ジョイントムーブメントにより生ずるシーリング材の応力およびその粘弾性的検討 : ムーブメントを生じているジョイントでのシーリング材の挙動(その2)

【論　 文】 UDC ：691 ：699

．

82 日 本建 築学会構 造系 論 文 報 告 集 第 373 号

・

昭 和 62年 3 月

ジ

ョ

イ

ン

ト

ム

ー

ブ

メ

ン

ト

に よ り

生 ず

る

シ

ー

リ

ン

グ

材

の

　　　　　　　　　

応 力

お

よ び そ

の

_粘

弾性

的検 討

ム

ー ブ

メ ン トを

生

じて い る ジョ

イ

ン トで の シ

ー

リン グ

材

の

挙

動

（

その

2

）

正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員

小

田 冨

橋

池

中

板

田

迪

享

夫

＊ 二＊ ＊

崇

＊ ＊ ＊

浩

＊ ＊ 紳 　

L

まえがき

　

建築物 外 壁のジョ イン ト等で水 密 性

，

気 密 性を確保す る た め に使 用 され る シ

ー

リング材は， 気 象 変 化あ るいは 地 震等の外 力に よ り生 ずるム

ー

ブメン トのた め

，

た えず 動的 変形 作 用を受け る。 そ れ ゆえ動い て い る状態で の ジョ イン ト内シ

ー

リング材の力学挙動 を 的確に把 握 する こ と は

，

シ

ー

ル ドジョ イン ト設計の基 本と な る。

　

従 来の シ

ー

リ ング材に生ずる応 力の研 究は

，

比較 的研 究例は多い が， すべ て単 純な引張 現 象 あるいは圧 縮 現象 だ け を中心に な され て い るIFII ）

。

し か し現 実の シ

ー

ル ド ジョイン トでは拡 大

・

縮 小が繰り返 され て お り

，

引 張

・

圧 縮 応 力が連続して生じ る。 こ の観 点か らの， すなわ ち 動 的 状態下での応 力研究は国内外を と わずほとん どな さ れ て いない。 特に気 象 変 化に よりジョ イン トム

ー

ブ メ ン ト

，

シ

ー

リング材温 度 が刻々 と変 化す る 屋外での挙 動ま で言 及し た研 究は 筆者 等の知る範 囲では皆 無である

。

　

ところで

，

現在使用 され て いる シ

ー

リン グ材の ほとん ど は粘 弾 性材 料で あ り

，

ジョイン トの動き に対 応して生 ずる応 力は単 純で はなく挙 動 予 測を 困難に している。 そ の た め本 研究で は_， まず動い てい る ジョイン ト内の シ

ー

リング材の_粘弾性 挙 動 を調べ _た 。 現実の シ

ー

_{リング材で} は圧 縮 変 形と引張変 形が繰 返さ れ るの がほ とん どで あ り

，

こ の_{両 領域}に わ た る繰 返し変形 時 に生 ずる応 力を明 らか にす る 必要が あ るか らで あ る。 シ

ー

リン グ材が粘 弾 性 物 質であ るこ とを考 慮す ると

，

基本 的に は次の 2点を 検 討し な けれ ばな ら な いと 考え られ る

。

ひ とつ は変形速 度の影 響であり

，

他の ひとつ は温 度の影 響で あ る。 その た め サイン カ

ー

ブに_従っ て拡 大

・

縮 小を繰返 す ジョ イン トム

ー

ブメ ン トを 作 用 させ る実 験を行い

，

周期と環 境 温 度 を 変え た場合の粘 弾 性 挙 動につ い て_検討し た

。

さ ら に 　 ＊ 東京 工 業 大 学工業 材 料 研 究 所　教授

・

工 博 　＃ 東京工業 大 学 工 業 材料 研 究 所　助 教 授

・

工博 ＃ 1 _建 設省建 築 研 究 所　研 究 員

・

工 博 ＃ ＃ 東 京工業大 学 工業 材 料研究 所　助 手

・

工修 　 　 （昭和61年10月2日原稿 受理 ｝ 現実の挙動 をふ まえ低 温 時に は ジョ イン トが拡 大し_， 高 温時に は縮 小する温 度とム

ー

ブメン トを 同 期させ た実 験 を行い_， シ

ー

リン グ材がム

ー

ブメ ン トを 受 け てい る時 同 時に 温度が連 続して変 化 することの_影響を調べ た

。

　

ま た前 報12｝ に おい て力 学 挙 動を表す数式モ デルを提 案 し た が

，

こ れを 用い て動い て い るジョ イン ト内の シ

ー

リ ング材に生 ずる応 力 を計 算に よ り求め ることが で き るな らば

，

現 実の複 雑な挙 動を示す と思わ れ る シ

ー

リング材 の力学 挙動予 測が可 能と なり

，

シ

ー

ル ドジョイン ト設計 に重要な知見と検 討 手 段 を与え得る。 その た め文 献 13）_で 提案した アス フ ァ ル ト防 水 層の粘 弾性解析法 を圧 縮

・

引 張 両 領 域まで拡大適 用し_， 本 実 験で の シ

ー

リン グ材 応 力 を計 算し た。

　

最 後に以上の知見 をふまえ

，

現 実の シ

ー

ル ド ジョ イン トを模した屋 外 暴露試 験体に おける ム

ー

ブメ ン ト と応 力 の測 定を

，

春夏 秋冬の

4

シ

ー

ズン につ い て_{実 施}して_挙動 を調べ ると と もに

，

計 算に よる挙 動 推 定を行っ た

。

　

2．

試 料お よ び試験体

　

