2016 Fiscal Year Annual Research Report
鋼構造における溶接接合部の耐火性能解明と耐火設計法構築
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26709040
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
尾崎 文宣 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (40434039)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 鋼構造 / 柱梁溶接接合部 / 耐火性能 / 高温載荷実験 / 部材の弾塑性面内解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、溶接接合部を含む鋼梁の高温載荷実験を実施した。梁中央部に通しダイアフラム形式の完全溶け込み柱梁溶接接合部を設け、それを高温加熱して一方向曲げモーメント載荷を行った。我が国において柱梁溶接接合部の高温載荷実験を行なったことは無く、また世界的にみても完全溶け込み柱梁溶接接合部の高温載荷実験を実施したことは無い。したがって当該実験によって、初めて部材レベルの柱梁溶接接合部の耐火性能が検討できることとなった。
試験は、常温、600℃、700℃、800℃、900℃の温度レベルで実施した。高温加熱には昨年度、本研究事業で導入した中型電気加熱炉を用いた。目標温度に到達後、一定時間温度保持し、曲げせん断加力を実施した。何れの試験温度においても、柱梁溶接接合部において高温破断することなく、部材角が0.2を超える変形まで耐力保持した。すなわち、高温時においては柱梁溶接接合部の破断が懸念されたが、溶接部は十分な耐火性能を保持しており、梁母材側の安定的な塑性崩壊を呈することが分った。試験体の溶接部にはノンスカラップ加工を用いたが、これは常温時において耐力・変形性能に優れていることが知られており、このことが高温時においても十分な性能を発揮したものと考えられる。
上記の部材高温実験の他に、鋼材の高温素材実験を実施した。得られた応力～ひずみ関係を用いて弾塑性の面内数値解析を行った。解析結果は実験結果の挙動を十分に再現できることを確認し、高温実験では計測が難しい部材内ひずみ分布と塑性化領域に対して面内解析を用いて定量化した。
本実験より得られた実験結果は、鋼構造の溶接接合部の耐火性能を検討する上で、非常に有益な情報を与えるものと考えられる。すなわち、今まで部材レベルの溶接接合部の耐火性能は不明であったが、本実験から十分な耐火性能を有することを確認することができた。
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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
昨年度は鋼板レベルの溶接部の高温引張実験を実施し、本年度は柱梁溶接接合部の高温部材実験を実施しており、各高温載荷実験により今まで不明であった溶接接合部の耐火性能(高温耐力・変形性能)を明らかにすることができた。両実験ともに、世界的に見ても殆ど実施されたことの無い高温部材実験であるために、その実験方法や計測方法を一から策定する必要があった。申請者の研究室ではそれら課題を解決し、無事に高温載荷実験まで実施することができた。得られた実験結果より、溶接接合部の耐火性能は一部に高温破断するものも見られたが、十分な耐火性能を有することが確認でき、鋼構造の耐火設計、耐火性能評価において、溶接部の耐火性能がクリティカルな問題にならないことが確認できた。また数値解析による検討も実施し、解析結果が実験結果の挙動を概ねに捉えられるレベルまでに進むことができた。これらの研究成果により、当該研究事業は順調に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度が最終年度であり、本事業の研究成果を纏める段階となる。研究予算は最も少なくなる予定であり、査読付き論文投稿や国内学術発表などによる外部発表をメインに行う予定である。また、本事業から得られた研究成果は限定的であり、より普遍的な研究成果とするために追加実験も予定している。具体的には、建築構造耐火分野における溶接接合部の脆性破壊の可能性を探るために、鋼材の青色脆化域温度におけるシャルピー衝撃試験も実施する予定である。次年度予算の一部は、このシャルピー衝撃試験に用いる試験片作製に充てる予定である。
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| Causes of Carryover |
本年度までの研究成果より、新たにシャルピー衝撃試験を実施する必要性が発生した。衝撃試験機は来年度設備導入する予定であり、それに用いる試験片作製も次年度発生する予定である。このため繰越金を充てることし、次年度繰越とした
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越金に関しては、シャルピー衝撃試験片を作製予定である。
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