| 研究課題/領域番号 |
15K18150
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
石田 孝徳 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教 (80746339)
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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 | 鋼構造立体骨組 / 3次元倒壊挙動 |
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| 研究実績の概要 |
平成27年度では、鋼構造立体骨組の3 次元弾塑性応答解析プログラムの開発に着手した。鋼構造立体骨組の3 次元弾塑性応答解析に用いる解析モデルは、柱部材、梁部材、柱梁接合部パネル、柱脚部から構成される多層多スパン立体骨組である。本年度では特に、解析プログラムのアーキテクチャの設計や、倒壊時の大変形挙動を追跡する上で必要となる幾何学的非線形を考慮した3次元空間における全体座標系と局所座標系の座標変換行列の検討などを行った。今後、解析プログラムのコーディングを完了させ、得られたアウトプットを汎用の解析ソフトや200７年に実施された実大4層鉄骨造建物の完全崩壊実験の結果と比較することで、開発した解析プログラムの検証を行う。
また、解析プログラムに組み込む柱脚部の解析モデルのキャリブレーションに用いることを主な目的とした、柱脚部の3次元繰り返し載荷実験の計画を立てている。試験体は、中小規模の鋼構造建築の柱脚形式に多く用いられる露出型柱脚とし、その破壊形式をアンカーボルト降伏型となるように設計している。主な実験パラメーターは、水平2方向の載荷履歴（楕円などの規則的な形状や地震応答解析に基づくランダム形状）と、鉛直荷重を一定または変動させるといった、外力の作用方法とした。今後、試験体を製作し、実験を実施する。併せて、既往の研究を参考に柱脚部の解析モデルを作成し、実験結果と比較することでキャリブレーションする。
さらに、平面骨組ではあるが、露出型柱脚を有する鋼構造骨組の弾塑性応答解析を行い、柱脚の弾塑性挙動が骨組の耐震性能に及ぼす影響について基礎的な検討を行った。その結果、柱脚が塑性化すると第1層の上部梁や柱頭に損傷が集中すること、この損傷集中は第1層の保有水平耐力を建物自重の5%ほど割増すことで解消されることがわかった。今後、立体骨組についても応答解析を行い、平面骨組の結果との対応について検討する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度までに、鋼構造立体骨組の弾塑性応答解析プログラムを試作する計画であったが、現在は途中段階である。これは、倒壊に至るまでの3次元大変形挙動を追跡する上で、幾何学的非線形を考慮した3次元空間における局所座標系と全体座標系の座標変換式を立てる必要があるが、これに関する検討や文献調査に時間を要したためである。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度以降では、鋼構造立体骨組の弾塑性応答解析プログラムのコーディングを完了させ、得られたアウトプットを汎用の解析ソフトや200７年に実施された実大4層鉄骨造建物の完全崩壊実験の結果と比較することで、開発した解析プログラムのキャリブレーションを行う。また、柱脚部や柱梁接合部パネルのモデルを作成するとともに、これらの3次元繰り返し載荷実験を行い、実験結果と比較することでモデルの検証を行う。その後、入力地震波、層数、部材性能、部材耐力比を主なパラメーターとした鋼構造立体骨組の3 次元弾塑性応答解析を行い、鋼構造建築が倒壊に至るまでの挙動と明らかにするとともに、現行の耐震設計により設計された鋼構造建築が有する耐震安全余裕度を解明する。さらに、3 次元応答解析に基づく鋼構造建築の残存耐震性能評価に関する研究に取り組む。まず、1 度の大地震により被災した建物を想定し、骨組が多少損傷を受ける程度から倒壊に至るまでの各損傷レベルをパラメーターとした応答解析を行い、被災後の個々の部材・接合部の損傷と骨組全体としての損傷・残存耐震性能の関係及び残留変形角と骨組全体の損傷・残存耐震性能の関係を解明する。次いで、本震後さらに複数回の余震を受ける場合を想定し、大小様々なレベルの複数回の地震動を入力した応答解析を行い、個々の部材・接合部や骨組全体としての損傷が、どのように、どの程度累積するかを明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
自作の鋼構造立体骨組の弾塑性応答解析プログラムのキャリブレーションのため、有償の汎用解析プログラムを購入する計画であったが、これを無償の汎用解析プログラムで代用できると考えたため、有償の解析プログラムの購入を止めた。また、解析プログラムの開発に時間を要したことから、本年度実施予定であった柱脚部や柱梁接合部の実験を次年度に行うことにしたため、本年度は試験体製作費の支出がなかった。以上の理由より、次年度使用額に変更が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度では、主に柱脚部や柱梁接合部の3次元繰り返し載荷実験の試験体・治具の製作費やひずみゲージなどの実験消耗品の購入に充てる計画である。
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