| 研究課題/領域番号 |
23K13395
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分22020:構造工学および地震工学関連
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| 研究機関 | 徳島大学 |
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研究代表者 |
森山 仁志 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 講師 (50825495)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 構造工学・地震工学 / 高力ボルト摩擦接合継手 / 高強度・高降伏比鋼 / トラス部材 / 現場接合 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，高強度高降伏比鋼で製作した引張トラス部材において，高力ボルト接合部での穿孔よる断面欠損に伴い，部材一般部が塑性変形する前に継手部で破壊しないための手法や新たな現場接合構造を提案するものである．そして，構造ディテールを工夫すれば接合法に依らず部材の塑性変形能を期待できるか，あるいは現場溶接を主体としボルト接合を使用する際は弾性設計に留めるのかなど，高強度高降伏比鋼で製作した部材・継手を限界状態設計法の方向性を示すことを研究の狙いとしている．具体には，継手部の終局耐力が部材一般部の降伏耐力より高くなる方法を実験および数値解析により探索する．
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| 研究実績の概要 |
本研究は，高強度高降伏比鋼で製作した引張トラス部材において，高力ボルト接合部での穿孔による断面欠損に伴い，部材一般部が塑性変形する前に継手部で破壊しないための手法や新たな現場接合構造を提案するものである．継手部で破壊しないようにするためには，継手部の終局耐力が部材一般部の降伏耐力より大きいという強度関係を満たす必要があり，その方策を示すのが研究目的の1つである．2024年度は，構造ディテールの工夫により終局耐力を最大化することに取組んだ．3行複数列配置の砲台継手を対象に，塑性域拡大に有効なボルト配置間隔を調査し，継手部の終局耐力が部材一般部の降伏耐力を超えた配置をいくつか示すことができた．今後は，解析より得た知見の一般化に向けて，群継手の要素実験やパラメトリック解析を実施する．
超高力ボルトや高力スタッドボルトなど高性能な接合要素の使用による課題解決を目指し，幾つかの検討を開始した．軸先行降伏型1,700MPa級超高力ボルトを用いた摩擦接合継手の引張数値解析については，FEモデルの妥当性を確認し，パラメトリック解析の準備をしている．関連して，摩擦接合継手に面外引張力継手の耐力・変形能についても解析的に評価した．スタッドボルト継手については，溶植施工試験・疲労試験の準備，溶植施工試験の再現解析モデルの作成に取組んだ．
スタッドボルト継手の疲労耐久性評価は，ホットスポット応力（HSS）を用いて行うことを考え，手始めに，荷重非伝達型十字溶接継手や面外ガセット継手を例として，溶接止端の有限要素形状がHSSに影響を及ぼすかを解明した．また，長手方向および板厚方向の要素サイズ，要素分割方法，要素種類によるHSSの変動を評価した．
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
千鳥有孔板の引張実験・数値解析の結果整理にも目途が立ち，母板の純断面破断耐力を向上し得る孔配置形状については一定の方針を示すことができた．また，3行複数列配置の砲台継手の数値解析より，継手部の終局耐力が部材一般部の降伏耐力を超えた配置をいくつか示すことができている．他方，複数行列継手の引張実験，超高力ボルトや高力スタッドボルトなど高性能な接合要素を用いた継手に関する検討，これらに遅れが生じている．
以上より，進捗状況を「やや遅れている」と判断する．
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| 今後の研究の推進方策 |
2025年度は，複数行列継手の力学特性を把握し，塑性域拡大に最適なボルト配置間隔と配置形式を要素実験と数値解析で調査する．例えば，砲台配置は継手端部の純断面積が大きく純断面破断が生じ辛い一方，継手中心側はボルト本数が多く支圧抵抗を期待でき，高強度高降伏比鋼の継手に適すると考えられる．砲台配置の数値解析は2024年度の検討を継続する形で行う．
続いて，軸先行降伏型1,700MPa級超高力ボルトや高力スタッドボルトなど高性能な接合要素を用いることで，目標とする強度関係「継手部の終局耐力>部材一般部の降伏耐力」を満足する方法を考える．超高力ボルト継手については，パラメトリック解析を計画的に行う．スタッドボルト継手については，熱-力学連成解析の妥当性検証から開始し，熱伝達や熱輻射が正しく再現できるFEモデルを構築する．その後は，溶植施工試験・疲労試験，実験の再現解析を行う．
「継手部の終局耐力>部材一般部の降伏耐力」を満たす構造ディテールを有したH形・箱形弦材を対象に，部材接合部規模でその効果を検証する．構造系へのフィードバックを考え，様々な作用力（純引張・純圧縮・正負交番）を取り扱う．部材接合部規模で最も大きいものとしては，トラス橋格点部のガセットプレート継手を対象とする．
最後に，これまでの検討結果を基に，国内外の技術基準に従い下路トラス橋を試設計する．鋼種・接合方法などの与条件を変更し，鋼重から高強度高降伏比鋼材のコスト評価を試みる．製作・施工に関わるコスト・課題は鋼橋メーカーへのヒアリングをもとに分析し，高強度高降伏比鋼材の活用に向けたエッセンスを抽出する．そして，その成果を報告書に取りまとめる．
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