試 料は前報亅z） と同

一・

の 2成 分 形ポ リ サル ファイ ド系 シ

ー

リン グ材と

，

2成 分 形シ リコ

ー

ン_系シ

ー

リン グ材で ある。 試 験体は被 着体とし て アク リル樹 脂 焼付け ボ ック ス状アル ミニ ウム形 材 （40×25×300mm _）を使用 し

，

図

一

1に示す よ うに 2本を幅

15mm

で平行に固 定 し

，

バ ッ ク ァ ップ材 〔発泡 ホ リ エチレ ン）

E

t

−

_mo ＝ ＝ … ＝ ＝

n

鄭

　 　 　 　堕_位：  　 　 　 図

一

1 試 験 体 「

949

「 ＄ 」

一 34 一

発 泡ポ リエ チレ ン バ ッ ク アッ プ 材に より深 さ10mm に 調 節し た目地 内に シ

ー

リン グ材 を 充て ん し たもの で あ る。 シ

ー

リング材 中 央 部 分は変 位 測 定 用 差 動 トラン ス コ ア軸 装 着の ため

，

10mm 程 度 除 去し てある

。

な お試 験 写真

一1

荷重

，

ム

ー

ブメント測 定 部 可

一

ドセ ル 試 験 体　 差 動 トラ ン ス ←

一

→ r

・

移 動部

_，

駆動 部 齪 部

i

　　　：

，

　

　

1

　　　　　　　 ，

… …

匚

壷

｝

一 ．

．

… プログ ラ厶 変 位 調 節 器

　　　　　　　　　

記録 計

　

i

　　　　　　，

．

＿ ．

＿ ，

＿

．

＿

．

一 図

一

2　測 定 装 置の構 成 o分 馳 周

欝

珊

翻

酬

 

測

翼 縞 4

、

蹲

．

　 　 訓

一

い

　 舶 ー 肥 田 　 　 田 諒 博 尉 略

挫

縁 堅 4

、

鯉 10 　 　 　 　 4 」

喚

＝

闇

　 　

卿

柵

田 　 　 嘱 ＝

閏

　 鍾 囚

四

謔

_、

亠 ハ 帆 ト ー 4 　 竃 ＼ 章

_駈

侃 R 韓 熱 丹 ⊃ D 認 　 ド

_．

亠 ＾ 覧 ト ー ｛ 　

鬘

_嚇

只 民 奪 姑 入 ⊃ 1 （ 体は試 験 前

6

か月 以 上

20

±

2

℃ の恒温 室内で養生し た。 　

3．

ム

ー

ブメン トを受 けるシ

ー

リング材に生 ず る応 力 　

3，1

測 定装置 　 試 験 装 置は材 料 繰 返し疲 労 試 験 機に

，

すで に筆 者 等が 試 作し た シ

ー

リング ジョ イン ト荷 重

・

変 位 測 定 装置1ηを 取り付け た もの であ る。 シ

ー

リング材に生 ずる荷 重は

，

試 験体 両 端に配 し た 2 個の ビ

ー

ム形ロ

ー

ドセルで検 出 し_， ジョイン トム

ー

ブメ ン トは被着体 間の変位と して差 動 トラ ン ス により検 出す る

。

荷 重

・

変位測定点が 固定さ れてい る疲 労 試 験機の移動部は

，

動き がプロ グラ ム式 調 節器で制御さ れ て お り

，

任意波 形の ム

ー

ブメ ン トを生じ さ せ ること が可能で あ る。 測定 装置の構 成を図

一2

に

，

また荷 重

・

変 位 測 定部を写真

一

1に_示す。 　3

，

2　実験項目お よ び実験 概 要 　 （

1

） 周期を変え た実験 　材 料 が 粘弾 性 物質で あ る とい うこ とは

，

ジョイン ト ム

ー

ブメ ン トに_対応して生 ずる応 力が変 形 速 度の影 響 を 受け る こ と を意 味す る。

一

定の波 形に よる繰 返 し変 形 を 受け る場合は周期に依 存する ことに な る

。

し た がって ま ず 周 期を変えて実 験 を行っ た。 実 際の建 物でのジョ イン トム

ー

ブメン トは通 常 1日1サ イク ルが最 長であること を考 慮 し

，

24 時間を最 大の周 期とし

，

以下 8

，

3

，

1時間， 最短を30分の 5_{段 階}と し た。 な お 環 境 温 度 を

20

±

2

℃ と し た

。

　ム

ー

ブメ ン トにつ い て は

，

そ のパ タ

ー

ン を実際の建 物 で振幅が大き く な る晴 天日の動 き を模 式 化しサインカ

ー

ブと し た。振 幅は拡 大側

，

縮 小 側 と もに 目地 幅の ±

10

％

，

す な わ ち ±

L5mm

と し た。 ちな み に い くつ かの 実測 　 　 　 　周 期3時間 　 　 　 周 期8時間

1

邇

躙 慰

鯉 5

_一

黷 石 2成 分 形 ポ リサ ル フ了イ ド

、

、

S

シ

卿

1 ン_{応 力} 肥 出

一

匣

齢

一

測 定値

一

一

一

・

”

・

r

_計算 値 腰 田

　　

　　　　

　　　　

　　　　

　　　

一

2成 分形 シ_リコ

ー

ン_{系 シ}

冖

1_丿ン_{応 力} 　 　 　 周 期24 時 聞

ll

：

llll

：

：

IEiilB

　

h 図

一

3 周 期を変え た実験 結 果およ び計 算 結果

一

₃₅

　

一

例14）

−

1fi）_お よ びモ デル 試 験 体を用い た 測定17〕_{で は ±5}

−

±

10

％程 度の もの の頻 度が多かっ た た め

，

多 少 大き目 の 士10％と し た

。

なお繰 返 し回数は

，

予備試 験の 結 果

3〜

5サイク ル以 後は同 じよ うなパ タ

ー

ン の応力変化を 繰り返すこと が判明し た ため5サ イクルまで と し た。 実 験は試験 体を測 定 装置に取 付け後 所 定の環 境 温 度 下に数 時 間 放 置し， ジョ イン ト拡 大 方 向か ら開始 し た

