| 研究課題/領域番号 |
22KJ1664
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| 補助金の研究課題番号 |
21J20183 (2021-2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2021-2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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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 | 京都大学 |
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研究代表者 |
山田 諒 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 鉄筋コンクリート / 耐震壁 / 脚部すべり破壊 / 水平二方向加力 / 変動軸力 / せん断破壊 / 矩形断面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年の建物の構造計算では，弾塑性増分解析を建物の主要な直交二方向それぞれに行い，検討方向と直交する架構の影響は無視することが多い。一方で，地震時の建物には三次元の地震力が入力される。従って，設計時の仮定と異なり，鉛直部材には水平二方向力と変動軸力が作用する。特に鉄筋コンクリート造耐震壁は建物に強度と剛性を与える重要な要素であり，地震時の実挙動に即した適切な設計法の確立は急務である。従って，本研究では三次元の地震力が入力された際の鉄筋コンクリート造耐震壁の設計法について検討を行う。
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| 研究実績の概要 |
鉄筋コンクリート造建物には三次元的な地震波が入力される。この時，鉄筋コンクリート造耐震壁部材には面外方向変形が発生し，さらに梁のせん断力および転倒モーメントによる変動軸力が同時に入力される。一方，耐震壁の破壊モードとしては，設計上考慮される曲げ破壊およびせん断破壊に加え，部材脚部で発生する変形に部材全体の変形の大部分が集中する脚部すべり破壊が挙げられる。脚部すべり破壊は実際の地震被害や既往の建物試験体に対する振動台実験においても発生が確認されているが，三方向の加力条件が及ぼす影響については殆ど検討が行われていない。
本年度は耐震壁の脚部すべり挙動に，三方向載荷条件が及ぼす影響の検討を目的として部材載荷実験を行った。実験変数は面内方向変形量に対する面外方向変形量の比（面外変形倍率）と軸力条件である。試験体は3体作製した。一定軸力下で面外変形倍率が3の水平二方向加力を行った試験体（IT-3H）はせん断挙動が支配的となった。一方で，変動軸力下で面外変形倍率が3の水平二方向加力を行った試験体（IT-3VH）は脚部すべり挙動が支配的となった。また，変動軸力下で面外変形倍率が1の水平二方向加力を行った試験体（IT-1VH）はせん断挙動が支配的となった。ただし，ここでの変動軸力における最大軸力は，IT-3Hの軸力と同じとした。従って，軸力が大きくなれば，脚部すべり挙動は抑制することができるが，変動軸力による軸力の低下（または引張軸力の作用）や面外方向変形など，部材脚部に引張ひずみを生じさせる載荷条件においては，脚部すべり挙動が支配的になる可能性を示した。
また，昨年度までに検討を行った三方向載荷条件を考慮した面内方向せん断耐力評価手法に関して，昨年度実験を実施した矩形断面試験体に対しても同様の検討を行った。結果として，試験体形状に依らず面内方向せん断耐力を良好な精度で評価することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2年目となる令和4年度は10月頃に，三方向載荷条件を面外方向変形量および軸力条件を変数とする耐震壁部材試験体の載荷実験を当初の計画通りに実施した。本実験は脚部すべり挙動に対して載荷条件が及ぼす影響の検証を目的として実施した。従って，脚部すべり挙動が発生するような実験変数の設定を行い，結果として，軸力変動幅および面外方向変形量の最も大きい試験体のみが脚部すべり挙動を示した。現在は破壊モードの変化を評価できるような脚部すべり耐力評価手法を検討中である。
また，本年度は以上の載荷実験に加え，昨年度に実施した矩形断面耐震壁試験体載荷実験の最大耐力の評価手法の検討を行った。初めに実験結果を高い精度で追跡できる有限要素解析モデルを作成した。解析モデルを用い，三方向載荷条件がせん断耐力に及ぼす影響を力学メカニズムに基づき検討を行った。結果として，昨年度までに既に提案した三方向載荷条件を考慮した面内方向せん断耐力評価手法を修正，拡張し，試験体の形状が異なる場合にも適用可能とした。
研究全体としても当初の計画通りに検討を進められている。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度となる令和5年度は昨年度までに実施した実験結果に基づいて，耐震壁のせん断耐力および脚部すべり耐力に及ぼす影響について検討を行い，各耐力に関して，三方向載荷条件を考慮した耐力評価手法を検討，提案する。また，せん断耐力に関しては，現状の設計式が与える余裕度に対して，三方向載荷条件が与える影響に関して，過去の実験データを用いて統計的に検討を行う。
せん断耐力に関しては，一昨年度までに実施した部材載荷実験の結果を用い，三方向載荷条件を考慮した場合の耐力評価法を提案した。提案手法は既往の試験体12体の実験結果を-19～+7%と良好な精度で評価できている。また，試験体形状によって分類した際に，提案手法の計算値によって実験値を除した値は分散の小さい一定の数値を与えていることから，試験体形状に依らず高い精度で三方向載荷条件によるせん断耐力の低下率を推定することができると考えられる。三方向載荷条件によるせん断耐力への影響を検討した研究は少なからず存在するが，現行の構造計算に関して，三方向載荷条件を考慮する必要性の有無について検討した研究は存在しない。従って，本研究では三方向載荷条件を考慮した場合に，設計式が与える余裕度の分布についての変化を過去の実験データに基づいて統計的に検討することで，今後の設計において，三方向載荷条件を考慮する必要性の検討に資するデータを提供する。
一方で脚部すべり耐力に関しては，昨年度に実施した載荷実験の結果を詳細に分析することで，脚部すべり破壊が生じる条件について検討する。また，有限要素解析等の解析を用いることで，実験結果では得られなかったデータを得たうえで検討を行う。この検討結果を踏まえ，既往の研究において井戸硲らによって提案された耐力評価法について改善を行う。井戸硲らの手法では考慮されていなかった変動軸力による影響についての評価方法について検討を行う。
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