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山形鋼筋 か い端接合部に対する乾式補強法 その8 数値解析による面内応力の検証 山形鋼 保 有 耐 力 接 合 1.はじめに 高 力 ボ ルト摩 擦 接 合 筋かい 突 出 脚 前 報 ( そ の 7)に 引 き 続いて、本報(その 8)で は 、 提 案 し て い る 試 験 体 に つ い て 、 有 限 要 素 法 を 用 い た 数 値 解 析により面内の応力伝達を検討する。2
.
解 析 概 要 因lに 解 析モデ、ルを示す。解析で使用する要素は、八節 点立体要素であり、 山形 鋼 、 ガ セ ッ トプレート、ボノレト、 ワ ッ シ ャ ー の 各 部 材 を そ れ ぞ れ モ デ ル 化 す る。各 モ デ ル 聞 の 相 互 作 用 は 、 接 触 を 考 慮 す る。接 触方向 の 挙 動 は 各 モデ、/レ間で、岡IJとし、 接 触 接 線 方 向 の 挙 動 は 摩 擦 を 与 え て いる。摩 擦 は 、 クーロン摩擦と して 接 触 面 に 摩 擦 係 数 を 与 え て い る。各 モ デ ル聞の摩擦係数(すべり係数)は、 0.23とする。初期導 入 ボ ルト張力は、標準ボノレト張力を用 い、 Pretension機能で入力している。載荷は下部ガセッ ト プレート端 を 固 定 し、上 部 ガ セットプレー ト端を部材軸 方向に強制変形を加える。 図2に 解析で使用した材料特性を示す。ガセッ トプレー ト、 山形 鋼 の 材 料 特性は 、 載 荷 実 験 で 使用 した材料 試 験 を 真 応力度 と 対 数 ひ ず み 度 関 係 に 変 換 し て 多 直 線 近 似 し たものを用いている。 3.解 析 結 果 表 lに 解 析 対 象一覧 を 示 す。既 存材 と な る山形 鋼 は、 L65x6、L75始、 L90x7を対象とし、既存ボルト2本、 3本 に連結ボノレト本数を加えた計5本を既存材に接続する。な 正会員 同 同0
平 田 博 宗 キl 薩)11 恵一勺 吉 敷 祥一吋 日本建築学会大会学術講演梗概集 (北陸) 2019年 9月 同 須 崎 由 也 ・l 同 鈴 木 壮η 解析モ デ ル σlTuc(N/m m2) 600 500 400 300 200 100 00 1之
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材
鋼
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Y.R. 縄 類 (N"'.I1 (N;"o)1 (%) L65x6 331 571 37 L75x6 316 447 36 P(kN) 500 400 300 200 100 L90x7 SS400 315 530ガ
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276 407 プレー 328 536 0.1 0.2 0.3E ln 図2 材料データ . → 棚 価 値 康 岬 刷 。 ー 有 効 幅 削団験値) 0ー すべり耐力 δ(=， 400e
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T!勃断 耐 州 問値) @ ー 有効断面骸淘( 掛値目 。 ー す叫 耐 カ o [ 6同心 34 40 49 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 L90-3-N， 3-2， 5-N比 較 L90-2-N， 2-3， 5-N比 較 図3 解 析一載荷実験結果比較 山 田=
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d-d Y~d ・ (b) 保 有 耐 力 接合を満たす条 件 式(y"，
)4) Y:::~ σ YR_--...， 1• 1.1-2-~d 1 I+lI' /+豆 IdJ ~Y， ・ (c) 表 l 解 析 対 象一覧 Yα.R接.F合部係鋼材の数(基準1.強2)度の降3) 伏比 ボノレト本数 I註大 耐 力 突出脚 省 効 率 モデノレ名 称阪存材 expPu anaPu 既 存 ボ ルト連結ポノレト 実験値 解析値 pyexp pya阻 (a)式 (a)式 L65-2・N o¥
193 203 0.44 0.40 L65-3-N 3 232 247 0.66 0.65 L65-5-N L65x6 5 259 280 0.81 0.83 L65-2・3 2 3 2“
282 0.85 0.85 L65-3-2 3 2 268 287 0.86 0.87 L75-2-N ウ¥