。

な お本 研究で は シ

ー

リン グ材に生 ずる応 力だけ を測 定 する必 要 が あ る た め

，

バ ッ ク アップ材は試 験 体 取 付け時に除 去し て いる。 　（

2

） 温度の水準を変えた実 験 　シ

ー

リング材に 用い ら れ る多く の高 分 子 材料は温度の 影 響 も受 ける。 その た めこ こ で は温 度の水 準を変えて実 験を行っ た。 温度は

，

わ が国で実 際の シ

ー

_{リング材に想} 定さ れ る温 度を考慮 し

一

20℃ か ら80

°

C

ま で 20℃ ご と の 6水 準と し た。 ム

ー

ブメン トにつ い て は周 期8時 間の サ イン カ

ー

ブと し た。

　

（3 ）ム

ー

ブメ ン トに同 期さ せ 運 続的に温度を変 化さ 　 　 　 　せ た実 験 　現 実の シ

ー

リング材は

，

ジ ョイン トが縮 小 する 日中は 温度が上 昇し_， 拡 大す る夜 間は低 下す る

。

す な わ ちム

ー

ブメ ン トを受 けな が ら温 度が連 続的に_変化する

。

こ の様 な状 態 下で の応 力変動を調べ る た めに

一

10

°

C 〜

40℃

，

5

°

C 〜

55℃_， 20

°

C −

70

“

C の振 幅を もつ サイン カ

ー

ブに 従っ て温 度 を 変 化 させ る

，

実際の条件に近 ずけた実験を 行っ た

。

温 度は それ ぞ れ冬 期

，

春秋期

，

夏期を想 定し た もので ある

。

周期は シ

ー

リング材 中心 温 度の追 隨 性を考 慮し

8

時 間と した

。

実 験は 日の 出か ら を想 定し材料温度 上昇側か ら開始し た

。

ム

ー

ブメ ン トは シ

ー

リン グ材温度 と位相を同期さ せ た サインカ

ー

プと し， 縮 小 方 向か ら開 始し た

。

な お振 幅は前 述の実 験 と同 様±10％である。 　

3．3

　実験結果 お よび 考 察 　 （

1

）周期の影響 　実験結果を図

一3

に示す

。

図中

，

最上 段は作用させ た ジ ョ イン トム

ー

ブメン トを

，

中段 お よ び 下段はポリ サル フ ァ イド系

，

お よびシ リコ

ー

ン系シ

ー

リング材の応 力 を 示す。 実験開始 時にはム

ー

ブメ ン トと応 力の位 相 時 間 差 が まっ た く な かっ たのが， 応力変化 がム

ー

ブメン トより 先 行す る よ う に な る

。

そ して繰り返 しの継 続と ともに

一

定と な り

，

3

−

5サイクル_後か ら ほ ぼ同じパ タ

ー

ンを繰 り 返 す よ う に な る

。

た だ し位 相 時間差は周期と密 接に関 係し

，

長 周 期の も の ほど長く な る

。

これ は周 期 が 長く な

豊

亀

R 麌 纏

一

PKa

Q

一

萄 、 旦

_吶

R 憧 鯉 因 K

一

1

．

図

一

4　各シ

ー

リング材の最大引張 応 力

，

最大圧縮 応 力と周 期の 　 　 　 関 係

1

難

一

　 　 　 2成 分 形ポリサル フ7イド系シ

ー

Uング材 ジ日イント厶

冖

ブメント

罐

一

　 　 　 　2成分 形シ リ コ

ー

ン系シ

ー

リング材 ジ

ョ

イン ト厶

一

ブ メント 里

阻

　 ● 団 　 康

一

阻

　 ● 出 罫

_．

R 嗅 　 　

墨

．

飛 日

、

シ

ー

リング 阿 胚 力 シ

ー

リング 材 応 力 試 験 温

一

20

°

專P 蕎 試験

：一

20

°

．

，

一

腮 陛 0

°

C

_”一

_’

