| 研究課題/領域番号 |
23K22903
|
|---|
| 補助金の研究課題番号 |
22H01633 (2022-2023)
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(B)
|
| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分23010:建築構造および材料関連
|
|---|
| 研究機関 | 宇都宮大学 |
|---|
研究代表者 |
中野 達也 宇都宮大学, 地域デザイン科学部, 准教授 (00361361)
|
|---|
| 研究分担者 |
山田 哲 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60230455)
聲高 裕治 京都大学, 工学研究科, 教授 (80343234)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2026-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
|
| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
|
|---|
| キーワード | 柱梁接合部 / き裂 / 破壊 / 構造実験 / 有限要素法解析 / 梁端接合部 / 柱端接合部 / 溶接部 / 亀裂 / 破断 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
地震時に大きな力が作用する柱梁接合部は鋼構造骨組の急所である。これまでに経験した地震で亀裂が発生している場合，次の巨大地震で破断に進展し，倒壊など建物全体の大きな被害に繋がることも危惧されるが，どこの箇所に，どのような条件で亀裂が発生し，損傷がどれくらい累積したら破断に至るのかはわかっていない。
本研究では，新築建物の設計に活用できる「大きな被害に繋がりやすい条件」を提示する【予防】と共に，既存建物の安全性検証に活用できる「経験地震による累積損傷および破断に至るまでの残存寿命の診断法」を構築する【対策】。
|
| 研究実績の概要 |
本研究では，鋼構造柱梁接合部（梁端接合部および柱端接合部）の亀裂発生感度と累積損傷・変形性能の関係を体系的な実験・解析により定量化することを目的としている．３年目の令和６年度は，部材実験および各種素材試験，有限要素法解析を実施した．
梁端接合部については，スカラップ底の延性き裂発生・進展挙動に着目し，断面寸法および載荷履歴をパラメータとした載荷実験および有限要素法解析を実施した．調査結果から，梁ウェブの板厚が厚い方が延性き裂の発生時期と耐力喪失時期が早いこと，塑性化した後にスカラップ底の応力状態が急速にせん断応力状態になり，梁ウェブの板厚が厚い方が相当塑性歪が大きくなることを明らかにした．スカラップ底のロードパラメータは，塑性率が3以降では0程度であり，延性き裂が発生するような変形レベルではスカラップ底は純せん断応力に近い状態であった．有限要素法解析に基づくSWDFM指標によるD値を実験結果と比較した結果，実験ではD値が0.1程度でスカラップ底に延性き裂が発生していることを確認した．
柱端接合部については，せん断曲げを受ける角形鋼管角部の材端部における応力・歪状態を再現できる２Ｄソリッド要素の軸対称解析モデルを構築し，溶接止端部の寸法，材料特性分布（母材と溶接金属の強度比），鋼管寸法に関するパラメトリック解析を実施した．柱の必要塑性変形能力ηs=8.4時において相当塑性歪が最大となる節点では，強度比および止端半径の減少に伴って相当塑性歪は増加し，フランク角および柱板厚の影響は小さい結果が得られた．平均歪に対する相当塑性歪の比を歪集中係数と定義し，これと強度比および溶接止端寸法の関係を解析結果に基づいて定式化した．また，当該節点では応力三軸度は0.5～0.6であり，パラメータの影響は小さく，全てのモデルでほぼ同等であることを確認した．
|
| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
当初計画のとおり，前年度までに構造実験および再現解析が完了した．
梁端接合部については，スカラップ底を起点とする破壊の影響因子に関する解析結果を補間し，研究成果の取りまとめを行う．
柱端接合部については，当初計画を上まわる学術的な成果が得られているが，歪集中係数の回帰式に課題があるため，その解消に努めた上で成果の取りまとめを行う．
以上のとおり，総合的にみておおむね順調に進展しているといえる．
|
| 今後の研究の推進方策 |
梁端接合部については，画像相関法による３Ｄ歪計測システムを導入し，き裂発生・進展挙動の計測・分析を行う．また，スカラップ底を起点とする破壊の影響因子に関するパラメトリック解析を実施し，延性き裂発生条件を定量的に評価する．
柱端接合部については，柱の変形によらない歪集中係数を定義し直し，強度比および溶接止端形状による回帰式を導出する．また，延性亀裂発生を防止するための溶接部への要求性能を提示する．
得られた研究成果を取りまとめて，学会発表および論文投稿などを行う．当初目標は達成できる見込みである．
|
