2013 Fiscal Year Annual Research Report
予想される超大地震動に対する鋼構造建物の自立限界を超える倒壊性状の把握
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23360247
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
多田 元英 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90216979)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 進 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10243172)
向出 静司 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20423204)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 角形鋼管 / 局部座屈 / 倒壊 |
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| Research Abstract |
建築基準法が要求するクライテリアだけに基づいた画一的なチェックだけでは，近い将来に発生するであろう南海・東南海・東海および上町断層帯等の超大地震に対して建物の倒壊が危惧される。本研究では，構成部材の劣化特性を把握した上で倒壊時の崩壊機構や骨組の劣化挙動を明らかにし，鋼構造建物の完全倒壊に対する構造性能を定量的に明らかにして設計に反映させることを目的としている。そのような目的の下，角形鋼管柱の局部座屈を伴う劣化挙動を把握するために，今年度は鉄筋コンクリート基礎に埋込まれた角形鋼管柱について大変形域までの載荷実験を実施した。前年度までに実施した露出柱脚形式と異なり，大変形時に基礎のフェース部で鋼管が内側に凹むことに起因する劣化挙動に注意が必要なことなどの知見を得た。数値解析面での検討としては，シェル要素による有限要素解析で実験結果を再現するために，初期不整などのパラメータが及ぼす影響をまとめた。また，統合化構造解析システムを用いて，様々な地震動に対する立体詳細時刻歴解析を行い，鋼構造建物が倒壊に至る条件を，任意方向の地震入力エネルギーの観点から考察できた。一方，局部座屈による耐力劣化を表現した従来の復元力モデルに，部材端が破断する条件を加えたモデルを設定し，鋼構造骨組が超大地震動を受けて局部座屈と破断をともなって倒壊する挙動のケーススタディーを行った。さらに，鋼構造骨組の立体挙動を統合化構造解析システムの枠組の下でシミュレートするために，部材端に２軸曲げの回転バネを設定した柱を弾塑性立体解析するためのステーションプログラムの原形を完成させた。これを用いて，１層１×１スパンの鋼構造立体骨組を対象に，２方向地震動を受ける場合の弾塑性時刻歴解析を行った。ある程度の規模の立体骨組を扱うために，さらなる改良を行う予定である。
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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
鋼構造骨組の超大地震動下での倒壊挙動に大きな影響を及ぼすのは，部材端部の局部座屈と破断である。局部座屈については，露出形式柱脚だけでなく埋込形式柱脚についても角形鋼管柱の劣化挙動を載荷実験で概ね把握できており，その実験結果をシェル要素による有限要素解析で精度よく表現できている。また，２方向地震動を受ける鋼構造建物が倒壊に至るときの条件を見いだすことができつつある。一方，局部座屈による耐力劣化だけを考慮した数値解析による検討をこれまで行ってきたのに対し，破断も考慮できる数値解析技術を構築できている。さらに，２方向の立体挙動をシミュレートするための解析ツールの原形も完成している。
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| Strategy for Future Research Activity |
角形鋼管柱の脚部の劣化挙動について，より充実した知見を得ておくために，最小限必要な載荷実験を行う。また，これまでに実施した露出形式柱脚や埋込形式柱脚の載荷実験結果を詳細に分析するとともに部材端破断についての既往の実験成果を調査し，建物全体の倒壊挙動を検討するための力学モデルや復元力モデルのさらなる改良を行う。さらに，鋼構造立体骨組の広範囲な倒壊挙動をシミュレートするために，数値解析プログラムの機能を充実させる。
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