_一

計 算直 墮

陣

　 鍾 出 0

°

C

『

一

一

一

₁ 計 算 値

誇

s

　 諠 20

°

20

°

〔 扇 漏 　 ● 因 ヨ雲

痿

。 墨墮 膏

炉

均_理 臨

一

静

瞠 因 蚕_R

．

塊 80

°

C 図

一

う　温度の水 準を変え た実 験 結果 お よ び計 算 結果

一 36 一

るにつれて材 料の粘 性 的性 質が顕著に現れ る ため である

。

　 次に_最大応力に_及ぼ す周期の_影響につ い て_{考 察} す る。 図

一4

に最 大 引張応力

，

最大圧縮応力と周 期の関係 を 示 す

。

いずれ も 周期が 長 く な る に従っ て_{最大応 力}は_低下す る。 こ の現象も材料の粘 弾性 的性質に起因 し て お り

，

これ ら は シ

ー

リン グ材 力 学 挙 動 理 解の た めに は粘 弾 性 面か らの検 討の必要 性を示すもの である

。

　 （

2

）温度の影 響 　 実験結果 を 図

一

5に示す

。

シ リコ

ー

ン系とポリ サルフ ァ イド系シ

ー

リン グ材とで は温度の_影響が 顕著に異な る

。

前者で は ほ と んど影 響が見ら れ な い の に対 し

，

後 者で は 温度が高く な るに従っ て ム

ー

ブメ ン トと応 力の位 相 時 間 差が大き く な り

，

さ らに応 力 値が低 下 する

。

こ の場 合 も最 大 引 張 応 力と最 大圧縮 応 力に着 目し

，

温 度との関 係を調べ 図

一

6に示 す。 ポ リサル ファ イ ド系シ

ー

リング材 で は温 度上昇に ともない応 力は激 減し

，

80℃ 時 最 大応 力 は

一

20℃ _時応 力の 1_／10_{以 下}と なる。 す な わ ち材 質に よっ て は温 度の _{影 響}を受け ること を 示して お り （文献

18

に よれば

，

シリコ

ー

ン_系シ

ー

リング材 以 外の シ

ー

リング材で は_， 温 度により力 学 的 特 性が大 き く変 化して い る）， 挙 動 検 討に は 温 度の影 響 を 考 慮 する必 要がある

。

　（3 ） ム

ー

ブメン トに同 期して温 度が連続 的に 　 　　 　変化す ることの_{影 響} 　 実 験 結 果 を 図

一

7に示す

。

シ リコ

ー

ン系シ

ー

リ ング_材とポリ サル フ ァイ ド系シ

ー

リン グ材とで力 学 挙 動に差がある

。

前 者は前 項で み た よ う に感温 　 　 ジョイ ント厶

一

ブ_メン ト

1

鐵

一

… 　 　 温 度 変 動

一

10 ℃

一

一

40 ℃ 　 劉D

罎

明

　 甫

冠 m　　 Xe

−

₁

亀

塔題 wo ｝、　 iF

靴

　 船 　 　 温度 変 動　 5℃

〜

56℃ P

．

暉 0 ρ

．

黷 示 　 曙 因 竈 》

．

R 忸 誤

一

陣

　 鯉 出 鷹 ＼ 量 冨 旨 P 膩 　温度変 動　20 ℃

〜

了o℃ 扣 10 旧 O 密

一

闇

　 麹 出

妻

_．

R 旨 鵠

「

叩

　 鯉 出 署 崟

_．

R 虐 性が非 常に小さい た め温 度が変 化す ることの影 響を受け に くい

。

_後者は_高温で_軟く，低温で硬く なる材料で あ り， 圧 縮 応 力よ り引 張 応 力が多少大き く なっ てい る

。

これ は 図

一

7　ム

ー

ブメ ン トに同期して連 続 的に温 度を変 化さ せ た実 験 　 　 　 結果 お よ び計 算 結果 P

　

　

　

o5 　

何

鬘

9 「 殺 燈 順 蔭 K 畷 O

_．

2 成分 形シリコ

ー

ン系 　 　 　 温 度 伽 　　0　　20　40　60　 eo℃

鬘

9

ざ

℃5

羇

蟇

　

一

tρ 図

一6

　 各 シ

ー

リング材の最 大 引 張 応 力

，

最 大 圧 縮 応 力 と温 度の 　 　 　 関 係 圧縮応 力が生 ずる ジョイン ト縮 小 時に は高 温に_， 引 張 応 力が生 ずる拡 大時に は_低温になる か らで ある

。

ま た_当然 の こと な が ら変動す る 温度領域の差も顕 著で あ り， 低 温 領 域 変動時 （

− 10

℃

− 40°C

_）の応 力 が最も 高く なっ て い る。 　 3

，

4　シ

ー

リング材に生 ずる応 力の_計算 　 前 報121で 引 張 応 力 緩 和 試 験 を もとに数 式モ デル を得 て_， こ れを用い て各々独 立した引 張 試 験， 圧 縮 試 験 時の 力 学 挙 動 を表す ことが 可 能である こと を示し たが， こ こ で はさらに文 献13 ）に示 す応 力 計 算 法 を圧 縮 領 域まで拡 大 適 用し， 連 続して引 張

・

圧 縮 を繰 返す本 実 験で のシ

ー

リ ング材の応 力 計 算 を行 う

。

　 （1） 計 算 方 法 　 計 算方 法の概 略は次の と おり で あ る

。

本 実験で のジョ イン トム

ー

ブメ ン トは サインカ

ー

ブと してい る た め連 続 的に ひずみ速度が変化す る が

，

  微小時間区 間 内で は定 ひずみ速 度 負 荷 状 態が成 立する

。

  定ひずみ速度負 荷に お ける経 過 時 間t後の応 力 σ｛t）はボル ツマ ンの重ね合

一 37 一

　 　ε_（tn_） u）e （tm＋ヱ）

・

ε（tm 冫

絃

韻

　 　丁（trn） 　T（し_m ＋ヱ） 　 　T（tn） 　 　σ_（  ） b σ（し 癖 1） へ

R

　σ（它 屑） 麌

’

丶

　

、

　

　

　

　、

　

　

　

　

　、

表

一

1　各シ

ー

リング材の材 料 物 性値

2 成 分形 ポUサル フ7 イド系シ

ー

リング材 K｛T］

＝

exp （

−

2

．

22XlO

−

2T ＋ 2

．

OS ｝

，

a

＝

　

−

1

．

77XIO

2辮 シ リコ

ー

ン系シ

ー

リンウ唏オ　　　KtT ｝

＝

　exp 〔

−

5

．

68×10

−

6T

＋

2

．

10）

，

a

i



−

5

．

32×10 T；温_度

，

_℃ ムt 「 △σ（し凋） ムσ（ 

⇒

tn） 　 　 ta　　 　 　tm  tm＋1　 　tn 　　 　 　 　　 　 時 間_，

t

図

一8

　ひずみ および温 度の直線 近 似と応 力変化 わせの原 理が成 立 する との_仮定を お く

。

こ の場 合の ひず み_， 温 度

，

応 力は図

一8

と な る

。

　時 刻 騒

〜

彦彿 ．1で の ひずみ増加 分

A

σ（tm）は時 刻 偏 に 至る間に応 力 緩 和 し

A

σ（

tm

→ _{齢 と な り}次 式_で表_され る

。

　

