凹凸CLTの接合性能評価とその最適化

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K05769
• 研究機関: 秋田県立大学
• 研究代表者: 山内 秀文 秋田県立大学, 木材高度加工研究所, 教授 (90279513)
• 研究分担者: 佐々木 貴信 秋田県立大学, 木材高度加工研究所, 教授 (00279514) ; 林 知行 秋田県立大学, 木材高度加工研究所, 教授 (60370285)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 凹凸CLT / CLT / スカーフジョイント / バットジョイント / 接合性能

研究実績の概要

2018年度は実施計画に基づき、スギ・30mm厚ラミナを用いて1000×1000mmの3ply及び5plyの実大凹凸CLTを試作した。このときの嵌合部分はバットジョイントとし、嵌合部を構造用1液湿気硬化型のウレタン樹脂接着剤にて嵌合・接着させて力学試験用の実大試験体を得ようとした。しかし、嵌合時の噛み合わせが困難であること、嵌合に接着剤の粘性などにより非常に大きな嵌め合わせ力が必要であることが明らかになり、5ply試験体については実用的な方法（現場で施工できる技術）では嵌合が困難であることが明らかになった。
そこで、嵌合部分をバットジョイントではなくスカーフジョイントに代えることを考案し、嵌合労力の低減と接合部の接合強度向上を同時に得る検討を行うこととした。2018年度はモデル実験によるテーパー形状設計と接合性能評価を行った。モデル実験はスギ・6mm厚の柾目板を用いた3plyの縮小CLTで行った。接合部をバットジョイント及び1／1（テーパー長さ／厚さ）、2／１、3／１のテーパー形状を持つスカーフジョイントとした。CLTモデル積層には水性ビニルウレタン樹脂接着剤を用い、嵌合部には上述の構造用ウレタン樹脂接着剤を用いた。嵌合時の嵌合力は試験体の自重のみとし、外的な締め圧は与えなかった。性能評価は曲げ及び引張試験で行い、接合を持たない試験体の試験値との比較によった。
その結果、ズレを持たない単純な接合においても、3／１のテーパーのスカーフジョイントを与えることで無接合試験片の約75％の接合効率が得られることが明らかになった。また、接合の存在によりバラツキが低減され、標準偏差／平均値の値が無接合の15％から3／１テーパーで3％以下まで低減することが明らかになり、5％下限値での比較では3／１テーパーを用いることで80％を超える接合性能が得られることを明らかにできた。

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

本研究の目的は、比較的小さく作成したCLTを接合・展開することにより、大型CLTを用いたものと同様の構造的性能を得ること、それを定量化し実用的な技術として確立することである。現時点で想定していたバットジョイントによる嵌合が困難であることを早い段階で評価・実証できたことで、スカーフジョイントを用いるアイデアに到達したこと、スカーフジョイントによる接合性能が凹凸を用いる前の単純な段階でも極めて高いことを明らかにできたことなどから、凹凸を適用することによって無接合（＝大型）CLTに遜色ない性能の材料を得られる可能性が高くなってきており、現時点では予定通りの成果を得ることは十分可能であると考えている。

今後の研究の推進方策

共同研究者の一人が2019年度当初から機関外へ異動したことに伴い、先方機関との間の事務的連携を早急に確立し、研究費の配分や役割分担などについて、これまでと同様の研究推進体制が取れるようにする。また、機関間移動のための旅費を少し多めに手当てしたい。その旅費増加分は、初年度の検討による実大試験の合理的見直しによって十分に手当てできるものと考えている。
実験的には、2019年度は2018年度に明らかになったスカーフジョイントによる接合性能の知見を基に、スカーフジョイントと凸凹配置の併用による効果などについてのモデル評価をさらに進めるとともに、いくつかの条件による実大による試作・評価を従来手法でのコントロール評価とともに行う。また、交差部など、建築内壁に適用可能な立体的凹凸CLT接合方法のモデル／実大評価を行っていく。

次年度使用額が生じた理由

今年度、既存技術の評価、検証のために多数の実大成形実験を予定していたが、その実大実験の初期段階において、接合部分に改良を加えることにより経費をより効率的に運用できる可能性が見出されたため、実大試験に至る前のモデル実験を前倒しして実施することとし、多くの実大評価実験を次年度にあらためて集中的に行うこととした。また、旅費についても上述と同様の理由で成果発表のタイミングを変えることした。