2018 Fiscal Year Research-status Report
被災した鋼構造建築における柱・梁の残余耐震性能推定方法に関する研究
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17K06635
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
松本 由香 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (70313476)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 鋼構造 / 被災建築物 / 局部座屈 / 面外変形 / 残余変形性能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は，まず前年度の載荷試験によって損傷を与えた片持ち柱試験体の再載荷を行った．その結果，載荷直後はひずみ時効によって初期剛性と降伏耐力が回復したものの，載荷方向を反転させて逆方向に載荷するとただちに軟化が見られ，前年度載荷時から連続的に耐力が低下した．即ち，局部座屈による損傷を受けた鋼部材が再度繰返し載荷を受ける場合，ひずみ時効による影響は無視できる程度であり，その荷重変形関係は連続して載荷した場合の荷重変形関係と概ね一致した．この場合，部材の残余変形性能は，元の部材の塑性変形性能から載荷によって受けた塑性変形倍率を差し引くことによって求められる．
次に，BCR295角形鋼管およびSN400B圧延H形鋼を用いて各々3体の試験体を製作し，軸力比をパラメータとした載荷試験を行った．軸力比は0（梁）と，0.15及び0.3（柱）の3水準であり，いずれも漸増振幅繰返し載荷を実施した．載荷中は，前年度に考案した方法でフランジの面外変形を波形として計測し，塑性変形の進行に伴うフランジ形状の変化を追跡した．ここで，部材の断面形状に基づいて局部座屈領域の材軸方向長さを定義し，この区間のフランジ面外変形を抽出することによって，振幅が0.5mm程度の微小な局部座屈を検知することができた．また，局部座屈波形の振幅と骨格曲線における累積塑性変形倍率の関係は，最大荷重点までは軸力比によらず概ね一致しており，最大荷重点を経過すると，軸力を与えた試験体の局部座屈波形が，軸力比=0の試験体に比べて早く進行する傾向が見られた．さらに，局部座屈波形の大きさから部材の被災度区分と残余変形性能を評価し，既往の被災度区分判定基準による判定結果と比較した．その結果，H形鋼柱の残余変形性能は判定結果と概ね一致するが，角形鋼管柱の残余変形性能は判定結果を下回り，Ｈ形鋼梁では判定結果を上回った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度は，1)損傷を受けた鋼部材の再載荷試験，2）部材の軸力比および載荷パターンをパラメータとした試験実験，3) 有限要素解析によるパラメトリックスタディの3課題を予定していた．
1)については，予定通り再載荷試験を実施し，局部座屈による損傷を受けた鋼部材の荷重変形関係において，ひずみ時効による影響は無視できる程度であり，連続して載荷した場合の荷重変形関係と概ね一致することが確認できた．
2)については，軸力比=0と軸力比=0.3の試験結果を比較したところ，最大荷重点以降の局部座屈波形の進行が軸力比に依存する傾向が見られたため，当初の計画から載荷条件を変更し，載荷パターンを統一して軸力比=0.15で試験を実施した．載荷パターンをパラメータにすることが出来なかったが，骨格曲線上の塑性変形倍率に注目して実験結果を整理することにより，載荷パターンの影響はある程度推定可能と思われるので，大きなマイナス要因ではない．また，部材の断面形状に基づいて局部座屈領域の材軸方向長さを定義することによって，目視や触感で検知することが難しい微小な局部座屈を検知できることを確認した．さらに，局部座屈波形の大きさから部材の被災度区分と残余変形性能を評価し，既往の被災度区分判定基準による判定結果と比較したところ，判定結果は実験による残余変形性能と必ずしも一致せず，既往の判定基準には改善の余地があることが分かった．
3)については，有限要素解析と実験結果を比較し，解析方法の妥当性を検証している段階であり，パラメトリックスタディを実施するには至らなかった．これは2)において新たな課題が見つかり，当初の目標より多くの知見を得るために労力を割いた結果であり，研究全体を見ると順調に成果が上がっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果により，最大荷重点以降の局部座屈波形の進行が軸力比に依存すること，局部座屈波形の大きさと残余変形性能の関係は部材の特性（角形鋼管柱，Ｈ形鋼柱，Ｈ形鋼梁などの別）によって異なり，局部座屈の程度から残余変形性能を推定するためには，元の部材の特性を考慮する必要があること，残留傾斜角が小さい場合は局部座屈波形も小さくなることが分かった．次年度は，有限要素解析によるパラメトリックスタディを中心に取り組み，軸力比や部材の特性など，残余変形性能の判定に及ぼす影響因子を特定する．
実験ではパラメータが限定されるため，解析的な検討によって補完する必要がある．まず，これまでの実験について再現解析を行い，試験体の荷重変形関係とフランジ面外変形が解析によって再現可能であることを確認する．次に，部材種別FA，FBの柱材・梁材を想定し，鋼種は引張強さ400～490級鋼を網羅できるように部材を設定する．特に，無損傷の状態から終局に至るまでの塑性変形性能が高い部材ほど，同程度の局部座屈が生じたとしても残余変形性能が高くなることが予想されるため，幅厚比，鋼材の応力歪関係，断面形状（箱形断面，Ｈ形断面の別），軸力比は重要なパラメータである．有限要素解析によって各解析モデルの漸増振幅繰返し載荷を行い，無損傷の状態から終局に至るまでのフランジ局部座屈波形の進行と塑性変形性能の関係を追跡する．同程度の局部座屈が生じた時点における残余変形性能の高低に応じて部材条件を分類し，分類ごとに局部座屈の程度と残余変形性能を関連付ける形で解析結果をまとめる．
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Research Products
(10 results)