　

　

… 属 一

∬

＋

LE ．・・n

−

・・ ∂

蓼

）

d

・

　

　

　

　

　

　

　

　

一

架

≡

1

禦

广

晰 ・・

d

・ 　 　　 　 　　 　 　 　

……・

…一 ……・

…・

…・

・

……

（

1

） た だし_， E。（t）：シ

ー

リング材の緩 和 弾 性 率 　 　　 　 　 ξ：積 分パ ラ メ

ー

タ 　シ

ー

リン グ材の緩 和 弾 性率　E_。 は前 鞭2冫で示し た よ う に指 数 関 数 則 を用い て記 述し得たの で 　 　　

Er ＝

＝K

（

T

）

t

−

a

………・

・

……・

…………・

…・

…・

（

2

） ただ し

，

a_，　K（T）： シ

ー

リング材の材料物性 値

。

この う ち後 者は温 度 T の関 数と なる。 　 し たがっ て 輪 琳 ε偏

夛

ε（

tm

）

∬

＋

【

・臨

一

・）

−

ade

　

　

　

　

　

　

　

−

d

_賓

1

_≡

fll

_：

tm・・）

・

_K

_（

_T

_） 　 　　 　 　　 　 　 （

tn−

　tm＞1

−

c

「

一

（tn

−

tm＋1） 1

−

a 　 　 　 　

1一

α 　 　 　

・

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…

　

一

一

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・

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・

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・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　（3）

　

時刻

t”

に お け る応 力 σ〔

tO

は t。

〜

　tnまで に生じ た応 力が緩 和した ものの 総_和で あ り

，

次 式に よ り求められ る。 ・・

曙

・… 。 一 翻一

蠶

ε（

聟

i

≡

_；

iet

彿）

・

κ… 　 　 　 （

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一

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α

　 　

’

… 甲

…

_（

₄

_） 　さら に温 度が同時に変化す る場 合

，

tm

，

　tm．1時の 温 度 を

Tm，

　

Tm

_{． 、と し}

，

_その 区 間 平 均 温 度で記述す る と

　　

　

・ω

一

κ

（

T罵

十Tm

＋

、 　　　

2

）

・

一 ・

………

_（・） 　これ を （4 ）式に代入 して

　

　

　

・・

崛

ε（

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i

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tm・・）

・

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Tm

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2

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−

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−

tm＋1） 1

−

a

　　　　　　

°

　 　

1＿

。

　 　

… ’

… ”

_（6） と な る

。

　 計 算は精 度を検 討し

，

1周 期を 30分 割 し て行っ た

。

ま た試 料はポ リサル ファイ ド系シ

ー

リング材

，

シリコ

ー

ン系シ

ー

リング材とも前 報1z）_と同

一

_{の もの を使 用してお} り， 表

一

_{1に示す材 料 物 性 値を用い た}

_。

　 （2 ） 計算結果およ び検 討 　 周 期 を変え た場 合の応 力 計 算 結 果 を図

一

3

，

温 度の水 準を変え た場 合を図

一

5， さ らに ム

ー

ブメン トに同期さ せ て連続 的に温度を変化さ せ た場 合を図

一7

中に各々破 線で示す

。

　周期を変え た場合， いずれ のシ

ー

リン グ材で も周 期が 長く な る に従っ て応 力 が低下す る傾 向， 並 びにジョ イン トム

ー

ブメン トと応 力 曲 線の位 相のずれが 計 算でも得ら れ た。こ れ らの結果は実験結果を か な り よ く表し て お り， そ の適合性も良好で あ る

。

　温度の_水準を変え た場合も測 定結 果と同様の_傾向 が 得 り れ， シリコ

ー

_ン系シ

ー

_リング材の_{温 度}のい か ん に か か わ らずほ と ん ど変化 し ない_状況

，

ポリ サル ファ イ ド系 シ

ー

リング材の温度上昇に伴う応 力低下現象が計算でも 確かめ られ た。 　ム

ー

ブメ ン トに同 期さ せて連 続的に 温度を変化さ せ た 場合も

，

シ リコ

ー

ン_系シ

ー

リン グ材の温 度のいかんに か か わ らずほ と ん ど変わ ら ない状況， ポリ サル ファイド系 シ

ー

リング材の ジ ョ イン ト拡 大 時 引 張 応 力 が ジョイン ト 縮小 時 圧 縮 応 力よ り多 少 大 きく な る現 象

，

および変 動 温 度 域が高 温に な る に従い応 力振 幅の低 下す る傾 向が計 算 でも認 めら れ た。 計 算 結 果と実 験結果を比較す る と， お おむね

一

致して いる が

，

ポ リ サル フ ァ イド系シ

ー

リン グ 材の高 温 領 域の挙動 に少し 差 が 見 ら れ る

。

温 度 水 準 を変 え た実験で も 同様で あ り， こ れ に は用い た数 式モ デルが 簡 単で ある ことに重 点を置い て作 成 し た もの であ る た め

，

高温 時の材料粘 性化の表現 が 必ずし も十分でない こ とに起因 する と考え ら れ る

。

一 38

　

一

　

