ひずみ集中化によるき裂の発生を伴う鋼製橋脚の地震時終局挙動解析システムの開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650483
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 後藤 芳顯 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (90144188)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小畑 誠 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (30194624)
• Keywords: 鋼製橋脚 / 耐震 / 延性破壊 / き裂 / 繰り返し載荷 / 塑性 / 有限要素解析

Research Abstract

極大地震時において塑性領域での繰り返し荷重を受ける鋼製橋脚では,鋼材の延性破壊に起因する亀裂発生のため,そのエネルギ吸収能が著しく低下し,倒壊につながる可能性がある.このような破壊形式は鋼製橋脚の耐震設計上,是非とも避けなければならない.このためには,このような延性破壊現象の発生の可能性をあらかじめ予測し,延性破壊が生じない構造にすることが重要である.しかしながら延性破壊現の予測手法についてはほとんど検討されていないのが現状である.ここでは,Damage theoryにもとづくマイクロボイドの成長を考慮したグルソン型の塑性モデルを,鋼製橋脚の延性破壊現象解析へ適用することを目的として,種々の検討を行った.とくに,従来ほとんど提示されていないグルソン型の塑性モデルの繰り返し荷重下への拡張について検討した.すなわち,単調載荷経路の式との整合性をとりながら,いくつかの無理のない仮定を導入し,いわゆる移動硬化型のモデルに拡張した.つぎに,このように開発した移動硬化型のグルソンモデルを汎用有限要素解析プログラムのユーザーサブルーチン中に組み込んだ.また,精度の良い解析を行うためにはグルソンモデルの適正な材料定数を決定する必要があるが,ここでは,鋼材の延性破壊実験を行うとともに,この実験を有限要素法で解析し,解析結果と実験と一致するように,いわゆる逆解析的手法により材料定数を決定する手法を検討した.さらに,破面観察により破壊パターンが解析と一致することを確認した.以上の結果より,現在のグルソンモデルでは,延性破壊の発生を定量的に予測することはかなり難しいが,破壊パターンなどは定性的に予測可能であること,また,延性破壊発生を定量的に予測するにはモデルの修正や材料定数の決定法などさらなる検討が必要であることも明らかになった.

Research Products

• [Publications] 小畑。水谷、後藤: "鋼構造の延性破壊の有限要素法解析への導入に関する基礎的検討"土木学会論文集. I-48. 185-196 (1999)
• [Publications] Obata,Mizutani,Goto: "Numerical approach to the ductile fracture of steel members"Proc.ICASS'99. Vol.2. 1021-1027 (1999)