2019 Fiscal Year Annual Research Report
３次元載荷を受ける耐震壁の耐力，変形性能および破壊性状解明と最適な設計手法の開発
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18H01586
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
西山 峰広 京都大学, 工学研究科, 教授 (50183900)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂下 雅信 国土技術政策総合研究所, 建築研究部, 主任研究官 (50456802)
谷 昌典 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50533973)
杉本 訓祥 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 准教授 (60758233)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 耐震 / 壁 / せん断 / 破壊 / 二方向載荷 / 有限要素解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，引張までを含めた軸力変動，壁脚部すべり破壊を含めた破壊モード，二方向載荷のような３次元載荷など，地震時に実際に建物中の耐震壁に起こり得る現象を幅広く考慮した，鉄筋コンクリート造耐震壁の地震時挙動予測法を提案することである。申請者らは，これまでにせん断破壊先行型とすべり破壊型の耐震壁に対する二方向載荷実験，および，E-ディフェンスにおける1/3スケール6層鉄筋コンクリート造建物に対する振動台実験を行ってきた。さらには，これらの実験試験体に対する数値解析シミュレーションも行ってきた。このような結果に基づき，適切な実験パラメータを設定し，新たな載荷実験を行い，FEM解析などの数値解析も援用し，軸力と水平二方向からなる3次元載荷を受ける鉄筋コンクリート造耐震壁の破壊モード，耐力，変形能力を十分な精度で把握できる評価法を開発し，より適切な耐震壁の利用法を提案する。
2019年度は，2018年度の数値解析的検討に基づき，4体の耐震壁試験体を設計・製作し，載荷実験を行った。寸法・配筋は全試験体で共通であり，実大30%相当の縮小試験体である。実験変数を軸力変動幅および面外変形倍率とした。ここで，面外変形倍率とは同一サイクルで与える面外方向層間変形角の面内方向層間変形角に対する比である。また，軸力比は，圧縮側では側柱を含めた耐震壁の全断面積とコンクリート実圧縮強度の積に対する軸力の比，引張側では側柱全主筋の降伏耐力に対する軸力の比である。
載荷実験の結果，軸力変動幅が増加すると面内方向せん断耐力が減少することが示された。一方，既往の研究で示されている面外変形倍率の増加による面内方向せん断耐力の減少は確認されなかった。
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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
2018年度に有限要素解析による数値解析的検討を行い，一定軸力の大きさが最大耐力および履歴エネルギー吸収に及ぼす影響，および軸力の変動が最大耐力に及ぼす影響に関する知見が新たに得られた。また，面外方向変形が面内方向耐力を低下させるという既往研究による知見が，軸力の大きさおよび軸力変動に関わらず数値解析においても確認することができた。以下に得られた主な知見を示す。 (1)軸力比0.20未満の一定軸力では，面内方向の曲げ終局耐力計算値(Qmu)とせん断終局耐力計算値を1.4倍した値(1.4 Qsu)のいずれか小さい方の値と水平一方向載荷時の面内方向最大耐力が概ね一致した。 (2)軸力比0.20以上の一定軸力では，圧縮軸力が増加しても最大耐力が頭打ちまたは減少した。(3)変動軸力下で引張軸力を経験した場合，引張軸力の大きさに応じて面内方向耐力が減少した。 (4)軸力比0.20での一定軸力の場合を除き，変動軸力を含めたすべての軸力条件において，面外方向変位が大きい解析ケースの方が面内方向最大耐力は小さくなる傾向が確認された。
2019年度には，2018年度の数値解析シミュレーション結果に基づき，耐震壁試験体を4体作製し，載荷実験を行った。実験変数を軸力変動幅および面外変形倍率とした。実験の結果，軸力変動幅が増加すると面内方向せん断耐力が減少することが示された。一方，既往の研究で示されている面外変形倍率の増加による面内方向せん断耐力の減少は確認されなかった。
このように研究は当初の計画通りに進んでいるが，昨年の載荷実験では，既往の研究で示されている面外変形倍率の増加による面内方向せん断耐力の減少は確認されなかった。この原因を現在，有限要素解析などの数値解析手法を用いて探っているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は，3体の試験体を作製し，載荷実験を行う。面外変形を与えずに，軸力を引張側のみで変動させる試験体，同様に面外変形を与えずに，圧縮側のみで軸力を変動させる試験体，および，面外変形倍率を1.5とし，引張軸力を全鉄筋降伏時の67%までとする試験体の3体である。当研究室で実施した既往の研究における試験体も加えて，計10体の実験結果に基づき，面外変形，軸力変動の影響を検討する。有限要素解析による数値解析シミュレーションにより，実験結果を追跡できるようにする。さらに，確立された数値解析手法を用いて，実験において設定できなかったパラメータについての数値解析シミュレーションを行う。以上のような実験結果と数値解析結果から耐震壁のせん断抵抗機構を検討し，これを設計および解析手法に反映できるような方法を構築する。
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