動的な座屈モードの局所化によるひずみ集中化を考慮した鋼構造の劣化挙動の解析

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650526
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 後藤 芳顯 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (90144188)
• 研究分担者: 小畑 誠 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (30194624)
• キーワード: 座屈モード局所化 / 鋼構造 / 地震 / 構成則 / 動的応答解析 / シェル / 塑性

研究概要

まず、前年度開発した地震荷重下の薄板集成構造物を対象とした塑性座屈モードの局所化現象解析用の非線形動的応答解析システムの精度を動的載荷実験と比較することにより検討した。動的載荷実験は円形断面鋼製橋脚を対象とした振動台実験である。実験では橋脚基部に正弦波加速度が入力されており、橋脚は倒壊に至っている。倒壊したときの大変形終局状態を除いて、倒壊近傍に至るまでの挙動と局所化モードは開発した解析プログラムにより精度良く解析できることが判明した。つぎに、実験により解析法の妥当性が確認されたことをふまえ、鋼製橋脚基部に正弦波加速度が入力した場合の終局挙動特性を数値解析により検討した。その結果、橋脚が損傷を受ける場合、入力波周期が橋脚躯体の弾性固有周期の約1.5倍の時また、径厚比が大きいときに応答変位や応答ひずみが最大になり、局部座屈変形も大きくなること。また、局部座屈モードとしては、入力波周期が橋脚躯体の弾性固有周期より長い領域(限界は固有周期約2倍程度)、径厚比が大きい場合、さらに人力加速度振幅の大きい場合において大きく両ぶりの振動となり、提灯座屈モードが生ずること。逆に、人力波周期が橋脚躯体の弾性固有周期より短い領域では片ぶりの振動となり、片側局部座屈モードが生じやすいこと等が判明した。これより、橋脚の動的な局所化現象は、静的解析から確認されていた径厚比や入力加速度による慣性力の大きさのほかに入力波の周期と橋脚躯体の周期に大きく支配されることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Goto,Y.,Zhang,C.H: "Plastic bucking transition modes in moderately thick cylindrical shells" J.Engrg.Mech,ASCE. Vol.125/No.4. 掲載予定 (1999)
• [文献書誌] Goto,Zhang,Wang,Obata: "A rigorous method for the analysis of localization of axisymmetric buckling patterns in thick cylindrical shells" Thin-Walled Structures,Elsevier. Vol.31/No.1-3. 73-88 (1998)
• [文献書誌] Goto,Wang,Obata: "FEM analysis for hysteretic behavior of thin-walled columns" J.Struct.Engrg.,ASCE. Vol.124/No.11. 1290-1301 (1998)
• [文献書誌] Goto,Zhang,Obata: "Localization of buckling patterns in cylinders under cyclic loading" J.Engrg.Mech,ASCE. Vol.124/No.11. 1249-1257 (1998)
• [文献書誌] 後藤芳顯、張崇厚: "比較的厚肉の円筒殻における提灯座屈から、ダイヤモンド座屈への塑性分岐過程の解析" 土木学会論文集. No.605/I-45. 105-115 (1998)
• [文献書誌] 後藤、王、高橋、小畑: "繰り返し荷重下の鋼製橋脚の有限要素法による解析と材料構成則" 土木学会論文集. No.591/I-43. 189-206 (1998)