| 研究課題/領域番号 |
15K06292
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
佐藤 裕一 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20293889)
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| 研究分担者 |
金子 佳生 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60312617)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 中間階柱試験体 / 接触抵抗実験 / 接触抵抗構成モデル / 非線形時刻歴応答有限要素解析 |
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| 研究実績の概要 |
長周期地震として知られる１９８５年メキシコ地震において被災した１４階建鉄筋コンクリート（ＲＣ）造集合住宅ヌエボ・レオン棟の倒壊に至る機構を実験と数値解析により解明するため，（１）中間階の柱を模した試験体による載荷実験，および（２）非線形時刻歴応答有限要素解析を行った。
（１）中間階柱の実験では，柱単体の試験体，および柱と接触・摩擦を引き起こす隣接柱を模したブロックを付加した試験体を作製し，正負繰り返し荷重を加えた。これらの試験体の挙動の比較により，接触抵抗による影響を定量化した。接触抵抗により増大した入力せん断力は３０%と算定され，部材損傷の進行を拡大することを確認した。実験に基づき，直交応力～直交変位関係およびせん断摩擦応力～滑り量関係の２つの特性からなる接触抵抗構成モデルを作製した。
（２）ヌエボ・レオン棟の連接３棟のうち特に損傷の著しかった２棟について，棟間接続部の接触を考慮した全節点数23,256，総自由度数115,974の有限要素モデルを構築した。このモデルに1985年地震時に観測されたSCT1波を入力して非線形時刻歴応答を計算した。棟間接触を再現する手法として接触構面に位置する柱の柱頭同士をリンク要素にて接続し，上記の接触抵抗構成モデルを適用した。解析の結果，建物上層部において衝突荷重が作用することを確認した。衝突荷重／建物総重量比は０．９%であり，衝突荷重が設計において無視できない程度であることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
２７年度は（１）実部材を模した試験体による実験，および（２）非線形時刻歴応答有限要素解析の２つの作業を通して，棟間衝突による影響と，その入力荷重の概算値を得ることを目標としていた。
（１）実部材試験については，エクスパンション・ジョイント近傍の縮小架構試験体を２体作製し，固有周期が約２倍になると概算された変形レベルまで静的載荷を行った後，高速載荷を行い，棟間接触を再現する予定としていた。実際の実験においてはより局部的な接触挙動を把握するため，縮小架構試験体を実大中間階柱試験体に置き換え，ほぼ所期の実験データを採取した。
（２）非線形時刻歴応答有限要素解析については，３棟連接の１５万総自由度程度のモデルによる解析を予定していた。実際の解析においては，隣接接続部の接触を詳細に把握するため，棟数を２棟に減らす一方，１棟あたりの自由度数を５万自由度から６万自由度程度に増やして解析を行い，棟間接触による衝突荷重を概算した。また当初は次年度に予定していた接触抵抗構成モデルの構築に着手し，実際の解析において機能することを確認した。
以上の理由から，本研究は概ね順調に進捗しているものと評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
２８年度は（１）載荷条件をより地震時の状況に近づけた実部試験体による実験，および（２）棟間接続部をさらに詳細に再現したモデルによる非線形時刻歴応答有限要素解析の２つの作業を通して，棟間衝突が建物にもたらした影響の精密な再現を図る。
（１）実部材試験については，柱およびスラブからなる架構試験体を作製し，（i）棟間衝突を想定した水平衝撃載荷試験，および（ii）倒壊過程を想定した垂直衝撃荷重試験を実施する。いずれの試験体にも加速度計を設置し，動ひずみデータロガーにより加速度と変形の時刻歴を採取するとともに，架構損傷の特性を把握する。
（２）解析については，棟間接続部の要素分割等の条件をパラメータとするとともに，上記実験から得られた衝撃荷重記録に基づいて接触抵抗構成モデルに補正を加え，より総自由度数の高い有限要素モデルにより算定を行う。解析より，棟間接続部の入力荷重，加速度の変動範囲を算定，建物の自重保持喪失過程を追跡する。
上記の作業に加え，固有周期変化と棟間衝突を有限要素プログラム上で容易にシミュレーションできるような，将来的な実務者用インターフェースの構築に着手し，２９年度内の完成を目指す。
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