| 研究課題/領域番号 |
19K15080
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| 研究機関 | 仙台高等専門学校 |
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研究代表者 |
吉野 裕貴 仙台高等専門学校, 総合工学科, 助教 (70756428)
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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 | 非構造部材 / 横座屈 / ラーメン骨組み / H形断面梁 / 柱梁接合部 |
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| 研究実績の概要 |
(1)Ｈ形鋼梁による捩り曲げを受ける非構造部材の剛性及び非構造部材－梁の接合部拘束度の把握
これまで，梁と屋根折板等の非構造部材の接合部はタイトフレームを介して一か所のボルト接合であったが，2019年度は実構造物に使用されているルーフデッキを用いて従来の非構造部材-梁の接合方法に加えて，接合箇所の数やスポット溶接等の複数の接合形式を用いたH形鋼梁の捩り実験を行った。現状の接合方法であるタイトフレームを用いた場合，梁とルーフデッキの谷部は変形当初は接触しないため，ルーフデッキの回転剛性は理論上の2%程度となった。一方で，接合形式として山及び谷部を接合した場合，梁の捩れ変形に伴い，梁フランジと接触する谷部で局部的なせん断変形が生じ，ボルト接合された山部分に応力集中が起きる。そのため，ルーフデッキの回転剛性は理論上の10%程度となっていることを明らかにした。
実構造物に使用されている4種類の屋根折板材を用いた捩れ実験を行い，屋根折板の生じる曲げモーメント分布を明らかにし，ルーフデッキ-梁接合部近傍で応力集中が生じることを明らかにした。
(2)縮小模型振動台実験による鉄骨構造物内の並列Ｈ形鋼梁の動座屈崩壊メカニズムの解明
2019年度は1層2スパンラーメン骨組みにおけるH形断面梁の動座屈実験を行った。試験体は1層2スパンのラーメン骨組とし，柱上部に質量を与えている。柱脚をピン支持とし，梁は梁ウェブを介して両面にとりつく質量とボルト接合することで両端の面外変形を拘束している。柱上部に与えてた質量に生じる水平力より求められるモーメントと骨組み内の梁及び梁の応力分布より計算したモーメントはほぼ等しいことを確認した。また，梁の応力分布は逆対称の曲げモーメント分布となっていることを確認した。
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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
(1)Ｈ形鋼梁による捩り曲げを受ける非構造部材の剛性及び非構造部材－梁の接合部拘束度の把握
実構造物に用いられるタイトフレームによる非構造部材－梁の接合部を再現したH形鋼梁の捩り実験を行い，実験より1）屋根折板の曲げモーメント分布， 2）接合部の保有水平耐力，3）接合部まわりの水平及び回転剛性について理論値と実験値の違いを明らかにできた。
(2)縮小模型振動台実験による鉄骨構造物内の並列Ｈ形鋼梁の動座屈崩壊メカニズムの解明
1年目は縮小模型実験装置を製作し，骨組み内の各部材に生じる応力分布を把握できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1)Ｈ形鋼梁による捩り曲げを受ける非構造部材の剛性及び非構造部材－梁の接合部拘束度の把握
1年目は捩り実験を行い，非構造部材-梁接合部の理論値と実験値の回転拘束度の違いについて明らかにし，現状の非構造部材の保有性能は把握できた。一方で，梁の横座屈拘束材として活用するための要求性能を満たす拘束方法として補強金具を用いた捩り実験を行う。その際，施工上の観点から，補強金具を最小限に抑えるために補剛間隔についても明らかにする。
(2)縮小模型振動台実験による鉄骨構造物内の並列Ｈ形鋼梁の動座屈崩壊メカニズムの解明
予備解析に基づき，1層2スパンラーメン骨組みの縮小模型実験を行い，骨組み内の梁の応力分布を確認した。
今後，骨組み全体の動座屈現象を再現し，動座屈による梁の横座屈耐力の低下率や塑性変形性能を把握する。さらに，本研究で提案する非構造部材-梁接合部の拘束度及び塑性化する非構造部材の補剛剛性を考慮した架構全体の解析モデルを用いた地震応答解析を行う。非構造部材－梁接合部を適用したH形鋼梁の横座屈に対する非構造部材の補剛効果及び梁の動座屈を含む架構全体の崩壊挙動を把握する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度は本年度製作した，縮小模型実験に改良を加えた装置を製作予定であり，本年度製作した実験装置に使用した留め具（ボルトやナット等）は消耗品であり，複数回実験を行うことで，取り換える必要があるため本年度の残高2628円を次年度の助成金と合わせて使用する。
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