4．

シ

ー

リング材に生ずる 応 力の屋 外で の観 測 　4

．

1　測定装置お よび 測 定 方 法 　測 定には既 報1n で述べ た

，

黒 色ゴム シ

ー

トで被 覆 し た メタク リレ

ー

ト樹 脂パ _ネルと軽 量 型 鋼との熱 膨 張 差を利 用し てム

ー

ブメ ン トを生じ さ せ る機構をもっ モデル試 験 装 置を使用 し た

。

これ は 気 象 環 境の変化に応 答 し， 現実 の カ

ー

テンウォ

ー

ル_等の ジョ イン ト と 同程度の ム

ー

ブメ ン トを 生じ さ せ るこ と が 可 能なもの で ある

。

この装 置に は変 位

・

荷 重 測 定 装 置が取り付け られ て おり， ジョイン トム

ー

ブメン トお よびシ

ー

リング材に生 ずる荷 重 を測 定 す ること がで き る

。

　観測 地 は横浜市緑 区 東 京工業大 学工業 材料研究所 7階 建て建 物 屋 上であり

，

周 囲からの 日射の影 響の ない位 置 と し た。 観 測 期 間は1982年

〜

1983年の 4季 節 中 各 1週 間程度ずつ で ある

。

測 定 方 位は南 面 垂 直

，

水 平 上 向き で ある （我 国は

，

夏に太 陽 高 度 が高 く従って水 平 上 向き面 の ム

ー

ブ メン トが大き く な る。 その た めこ の面 も参 考 と し て_夏の み測 定し た_）

。

　シ

ー

リング材に生 ずる応 力 観 測で は荷 重， 変 位のゼロ 位置 設定の仕 方が問題と な る （試 験 体 を取り付 ける時 が 例え ば温 度が低 く測 定 装 置の パ ネルが収 縮 し て い る夜 間 であ る と

，

その後の応 力は圧 縮 力が主 体 とな り， 逆に温 度の高い正 午 前 後である と引 張 力が主 体 とな る）

。

その た め本 測 定で は春， 秋， 冬は 20℃， 夏は 25℃ 環境下 　 垂 直 南 面 ヒ　　　　 さぬ　

　

eZlu2 ｝1

、

呂　 　

一

ttK

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鎧

肝

羇 警 を ゼロ設定の_条件と定め た。 そ のた め写 真

一2

に示 す よ うに観 測開始に先立 ち． 装 置 全 体 を 断 熱 材で覆い

，

温 度 調 節 器で内 部を所定温 度に

6

時 間 以 上

一

定に保 持 した 後， 試 験 体 を取 り付け た。 な お観測項目は， ジョイン ト ム

ー

ブメン ト と そ れ に よっ て生 ずる荷 重， 並びに試 料 温 度で あ る。 　 4

．

2　観 測結果お よび考 察 　 観測結果の う ち， 応 力変動の著しか っ た 晴 天日を 中心 に各 季節連続し た 3 日ずつ を選び

，

図

一

9にポ リサル フ ァイド系シ

ー

リン グ_材につ いて_， 図

一

10に シ リコ

ー

ン系シ

ー

リング材につ い て示す

。

　 （1 ）　シ

ー

リング材応 力の

一

日の挙 動 　日の出と ともにモ デル試験装_置の パ ネル は日射を受け て伸 長し

，

試 験 体の ジョ イン ト幅を縮 小さ せ る

。

その た め数 時 間 後

，

シ

ー

リング材応 力は引張 力か ら圧 縮 力に転 ずる （も ち ろんこれに は取り付け時温度が関係する_）

。

正 午 前 後に圧 縮 力の極 値を示し， 午後か ら夕方に か け て ジョ イン トの 拡 大 方向へ の _動き と と もに圧縮力は低 下 し， その後 引張 力に転 ずる。 夜間は気 温変化が少ないた めム

ー

ブメ ン トは小さ く

，

応力は翌朝ま で そ れ程 変化し な い

。

また図に は示して いないが曇 天

，

雨 天日 は装置パ ネル の伸 縮が少く応 力 変 化の振 幅は少ない。 　 （2）　 各 季 節の シ

ー

リング材 応 力 　ジョイン トム

ー

ブメ ン トの振 幅が大き く な るの は垂直 　 　 　 2成分形ポリサルフ7 イ ド系）

一

リ ンク 材 　 　

・

一

・

・

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一

一

…

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1

写 真

一2

　 観 測 開 始 前の荷 重

・

変 位 ゼロ設 定 　 　 　 　のための測 定 装 置 覆い 望

丁

望 団 玉

．

R2 図

一

9 屋 外 でのボ リサル ファ イ ド系 シ

ー

リング 材の_挙動

，

観 測 　 　 　 結 果と計 算 結 果

一

　

39

一

攀 §蠧弓

ギ

e曙 垂_{直 南 面} 2成 分 形 シ リ

コ

ー

ン系ト リンク材 P　 　 　 　蕪　 　

脚

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囂

攀 §言 　

s

国

智 図

一

10 屋外での シ リコ

ー

_ン系シ

ー

リン _{グ 材}の挙 動

，

観 測 結 果 　 　 　 と 計算 結 果 南 面は冬 期

，

水 平 上 向き面は夏 期であ る。 し た がっ て感 温 性の小さい シリコ

ー

ン系シ

ー

リング材で は

，

ム

ー

ブメ ン トに応じた応 力が生じ_， 垂 直南 面で冬 期， 水 平 面で夏 期にそ れ ぞれ 大 きな応 力 が 観 測 されて い る。 感 温 性に冨 むポ リサル フ ァイ ド系シ

