2015 Fiscal Year Research-status Report
フェールセーフ付剛-滑り型ソフトストーリー機構の開発・研究
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26820226
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
古川 幸 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30636428)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 鋼構造 / フェールセーフ / 縮小模型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は、「ソフト・ストーリー」型建物に、大地震時の層の過大変形に追従しない剛－滑り機構を柱頭に持つ鉛直力支持部材を層崩壊の「フェールセーフ」(安全機構)として採用する、新しい『フェールセーフ付剛－滑り型ソフトストーリー機構』を，当課題に対する解答の一つとして提案した。本提案機構では、ソフトストーリーを構成する柱を鉛直力支持部材と水平力支持部材に分け、鉛直力支持部材については柱頭と上層部材の縁を切ることでその接触面に摩擦力による剛－滑り挙動を付与する。したがって、本機構を有する建物では以下のような多段階設計が可能になる。
2年目では，提案する機構を有する骨組の耐震性能の確認を目的とし，先んじて縮小模型を用いた鋼構造骨組の終局耐震性能評価の確立を図った。建築構造の性能確認は，主に3段階のレベルで実施される。1つが最も構造システム上クリティカルになる部分，例えば接合部など一部の耐震性能把握，1つが耐震性向上をはかるシステムを組み込んだ骨組全体としての耐震性能の把握，そしてもう一つが前述2つの間，つまり建物の一部を取り出した部分架構単位における性能の把握である。この内，建物の一部の性能把握については実大スケールに近い状態で実験が可能であるが，骨組全体では現在の我が国においては不可能ではないが，費用と時間がかかりすぎる。したがって，縮小した骨組模型（テストフレーム）を用いた実験手法の検討を行った。検討項目は，（１）部材の縮小方法，（２）実験パラメータに応じた複数回実験の容易さ，である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は，テストフレームを用いた実験手法の確立を行った。静的実験，動的実験に対応可能，かつ複数の実験パラメータ（層の降伏耐力，接合部システム）に対して容易に（作業上，費用上）複数回の実験実施が可能となる1/10以下の縮小模型を使用した。縮小骨組模型の製作にあたり，上記の要求に対応するために各部材を取り換え可能とし，接合補助具を使って組み上げる形式とした。また，各部材の曲げ耐力を制御可能とするため，各部材端部に切り欠きを設けた。骨組の保有水平耐力が500 N程度と非常に小さいことから，（１）部材実験，（２）静的実験，（３）振動台実験，のうち，（１）と（２）については一般的に建築構造実験で使用される載荷装置（油圧ジャッキや100kN程度対応のロードセル）は使用できず，載荷装置の考案から行うこととなった。（１）については，試験体に固定板全ねじボルトを反力梁に通してナットで締め上げることで加力する方法を，（２）については複数層同時に，比率に応じた漸増水平力を与える必要があることから，ワイヤーを介して縮小模型の各層に固定した錘をスライダーに載せ，スライダー自体を傾けることで加力する装置を考案した。どちらも非常に簡易的な原理を応用した装置であり，簡単な機械加工を利用して製作可能であることから汎用性が高い。これらの装置を使って部材実験と静的実験を，振動台実験と併せて行った。部材実験で妥当性を検討した解析的検討と，静的実験、振動台実験結果は非常に良い対応を示した。なお，本年度は，提案する縮小模型，載荷装置を用いて精度の高い実験結果を得るまでにかなりの試行錯誤があったことから，縮小模型を用いた実験手法の確立に関しては，汎用性を持たせるため，従来型の骨組を対象とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年目においては，2年目で確立した縮小模型を用いた実験手法を利用し，提案する構造システムに展開する。なお，本システムの検討には動的実験が最適であるが，東北大学建築学専攻が保有する振動台が昨年の記録的大雨の影響で水没し，使用不能となってしまったため，静的実験と動的解析によって検証を行う。まず，前期で今年度判明したいくつかの課題に対応する。まず縮小模型であるが，損傷した部材を容易に取り換えることを可能とするために組み上げ式としたのであるが，ボルトで締め上げる際に製作・組み上げ誤差が原因となり，必要以上に塑性化させる切り欠きに初期段階で歪が生じてしまい，骨組全体としての保有耐力の精度が落ちてしまった。また，静的実験載荷装置に関しては，各層に錘をワイヤーを介して固定し（つまり3層であれば，錘は3個），錘を載せたスライダー自体を傾けることで水平力を加力するという仕組みであるが，各層の錘の傾き角度が一定とならないという問題が生じた。前者に関しては，部材組み上げ時に部材の一体製作を利用するなどしてボルト使用部を減らすなどを考えている。後者については，スムーズに傾くことを摩擦力が阻害していたことが判明しているため，これを除去する考えである。そののち，本提案システムを組み込んだ実験を行うことで，多段階性能の検証を行う予定である。
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Research Products
(2 results)
