研究課題/領域番号 |
24560696
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研究機関 | 日本工業大学 |
研究代表者 |
那須 秀行 日本工業大学, 工学部, 教授 (40611249)
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キーワード | 木質構造 / 節合部 / 高強度・高靭性 / 木材の繊維方向 / CLT / スクリューボルト / ネジ |
研究概要 |
従来、木質構造における接合部のエネルギー吸収能力は接合金物を降伏変形させることで得られてきたが、この研究課題は木材自体でその繊維方向の組合せにより高い強度と共に高い靭性も得られないかというこれまでにない方向性で検証をしている。 本研究初年度のH24年度は、まず実験治具の製作を進めつつ試験体を製作し接合部実験を実施した。試験種類は大きく分けて3タイプ。柱頭柱脚部を想定した引っ張り実験(7仕様7体)、中高層建築を想定した極大鉛直荷重下における脚部の潰れ防止に関する実験(16仕様26体)、壁床の接合部を想定した凸型せん断実験(11仕様56体)の3タイプ計89体を実施した。 本研究の2年目であったH25年度は、本研究成果をより広く普及できるよう接合具としては一般的に入手可能な長ビスを用いて接合部の引張実験を実施した。これに伴い接合具にかかる木材の繊維方向の比率をRp率(Ratio of Parallel:木材の繊維方向が全て並行方向の場合をRp率=100%、全てが直交方向の場合をRp率=0%)と定義し、Rp率を0~100%でパラメトリックに設定し引張実験を行った(15仕様45体)。この他、極大鉛直荷重下における脚部の潰れ防止に関する追加実験(7仕様21体)、壁床の接合部の追加せん断実験(12仕様36体)も行い、計102体の実験を実施した。 これらの実験結果および考察をまとめ、CLTを用いた木質構造の設計法に関する検討委員会等で発表してきた。また、日本建築学会大会の梗概集としても発表した(H25年度に3編発表済、H26年度に2編投稿済)。H26年度の木質構造国際学会WCTE(2014 World Conference on Timber Engineering)へも投稿済で7月にカナダで発表予定である。また、本学の研究報告にも科研費研究の成果として発表(日本工業大学研究報告第42巻第4号, pp.115-118)。この他、NPO 木の建築フォラム(木の建築, pp.38-41)でも科研費による研究内容として発表した。
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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
当初の計画では、柱脚部にスクリューボルトを埋設した引張実験を主に想定していたが、木材の繊維方向の組み合わせによる挙動制御を更に詳しく知るために、CLTを用いた極大鉛直荷重下での圧縮実験も実施した。更に、CLTを用いた壁と床の接合部の挙動についても実験を行った。これらにより、本研究の主なテーマである木材の繊維方向の違いについて、引っ張りだけでなく、圧縮、せん断においても接合部実験による検証を積極的に行った。 このことにより、本助成事業による研究目的である「木材繊維方向の組合せにより接合部剛性・強度および靭性を確保し制御する研究」について、その活用に幅を持たせると共により実用性も高めるべく成果を出せたが、一方で、H24年度は積極的な実験により前倒し支払請求をすることとなった。 平成25年度及び平成26年度の請求額は減ったものの、H24年度段階で当初予定より順調に実験が進んでいたため問題はない。また、スクリューボルトや長ビスメーカーとの関係も良好で接合具の提供や改良に対する多くの協力を得られている状況にあり問題はない。また、本学施設を活用し自ら試験体も製作できるようになったことから、費用面および時間的にも試験体数や実験条件を当初計画より増やせる状況にある。平成25年度は費用的にはやや抑えたが、H26年度に国際学会WCTEでの発表経費がかかることへの対応でもある。 「木材繊維の方向に着目し剛性と靭性を制御できないか」という本研究課題は順調に進展している。
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今後の研究の推進方策 |
これまでの実験で、引っ張り、圧縮、せん断ともに、木材の繊維方向を組み合わることで、剛性と靭性について制御できる可能性とその接合挙動を把握できてきた。 26年度前半は、これまでに蓄積してきたCLTの木材繊維の方向性による挙動に関する実験データをもとに、木材繊維の方向、例えばRp率の変化割合が剛性および靭性に及ぼす影響等を考察していきたい。必要に応じて、同じRp率での別仕様の追加実験も実施する。最大耐力の向上も大切であるが、最終的な破壊性状と靭性についても地震エネルギー吸収の観点から注意深く検証考察したい。 H26年度の中盤までには、木材の割裂に関する実験と解析も区切りをつけたい。現時点では国産スギのみで検証しているが、割裂性状を非破壊かつ動的に追える実験手法を開発していきたい。それによりどの程度の補強、応力低減ができれば割裂を防止でき、接合部としてのスペックアップや安全性が担保できるのかを探ることができるようになる。本研究のテーマには入っていないが、今後のテーマとしてスクリューボルト接合の割裂破壊防止策に対する具体策を提案できるような足掛かりとしていきたい。 H26年度は本研究のまとめとして、実験と並行して数値解析等によって実験結果との整合性も確認しつつパラメトリックに条件を振って最適解を絞り込んでいく。CLTにスクリューボルトを埋め込んだ際の荷重変形性能や破壊性状を木材繊維の方向別の挙動の違いに着目しながら整理する。また、木材の繊維方向の組合せにより剛性と靭性をある程度コントロールできるのかについても結論を出す。
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次年度の研究費の使用計画 |
平成24年度に予定より多くの実験を実施できたことで前倒し請求を行い、平成25年度及び平成26年度の請求額は減った。しかしながら、平成25年度より長ビスメーカーとの協力関係が築けたことで、接合具の提供や改良に対する多くの協力を得られるようになった。 また、本学施設を活用し自ら試験体も製作できるようになったことも研究費用に余裕ができた要因である。 研究としてはほぼ当初の予定通り進んでいるが、試験体製作に係わる費用面でやや余裕ができた。このことから試験体数や実験条件等を当初計画より増やして検証を行うこととする。 また、本研究テーマに関する論文を平成26年度の国際学会WCTE(カナダ)に投稿し採択されており、この渡航経費がかかることへも対応したい。
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