ー

リング材では冬 期に垂 直 南 面 で大き な応 力変動が 見 られ る もの の_， 夏 期 水 平 上 向き面 で はム

ー

ブメ ン トが 大きい に もか かわらず 応 力は そ れ程 上 昇し ない

。

これは前 節ム

ー

ブメ ン トに同 期さ せ連 続 的 に温度 を変 化さ せ た実 験と同様

，

高 温に よ り材 料が軟 化 す る た め である

。

　4

．

3 応 力の計 算および考 察 　 屋 外で は ジョ イン トお よ び シ

ー

リング 材 温 度 が 気 象の 変 化 等によ り た えず変動し ている

。

しか しご く短 時 間で は 温度

，

ジョイン ト変 動 速 度は

一

定 と考え ることがで き

，

前節の計 算 方 法を適 用し うる

。

図

一

9

，

図

一

10に観 測に 対 応さ せ て の ポリサル ファ イ ド系シ

ー

リン グ材

，

シ リ コ

ー

ン系シ

ー

リング材の応 力計 算 結 果を 破線で示 す

。

な お計 算の た めの分割 時 間 間 隔は

，

精 度およ び計 算 時 間を 勘 案 検 討し 3分とし た。 　観 測 結 果と計 算 結 果を比較する と， ピ

ー

ク時で は計 算 値が_多少低目 となっ てい る

。

屋外の測定 で は温 度 以 外にもシ

ー

リング材 応 力に は 多くの要 因が作 用 すること

，

ま た計 算の た めの数 式モデル の材 料 常 数を計 算 時の 簡 便さ を重 視して少な く押え た た め挙 動 表現 能 力が限定さ れて い ること が 理由と して推 定さ れ る。 し か し 全体と しては計 算 値が比 較 的 良 く測 定 値 を 追 跡 してお り

，

計 算に よ り屋 外にお け る シ

ー

リング 材の力 学 挙 動 推 定が可 能で ある こと を示 し てい る

。

　

5．

結 　語 　ジョ イン トム

ー

ブメ ン トに よ リ シ

ー

リ ング材に生 ずる力 学 挙 動 を検 討し

，

以 下 の結 論 を得た

。

　 （1 ）　シ

ー

リング材にサ インカ

ー

プで モデル化し たジョイン トム

ー

ブメ ン トを 作 用さ せ る と応 力とひず みに位 相 差が生 じる

。

また周 期が長く な る に従っ て応 力 が低 下す る

。

これら は材料の粘弾性 的 性 質に起 因するもの であり， 指 数 関数 則に 基づ く簡便なモ デル によ る粘弾性を考慮 し た計算で も同様の結 果が得ら れ た

。

し た がっ て シ

ー

リング材の力 学 挙 動は， 粘 弾性的性質をふ ま え て検 討する必要が あ る と考え ら れる

。

　 （2） 温 度の影 響 も材 料によっ て は顕 著で あり， 本 実験で はボリサル ファ イ ド 系シ

ー

リング材が高 温にな るに従い発 生 応 力が低 下 し た

。

こ の場 合 も温 度を考慮し た計算を行い同様の結果を 得た

。

し たがっ て現 実の変 動する温 度 環 境を考 慮す る と 温 度 を含 めた評 価 も不 可 欠である。 さらに ム

ー

ブメ ン ト に同期 し温 度 を連 続 的に変 化さ せ た実 験を行い

，

こ の こ とを確 認した

。

　（3 ＞以上の _{知 見}をもと に屋外で の シ

ー

ル ドジョ イン トの挙 動観測 を行い

，一

日の_挙動

，

季節の差異等を 明ら かに し た

。

さ らに観 測期閲中の シ

ー

リング材に生 ずる応 力を計算し

，

簡便な数 式モデルで あるが その力学挙 動 を 相 当程 度表現 す ること がで き た

。

　し た が っ て こ こ で得た

一

連の成 果は シ

ー

ル ドジ ョ イン トの挙 動 理 解

，

さ ら には挙 動の シミュ レ

ー

ショ ン に よ り 適 切な シ

ー

ル ドジョ イン ト設計の

一

助と して有用であ る と考え る。 　 謝 　辞 　 本研究 を実 施す る に当た り

，

元 東 京 工 業 大 学 研 究 生 鈴 木 秀 樹 氏 （現 在 昭石化工（株 ））， 小 田慎

一

氏 （現在日 東 電 工 （株 ））お よ び林 　文 秀 君 （東 京工業 大 学 大 学 院 生 ） の協 力を得まし た。 こ こ に謝 意を表 し ま す

。

一

　

40 一

参考文 献

1） 寺内　伸

，

中山　實：建築用シ

ー

リング材の粘 弾性特性 　 　につ い て （その 1シ

ー

リング_材の応 力緩和と変形回復 　 　性 ｝；日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概集， 昭 和49年10月 2） K

．

K

．

　Karpati：Mechanical　PTeperties　of　Sea】ants　

I．

　 　Behavior　of　Silicone　Sealants　As　a　Function 　of

　 　Temperature；

Journal

　of　Paint　Technology

，

　 Vol

．

44

，

　 　No

．

565 〔1972）

3） K

．

K

．

　Karpati：Mechanical　Properties　of　Sealants_皿

．

　 　Behavior　of　a　Silicone　Sealant　As　a　Function　of　Rate　of

　 　Movement ；

Joumal

　 of　 Paint　 Technology

，

　 Vel

．

44

，

　 　No

．

569 （1972）

4）

K．

K ，

　

Karpati

：

Mechanica

］

Properties

　Qf　

Sealants

_皿

．

　 　Perfermance　Testing　of　Silicone　Sealants；

Journal

　of

　 　Paint　Techno 且ogy

，

　Vol

．

44

，

　No

．

571 _（1972_）

5） K

．

K

．

　Karpati：Mechanical　Properties　of 　Sealants　

W ．

　 　Perfermance　 Testing　　ofTwQ

・

Paτt　 Polysulfide 　 　Sealants；

Journal

　of　Paint　Technology

，

　Vol

，

45

，

　No

．

580

　 　（1973） 6） 加藤正守

，

吉池佑

一

；_{弾 性}シ

ー

リング 材の耐 久 性に関す 　 　る研 究 （その 4_）初期お よ び熱劣化後にお け る力学 的性 　 　 質の粘 弾 性 理 論 的 解 析；日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 　 　 集

