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建築鉄骨の現場溶接接合部では。、溶接欠陥を完全に無くすことは難しい。欠陥を見つけた場合に、これを補修するか否かを判断する根拠が必要である。欠陥から発生する脆性破壊の危険性について定量的な評価方法を確立することが本研究の主目的である。
兵庫県南部地震に見られたような鋼材の大規模降伏後に発生する脆性破壊は、古典的な破壊力学の手法では予測できない。亀裂先端部付近は塑性拘束が緩和されるために応力が低くなり、亀裂先端開口変位(CTOD)やJ積分などの材料パラメーターのみでは破壊の発生は予測できない。そこで、塑性拘束の影響を考慮するために、亀裂先端の高い応力を受ける領域の体積が、材料試験用の高拘束の試験片の亀裂先端の高応力領域と同じ体積になる時の見かけのJ積分値を用いる新しい解析法を工夫して、これによって破壊評価線図(FAD)の手法を改良した。兵庫県南部地震で発生した脆性破壊を再現する一連の実験を行い、改良FADの有効性を確かめた。なお、この実験では溶接始終端部から発生する脆性破壊を想定して、この位置に疲労亀裂を挿入することによって人工の溶接欠陥を設けた。
上の実験とは別に、部分溶込み溶接を用いた実大柱梁接合部の地震荷重を想定した繰返し載荷実験を行った。上記の実験では、人工欠陥は表面欠陥であったが、本実験の部分溶込み溶接は内部欠陥を想定したものである。接合部に脆性破壊は発生しなかった。CTOD設計曲線の手法を用いて検討した結果、脆性破壊は発生しないと予測され、実験結果を裏付ける判定となった。
以上の結果から、たとえ溶接欠陥が存在しても、亀裂駆動力を制限できるような接合部詳細を工夫することによって脆性破壊を防止できることが分かった。このような接合部詳細の一例として、カバープレートで補強した柱梁接合部の実験を行い、十分な塑性変形性能を発揮することを確かめた。
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