単純模型実験による溶接止端部の破壊靭性の評価方法

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555178
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 黒羽 啓明 熊本大学, 工学部, 教授 (30040372)
• 研究分担者: 越智 健之 熊本大学, 工学部, 助教授 (20145288) ; 小川 厚治 熊本大学, 工学部, 教授 (80112390) ; 山成 實 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (90166760) ; 牧野 雄二 熊本大学, 工学部, 教授 (70040433)
• キーワード: 溶接止端 / 脆性破壊 / 延性きれつ / きれつ開口変位 / J積分 / 有限要素解析 / 耐震設計 / ひずみ速度

研究概要

溶接T継手試験片の引張・曲げ複合加力試験を繰り返し行った。実験変数は、板厚および引張・曲げ予ひずみの大きさである。少数の供試体については、低温下の実験を行った。また、溶接止端部に予め疲労亀裂を設けた後に加力する実験も行った。破壊形態は、溶接止端部より延性すべり亀裂が始まり、この亀裂が脆性破壊に転化して全断面破壊に至る。板厚が大きいほど、予ひずみが大きいほど、温度が低いほど脆性的な破壊を示す予想通りの実験結果が得られた。連続体損傷理論と実験より延性亀裂の発生を予測する簡単な式(等価塑性歪、3軸応力、材料の一様伸びの関数)を見出すことが出来た。ただし、この式で発生を予測できる亀裂は、深さ0.1mm程度の極めて小さいものである。継手の荷重変形関係はこの様な亀裂の発生には影響されない。非線形有限要素解析により、溶接止端部に深さ0.5〜2.5mm程度の亀裂が発生するまでの荷重・変形関係を正確に再現することが出来ることが分かった。亀裂深さが深さ0.5〜2.5mm程度に達した後は、急激に亀裂が進展して継手は耐荷力を失う。上端部に延性亀裂が発生する時点は、止端部の要素の平均ひずみが材料の一様伸びに達することこの現象を解析的に再現することには、未だ成功していない。
亀裂先端が鈍化し、底から新たな亀裂が発生する成長の挙動を、有限要素解析で再現できることが分かった。亀裂の成長を制御する破壊パラメーターにJ積分値またはCTOAを用いて亀裂の成長を予測する解析手法について研究が進行中である。
亀裂発生後の耐力評価の1手法として破壊評価線図(failure assessment diagram)を応用したところ、簡単かつ的確に評価できそうなことが分かった。
兵庫県南部地震で多くの鉄骨構造物が脆性破壊した。これは実物実験による貴重なデーターを提供するものであり、本研究の一環として調査を進めている。調査項目の一つは芦屋は真高層アパート柱材の脆性破壊である。動的解析の結果から、柱材に作用したひずみ速度は10/sec程度に達しており、脆性破壊の有力な原因となることが分かった。別の調査項目は、溶接欠陥を有する柱梁接合部の引張破断に関するもので、実大実験を行った。

研究成果

• [文献書誌] 東康二: "予ひずみ材による溶接T継手止端部の破壊(その1〜2)" 日本建築学会大会学術講演梗慨集、札幌、. 589-592 (1995)
• [文献書誌] Bo Wang: "Fracture at toes of welded T-joints in prestrained material" 日本建築学会大会学術講演梗慨集、札幌、. 593-594 (1995)
• [文献書誌] Bo Wang: "The prediction of plastic collapse load for welded T-joints under combined tensile and bending loads" 破壊力学シンポジウム、京都、日本材料学会. 258-261 (1995)
• [文献書誌] Bo Wang: "Structural safety assessment to welded T-joints under combined tensile and bending loads" 破壊力学シンポジウム、京都、日本材料学会. 262-266 (1995)
• [文献書誌] Y.Kurobane: "Kobe Earthquake damage to high-rise Ashiyahama apartment buildings:brittle tensile failures of box section columns" Proc.7th Int.Symposium on Tubular Structures Miskoc,Hungary. 277-284 (1996)
• [文献書誌] Bo Wang: "Crack initiation and failure criteria for welded T-joints" 鋼構造年次論文集. 第4巻. 105-112 (1996)
• [文献書誌] Bo Wang: "Damage criteria and ultimate strength for tubular T joints" Proc.7th Int.Offshore and Polar Eng.Conf.Hawaii,USA. (1997)
• [文献書誌] Bo Wang: "A modified CEGB approach to flawed tubular joints" Proc.7th Int.Offshore and Polar Eng.Conf.Hawaii,USA. (1997)
• [文献書誌] 東康二: "溶接止端部に疲労亀裂を有する予歪み材料の破壊靭性に関する研究" 1996年度日本建築学会九州支部研究報告集. (1997)
• [文献書誌] 富田匡俊: "少数回の繰り越し荷重をうける溶接T継手の破壊靭性に関する研究" 1996年度日本建築学会九州支部研究報告集. (1997)