2018 Fiscal Year Annual Research Report
Influence of annual ring structure of wood on the rolling shear properties of Cross Laminated Timber lamina
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15K07521
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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Principal Investigator |
宇京 斉一郎 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (70455260)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新藤 健太 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (10414484)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | CLT / ローリングシア / 年輪 / 材料異方性 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
直交集成板（以下、CLT）では、ひき板（ラミナ）の直交方向に力が加わるため、ローリングシアが生じやすく、部材強度の決定要因となる。本研究では、CLTの構成要素であるラミナ材のレベルでの木材のローリングシア挙動を解明し、ラミナの性能に基づくCLTの強度予測を行うことを目的とした。
昨年度まで、実験的に、丸太内でのラミナの採材位置が、ラミナのせん断特性に大きく影響することを明らかにしてきた。今年度は、その理論的なメカニズムを解明するために、有限要素解析を実施した。これまで、ラミナで計測された弾性係数は、小試験体で求められたローリングシアの弾性係数よりも値が大きくなることが確認されてきた。本解析により、その原因は、ラミナの内部で、年輪の接線方向と力が作用する方向とがなす角度が変化することによって、部分的に弾性係数が高くなり、結果としてラミナ全体の弾性係数も高くなることにあることを、定量的に示すことができた。また、ラミナの採材位置が髄から離れるに従って、ラミナのせん断弾性係数も、小試験体で求めた値に漸近していくことを明らかにすることができた。
ラミナでの材料強度と、実際のCLTの強度との関係を明らかにするために、昨年度実施した実大CLTのせん断試験について、破壊時に撮影した画像を用いたひずみ分布解析を行い、破壊プロセスの分析を行った。せん断力が最大となる区間に位置するラミナが破壊した後も、近傍のラミナがせん断力を負担し続け、荷重上昇を続ける様子が確認された。正確な終局耐力の予測を行うためには、破壊過程を含めた解析を行う必要が有ることに加えて、ラミナのバラツキを加味する必要があると考えられた。このことから、材料設計においては、ばらつきを考慮してラミナのせん断強度の下限値を用いて、弾性範囲内で断面力を算定し耐力を推定するのが実用的であると考えられた。
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