| 研究課題/領域番号 |
20K04784
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| 研究機関 | 広島工業大学 |
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研究代表者 |
貞末 和史 広島工業大学, 工学部, 教授 (20401573)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 頭付きスタッド / 柱RC梁S混合構造 / 接合部 / 鋼コンクリート合成構造 |
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| 研究実績の概要 |
建築および土木構造物における鉄骨とコンクリートのシアコネクター（ずれ止め）として多用されている頭付きスタッドは、通常、鉄骨母材に対して鉛直に溶接される。鉛直スタッドでは、接合部に作用するせん断力に対して、頭付きスタッドはコンクリートからの支圧力を受けて、基部のせん断変形が卓越して抵抗するため、剛性と耐力に対して効率的ではない。一方で、頭付きスタッドを傾斜させて溶接した場合は、傾斜角度を大きくするほど、頭付きスタッドはせん断力が卓越する抵抗機構から材軸方向の引張力が卓越する抵抗機構へと変わるため、接合部に作用するせん断力に対して、頭付きスタッドが効率的に剛性と耐力に機能すると考えている。本研究では、鉄骨母材に頭付きスタッドを鉛直に溶接する在来型の頭付きスタッドに対して、頭付きスタッドを45°傾斜して溶接することで頭付きスタッド1本当たりのせん断剛性とせん断強度を増大できる新型の接合工法の実用化に取り組んでいる。
本研究では、傾斜スタッドを合理的に活用できる構造として、近年、普及が進んでいる柱を鉄筋コンクリート部材、梁を鉄骨部材とする混合構造を対象とし、適用効果の程度について明らかにした後、構造性能の評価方法を構築する。傾斜スタッドの有効性を示すには、構造実験による検証を行なうことが不可欠である。令和2年度は、柱鉄筋コンクリート梁鉄骨混合構造における梁部分（合成梁）に着目し、鉛直型および傾斜型の頭付きスタッドを用いたそれぞれの場合の構造特性の違いを明らかにするための試験体設計および製作を行い、採用した実験変数が破壊形式とせん断強度に与える影響の予測を行った。また、柱鉄筋コンクリート梁鉄骨混合構造における柱梁接合部の試験体設計を完了した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
柱鉄筋コンクリート梁鉄骨混合構造における梁部分（合成梁）の性能を明らかにし、構造特性を評価するための実験を計画した。過去に行った研究により、完全合成梁とした場合の構造性能については明らかにしているため、不完全合成梁の場合に着目した試験体計画を立案した。不完全合成梁は、鉄骨梁と鉄筋コンクリートスラブの接合部にズレを生じて最大強度に達するように試験体設計を行ない、在来型および傾斜型の頭付きスタッドを用いた場合の構造特性の違いについて明らかにするものとした。試験体設計を進めていく中で、16Φの軸径を有する頭付きスタッドの使用が効果的であることがわかった。これまでの研究においては、16Φの頭付きスタッドの傾斜溶接を行った実績がなかったため、16Φに対応できるアークシールドを新たに製作し施工試験を行ったところ、良好な施工が実施できることを確認した。立案した試験体計画に基づき、4体の不完全合成梁試験体の製作を進めることにしたが、新型コロナ感染症拡大対策への対応の影響を受け、試験体製作が大幅に遅れてしまった。現在、試験体製作は完了しているがコンクリートの養生中である。コンクリート硬化後に実験を行い、構造性能について検証する。
新型コロナ感染症拡大対策への対応により、不完全合成梁の試験体製作が遅れたため、柱鉄筋コンクリート梁鉄骨混合構造における柱梁接合部部分の実験計画と試験体設計を先行して行い、R3年度に実施予定であった実験の詳細について検討した。
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| 今後の研究の推進方策 |
柱梁接合部パネルゾーンに取り付ける傾斜スタッドの適用効果について調べるために、床スラブを設けていない梁貫通形式の柱梁接合部試験体を製作し、一定圧縮軸力(長期荷重)下で正負繰返し水平力(地震力)を加力する載荷実験を行なう。実験変数は頭付きスタッドの有無、頭付きスタッドの傾斜の有無および傾斜の向きとし、合計5体の試験体を製作する。実験変数によって柱梁接合部の破壊形式がどのように変わるか明らかにし、傾斜スタッドを取り付けることで耐力が増大することを実証する。また、載荷実験を行なった試験体をモデル化して、非線形FEM解析を行なう。傾斜きスタッドの存在が柱梁接合部における応力伝達にどのような影響を与えるか明らかにし、耐荷機構のマクロモデルを考案する。
続いて、合成梁に取り付ける傾斜スタッドの適用効果について調べるために、床スラブを設けた梁貫通形式の柱梁接合部試験体を製作し、載荷実験を行なう。実験変数は頭付きスタッドの傾斜の有無と本数とし、合計2体の試験体を製作する。合成梁部分については「不完全合成梁」と「完全合成梁」のそれぞれの場合を想定して頭付きスタッドの本数を決める。鉄骨梁とRC床スラブの接合部にズレを生じて最大耐力に達する不完全合成梁については、鉛直スタッドと傾斜スタッドのそれぞれを用いた場合の構造特性の違いについて明らかにする。最大耐力時に接合部にズレを生じない完全合成梁については、鉛直スタッドを用いた場合と比較して傾斜スタッドを用いた場合は少ない頭付きスタッドの本数で同等の構造特性を有する設計が可能であることを実証する。
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