3次元非線形有限要素法によるRC偏心柱・梁接合部の耐震性能評価法の開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15760417
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 柏崎 隆志 千葉大学, 工学部, 助手 (40251178)
• キーワード: 鉄筋コンクリート / 柱・梁接合部 / 耐震設計 / 性能評価 / 有限要素法 / 3次元非線形解析 / 偏心

研究概要

阪神・淡路大震災では、鉄筋コンクリート(RC)建物の新しい地震被害として、柱・梁接合部のせん断破壊が注目された。被災後の詳細な調査によると、柱・梁接合部の被害は、(1)1982年以降の現行設計規定により設計施工された、(2)中高層の純ラーメン形式の建物に多くみられ、また、その形状は、(3)梁が柱に偏心して取り付いた柱・梁接合部(偏心柱・梁接合部)が多いという特徴が挙げられている。これに対し、最近のRC耐震設計指針(1997)やRC構造計算規準(1999)では、主に偏心のない柱・梁接合部を対象としており、偏心柱・梁接合部の耐震設計については設計用せん断力を適切に割り増すなどの間接的な規定に留まり、実務設計上早急な対策が望まれている。
本研究では、RC偏心柱・梁接合部の耐震性能を把握するため、偏心ねじりモーメントが柱・梁接合部のせん断耐力劣化に与える影響について3次元非線形有限要素法(3-D FEM)により検討を行う。また、3-D FEMによるパラメータ解析を行い、解析から得られる柱・梁接合部周辺のコンクリートや鉄筋の応力、ひずみ状況の詳細な考察から柱・梁接合部の応力伝達機構を解明し、更に応力伝達機構に基づいた合理的な柱・梁接合部の耐震性能評価法の開発に寄与することを目的とする。
本年度は、柱心と梁心の偏心量を変数としたRC偏心柱・梁接合部試験体を解析対象として3-DFEM解析を行い、3-D FEMモデルの開発を行った。更に、インハウス3-D FEMプログラム、ならびにユーザ定義サブルーチン機能を用いて最新の高精度3-Dコンクリートモデルを組み込んだ汎用FEMソフトウェアから得られた解析結果を相互に比較・検討し、3-D FEMモデルの精度向上と実験結果の検証を行った。また、解析から得られる柱・梁接合部内水平断面でのせん断応力分布や入力せん断力の考察から、偏心柱・梁接合部の応力伝達機構を解明し、せん断耐力劣化モデルの検討を行った。

研究成果

• [文献書誌] 張 大長, 柏崎隆志, 野口 博: "FEM解析によるRC柱・梁接合部の性能評価、メカニズムの検討及び接合部補強法の提案"日本コンクリート工学協会 コンクリート工学年次論文集. 25・2. 511-516 (2003)
• [文献書誌] 蒋 梅, 柏崎隆志, 野口 博: "2方向水平力を受けるせん断破壊型鉄筋コングリート柱に関する解析的研究"日本コンクリート工学協会 コンクリート工学年次論文集. 25・2. 301-306 (2003)
• [文献書誌] 柏崎隆志, 日下部桃子, 堀部明久, 野口博: "2方向加力を受けるRC柱・梁接合部の3次元FEM解析(その1)〜(その3)"日本建築学会 2003年度大会(東海)学術講演梗概集. 構造IV・C-2. 469-474 (2003)
• [文献書誌] 柏崎隆志, 野口 博: "繰り返し荷重を受ける柱のポストピーク挙動"日本コンクリート工学協会 コンクリート構造物のポストピーク挙動評価と設計への応用. 196-205 (2003)
• [文献書誌] Takashi KASHIWAZAKI, Hiroshi NOGUCHI: "Seismic Performance Evaluation of Beam-Column Joints for Prestressed RC Buildings with High Performance Materials"American Society of Civil Engineers, United Engrg. Found. High Performance Materials in Bridges and Buildings. 406-415 (2003)
• [文献書誌] Takashi KASHIWAZAKI, Hiroshi NOGUCHI: "Seismic Performance Evaluation of RC Eccentric Beam-Column Joints Using Three-Dimensional FEM Analysis"International Association for Earthquake Engineering Proc. of 13th World Conference on Earthquake Engineering. 1-7 (2004)