横補剛材としての小梁における端部ピン接合部の設計法

• 研究課題/領域番号: 22K14358
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分23010:建築構造および材料関連
• 研究機関: 愛知工業大学
• 研究代表者: 巽 信彦 愛知工業大学, 工学部, 講師 (60835544)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2024年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 鉄骨小梁 / 横補剛 / ピン接合部 / 接合部詳細 / 補剛剛性

研究開始時の研究の概要

本研究課題では，まず純鉄骨の接合部の力学挙動を明確にするとともに，接合部に必要とされる補剛力，剛性を把握する．次いで，床スラブが付いた接合部の挙動を把握し，床スラブのひび割れによる損傷や補剛効果を確認する．また，構造実験を踏まえた有限要素法解析により詳細な応力状態を分析する．ここまでの検討に基づき，鉄骨小梁におけるピン接合部の設計法を構築する．最終的には，小梁端接合部の回転剛性を考慮した骨組の数値解析を行い，小梁端接合部における曲げ抵抗の影響を明らかにする．

研究実績の概要

鋼構造建築物における小梁は長期荷重を支持する部材であると同時に，地震時には大梁の横補剛材としての役割も担っており，骨組の安定性を確保する上で重要な部材である．小梁の端部接合部はピン接合ディテールとなっているが，横補剛材としての設計時には剛接合とみなして曲げ負担を積極的に期待され，小梁には補剛力と補剛剛性の確保が求められる．しかしながら，実際には接合部がほとんど曲げに抵抗できないことを踏まえると，上記の接合部設計は接合部の回転変形を無視した危険側の設計となっていると考えられる．地震時における骨組の安定性を維持するためには接合部にある程度の回転剛性を与える必要があるが，小梁端接合部の回転剛性が骨組の挙動に与える影響については明らかにされていない．
本研究課題では，鉄骨小梁における接合部ディテールの違いが骨組全体の挙動に及ぼす影響を明らかにし，小梁端接合部の合理的な設計法を構築する．
研究課題遂行のために，以下のように課題を細かく分類した．
課題Ⅰ：純鉄骨小梁におけるピン接合部の実験／課題Ⅱ：床スラブ付き小梁におけるピン接合部の実験／課題Ⅲ：有限要素法解析によるパラメータ補完，接合部設計法の構築／課題Ⅳ：小梁端接合部の回転剛性を反映させた骨組の数値解析
当該年度では，課題Ⅰに取り組み，大梁を含む小梁接合部の詳細をパラメータとした構造実験を行い，その力学挙動を明らかにするとともに，補剛力を確認する予定であった．しかし，当該年度から申請時の所属機関から異動となり，研究環境が大きく変わったことから，実験の準備に時間がかかったため，当該年度は実験を実施できなかった．現在，今年度に実験を実施できるように実験装置と試験体の設計を進めている．

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

当該年度では，課題Ⅰに取り組み，大梁を含む小梁接合部の詳細をパラメータとした構造実験を行い，その力学挙動を明らかにするとともに，補剛力を確認する予定であった．
しかし，当該年度から申請時の所属機関から異動となり，研究環境が大きく変わったことから，実験の準備に時間がかかったため，当該年度は実験を実施できなかった．

今後の研究の推進方策

現在，今年度に課題Ⅰの実験を実施できるように実験装置と試験体の設計を進めている．
具体的には，大梁を含む小梁接合部の詳細をパラメータとした構造実験を行い，その力学挙動を明らかにするとともに，補剛力を確認する．実験パラメータは①接合部ボルトの配置(ボルトピッチ，ボルト列数など)，②ガセットプレート形状，③バックスチフナの有無，を考える．ピン接合部の剛性・耐力評価については，これまでの研究で検討した一列ボルトの理論を拡張する．