| 研究課題/領域番号 |
22K04393
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分23010:建築構造および材料関連
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
加藤 大介 新潟大学, 自然科学系, フェロー (90169508)
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| 研究分担者 |
中村 孝也 新潟大学, 自然科学系, 教授 (50305421)
本多 良政 小山工業高等専門学校, 建築学科, 教授 (80509919)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2025年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 鉄筋コンクリート造 / 有開口壁 / 袖壁付柱 / 材端曲げばねモデル / マルチスプリングモデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
RC造耐震壁に開口がある場合，現行の構造設計においては，開口周比ξ0.4を境界に壁あるいは骨組に分類され，それぞれのモデルが適用される。その結果，わずかな開口周比ξの差により解析結果が大きく異なる場合がある。特に最大強度，変形機構および変形能力への影響が重大である。本来は開口周比によらず壁的な挙動をする場合はその挙動を表現しうる壁にモデル化し，骨組的な挙動をする場合には骨組にモデル化されるべきである。
本研究では，RC造開口壁の開口周比ξによらずに崩壊形を念頭においた連続的な設計法の構築を目指し，それを実現するために必要な壁付部材の解析モデルおよび部材種別の判定方法を提案する。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，RC造開口壁の開口周比ξによらずに崩壊形を念頭においた連続的な設計法の構築を目指し，それを実現するために必要な壁付部材の解析モデルおよび部材種別の判定方法を提案することである。そのための補助事業期間中の研究実施計画としては以下の①～④の研究を計画している。すなわち，①解析モデルを構成する壁付部材を対象にした解析モデルの提案（加藤担当）と②開口の大きさや位置による各解析モデルの適用範囲を明確にした上での設計フローの完成（加藤担当）である。さらに，③その妥当性を検証するための有開口壁を対象にした静加力実験（中村担当）および④実験結果を補完するFEM解析（本多担当）である。①の実績については本稿の【現在までの進捗状況】で詳しく述べるが，以下に②～④の実績を簡潔に述べておく。
②の実績については査読付きの論文としてコンクリート工学年次論文集に「構造設計においてRC造有開口壁を袖壁付柱の骨組に置換する事を目的とした偏心させたMSモデルの適用性に関する考察」を日本建築学会の北陸支部研究報告集に「偏心を考慮したマルチスプリングモデルの有開口壁の要素である片側袖壁付柱への適用性」を同大会論文に「RC造有開口壁を袖壁付柱の骨組に置換する際の偏心させたMSモデルの適用性（その1解析モデル，その２ 解析結果）」を投稿している。
③の実績については査読付きの論文として日本建築学会の構造工学論文集に「高強度コンクリートを用いた曲げ降伏するRC造袖壁の静加力実験」を同北陸支部研究報告集に「せん断破壊型RC 柱の限界変形評価 -主筋比、軸力比、芯鉄筋の影響-」および「せん断破壊型RC 柱の限界変形評価 ―軸力比や芯鉄筋の影響―」の他に同大会論文に２編を投稿している。
④の実績については2022年度には投稿できなかったが2023年度の投稿を予定している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
現在までの進捗状況として，前述した①解析モデルを構成する壁付部材を対象にした解析モデルの提案（加藤担当）の成果として「RC造袖壁付柱の終局変形と部材種別の評価法の提案（日本建築学会構造系論文集、第88巻，第805号，2023年3月，pp.500-509」の内容を紹介する。
当該論文では，実大試験体および高強度コンクリート試験体に着目し，既往の終局変形能評価式の精度の検討を行い，新たな提案を行った。さらに袖壁付き柱等の既往の部材種別判定法を有開口壁の要素として適用した際の問題点を検討し，保耐規準の方法を修正し新たな提案を行っている。その結果，まとめと今後の課題として以下が報告されている。
(1)高強度試験体および実大の試験体に着目し袖壁が圧縮側になるときのRC造袖壁付柱試験体の終局変形の評価式の提案を行った。その際終局変形を平均的に評価する式と設計を念頭に置いた安全側の式の両方を提案している。(2)圧縮側に袖壁がある場合の部材種別を検討した結果，基準解説書(2020)ではかなり安全側に評価した。一方，保耐規準と提案式では安全側により現実的に評価していることがわかった。(3)圧縮側に袖壁が無い場合の部材種別を検討した結果，基準解説書(2020)と保耐規準ではかなり安全側に評価した。一方，提案式ではほぼ安全側により現実的に評価していることがわかった。(4)部材種別判定法を有開口壁の要素として適用した結果，基準解説書(2020)ではかなり安全側に評価した。一方，保耐規準も試験体も全体モーメントにより圧縮側になる右側の部材の判定結果が相当安全側になっていることが分かった。提案式では安全側により現実的に評価していることがわかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の推進方策としては，以下の研究を計画している。すなわち，解析モデルを構成する壁付部材を対象にした解析モデルの提案（加藤担当）と開口の大きさや位置による各解析モデルの適用範囲を明確にした上での設計フローの完成（加藤担当）である。さらに，その妥当性を検証するための有開口壁を対象にした静加力実験（中村担当）および実験結果を補完するFEM解析（本多担当）である。ここでは2年目以降の解析的な研究についての推進方策を示す。
解析モデルの提案については，開口壁を構成する壁付部材を線材にモデル化したときにどこまでその挙動を表現できるかを検討する。線材の解析モデルとして最も慣用的に用いられているのが両端曲げばねモデルである。このときの明確にすべき点は以下の３つであった。①軸心と図心が偏心しているために，構造解析で一般的に行われているような図心位置を無理やり軸心に移動させる方法が適切かどうか。②材端曲げばねモデルはモーメント分布が逆対称になることを前提としているのが一般的であるが，部材の軸方向のモーメント分布が逆対称から大きく外れる影響。③付加軸力が極めて大きいにもかかわらず，MSモデルのように時々刻々変化する軸力の変化に対応できないが，適用できる限界はどこか。
以上の３点については初年度の研究である程度解明できている。そこで，２年目以降は上記①～③の問題を解決できるモデルとして偏心MSモデルの可能性について検討する。
一方，それでもなお試験体数には限りがあるので，離散ばねモデルおよびFEM解析を仮想試験体として位置付ける。この離散ばねモデルは個々のばねは異形断面を対象にして平面保持を仮定したMSモデルであるが，このばねを材軸上に並べるモデルであり，その妥当性については既に確認している。この離散ばねモデルおよびFEM解析結果を用いてパラメトリックな検討も行う予定である（本多担当）。
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