2016 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation of Seismic Reliability of Japanese and U.S. Type Moment-resisting Structures by Detailed Seismic Response Simulation
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26420575
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| Research Institution | Mukogawa Women's University |
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Principal Investigator |
田川 浩之 武庫川女子大学, 生活環境学部, 准教授 (60422531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長江 拓也 名古屋大学, 減災連携研究センター, 准教授 (90402932)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 日本式、米国式ラーメン構造 / 均一型、分離型ラーメン構造 / 地震応答シミュレーション / 非線形有限要素解析 / 梁要素、シェル要素 / 耐震信頼性評価 / 崩壊メカニズム / 倒壊余裕度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本と米国等の諸外国では、一般に異なる架構形式で建物が設計される。日本では均一型ラーメン構造、米国では分離型ラーメン構造であり、それらの崩壊メカニズムは必然的に異なることが想定される。本研究では、日本式、米国式の鉄骨ラーメン構造を対象に、汎用非線形有限要素解析プログラムを用いて、梁要素とシェル要素による実用的な異種混合型の有限要素解析モデルによる高精度な地震応答シミュレーションを実施し、倒壊に至るまでの挙動を再現した。
まず、梁要素、シェル要素による有限要素解析モデルの妥当性について検討した。具体的には、(1)片持柱、(2)柱-梁部分架構、(3)柱-梁-床スラブ部分架構、(4)実大4層鉄骨ラーメン構造について、柱、梁端部における局部座屈、床スラブの存在による合成梁の剛性、強度の増大を考慮できるようにシェル要素を配置した有限要素解析モデルを作成し、静的漸増解析、動的時刻歴応答解析を実施し、梁要素のみでモデル化した場合と比較した。実大4層鉄骨ラーメン構造では、最下層柱の上、下端部にシェル要素を配置した解析モデルでは、実大震動破壊実験で観察された、最下層柱の局部座屈により層崩壊メカニズムが形成され、完全崩壊が引き起こされる現象が再現できた。
次に、日本式と米国式の3階建て鉄骨ラーメン構造を仮想震動台上に並べて設置し、同じ強さレベルの地震動加速度を入力した。入力レベルを増加していくと、最終的に、米国式ラーメン構造では、鉛直荷重支持骨組の脆弱なところを起点にして崩壊していく現象が観察された。したがって、本研究により、米国型の分離型ラーメン構造では、耐震骨組のみならず、鉛直荷重支持骨組をも含めた構造物全体に対して、耐震性能を評価する必要性を提示できた。
最後に、要求変形量と保有変形量の統計的データに基づき、確率論的アプローチを用いて、日本式、米国式の鉄骨造建物の耐震信頼性を定量的に評価した。
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