Analysis and assessment technology for seismic collapse safety of steel building structures
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20H00269
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 23:Architecture, building engineering, and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
岡崎 太一郎 北海道大学, 工学研究院, 教授 (20414964)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松井 良太 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00624397)
岸田 明子 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 地震減災実験研究部門, 主幹研究員 (10599468)
松宮 智央 近畿大学, 建築学部, 准教授 (20454639)
高橋 典之 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60401270)
藤原 淳 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 地震減災実験研究部門, 主幹研究員 (80817049)
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) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥46,150,000 (Direct Cost: ¥35,500,000、Indirect Cost: ¥10,650,000)
Fiscal Year 2022: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥24,960,000 (Direct Cost: ¥19,200,000、Indirect Cost: ¥5,760,000)
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| Keywords | 鋼構造建築物 / 振動台実験 / コンピュータ解析 / 耐震性能余裕度 / 倒壊挙動 |
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| Outline of Research at the Start |
設計想定を超える地震動に対する建築構造物の安全性については、科学的な検証技術は確立されておらず、実務設計でも陽に考慮されていない。この問題を解決する糸口として、鋼構造建築物が大きく変形し、倒壊にいたる非線形かつ動的な挙動を、定量的に把握するための振動台実験を実行する。連層骨組実験によって、部材破壊から応力再分配、振動特性の変化、変形の集中と増大を経て、倒壊にいたる過程を詳細に観察する。実験的に得られた挙動を精度よく追跡できるコンピュータ解析技術を蓄積し、種々の誤差に関する感度分析を実施する。目指す成果は、鋼構造建築物の耐震性能余裕度を定量的に把握するための、性能評価技術の高度化である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
鋼構造建築物の倒壊過程を実験的に解明する研究目的に沿って、国立研究開発法人防災科学技術研究所の大型耐震実験施設で、2020年11月から12月にかけて、縮尺1/2のパイロット試験体による振動台実験を実施した。防災科学技術研究所の兵庫耐震工学研究センターで、2020年12月に実施された日米共同実験に参加し、次世代型鋼構造システムを開発する研究を推進した。また、倒壊に至る鋼構造の非線形・動的挙動を追跡するコンピュータ解析技術を確立する研究目的に沿って、数値モデル化技術を種々検討した。一連の研究活動で得られた成果は、下記のとおりである。（１）模型実験の設計方法、柱や梁の降伏・破断挙動を測定するための計測・画像収録方法を確立し、2021年度に実施する本実験の準備を固めた。（２）複数の実験から得た、鋼構造架構の非線形動的応答に関する実データを、既往の大規模振動台実験のデータと合わせて、数値解析技術の検証を進めた。特に、破断を模擬するための現状のモデル化手法では、既往の重層架構実験で観察された、部材破断後の部材力再分配を正しく再現できないことを突き止め、今後の課題を特定した。減衰モデルの選択によって、ブレース付架構の応答変位や応答加速度が異なることに注目し、定量的な検討を進めた。（３）部材破断の再現方法を含めて、ブレース付鋼構造架構の解析手法に関する知見を蓄積し、現状のブレース付鋼構造架構が保有する耐震性能を検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究計画を固める段階で、当初予定を変更して、2020年度はパイロット実験を実施して、2021年度に本実験を実施することとした。パイロット実験による事前検討を経ることで、計測計画・画像収録計画の精度を高め、規模が大きな本実験で、より確実な結果を得られるようにするための変更である。この変更に伴って、2020年に予定した実験を、一部、2021年に後ろ倒しにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
大型耐震実験施設で、12月上旬に振動台実験を実施する。初年度実施した実験はパイロット実験、本年度実施する実験が本実験、の位置づけである。典型的な中・低層鋼構造建築物を代表する、4階建て建築鋼構造を縮尺1/2で模した、連層骨組試験体を設計・製作する。設計想定の2倍に値する地震応答を、水平一方向に生じさせる。多数の計測機器とビデオカメラにより、柱や梁の降伏・破断に伴って、応力再分配が進行し、部材が連鎖的に破壊し、振動性状が変化し変形が増大し、最終的に架構が倒壊するまでの過程を、詳細に記録・観察する。倒壊防止装置をつけ、実験施設や計測機器などを損傷する手前で試験体の倒壊を防止する。連層骨組試験体を補完するために、同材料・同寸法の柱梁部分架構試験体を別途製作し、北海道大学建築学教室の構造実験室で、静的な繰返し載荷実験を実施する。この実験によって、数値解析モデルを較正するために必要な、重要部材の単体としての耐震性能を把握する。もう一方で、柱・梁・ブレース・接合部等の構造部材の崩壊挙動に関するモデル化技術を整備する。さらに、設計者・研究者の経験や恣意的判断に依存しない、客観的で自動的なモデル化方法の確立を目指して、過去の連層骨組実験、特に倒壊実験のデータを用いて、さまざまなモデル化手法の適性や適用範囲を分析する。技術的には、数理近似方法、要素の分割方法、材料則、破壊・劣化パラメータの汎用化と最適化が課題である。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
