2014 Fiscal Year Annual Research Report
高層鋼構造建物の倒壊挙動における構造骨組と外装材の損傷過程解明と予測技術の構築
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26249080
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吹田 啓一郎 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70206374)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 康裕 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70324704)
聲高 裕治 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80343234)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 建築鋼構造 / 魚骨形骨組 / 倒壊挙動 / 柱梁耐力比 / 構造実験 / 角形鋼管柱 / 立体解析 / MSモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）魚骨形骨組試験体による大変形載荷実験のために，魚骨梁端部をリンク材で結合することにより梁端のローラー支持を再現し，上層の自重を模した鉛直力を柱頂部に載荷し，地震力を模した水平力を頂部の柱梁交点に加力することが可能な載荷装置を開発した。試験体は，柱梁耐力比、部材幅厚比、柱軸力比をパラメータとし，倒壊時の崩壊形が様々に異なる条件として6種類の魚骨形骨組を選定した。得られた6体の試験体を対象に層間変形角0.2rad程度の大変形載荷実験を行い，梁端破断，柱・梁・柱脚の局部座屈，パネル降伏の損傷を経て倒壊に至る挙動を把握した。
２）柱梁部材の大変形繰返し載荷実験。魚骨形骨組試験体の構造要素の履歴特性を把握するための繰返し載荷実験は，１）の魚骨形骨組実験において柱，梁，接合部パネル，柱脚の全ての構造要素の弾塑性履歴挙動を取得可能な計測機器を配備することにより，必要なデータを取得した。
３）ロッキング方式PCa帳壁付架構の変位追従限界後の挙動を検討するために、コーナー部と構面方向の平坦部で構成される2層4枚のパネルを用いた大変形載荷実験を実施した。コーナー部と構面部のパネルの衝突が主要な損傷であることを確認し，その発生時期の予測法を構築した。
４）角形鋼管柱の載荷実験で観察された局部座屈と破断による劣化域を含む履歴挙動を再現できるようにMS要素を用いた解析モデルを構築し，数値解析により実験の履歴の特徴を捉えることができた．また，部材端部にMS要素を配置した立体骨組解析プログラムを作成し，バイリニア型の履歴特性で地震応答解析を行い，柱の損傷を抑制して梁降伏先行型の安定した履歴挙動を確保するのに必要な柱梁耐力比について検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
１）魚骨形骨組試験体による大変形載荷実験を実現するための載荷装置を検討することが今年度の目標であり，魚骨形骨組試験体の梁端のローラー支持，頂部から鉛直荷重を作用させることによる柱全体への長期軸力の導入，構面外変位および梁端のねじり変形の拘束を実現する載荷装置を設計した．6体の載荷実験に使用してその有効性を確認することで目的を達成した．試験体は当初3体の予定であったが検討パラメータの数を増加させ6体の実験を実施して目標以上の結果を得た．
２）柱梁部材の大変形繰返し実験を個別に行う計画であったが，魚骨形骨組試験体の実験で柱，梁，接合部パネル，柱脚の各要素の復元力特性を計測可能とすることにより，これを代用することができた．そのため，予算を有効活用し魚骨形骨組の試験体数を増やし，計画以上に広範な検討が可能となった．
３）PCa帳壁の変位追従限界後の挙動を理論的に検討する予定であったが，その検討が順調に進んだため，予定にないコーナー部を含むPCa帳壁の載荷実験まで進んだ．このため，予定以上に多くの成果を得て研究の進展を早めることができた．
４）倒壊解析のための角形鋼管柱の履歴挙動を扱う数値解析モデルを予定どおり構築することができた．また，MS要素を使った立体骨組解析プログラムを作成し，地震応答解析による必要柱梁耐力比の検討を行った．これについては予定どおりの成果を得ている．
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| Strategy for Future Research Activity |
１）魚骨形骨組試験体の大変形載荷実験は，今年度，2層魚骨形骨組の鉛直，水平載荷実験の実施方法を検討し，次年度の3層以上の実験を実施する目処を立てることが目標であった．載荷装置および試験体を製作し，実験を実施しながら実験方法を検討することができたため，次年度は当初予定どおりに3層以上の魚骨形骨組試験体を対象とする実験を実施する予定である．また，2層魚骨形骨組の大変形載荷実験の結果と平面骨組解析の結果を照合することにより，数値解析による予測精度を検証することができた．この結果を踏まえて，次年度の3層以上の骨組の試験体設計に関する予備検討解析を実施する見通しを立てることができた．
２）PCa帳壁の変位追従限界後の挙動については，ロッキング方式の変位追従機構を対象に，構面方向パネル，コーナーパネルの挙動を予測する方法を構築し，その精度を確認することができた．このため，今後は当初予定どおりに異なるファスナー配置，45°方向載荷などの異なる層間変位に対する検討，スウェイ方式の変位追従機構の検討などに展開することが可能となった．
３）鋼構造立体骨組の大変形解析による倒壊挙動の分析については，柱部材の大変形挙動を再現できる解析モデルと，立体骨組解析プログラムを完成させることができたため，次の段階では，柱解析モデルの立体骨組解析への組み込み，大変形に対応するための幾何非線形挙動への対応，柱梁接合部パネルの履歴モデルの構築，に取り組む予定である．
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Research Products
(15 results)
