| 研究課題/領域番号 |
19K04699
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| 研究機関 | 崇城大学 |
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研究代表者 |
東 康二 崇城大学, 工学部, 教授 (80320414)
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| 研究分担者 |
岩下 勉 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (10332090)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 建築構造・材料 / 鋼構造 / 溶接接合部 / 脆性破壊 / 接合部詳細 / スカラップ |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，接合部詳細の中でひずみ集中点となるスカラップ底から進展した延性き裂を起点とする脆性破壊を的確に予測し，より正確に接合部の終局耐力を求めると共に，脆性破壊の発生を抑制する接合部の詳細形状の最適化を図ることを目的とする．
JASS6で推奨される複合円型およびAISC仕様規定に示される形状をもつ試験体に，正負交番漸増繰返し載荷を行った。鋼材は全てSN490B材とし，フランジとウェブとの接合にはサブマージアーク溶接を用いた．試験体のパラメータは，スカラップ形状と後述のフィレット残しの有無とした．JASS6推奨型を持つ試験体では，スカラップ底から延性亀裂が発生し，脆性破壊により破断に到った．AISC型を持つ試験体では，SAW の溶接止端部から延性亀裂が発生したが，載荷限界に達し実験を終了した．AISC型にフィレット残しを加えた試験体では延性亀裂がSAW 止端部に沿って進展した後、下フランジの最大せん断力方向に進展し，延性破断に到った．事前実験におけるウェブ厚16mm の試験体と比較して，本年度のウェブ厚9mm の試験体は高い変形性能を示したことから，スカラップ形状の改良に加え，ウェブのモーメント負担率を下げることが，塑性変形性能を確保する上で重要であることが明らかになった．
解析的研究では，モデル化した試験体のスカラップ面の異なる位置に貫通切欠きを設け，解析結果と実験結果の整合性を確認し，脆性破壊の発生を予測した．相当塑性ひずみ分布図を用いて，切欠き位置を特定した．応力三軸度と高応力領域の関係から，ウェブに切欠きを設けた場合には，高応力領域が広がらず，き裂先端の要素がせん断力によって回転運動することが確認された．この回転運動が終了後，外力の上昇に伴い，高応力領域が広がり続けたことから，既存の破壊評価手法を適用するには回転運動の影響を考慮する必要があることが明らかとなった．
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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
本年度の研究計画では，スカラップ底から進展した延性き裂を起因とする脆性破壊について，スカラップの形状・寸法と延性き裂進展量の関係を調べるために，鋼構造柱梁接合部をモデル化した試験体を用いて，正負交番漸増繰返し載荷を行い，延性き裂の発生・進展と脆性破壊への転化を再現することで，それぞれの塑性変形性能を検証することとしていた．スカラップ形状（JASS6で推奨されている形状，米国基準AISC-341で規定される形状）とフィレット残しの有無をパラメータとして，改良型試験体を製作，実験を行い，実験により，JASS6型とすることが，塑性変形性能の改善とはならないこと，及び，形状の変更だけではなくフィレット残しと組み合わせることにより，塑性変形性能の向上が図れることが示唆された．また，FE解析により，スカラップ底のひずみ集中を緩和させた場合，破壊性状がせん断型となり，規定の破壊靭性試験による破壊パラメータではなく，モードⅡ破壊を考慮するパラメータの導入が必要であることまで明らかとしたため，上記の区分とした．
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| 今後の研究の推進方策 |
研究スケジュールではモデル化試験体による破壊実験を継続することとなっている．予備実験と本年度の実験から，フランジとウェブの耐力比が塑性変形性能に影響を及ぼすことが確認できたことから，パラメータとして，ウェブ厚を加え，試験体を製作する．スカラップ形状の最適化については，スカラップ底のひずみ集中を緩和し，延性亀裂の発生進展位置をウェブ側に移動させる形状を立案しており，その中で，製作時の加工性が現場と整合性の取れるものについて検討する．また，ウェブ上のせん断力が卓越した状況での延性亀裂の進展について，その破壊メカニズムを表現できるパラメータの検討を解析的に行う必要がある．既に提案している脆性破壊評価手法のうち，亀裂長さの影響を受けないとされる限界Weibull応力による脆性破壊発生予測とモードⅡ破壊を表現するパラメータを組み合わせることにより，スカラップのひずみ集中点からのき裂の発生と脆性破壊を予測できれば，最大の塑性変形能力をもつものとして最適な形状が決定できると考えている．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）引張試験片の製作および実験にかかる消耗品の費用に端数が生じたため．
（使用計画）引張試験片および破壊靱性試験片の製作費に補填する．
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