157 223 0.11 0.34 L75-3-N 3 220 281 0.43 0.64 L75-5-N L75x6 5 325 086 L75-2-3 ウ 3 280 319 0.73 0.83 L75-3-2 3 2 284 325 075 0.86 L90-2-N 2¥
Z判 3国 0.34 0.41 L気)-3-N 3 350 3出 0.53 0.62 L90-5-N 5 426 判。 0.79 0.89 L90-2-3 L如x7 ヲ 3 427 440 079 089 L叫2-3似16) 2 3(M16) 454 447 0.89 0.87 L吹)-3-2 3 2 452 447 088 0.91 L90-3-2(恥!l6) 3 2(M16) 465 458 0.92 0.91 Seismic RetrofitAngle BraceConnections by using High Str巴ngthBolt Pat1.8: Analysisresult-
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yreq 0.71 067 0.68 0.63 068 0.63 破 断 破断パづタ ー ン 表 示 パヲ ー / 既 存ポノレト有 効 断 面 敏 感 (E) (E)¥
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(C) (E) ト一一一一一 (c) 連結ポノレト有 効断 面破 猿 (C) (E)S F
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Satslll王awaKeiichi'2 Suzuki Soh・
3，Kishik.i Shoichi'4お、連結ボルトサイズを lサイズ小さくしたモデ、ルも解析 対象とする。図3に一例左して、解析結果と載荷実験結果 から得られた荷重.変位関係、を合わせて示す。解析結果の 最大耐力は、既存材ボノレト孔へりあき端における要素の ミーゼス応力が解析で使用した材料の引張強さに到達し た時点での耐力を最大耐力左定義する。なお、荷重変位 関係は、耐力の差異を明確にするため、接合部のすべり による進行を除去している。本解析で・行った数値解析に よる荷重変位曲線は載荷実験による結果と良い対応を示 している。表l中に解析対象とした全モデルの最大耐力及 び有効突出脚率の解析結果を示す。最大耐力、有効突出 脚率、破断状況ともに実験結果と解析結果が良い対応を 示している。 図4(a)にL90圃3・2を対象に最大耐力時およびL90・3・Nの 最大耐力時の既存接合部と連結接合部の負担耐力を支圧 力とすべり耐力に分けて示し、図4(b)に各ボルトの支圧力 を示す。図 4(a)より、 L90ふNの最大耐力時と比較すると L90ふ2の既存接合部が負担する耐力が減少し、連結ボノレ ト接合部が耐力の減少分を負担している。また、 L90・3・2 の最大耐力時と L90・5・Nの最大耐力時を比較するとボルト の支圧力の合計はほぼ等しい。図4(b)に示す各ボノレトの支 圧力を見ると、 L90-5・Nはほぼ均等に支圧力が加わってい るのに対して、 L90・3-2の既存ボルトでは L90・3・Nよりも 既存ボルトの支圧力が若干減少しているものの、連結ボ ノレトの支圧力はL90・5・Nの連結ボルト相当位置のボノレトの 支圧力の半分程度であり、 L90-5-Nのように各ボルトには 均等に支圧力が加わっていないことがわかる。 図5(a)，(b)にL90・3-2の最大耐力時の既存ボルト孔断面の ミーゼス応力分布状況を示す。囲 気a)は、はしあき端から 5本自のボノレト孔鋼断面を示し、図 5(b)にはしあき端から 3本目のものを示す。なお、図中には比較として、 L90・3・ NとL90・5・Nの状況も合わせて示している。 図5(a)をみると、補強した際の連結ボノレ卜位置の断面の 応力負担は、 L90・5・N とほぼ等しい。一方、補強した際の 既存ボノレト位置の断面の応力負担は、 L90-3-Nと比較して 減少しているがL90・5・Nの応力負担までには至っていない。 図6にL90・3・2の連結ボルトのサイズを変更した場合を 比較した最大耐力時のミーゼス応力分布を示す。図6より、 連結ボルトのサイズを小さくすることで、表lより、ボノレ ト孔欠損に相当する耐力分は上がるが、既存接合部への 負担が大きくなる傾向にあることがわかる。 4.まとめ 本報(その 8)は、有限要素法を用いた数値解析により、 本研究で提案する試験体の面内の応力伝達を確認した。 参考文献 前報(その 6)にまとめて示す。 '1愛知工業大学 勺愛知工業大学 勺愛知工業大学 叫東京工業大学 元学生 教 授 博士(工学) 大学院生 准教授博士(工学) L90-3-N L90勾3-2 (無織強時町 最大耐力) L90-3-2 既南安合陣 負担耐力 o 100 200 300 400 500 600 (a)L90支圧力+滑り耐力啓雫P胡 荷重(凶ウ 160. 亡三三コ LQO-3-N
