溶接継手の疲労性能に基づく建築鉄骨架構の多数回繰り返し載荷下での構造信頼性評価

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K06629
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 建築構造・材料
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 原田 幸博 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (10272791)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 建築構造・材料 / 鋼構造 / 低サイクル疲労

研究成果の概要

溶接継手の低サイクル疲労性能の既往研究調査を行い、一定振幅低サイクル疲労での破断サイクル数と変動振幅下での累積損傷度は概ね対数正規分布に従い変動係数は10%と30%程度であることがわかった。せん断ひずみ下での溶接継手の低サイクル疲労試験を実施し、せん断ひずみを等価な直ひずみに変換すれば直ひずみ下での疲労曲線からせん断ひずみ下での疲労性能が評価できることがわかった。梁端をファイバー要素でモデル化した骨組構造の地震応答解析結果と有限要素解析で得た梁端部フランジのマクロレベルひずみ－鉄骨梁端のhot-spotの局所ひずみ関係を組み合わせ、鉄骨架構の梁端ごとの疲労破壊確率を算出する手法を提案した。

自由記述の分野

建築鋼構造

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、溶接継手レベルの低サイクル疲労性能と数値シミュレーション(有限要素解析・骨組応答解析)を組み合わせることで鉄骨架構内の全ての梁端での疲労破壊発生確率を推定する手法を提示した。同手法の最大の利点は、必要な実験データが溶接継手レベルの低サイクル疲労性能のみで、部材・架構レベルでの大規模な構造実験が不要なことである。さらに、数値シミュレーション部分の精緻化によってさらなる高精度の信頼性評価ができる拡張性の高さも同手法の特色である。本研究の手法によって梁端ごとの破壊確率を得られれば、高層鉄骨架構の合理的な補強方法の検討に活用することができるだろう。