，

昭 和53年9月 7｝加 藤 正 守

，

吉 池 佑

一，

川津幸雄 ：建築 用シ

ー

リング材の 　 　耐 久 性に関す る研 究 （その 7） 低 温 時の応 力緩和特 性お 　 　よび粘弾 性 論 的 考 察；日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集， 　 　昭和54年9月

8＞　K

．

K

．

　Karpati；Development　of　Test　Procedure　for　Pre

・

　 　

dicting

　Performance　of　Sealants；In　Plastic　Mortars

，

　 　

Sealants

　and　

Caulking

　

Compounds，

　AGS 　SympDsium

　 　Series　ll3_〈1979_＞ 9） 加 藤正守

，

吉 池 佑

一

：建 築 用シ

ー

リング材の耐 久 性に_関 　 　する研究 （そ の 11）定速 引 張にお ける応 カ

ー

歪の粘 弾 性 　 　 解析；_日本建築_学会大会_{学 術 講 演梗 概 集}

，

_昭和 56_年9_月 10_{） 加 藤}正守

，

吉池佑

一

：_建築用シ

ー

リング材の_{耐 久 性}に関 　 　する_{研 究 （}その 12_{）各種 温度}にお け る応 カ

ー

歪の_粘弾性 　 　 解 析；日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演梗 概 集

，

昭和 58年9月 11） 加 藤正守

，

吉 池 佑

一

：建 築 用シ

ー

リング材の耐 久 性に関 　 　す る

M

究 （そ の 13）圧縮 領域にお け る応 カ

ー

歪 関 係の粘 　 　弾 性 解 析；日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演梗 概 集， 昭和60年 　 　 10月 12） 小池 迪 夫

，

田中享二

，

冨 板　崇

，

小 田 慎

一

：シ

ー

リング 　 　材の粘弾性挙動 の数 式 化

，

ム

ー

ブメ ン トを生じて いる ジョ 　 　イン トでのシ

ー

リング材の挙 動 〔その 1）；日本建築 学 会 　 　 論 文 報告 集

，

7月 号

，

No

．

341 （1984） 13） 小 池迪夫

，

田 中 享二

，

冨板　崇 ：温 度 低 下 を伴 うアス フ ァ 　 　ル ト防 水層の_{粘弾性 解析}

，

_{下 地}ム

ー

ブメン _トによっ て生 　 　ず る積 層 防 水層の歪度解析 （その 4_{｝；日本 建 築 学 会 構 造} 　 　系 論 文報 告 集

，

1月 号

，

No

．

347 〔1985） 14＞ 寺 内 伸

，

中 山 實 ；カ

ー

テンウォ

ー

ル の ジョイントム

ー

　 　ブメ ン トがシ

ー

ル材に与え る影 響につ _{い て} ；日本建築 学 　 　会 大 会 学 術 講 演梗 概 集， 昭 和53年9月 15） 加藤正守

，

吉 池 佑

一，

山添 和 彦 ：建 築 物のジョイン トム

ー

　 　ブメ ン トに 関 す る 研究 （1〕；日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 　 　 梗 概 集

，

昭 和55年9月 16）加 藤正守

，

吉 池 佑

一，

山添 和 彦 ：建 築物のジョイン トム

ー

　　ブメ ン トに関する研 究 （3｝；日本建築 学 会 大 会学 術 講 演 　 　 梗概 集

，

昭和56年9月 17_）小 池 迪 夫

、

田中享二

，

_{冨 板　崇}

，

_{小 田 慎}

一

；シ

ー

ル ドジョ 　 　イントの挙 動

，

モデル試 験装置に よ る ジョイン トム

ー

ブ 　 　メン トと シ

ー

リング材に生 ずる応 力の観 測 ；日本 建 築 学 　 　会 論 文報告 集

，

7月 号

，

No

．

329 （1983） 18） 狩 野 春

一

編 ；建 築用 シ

ー

リング材とそ の正しい _使い方； 　 　 産 報

，

1976

一 41 一

SYNOPSIS

UDC:691:699.82

STRESSES

OF

SEALANTS

INDUCED

BY

JOINT

MOVEMENT,

MEASURMENT

AND

VISCO-ELASTIC

ANALYSIS

Behavior

of sealants

in

moving

joints

(Part

2)

'

by

Dr.MICHIO KOIICE,Pref.ef Toky.oInstituteof

nology, Dr.KYOJI TANAKA, Associate Prof. of Tokyo

Institute

of Technology, Dr.TAKASHI TOMIITA, searcher of BuildingReseachInstitute,Ministry of

struction and HIROSHI HASHMA, Reseach Associateof

Tokyo Instituteof Technology,Members of A.I.

J.

This

paper

describes

the visco-elastic

behavior

of_polysulfide and silicone sealants obtained

by

cyclic tests and outdoor exposure tests,

The

two

factors

that affect tothe

behavior

of them, period and temperature, were

first

studied

by

the cyclic tests with the

_joint

movements

following

sine curves which cause 10

%-extension

and

con-traction of theinitial

joint

width.

More

detailed

behavior

against temperature, that is, change of temperature, were

furthermore

studied

by

the cyclic tests

in

which the

joint

width simultaneeusly varys with temperature.

The

behavior

of sealants inoutdoors were

finally

studied.

Joint

movements of

joint

moving apparatuses and stresses

'

of the sealants induced bythem were measured when clear days in

･four

seasons inYokohama,

Japan.

The

method of calculation of the

induced

stress of a sealant was also

discussed.

The

stresses of the sealants

during

the testswere calculated

based

on the mathematical models obtained

in

the _{previouspaper.}

The

validity

of

it

was

discussed

by

the comparison

between

thecaleulated stressses and observed ones.