく依存することを考慮し，比較的鋼材の繰返し挙動を追従することが可能とされている下負荷面モデルとChabocheモデルと呼ばれる硬化則を使用した繰返し荷重を受ける有限要素法モデルを作成した．
下負荷面モデルとChabocheモデルは履歴ループを決定するにあたり，材料特性を決定するための変数が多く，人為的に決定することが難しいため，その同定作業を繰返し引張試 結果と機械学習を用いて行った．
これにより，有限要素法解析では信用度の高い解析結果が得られるようになり，実大実験と同等の結果を得られることが可能となった．
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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
今年度は繰り返し構造実験も実施し，概ね予想していた結果が構造実験からも確認された．昨年度に実施した鋼材の材料特性および履歴ループの同定結果に基づいた有限要素法解析結果と構造実験結果は概ね一致することも確認できた．
有限要素法により構造実験では実施できなかった変数の検討も実施し，既往の評価指標では繰返し荷重を受ける柱部材の構造性能を評価できないことも明らかとした．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は繰返し外力を受ける柱材（角形鋼管部材）を対象してより多角的な有限要素法解析を実施するともに，査読論文の執筆をおこなう．
有限要素法で明らかにする影響項目は下記のとおりである．
①繰返し外力の大きさと最大耐力や塑性変形能力といった構造性能，崩壊形式との関係性の明確化
②単調載荷から予測される繰返し荷重時に発現する構造性能の予測
③構造実験で使用した材料特性以外の鋼材を用いた場合に発現する構造性能の予測
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| Causes of Carryover |
本年度における検討は，解析で行うものが主体であり，構造実験の数を少なく実施した．次年度は，今年度明らかとなった事項を踏まえ，次年度に試験体を新たに発注する予定である．
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