柱梁接合部の局部変形を許容したCFT多層ラーメンの弾塑性挙動に関する研究 [ PDF

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(1)柱梁接合部の局部変形を許容した CFT 多層ラーメンの弾塑性挙動に関する研究. 吉田. 遼一. 漸増載荷する．表−1における D, tc, hs は図−3に示す通り. 1. はじめに梁降伏型 CFT ラーメン骨組において CFT 接合部パネル. とする．図−4に Pdy, Pd1% ,Pd3％の荷重変形関係モデルと MP 曲線. は変形しにくく，梁に損傷が集中し易いことが知られてい 1). る．これに対して，接合部局部に変形を許容することに. の比較を示す．総じて，一致している．よって，MP 曲線. より梁端の損傷が緩和され，骨組の耐震性能が改善できる. はモデル変数を調整して 3 点(Pdy, Pd1%, Pd3％)をほぼ通過す. と考えられる．接合部の変形を許容する設計法の開発にお. ることができる．. いては，様々な条件における接合部の挙動を把握すること. 3. 2接合部パネル要素. が必要不可欠である．. 接合部パネル要素は，図−5に示す剛な部材と弾塑性の. 本研究では，まず CFT 柱梁接合部の解析モデルを提案. 斜材で構成した．また，図中の○で示した部分はピン接合，. し，その精度を検証する．その接合部モデルを用いて接合. ●は剛接合である．接合部パネル要素の斜材は図−6に示. 部の局部耐力をパラメータとして骨組の解析を行い，接合. すように，図中の a が柱の径の 1/1.15 となるようにしてい. 部局部と梁端の損傷がどのように変化するかを調査し，骨. る．この値は実験的に求めた数値でありコンファインド効. 組の耐震性能を検討した．. 果も考慮されている．また，接合部パネル要素と外側にあ td. P. 2. CFT 柱梁接合部 H. CFT 柱梁接合部局部の荷重変形関係モデルについては，河野らの提案した近似式 2)を用いてモデル変数を求めて. !D. l s=100. Bd. いる．文献 2)の近似式により接合部局部の弾性剛性 EK，. 図−2 検証モデル. 図−1 接合部局部要素. 降伏荷重 Pdy，接合部局部の局部変形 !D が柱の径 D に対. 表−1 検証断面. して 1%のときの荷重 Pd1%，!D が D に対して 3%のときの. 柱断面. 荷重 Pd3%の 4 つのモデル変数を求めることができる．なお，. D 400 400 670. Bf. No.1 No.2 No.3. hs. Pd3%のときには，変数がこれ以上進展すると破断や亀裂が生じるためこの Pd3%を PdMAX とみなし最大強さとし，破壊 tc. D. の基準として取り扱う．. ダイヤフラム断面. tc 15 15 25. Bd 250 250 350. td 40 40 45. hs 15 80 121. P(kN) 2000. 1500. 3. CFT 柱梁接合部のモデル化. 近似値解析値. 3. 1接合部局部要素. 1000. 接合部局部要素は図−1 に示すようなサンドイッチ断面としてモデル化する．このとき，フランジ重心間距離 H. 500. 図−3 接合部断面. は梁フランジと同じ距離とした．なお，CFT における接. 0. 0. 0.5. 1. 合部局部は，鋼管中のコンクリートによって圧縮方向の変. 2.5. 3. 3.5 ΔD/D(%). P(kN). 5000. 10000. 方向の剛性を充分に大きくしている．. 4000. 8000. の荷重変形関係で与えられる Pdy，Pd1%，PdMAX を通るよう. 2. (a)No.1 P(kN). 形が抑制されるため，解析に用いる接合部局部要素は圧縮接合部局部要素には，2 節で示した接合部局部荷重変形. 1.5. 近似値解析値. 3000. 近似値解析値. 6000. 2000. 4000. 1000. 2000. な Menegotto-pinto 曲線（以下，MP 曲線）で近似する．荷重変形関係モデル 2)と MP 曲線がどの程度，整合性を持つかを検証した．検証方法として，表−1の断面を持つ. 0. 0. 接合部局部要素に対して図−2 に示すように引張軸力を. 52−1. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 3. 3.5 ΔD/D(%). 0. 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. (b)No.2 (c)No.3 図−4 計算値と MP曲線を用いた解析値の誤差. 3. 3.5 ΔD/D(%).

(2) 接合部局部要素. 角関係，(b)の梁端荷重−接合部局部変形関係はともによ. 接合部パネル要素. く一致している．(c)のパネルせん断力−せん断歪関係に. a. ついてもほぼ一致している． 4．骨組解析 4. 1解析概要解析は，ファイバーモデルの柱梁要素を用いた弾塑性骨図−5 接合部モデル. 図−6 パネル要素. 組に対する静的および地震応答解析である 4）．地震応答解. 100. 0.3N0. 析は Newmark の ! 法を用いた微小時間刻みによる増分解. 550. P. 200. 束計算を行っている．なお，" は 1/4 として解析を行った．減衰定数は 1 次の減衰が 2%とし剛性比例型とする．また，. 550 100. 900. 900. 200. 析である．各増分段階では，Newton-Raphson 法による収. 鉛直荷重および質量は柱梁接合部および梁中央に集中質 P. 量として与えた．鋼材の応力−ひずみ関係モデルは図−10. 2000. 図−7 骨組試験体. のように，Menegotto 曲線で構成し，柱と梁は文献 5)の履. 図−8 載荷条件. る剛部材をつなぐ部材に接合部局部要素を入れている．. 歴側に従って図−10(a)のスケルトンカーブを図−10(b)の. 3. 3接合部モデルの精度検証. ように消費していくものとし，コンクリートの応力−ひず. 図−5に示したモデルがどの程度の精度を持つのかを，. み関係モデルは，図−11に示す崎野モデルを用いる 6)．また，地震応答解析の地震波には LA20 波を用い，PGV. 過去の実験データと比較を行って検証した．その一部をこ. を 100kine に増幅させている．. こに示す. 1998 年に行われた実験 3）との整合性を示す．実験概要を. 4. 2骨組モデル解析骨組は，図−12に示すような 6 層，12 層骨組とす. 以下に示す． 1) 図−7に示すような角型 CFT を用いた十字型骨組試験体．. #(MPa) #u. 2) 加力条件は，図−8 に示すように試験体の柱に終局圧. #y. R2 R1. 縮耐力 N0 の 30%の一定軸力を作用させた状態で，梁の. Es. 両端の自由端に左右逆対象に鉛直方向に荷重 P を作用. 0. させている．. 0.05. $(m/m). (a)スケルトン (b)履歴曲線図−10 鋼材の応力−ひずみ関係モデル. 3) 角型 CFT の鋼管は□−200×4.5mm，梁は H−200×130. #. ×6×9mm，ダイヤフラム寸法は hs=53，td＝9.0 である．. % Ec. fc. 柱に使用した鋼管は STKR400，梁，ダイヤフラムに使. % is negative for negative slope $r. 用した鋼板は SM490 である．図−9に実験結果と解析結果を比較した図を示す．解析. Ec -$ pc. については，後述する（4.1 節）．破線が実験による値，実. 図−11 崎野モデル. 線は解析による値を示している．(a)の梁端荷重−梁部材 P(kN). Q(kN) 1200. P(kN) 150. 150 解析値実験値. 100. 800. 50. 50. 400. 0. 0. 0. -50. -50. 100. -400 解析値実験値. -100. -100 -150 -4. -2. 0. 2. 4. 6 R(%). (a)梁端荷重−梁部材角関係. -150 -0.5 0 0.5. $. -$ pu. -$ pc2 $ r /2. 1 1.5. 2 2.5. 3 3.5 !D/D(%). (b)梁端荷重−接合部局部変形関係図−9 実験結果と解析結果の比較. 52−2. 解析値実験値. -800 -1200. -4. -2. 0. 2. 4. 6 "(%). (c)パネルせん断力−せん断歪関係.

(3) . . '()*+,-./0123 PQXªCD(«}¬#¡@-®(JK;<:# E ¯°?±+,-&)cd²f`¤a³.'+,) '5. . E. . . . 6&  ') '56&  '@´r+,-."#s@µ¶ ;w.-&·¸•–cd¹º) rsŽ•?’?@c d;w.-& 4à»N¼¦’?cd7 )4· ¸»N¼¦’?cd7;|M½¾,¬# '4# 56789:;<3. . .  .  . E æBÅ56     E E E E  æBÅ56 . . E !"#& ;Ž•?•‘(c¦3§¬+³@U?h@¿•. .     çBÅ '56 E E E E çBÅ '56 . . €ÀoÁÂ²@ÃÄ(<:#Å@|Æ;)Ž•?•‘  @¤@[&Ž•?’?f”Ç@ ™¤@¿•€Ào ÁÂ²f\M) È¬Ž•?•‘(c¦3§"]+[s?h. . ?@cd(VW:"]+;|"“Q–@ÊËfÌÍ[³. . . . @¿•€ÀoÁÂ²fa³Éc¦:"#|}-)Ž•?’ "# '4$ =->?3 !"#@ ;Ž•?•‘+s@·¸•–cd¹º@Î•Å . . . . (<:#;  ');  '56@¤@(<,-."#. . . . çBÅ '56 E E E E çBÅ '56 3 !"#$3 +,)*3. ·¸•–cd¹º&CDÏÐÑ@¿•€ÀoÁÂ²(Ò –¿•€Ào[Ó:]+;|MÔÕ,¬#È¬)·¸•– cd¹ºÔÕ@¿•€ÀoÁÂ²;w.-&)s@Ö?×. "#$%&  '( )*'(  +,-."#/01. ‹  @yÈ[(Ø}-."#!"#@ ×‹Œ×"|Æ. 23& !!456 7 )!!456 7(8. ;Ž•?•‘fa³ÉÙMŽ•?’?@“YfÚ3ÉÙ. 9:"#!"#$;<:=>?@AB(CD56+,. ";w•-s@·¸•–cd¹ºfÚ3ÉÙMŽ•?•. -."#. ‘  (  ;:"+ ÛÜÝ@Þßfà‹•¬#È¬). E CD56@FGHI&JK@+LM+:"#. /01@á.56|M) 2.56@ÜÆfŽ•?•‘@c.   NFGOPQRS;T,-U?VWXYZJK[\. ¦;|"âãfa³.]+fäå3•¬#. "]+^_)à'bcdef  JK[\"]+#   56;O."gh&  h+,ijk )l1mn . opqZ(  +:"#. '4& ABCDCEF3 E !"#' ;Ž•?•‘+Ž•?’?@à»N¼¦’? cd@Î•Å()!"#G ;Ž•?•‘+Ž•?’?@·.  r+s&U'[tuvB+:"#r@vB;w.-&). ¸»N¼¦’?cd@Î•Å(<:#!"#' |M)à »N¼¦’?cd&Ž•?•‘  ;L.-¤)à[. xy;Lz" {;|}-~9:"#  0•€@vB&r+t•+:"#. %"$3 G H)*-IJ=KLMNO3.  ‚ƒ„…†‡@vBˆ‰&)Š[\‹Œ3•"Ž•. 56E. ?•‘  (O.-~9:" #]];) &rsŽ•. . rE. ! ! ! ! ! !. "! "! "! "! "! "!. . ?’?@à“Y) &s?h@”•–—o˜1p[ \"#Ž•?•‘ {™(0†õš+,) › œ+:"#‚ƒ„…†‡@• )SžbŸ. .  &¡•. %"&3 G H)*-PQRSTUVW3. ¢•s…†1£• )s@SžbŸ +t•¤@+,) ‚ƒ„…†‡@¥3  (u9+,)‚ƒ„…†‡@•  ;|MŽ•?@“Y(c¦3§"# .  E E E E E E E E  . ¨©+,-) '56;Lz"r)s@?hvBˆ‰( %"$ ;)%"& ;‚ƒ„…†‡ˆ‰(<:#.  !. sE ! ! ! ! ! !. 5 6E. . .  è è è è è è. Ž•?•‘E                                                   .         .         .

(4) 1.2%程度であり，CFT 柱梁接合部局部の最大耐力を発揮するときの無次元化局部変形と考えられる 3%を下回って. おいて，最大でも約 10%の値である．過去の研究では不十分な点も多いが，累積無次元化局部変形で見ると 15%. 100. 100. 80. 80. 60. 40. 60. 40. 20. 20. ∼20％で破断することが多い 8)，9)．この値と比較しても接. 0. 0.8. 合部係数 0.8 のものでも破断せず，十分に骨組としての力. 1. 1.2 1.3 接合部係数. 1.5. 0. 2. 無次元化局部変形，累積無次元化局部変形ともに大きくな. 80. 80 エネルギー吸収量. 100. エネルギー吸収量. 100. 60. 40. 0. 0.8. 1. 1) CFT 柱梁接合部の解析モデルを提案し，過去の実験と. 1.2 1.3 接合部係数. 1.5. の変形を許容することにより骨組の耐震性を向上させ. 緩和されることを確かめた．. 2.5 2 1.5. 骨組A 骨組B. 1. 4) 接合部係数 0.8 においても接合部局部の破断は見られ. 1.2 1.3 接合部係数. 1.5. 2. 骨組A 骨組B. 0. 0.8. 1. 1.2 1.4 1.6 接合部係数. 以上の解析のほかに，6 層骨組の COF＝1.1，1.3 のも. 1.8. 2 1.5 1 0.5. 0.5. なかった．. 0. 2. 0.8. 1. 1.2 1.4 1.6 接合部係数. 1.8. 2. (a)6 層骨組 (b)12 骨組図−14 梁の累積塑性変形倍率. のに対しても解析を行った．. !D/D(%) 1.4. !D/D(%) 0.8. 1.2. 日本建築学会：コンクリート充填鋼管構造設計施工指針. 2). 河野昭彦，松井千秋，村井望：コンクリート充填角型鋼管柱と H型鋼梁のダイヤフラム補強型接合部の局部変形に対する荷重第17号，pp115−. 127,1998. 骨組A 骨組B. 0.7 無次元化局部変形(!D/D). 1). 無次元化局部変形(!D/D). 【参考文献】. 1 0.8 0.6 0.4 0.2. 河野昭彦，松井千秋，村井望：コンクリート充填鋼管とH形鋼. 0. 梁からなるダイヤフラム補強型接合ラーメン架構の荷重−変形. 0.8. 1. 1.2 1.4 1.6 接合部係数. 1.8. 号，pp.95-106，1996.8 7). 2007 年度版建築物の構造関連技術基準解説書，国土交通省監修. 8). 新都市ハウジング協会：CFT 柱梁接合部パネルの弾塑性性状に関する実験報告書，1999.3 松井千秋，河野昭彦，李熾曙：中空およびコンクリート充填角形鋼管柱と H 形綱梁の新接合形式に関する実験的研究，日本建築学会構造系論文集，No.486，pp133-142，1996.8. 52−4. 骨組A 骨組B. 8. 0.2. 0.8. 1. 1.2 1.4 1.6 接合部係数. 1.8. 2. 6. 4. 2. 0. 6 5 4 3 2 1 0. 0.8. 1. 1.2 1.4 1.6 接合部係数. 1.8. 2. 骨組A 骨組B. 7 累積無次元化局部変形(&!D/D). た高強度 RC 柱の曲げ性状，日本建築学会構造系論文集，第 486. 累積無次元化局部変形(&!D/D). 孫玉平，崎野建治，吉岡智和：直線型横補強筋により拘束され. 0.3. !D/D(%) 8. 孟令樺，大井謙一，高梨晃一：鉄骨骨組地震応答解析のための No.437，pp.115-124，1992.7. 0.4. 0. 2. !D/D(%) 10. 耐力劣化を伴う簡易部材モデル，日本建築学会構造系論文集，. 0.5. (a)6 層骨組 (b)12 骨組図−15 接合部局部の最大無次元化局部変形. A. Kawano and K. Sakino:Seismic resistance of CFT trusses, Engineering Structures, pp.607-619,25,2003. 骨組A 骨組B. 0.6. 0.1. 関係モデル，鋼構造論文集第5巻第17号，pp93−104,1998. 9). 1. 2.5 累積塑性変形倍率. 累積塑性変形倍率. 3) 接合部係数を変化させることによって梁端の損傷が. 6). 0.8. 3. ることができる．. 5). 40. 3. 3.5. 4). 梁接合部パネル柱接合部局部. 60. 0. 2. 4. 2) 接合部局部にはエネルギー吸収量が多く，接合部局部. 3). 2. (c)12 層骨組 A (d)12 層骨組 B 図−13 各部材のエネルギー吸収量. の整合性を示した．. 第5巻. 1.5. 20. 20. −変形関係モデル，鋼構造論文集. 1.2 1.3 接合部係数. (%). また，スパンの長い骨組 B のほうが骨組 A よりも最大. 6．まとめ. 1. (b)6 層骨組 B. 梁接合部パネル柱接合部局部. (%). 部変形の許容は注意が必要である．. 0.8. (a)6 層骨組 A. を発揮しているといえる．. っている．よって，スパンの長い骨組での接合部局部の局. 梁接合部パネル柱接合部局部. (%). エネルギー吸収量. 図−16 より累積無次元化局部変形は接合部係数 0.8 に. エネルギー吸収量. おり，これは接合部係数 0.8 においても CFT 柱梁接合部が破断しないことを示している．. 梁接合部パネル柱接合部局部. (%). 0.8. 1. 1.2 1.4 1.6 接合部係数. (a)6 層骨組 (b)12 骨組図−16 接合部局部の累積無次元化局部変形. 1.8. 2.

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