Structural Performance and Seismic Design of Steel Building Structures without Base Anchorage

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25249078
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中島 正愛 京都大学, 防災研究所, 教授 (00207771)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 倉田 真宏 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70624592)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 鋼構造 / 耐震設計 / 摩擦 / トライポロジー / 振動台実験

Outline of Annual Research Achievements

低層建築物を対象に，①基礎と上部鋼構造を緊結せず，鋼構造柱脚を基礎上にモルタルを介して直置きする，②鋼ベースプレートとモルタルの間に材料を塗布し摩擦係数を低減・調節することによって，上部構造への損傷を抑える，③ストッパー機能を付加することによって，大地震下における過大水平変形や鉛直方向への浮き上がりを防ぐ．というコンセプトに基づく構造システムの構築を、本研究の射程とし，それを実現するために，(1)鋼とモルタル間の繰返し摩擦特性の定量化，(2)摩擦係数の低減と制御，(3)ストッパーを用いた変位制御，(4)提案構造システムの設計法からなる4課題に，準静的実験，振動台実験，トライポロジー理論，弾塑性時刻歴応答解析を駆使することによって取り組んでいる。最終年度である本年度では、研究の目的に記した(3)のストッパーを用いた変位制御を継続するとともに、本研究で提案するシステムの実用設計を念頭においた(4)設計法の構築に取り組んだ。(3)においては、大きな転倒モーメントや上下動によって生じうる直置き柱脚の浮き上がりを防ぐためのストッパーの開発で、鋼板を十字型に組み上げた装置を用いて、水平移動（滑り）を許容しつつ浮き上がりを最上限に止める機構を設計し、その妥当性を一連の解析と実験から検証した。(4)においては、地震動の大きさ、摩擦係数、質量比、最大ベースシェア係数、最大滑り（変位）を結びつける関係式を、滑りを許容する1自由度、2自由度系に対する支配方程式に基づいて導出した。とりわけ、提案構造システムの最大の特徴である最大ベースシェア係数の上限値については、一連の時刻歴応答解析も援用して、摩擦係数の2.5倍とする実用的な設計式を導いた。さらに上部構造に僅かな塑性化を許容した場合にはこの値を2倍にできることも併せて実証した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] “Base shear capping buildings with graphite-lubricated bases for (2017)
  • Author(s): Barbagallo, F., Hamashima, I., Hu, H., Kurata, M., and Nakashima, M.
  • Journal Title: Earthquake Engineering and Structural Dynamics Volume: Vol.40, No.6 Pages: 1003-1021
  • DOI: 10.1002/eqe.2842
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant