【
論文
】
UDC :
624
.
014
.
2 :624.
042.
7 :539.
374日本建築 学 会構 造 系論 文報告 集 第
412
号・
1990 年6
月Journal
ofStruct
.
Constr
.
Engng
,
AIJ
,
No
.
412,
June
,
1990
第
1
層
エ
ネ
ル
ギ
ー
集 中型 柔 剛 混
合
鉄 骨 多 層 骨 組
の
弾
塑性 振 動
実
験
ELASTO
−
PLASTIC
SHAKING
TABLE
TEST
OF
FIRST
−
STORY
ENRGY
−
CONCENTRATED
TYPE
MULTI
−
STORY
STEEL
FRAME
WITH
FLEXIBLE
−
STIFF
MIXED
STRUCTURES
矢 部 喜 堂
* ,真 瀬
伸 治
** ,平 間 敏 彦
* ** ,寺
田
岳
彦
* ** *,大 竹
章 夫
** * **Yoshitaka
YABE
,3
乃
娜
MASE
,
Toshihiko
伍
R
且
MA
,
Takehiko
TE1
〜
ADA
and
Eumio
()
HTAKE
Aft
・・p
・ ・f
・ ・mi ・g
・ev ・・al ・1
・ ・t
・−
pl
・・ti
・ ・h
・ki
・g
t
・bl
・t
・・t
・ ・f
・ne−
t
・nth ・c・1
・d
five
−
,t
。 ,y
frameworks
onthe
‘
‘
first
−
story energy・
concentrated steel structure withflexible
−
stiff mixedframes”
based
on energytheory
,
the
following
matters
were confir π1ed :Most
ofinput
energydue
to
a se−
vere earthquake can be absorbed by stiff membersin
the
first
story,
First−
story
flexible
members andthe
second andhigher
storiescan
remain almost elastic.
The
residualdisplacement
ofthe
first
story can
be
constrained very smalLCompared
withthe
test
result,
it
is
demonstrated
that
a
re
−
sponse
analysis result usingelastic
−
perfectly
plastic
type
as restoring−force
characterisncs
witho 皿t
damping
can
expressthe
actualphenomenon
with respectto
energyabsorption
characteristics.
K
θ卿 ω物 :∫加 軌9table
鮒 , multi−
stOrly steelf
・ame,
ル
祕 ’e−
sttff mixedst
・ucture,
ear吻
呶 舵 厂e
−
sPonsll
,
totai
energyinPu
’,
enevgly
‘on‘翩 翩 加L
序
筆 者
ら は,
エネ
ルギ
ー
論
に よる耐 震 極
限 設計
法2〕−
6)に基
づ き,
第
1
層
の強 度 を第
2
層 以 上
に比
べ て意
図 的
に弱
く し,
さ らに第
1
層
に剛 部 材 と柔 部 材
とで構成
さ れる柔
剛 混合 構
造
を配 置
し た新
し い鉄
骨構 法
『
第
1
層
エネ
ル ギー
集 中 型 柔 剛 混 合 鉄 骨 構 造
亅
を提
案
し た7) 。 この構
造
は,
地 震
入力
エネ
ルギ
ー
を第
1
層
に集 中
さ せ,
第 2
層
へ の地 震
入力
を大
幅
に低 減
さ せ る こ と がで き, ま た,
第
1
層
の剛
部材
に は極 限地 震 時
の入 力
エネ
ルギ
ー
を累 積 塑 性
ひず
みエネ
ルギ
ー
と して吸 収
させ,柔 部 材
に は極
限
地震
時
に も弾性
に と ど まり復 元 力 を確 保
し応 答 変 位
を抑 制
さ せ る機
能
を持
たせ たも
のであ
る。
さ ら に,
せ ん断
ば ね一
質点系
で完
全 弾 塑 性 型
の復 元 力 特 性 を用
い,
かつ減衰
を無 視
し た弾
塑
性 応
答 解 析
に より そ の基 本 的
なエ ネル ギー
応
答特性
につ い て明
ら かに し, その有 効 性 を
論
じ たη。本 報
で は,本構
法
に よ る骨 組
の弾 塑 性 応 答 解 析
に よっ て得
ら れ た応
答特性
,
特
に,
エネ
ルギ
ー
集 中 性 状
お よ び第
1
層の柔 剛 混合構 造
の エネ
ルギ
ー
吸 収 性 状
につ いて振
動 台 上の多 層 骨 組 縮 小 模 型
の弾
塑
性
振
動実
験
によ り確 認
す るこ と と し た。これ まで
,
種
々 の仮 定
に基
づく構 造 物
の地 震 応
答解析
結 果
の妥 当性
を検 証
する有 効
な手段
と し て振動台実
験
が数 多
く行
わ れており,
鋼 構 造 多 層 骨 組
を対 象
に,比 較 的
大
き な塑
性
領
域
まで扱
っ た復 元 力 特 性
に関
す る研究
が報
告
さ れて い るS )一
]4 ) e こ れ らの う ちで,
高 梨
ら は, エネ
ル ギー
論 的 観 点
か ら せ ん断 型
3
層
1
スパ ン の ラー
メ ン構造
お よ びブ
レー
ス構 造 模 型 を対 象
に降伏
せ ん断 力 係 数 分
布
を変
え て弾 塑 性 振 動 実 験
を行
い,
加
藤
・
秋 山
の研
究
4L6 ) により明
ら か に さ れ て い る損傷集
中現 象
の確 認 を
も行
っ て い るIOLII }Q本 実 験
で は,
前 報
7) で提案
し た『
第
1
層
エネ
ルギー
集
中 型 柔 剛 混 合 鉄 骨 構 造
亅
の有効
性
を検 証 す
るた め, せ ん断 型
5
層
ラー
メ ン骨 組
縮
小
模
型
を対 象
に,
各 層
の降伏
せ ん断 力 係 数
が最 適 降 伏
せ ん断 力 係 数 分布
6 }に従
うモデル お よ び第
1
層
の降 伏
せ ん断
力
係
数
を第
2
層 以 上
の降伏
せ ん断
力係 数 分 布
に対
し意 図 的
に小
さ く した モ デ ル を比較
本 論 文の一
部は 既 に文献1
}に おい て発 表し た。
* 清 水 建 設 (株
)
技術研究 所主 席 研 究 員
・
工博榊 清水 建
.
設(
株)
技術 研 究 所# * 清水建設 〔株 )原 子 力本 部
・
工 修 * * * * 清水 建 設 (株 )技 術研究所・
工 修 * 一 * * * 住 友 金属 工 業(株〉
建 設エ ンジニ ア リング事 業 本部
建築技
術研 究 室室 長
・
工 博Shimizu
Corporation
,
Dr
,
Eng
.
Shimizu
Corpora
巨〔川Shimizu
Corporation
Shim
重zuCo
叩omtionSumitomo
Metai
Industries
,
Ltd
.
,
Dr
.
Eng
.
Table
l
Features
ofSpecimens
Spoc
−
imonDistribution
ofYield
−
Shear
Co日ffioi日ntHi 冤ador 闘otin lstStor サStr3n
匪th
Ratio ,Q
,ノ
.Q
、、YbldDedDrma
−
tionRatior
δ刄/。δ冨1 α 12 κi
等1
}F
−
10
.
45
一
α1αL 畑onF
−
20
。
30
1
・
一
5
αrα二Mon
F−
30.
301・
一
5α1α1Mi 翼ed1
.
0 5F4o
.
30
1
一
・
5
α1儀Mi
翼ed 1,0 10Table
2
Mechanical
Properties
ofMaterials
Used
Typ
巳5 0fSteo1 σr (t
’。m2〕 σロ
〔tl6m2
〕 6“ ε口
E
3 罵10
(t’。m2)E
.
馳 瓦 10 〔t ’cm2 〕SS412
。
774.
420.
021o
。
552
.
172
.
65
H「アo7
.
578.
040.
0160
.
382
.
11
・
1
.
12
Table
3
Properties
ofSpecimens
Spec
一
StoryStoryYield
一
SoctbnF
凵nd8m6ntaIimenNo
.
WgightShearo
「Co
}umsN3 蜘ra1Coeff卜 P6riod ti
巳
ntB Di
蝋t) α1 〔c鵬〕 〔c面)T1
〔se。) 50.
400
.
9041.
345 1.34540
.
40O
.
685L546
1
.
546
F−
130.
400.
5641.
6591
.
659O
.
32320
.
40O
.
4951
.
750
ユ.
750
10.
400.
4501。
883 1.883 F−
21O
.
400
.
3001.
562 1。6620.
352』
Fle 民.
0
.
1500.
996 0.996F
−
31
o
。
40
0
,
410
Stifr
0.1501.
905 1.511 F−
4
1
Fle罵.
Stif
「o
。
400
.
1500
.
1500.
996
0.996
0.476 3.0220
.
355
対
象 と して,
後 者
と同
じ降 伏
せん断
力 係 数
分
布
を持
ち,
第 1
層 を 柔 剛 混 合構
造で構 成
し た モ デ ル につ いて弾 塑 性 振 動 実 験
を行
い,
エネ
ルギー
論に基
づく観
点
か ら その地
震 応 答 性 状
を検討
し た。
ま
た,前
報
7)の無
減 衰 完 全
弾
塑
性系
の シ ミろ レー
ションに よ・
り得
られた結 果
の妥当
性 を検 証
する ため,
応 答 解 析 結 果
と実 験
結
果
とを比 較
・
検 討
し た。
2.
実 験 概 要
2
.
1
試 験 体
試 験 体
は,Fig
.
1
に示 す よ うに柱
は矩形
断 面
,梁
およ
び床
は剛
な庫
板
の み で構 成
され
た柱 降伏 型
の5
層
1
スパン の対 称
な2
構
面
か らな る立 体
ラー
メン で;
実 際
の鋼 構 造 骨 組
の約
1
/
10
ス ケー
ル の架 構
モ デル で ある。
各 層
の重
量 は すべ て等
し く し,実 際
の建 物
の床荷
重 を模 型 則
に基
づい て縮
尺
し,
梁
・
床 用 厚 板
に重
量用 鋼
板
を付 加
し て調 整
し た。各
試
験 体
の特 徴 を
Table
1
に示
す。
試 験 体
F
−
1
は,
第1
層
の降伏
せ ん断 力 係 数
a、を0.
45
と
して各 層
の降伏
せ ん断
力 係 数 分 布
as(
i
:層
番 号)
が最 適 降 伏
せん断
力係
数 分 布
n,
6)ai
に従 う も
の で,
従 来
型
の骨 組
に相 当
す る。
試 験 体
F −
2
は,
第
2
層
以上
の強 度 を試 験 体
F
−
1
と同
等
に し,第
1
層
の降 伏せ ん断 力 係
tw
ai を0
.
30
と して,
第
2
層 以
上の降
伏
せ ん断 力 係 数 分 布
を最 適 降 伏
せ ん断 力 係
数 分
布
の1.5
倍 と
して いる。試 験 体
F −3
お よ びF
=4
は,
各 層 の強度
分布
を試 験 体
F −
2
と同等
に し,
第
1
層
の主
柱
を 柔 部 材
,間柱
を剛 部
材 と し た柔 剛 混 合 構 造
と して い る。両 者
の試 験 体
では,柔 部 材
と剛 部 材
の 強 度を等 し く し,
柔部 材
の降 伏 変 形
を一
定
と し て,柔 部 材
と剛 部 材
の降 伏 変 形 比
を変
えて い る。
試 験 体
F
−
1
お よ び第
1
層
の強 度
を 弱 く し た 試 験 体脚
岡
Fig
.
1
Shaking
Tsble
Test
Setup
F −
2
との比 較
によ
り,
骨 組
の損 傷
の集 中性
を 調
べ る。
ま た,
試 験 体
F −
2
およ
び試 験 体
F −
3
,F −
4
との比 較
に よ り,柔剛
混
合
構 造
の応 答 特 性 を 明
ら かにす る。 さ らに,試 験
体
F −
3
お よ び試 験 体
F
−
4
との比較
に よ り,降 伏 変
形 比の柔剛 混 合 構 造
の応 答
特性
に及
ぼ す影
響 を調
べ る。
各
層
の柱
は,上 記
で設 定
し た降伏
せ ん断力係数
分
布
に従
っ て求
ま る降 伏
せん断 力
にP −
△効 果
に よ る降 伏
せ ん 断力
の低
下 分を
あら か じめ付加
し た断 面 と
してい る7 )。
な お,
試 験 体
F
−
1
お よ びF
−
2
の 全層
の柱
,試 験 体
F −
3
お よ
びF
−
4
の第
2
層
以
上
の柱
にはSS
41
を用
いた。試 験 体
F
−
3
お よ び試 験 体
F −
4
の第
1
層
の剛 部 材
に は 塑性 変 形 能 力
の大
きい軟
鋼
SS
41
を用
い,
柔 部 材
に は弾
性
変
形能 力
の大
きい高 張 力 鋼
HT
70
を用
い た。
また,各
層
の床 板
は1mXlm
のSS41
のIR.
32
を用
い た。
試
験 体
の柱
の供
試 材の機 械 的 性 質 をTable
2
に,
各 試 験 体
の諸
元 をTable
3
に示
す。
2.
2
加
振 方 法
試 験 体
の 加振
に は電
気
油
圧 式 振動 台
を 用い, 水平
一
方
54 一
500
0
( 冠 ・。 〕 :N一
駒0100
05
〔
8
ω 、 E 。)
凵
〉o
5
10
15
Time
〔sec〕 〔a)Time History
00
.
0
0
.
5
Peried
〔sec
)(
b
)lnput
『
Energy Spe
じtrum
Fig
.
2
1nput
Earthquake
Wave
20
LD
向
に加振
し た。 な お,
加 振 時
に試 験 体
に ね じれ が 生 じ る こ と な く一
軸 方 向運 動 が保 証
さ れ る よ う に,振
動 台
上 に1
対
の平 行 加 振
フ レー
ムを設 置
し,
こ の フ レー
ムと試 験
体
の各
層 床
上に そ れ ぞ れ2
組
の ワ ッ トの メカニズ
ム15}を取
り付 け
た。入
力 地 震 波
はEl
Centro
1940
NS
成
分の加
速 度 記 録
で,
各 試 験 体
へ の総
エネ
ルギ
ー
入力
を揃
え る た めに,
減
衰 定 数 を
h=
0
.
1
と
し た1
質 点
弾 性系
の応答
に よ る 入力
エネ
ルギー ・
ス ペ クト
ル6 ,の卓 越
す る周
期 領域
に各
試 験
体
の1 次
固
有
周 期
が包 含
さ れ る よ うに原 波 形の時 間 軸
を1
/
2
に縮 小 し た
。地 震 継 続 時 間
は20
秒
と し た。総
エネ
ルギー
入 力
は その等 価 速 度
VE
と して100
cm/
sec(
最 大
入力 加 速 度
2
。=
500gal
)
を 目標
と し た。Fig
.
2
に入力 地 震 波
の時 刻 歴
お よび
入力
エネ
ルギー・
ス ペ クト
ルを
示 す
。な お
,
各 試 験 体
の振 動 特 性
を 調べ る た め,
弾 塑 性 加 振
に先 立
っ て,自 由 振 動 試 験
お よ び弾
性 加 振 (
El
Centro
lg40
NS ,
2
。max=
50
gal)
も
行
っ た。
2
.
3
計 測 方 法
測 定 項 目
は,振 動 台
お よび試
験体
の各
層 床 面
の応 答 加
速 度
,
各 層 床 面
の水 平 変 位
,
各
層柱
の応
答
せ ん断 力
,
第
1
層 柱
の付 加 軸 力 等
で あ る。
応 答 加 速 度
につ い て は,振 動
台
一
ヒお よ び試 験 体
の各
層床 面
の中 央 部
にひず
みゲ
ー
ジ式 小 型 加 速 度 計 を各
1
個
ず
つ取
り付
け,
加 振 方 向 成
分の測 定 を行
っ た。各 層 床 面
の水 平 変 位
につ い て は,振 動 台
上に設 置
し た変位
測
定
用
フ レー
ム(
不 動 点 )
に差 動
トラ ン ス型
変
位 計
を取
り付
け,
変位
測定
用
ロ ッ ドを介
し て各
層床
下面 中 央
部
の水 平 変 位
を測 定
し た。
各
層の柱
の応 答
せん断 力
につ いて は,各
層 柱 中 央
部
の100mm
離
れた2
つ の断 面
で,
加 振 方 向
に相 対
す る2
面
に貼 付 し
た4
枚
のひず
みゲ
ー
ジ
に よっ て測 定
し た。第
1
層 柱
の付 加 軸 力
につ い ては,
第 1
層
柱
の中
央 部
の加 振 方 向
に相 対
する2
面に貼付
し た2
枚の ひず
み ゲー
ジ に よっ て軸 力
の変 動
を測 定
し た。
各 成 分
の記 録
は,
動
ひず
み計
(
増 幅 器
〉
を
経
て,
デ ィ ジタ ル デー
タ収 録 装 置
に よっ て収
録 し た。
サンプ
リング タイ
ム は1
/
200
秒 と
し た。
3.
実 験 結 果
(
1
) 総
エネ
ルギ
ー
入力
弾 塑 性 加 振 時
の入力 地 震
波
と して は,
E1
Centro
l940
NS ,
属、
=500
gal
,
時 間 縮 尺
1
/
2
を設 定
し た。
応
答結
工2D
凵 〉 誓 旦 三 δo
む
」 o面
冠 ぢ ト n…
00
0
,
5Period
(sec
)1
.
D
Fig
.
3
1np
皿tEnergy
Spectra
QfObserved
AcceleraIion
onBase
Plate
(h
=
O
.
1
)1
.
0
・
5
0
匚2
ぢ 巴 ω」
2
≒ o 」0
.
0
0
.
05
1
.
0
5
0
雪
」 ぢ 。巳
ω」
2
≒ o 」0
.
1
0
,
5
Period
T
〔
sec)
〔
a)Specimen
F
−
2
1
,
0
・
0
.
0
0
.
05
0
.
1
0
.
5
1
.
O
Period
T
(soc
)〔
b
)Specimen
F
−
4
Fig
.
4
Feurie
【Spectra
ofResponse
Displacement
(1st
Story
)一
55
一
3Story
−
51Q
〔t
〕 o δ(om 3 o 3一
1Q 〔t
〕一
3
Q
(t
〕Story
−
21
D δ 〔cm’
3
0 3 1Q 〔t
〕Story
−
11
囗 δ 〔。m3
o 3 〔a)Specimen
F
−
1
一
3Story
−
51Q
〔t
〕 o 5 〔cm 3 o 3一
1Q 〔t
〕一
3Q
〔t )Story
−
21Q
〔t 〕 口 δ〔Gm) 3 o 3一
1 (b
)Sp80imgn
F
−
2
Table4
Experimental
Results
Spoo
−
ime
【Tot
己1
Ener8y In叫tV ε 〔cm ’sec 〕 阨ximum I叩 utAcc610ration 芝傭,
(981
) Fu冗d8mental Natu旧1
P
帥iodT1
〔se。) Da叩in
区Gonst8n
ヒ h (傷 〕 Ori区ina1100
.
OO
500
F−
1 82.
23 4610
。
331
0
.
840
F
−
2
85
.
26
58
アO
.
360
0。847F
−
3
84
.
04
517
0.
414
2.034F
−
4
78
。
66
619
0.
355 1.012 果の 処 理時
間は,
特 記
の ない限
り加 振時 間
の20
秒 間 と
し た。Fig
.
3
に,試 験 体
の べ一
スプ
レー
ト上
での観 測 加
速 度 波
お よび
目標 波
の入 力
エネ
ルギ
ー ・
ス ペ ク トル を示
す。
図よ り,
各
試 験 体の 観測 波
の ス ペ ク トル は周期
が0
.
5
秒 以 下
の有
意
な領 域
で は お お む ね目標 波
の スペ ク ト ル と よ く合 致
して いる。 た だ し,
周 期
が0
.
5
秒 以
上の や や長 周 期 領
域で は振 動 台
の駆 動 制 御 上
の理 由
か ら 目標 波
一
56
一
一
3Q
〔t
)Story
−
41
0Q
〔t)6
〔cm 3 0 3⊥
凾
Story
−
2
1 口Q
〔t〕 e 〔cmQ
〔t
〕Q
〔t
〕Q
(t
)一
3一
1Q
〔t
〕 D ヨFle
属ible
1Q 〔t
〕Me
而ber
0 〔cm 30
3一
1一
3Q
〔t〕一
3Q
〔t)Fle
瓦ible
1Q 〔t)Member
o δ〔。m 3 o 3一
1 (c)Specimen F
−
3
(d
)Specimen
F
−
4
Fig
.
5 Hystelisis
Loops
ofSpecimens
の 入 力エ ネル ギ
ー・
ス ペ ク トル より か な り低
下 し て いる
。
価 速 度
お よび最 大
入力 加 速 度 を示
す。
ま た,
自由
振 動 試
験
の変位波形
か ら得
ら れ た各試験体
の1
次
固 有 周 期
およ
び減
衰 定
数
を併
せて示
す。
表
よ り,
各
試 験 体
の総
エネ
ル ギー
の等 価
速 度 は78
.
66
〜
85
,
26cm
/
sec といずれも同
等
の レベ ル と なっ て いる。
Fig.
4
には,
試 験
体
F −
2
お よび
F −
4
の弾
性 加 振 (
20max
≒50ga1
)
お よ び弾
塑性
加 振(
銑
≒500
gal
)
時
の第
1
層
の応 答 変 位 波 形
の フー
リ
エ・
スペ ク トルを示
す。
図中
,
弾性加
振 時
の最 大
のピ
ー
ク は各 試 験 体
の1
次
固有
周期
であ る。図
より,
弾 塑 性 加 振 時
の スペ ク トル は試
験
体
の1
次 固 有 周 期 よ
りや や 長
い領 域
にも
ピー
ク が現
れ てい る。
これ は,
第
1
層
の塑 性 化
に よ り系
の1
次
固有
周期
が伸
び たこ と を示
し て い る。
構 造 物
へ の地 震
に よ る総
エネ
ルギ
ー
入力
はこの実質 的
な1
次 固 有 周 期
に大
き く依 存
す る。
し た がっ て,
試 験 体
F
−
4
の場
合
,最
大
入力 加 速
度
がほ か の試 験 体
の そ れ よ り大
きい にも
か か わ らず
,
総
エネ
ルギ
ー
入力
が小
さい の は塑 性 化
によ る系
の実 質 的
な1
次 固有
周期
が 長 く なり,
しか もこ の周
期領 域
で の実効的
な総
エネ
ルギ
ー
入 力
が低
下 し たこと に よ る。
(
2
)
層 せ ん 断 カー
層 間 変
形関 係
Fig.
5
に各試
験 体
の層
せ ん断 カ
ー
層 間 変 形 関 係
を示 す
。
層
せ ん断力
は各
層
の応 答加速度
デー
タ か ら求
め た。
試 験
体
F
−3
お よ びF
−
4
の第
1
層
の柔 部 材
と剛 部 材
の せん断
力
は応 答 加 速 度
デー
タ か ら得
ら れ た第
1
層
せん断 力 を
ひず
みゲ
ー
ジ か ら得
ら れ た柔 部 材
と剛 部 材
のせ ん断 力
およ
び軸 力
の水 平 成 分
の和
の分 担 率
に より振
り分
け た。
試 験 体
F
−
1
の場 合
,
第
1
層
は弾 性 挙 動 を 示
し,
第
2
層
以
上
では大
き く 塑性 化
して いる。試 験 体
F
−
2
の場 合
は,
意 図
し た と おり,
第
1
層
の みが著
し く大
き く塑 性 化
し,
第
2
層 以
上 は ほ ぼ弾 性
にと どま
っ て い る。第
1
層 を
柔 剛 混 合 構 造
と し た試 験 体
F
−
3
お よ びF
−
4
の場 合
,
層
全体
と して はF
−
2
と同 様
に,
第
1
層
の みが極
め て大
き く塑
性
化
し,
第
2
層 以
上 は お お む ね弾 性 範 囲 内
にあ
る。
構成部 材
ご と の挙 動
を見
る と,
剛 部
材
が著
し く大 き く塑
性化
し,
柔 部 材
は弾 性
に と ど まっ て い る。(
3
)
エネ
ル ギー
吸 収 率
Fig,6
に各
試 験
体
の各
層
の累 積 塑 性
ひず
みエネ
ルギ
ー
の骨 組
全体
の累 積
塑性
ひず
みエネ
ルギー
に対
する比 率
を示
す。各
層
の累 積 塑 性
ひず
みエネ
ルギ
ー
は そ れぞ
れのせ ん断 カ
ー
層 間
変
形 関 係
の ルー
プ
の面 積
と して求 め
た。
し た がっ て,
この量 は減 衰
に よっ て消 費
さ れ るエネ
ルギ
ー
も含
まれ てい る。 た だ し,
積
分 時 間
は各
々試 験 体
が静 止
するま
での時 間
と し た。
試 験 体
F −
1
の場 合
,
第
2
層以 上
が大
き く 塑 性 化 して お り,
第
2
層
で は骨 組 全 体
のエネ
ルギ
ー
吸 収 量
の55
%,第
3
層
で13
%,
第
4
層
で は26
%
と3
つ の層
に集 中
し てお り,各 層
の エネ
ルギ
ー
吸収
量の分布
は不 規 則
である。
,
oZ あ 」 o の ω5
4
3
2
1
0
20
40
60
80
100
w
/
w
,(%〕
Fig
.
6
Ratio
ofCumulative
Inelastic
Strain
Ene
【gy
5
4
3
δ Z2
診 oお
1
O
lO
20
30
il
Fig
.
7
Cumulative
Inelastic
Deformation
Ratio
これに
対
し て,第 1 層
の強
度
を
相 対的
に弱
く し た試験
体
F
−
2
,
F
−
3
およ
びF
−
4
の場 合
は, そ れ ぞ れ, 骨組 全
体
のエネ
ルギ
ー
吸 収 量
の80
%
,
89
%
お よ び91
% が 第
1
層
に集 中
し ており,第
2
層 以 上
のエネ
ルギ
ー
吸収 率
は わず
かであ
る。し
かも
,第
2
層 以 上
のエネ
ルギ
ー
吸
収
量
の大 部 分
が減 衰
によ
っ て消 費
さ れるエネ
ルギ
ー
であ
るこ と を考
えれ ば,第
1
層
へ の累積
塑
性
ひず
みエネ
ル ギー
の集 中 率
は さ ら に大
きい。
試 験
体
F −3
お よ びF −
4
の第
1
層
につ い て見
る と,
柔 部 材
が ほ ぼ弾性
に と ど まっ て い る ため, そ れ ぞれ,第 1
層
のエネ
ルギー
吸 収 量
の94
%
お よ び98
% が
,剛 部 材
の累 積
塑
性
ひず
みエネ
ルギ
ー
と し て吸 収
さ れ てい る.
試 験
体
F −
2
,F −
3
お よ びF
−
4
の よ うに,損
傷
の集中層
を
意
図
的
に設
け ることによ
っ て, そ の層
の み で地 震
入力
エネ
ルギ
ー
の大 部 分
を塑 性
ひず
みエネ
ルギ
ー
と
して吸 収
さ せ ること がで きる こと を示
し て い る。
(4 > 累
積 塑
性 変
形
倍率
Fig.
7
に各 試 験
体
の累
積
塑 性
変
形 倍 率
(
平 均 値
)
万
=(
η++η一
)
/
2
の分 布
を示
す。 ここ に,
が
,
η一
は そ れ ぞ れ正 側
お よび負 側
の累 積 塑 性 変
形倍
率
で,
各 層
の層
せん断
カ
ー
層 間 変 形 関係
の履 歴 曲 線
が横 軸
を横
切 る点
の変 位
と そ の直 前
に横 切
る点
の変 位
との差 (
増
分 量)
を 正側
およ
び負
側
の そ れ ぞ れにつ い て累 積
し たも
のを 各 層
の降伏変
形 量 で除
し た 量 と す る。 た だ し,
試 験 体
F−
3
お よび
F −
4
の第
1
層につ い て は剛 部 材の値 を 示 す。一
57
一
6
4
ξ2
306
20
10
0
0
02450102030
+
+ μi η1 〔a〕μ ’
一
μ一
Relationship
〔
b
〕η ←
一
η一
Relationship
Fig
.
8 1nclination
ofI
丑e旦asticDefQrmatbn
Rat
め試験 体
F −1
の場 合
,第
1
層
は弾性
の た め そ の累
積
塑
性
変
形
倍 率
は ほ ぼ0
で あ る が,
第
2
層 以 上
で は塑 性 化
に よりか な り大
き な累 積
塑性
変
形
倍率
を示
し,特
に,
第
2
層
の累 積
塑性変
形
倍率
が大
き く なっ てい る。こ
の試
験 体
は,
各層
の累
積塑性 変
形
倍率
が等
し く な る よう
に注 意
深
く
その強 度 を最 適 降伏
せ ん断 力 係 数 分 布
に合
わ せ たにも
か かわ らず
,
各 層
の累 積 塑 性 変 形 倍 率
は一
様
と ならず
,
いず
れ か の層
に損 傷
が集 中
す る ことに な る。
また,
そ の集 中層 を 予 測
する こと
は困 難
であ
る。
実 際
の建 物
で は,
施 工 性 を 考 慮 し
た部 材 断 面
の選 択
,材 料
の ばら
つき や
二次 部 材 等
の影 響
で強 度 分 布
を最 適 分 布
に合
わ せ る こ と が 困難
であ
ること を 考
え れ ば,
す
べ て の層
に大
き なエネ
ルギ
ー
吸収 能 力 を見 込 む 必 要
があ
る。
第
1
層
の強 度 を弱
く し た試 験 体
F
−
2
,
F
−
3
およ びF −
4
の場
合
はいず
れも第
1
層
に極
めて大
き な累 積 塑 性 変 形
倍率
を 生
じてお り,第
2
層 以 上
の累 積 塑 性 変 形 倍 率
は非
常
に小
さ く 損傷
が軽 微
であ ること を示
し てい る。
ま た,
柔 剛 混
合構 造
に注 目
す る と,試 験
体
F −3
の場合
,第
1
層
の剛
部材
の強 度
が試 験 体
F −
2
の第 1
層 強 度
に比
べ て1
/
2
に なっ て い るた め 累積 塑 性 変
形倍 率
は試
験体
F −
2
の約
2
倍
と な り,
さ ら に,試 験
体
F −4
の場 合
,試 験
体
F
−
3
に比べ て降伏 変
形 比
が約 2
倍
になっ て い る た め等
量のエ ネル ギー
吸 収 量 で も 累積 塑 性 変
形倍 率
は約2
倍に なっ て いる。 この よ う に, エネ
ルギ
ー
集 中
型骨
組
で は 地震
入力
エネ
ルギ
ー
を特 定
の層
(
第
1
層
)
に集
中
さ せ るこ と がで き る た め,
この層に の み大
き なエネ
ルギ
ー
吸収
能
力
を見 込
め ば よい。Fig
.
8 (
a)
お よび(
b
)
は それ ぞ れ見 掛
けの塑
性 変
形
倍 率
μ一
δ融./
δ.−
1
お よ び 累 積 塑 性変
形 倍 率 ηの 正 側 お よび
負側
のそ れ ぞ れの値 を プ
ロ ット
し たも
のであ
る。
図
より,
見 掛
けの塑性
変
形倍 率
μ は, いず
れ の試 験 体
につ い ても か なり一
方向
に偏
る が,
累 積 塑 性 変 形 倍
率
η は試 験 体
F −2
の 場合
わず
かに正 側
に偏
るも
のの,
いず
れの試 験
体
と も正 側
,
負 側
でお お む ね等
量 と な り, ほ と ん ど偏
ら な い こ とが 分か る。
ま た
,
見 掛
けの塑性 変 形 倍 率 (
平 均 値 )戸
=
(
μ++μつ/
2
と累 積 塑 性 変 形 倍 率 (
平 均 値 )
万 との比Ph
につい て は,
試 験 体
F
−1
の第
2
層 で はPfo
;
o
.
04
,
試 験 体
F −
2
一 58
5
4
3
.
OZ2
あ」
oお
。
oZ 為 」 o ρ ω1
01234567
δ1
/
hl
×
1b
−
iFig
.
g
Maximum
Interstory
Deformation
Angle
5
4
3
2
1
0
.
0
0
.
2
0
.
4
0
.
6
0
鹽
8
1
・
O
L2
e
,
i/
δriFig
.
10
Residual
Deformation
の
第
1
層
では 酉/
万;O.15,
試 験 体
F −
3
の第
1
層 剛 部 材
で はP
/
万・=o
.
13,
試
験
体
F −
4
の第 1
層 剛 部 材
で は万/万
=
0
,
15
と なっ てお り,
いず
れ も小
さ な変 位 振 幅
で数 多
く の繰
り返
しを受
けてお り,
エネ
ルギ
ー
吸 収 効 率
が高
い。
(
5
) 層 間 変 形 角
Fig,
9
に各 試 験 体
の最
大
層 間
変
形 角
の分 布 を示
す。
最 適 降 伏
せ ん断
力 係 数
分布 を も
つ試 験 体
F −
1
の場 合
,
第
2
層 以 上
が塑 性 化
に伴
っ て層
剛性
が低下
する た め,各
層
とも比 較 的 大
き な層 間
変
形
が生
じ ている。
第
1
層
の降
伏
せ ん断 力係 数
を第 2
層 以 上
に対
して相 対 的
に弱
く し た試 験 体
F
−
2
,
F
−
3
お よ びF −
4
の場 合
,第
1
層
に非 常
に大 き
な層 間
変
形
を生
じてい る が,第 2
層 以 上
は一
様
に層
間 変 形
は小
さい こと が 分 か る。
これは,第
1
層
で地 震 入
力
エネ
ルギ
ー
の大 部 分
を塑
性
ひず
みエネ
ルギ
ー
と し て吸
収
し て し まい
,
第
2
層 以 上
に 入 るエネ
ルギ
ー
が 小
さくな
る た め である。
柔 剛 混
合
構 造
につ い て降 伏 変 形 比
によ
る差 異
を見
る と,降 伏 変 形 比
の大
きい試 験 体
F
−
4
の方 が試 験
体
F −
3
よ り第
1
層
の最 大 層 間
変
形
角
が小
さ く なっ て いる。
これ は,
試 験 体
F
−
3
と試 験
体
F −
4
で は,後
者
の方
が総
エネ
ルギ
ー
入力
が約
4
%小
さい ほ かに, 入力
エネ
ルギ
ー
を 早期
に剛部 材
の塑 性
ひずみエネ
ルギー
と して吸 収
して し まうた め振 動
に寄
与 す るエ ネルギー
が低
下 する ことに よ る。(
6
)
残
留変形
Fig.
ユo
に各
試
験
体
の降 伏
変
形
量に対
す る残 留 変 形 量
の比
の分 布 を示 す
。試 験 体
F −
1
で は,第
2
層以 上
が 塑 性 化 す る た め そ れ ら の層
に か な り大
き な残 留 変 形
が見 られ る。
ま た,
試
験
体
F
−2
で は第
1
層
にき
わ だっ て大
き な残 留
変
形
が生
じ て い る が,
これは柱 部 材
が大
き く塑 性 化
する ことに よ り 層 剛性
が 低下
し たためで ある。
こ れ に対
し,柔 剛 混
合構
造
の試
験 体
F −3,F −
4
で は,
剛 部 材 が 塑 性 化
し ても 柔
部 材
の復
元 力
が働
くた め残 留 変 形
は き わめて小
さい。
降 伏 変
形 比に よる差 異
を見
る と,降 伏 変 形 比
の大
きい試 験
体
F −
4
は,
降 伏 変 形 比
の小
さい試 験 体
F −
3
に比
べ て残 留変
形
はかな り小
さ く な っ て い る。
こ れ は,
試 験 体
F −3
で は 柔部 材
が わ ず かに塑 性 化
し た た め であ
る。
4.
弾
塑性応 答
解 析
本 節
では,
完
全弾
塑性
型の復
元 力特 性
を用
い た無 減 衰
系
の弾
塑性 応 答 解 析
シ ミュ レー
ショ ン に よ り得 ら
れた前
報 (
文 献
7)
の結
果の妥
当 性
を検
証 する た め無 減 衰 完 全
弾
塑性
系
の解 析
結
果 と実
験結
果
との比較
を 主眼
とし,
さ ら に,鋼 材
の ひず
み硬
化
お よび
Bauschinger
効 果
の エネ
ルギ
ー
応 答
へ 及 ぼ す影 響
につ い て も検
討
す る。
4
.
1
解 析手
法骨
組
を せ ん断
ば
ね一
質
点
系
で モデル化
す る と,
運 動 方
程式
は次式
で与
え ら れ る。
[
M
]
1
酬
十[
C
]
1
酬
十[
K
]
lyl
=一
瞳 }
ll
12
−一 …
(1 )
こ こ に,[
M
]
,
[
C
]
お よ び[
K
]
は そ れ ぞ れ,
質 量 行 列
,減 衰
行
列
お よび
剛性
行
列
で あり,
ly
}
は相 対 変 位
ベ ク ト ル,2
は地 震 加速 度
であ る。
(
1
>
式
をエネ
ル ギー
と し て評 価
す る と次式 を得
る。
W
,十肱
十 肱 鷹E
………
(
2
)
こ こ に,
臥
は 運 動エ ネル ギー,
弘 は減 衰
に よっ て消
費
さ れ るエネ
ルギ
ー,Ws
はひず
みエネ
ルギ
ー,
E
は総
エネ
ル ギー
入力
であ り,
そ れ ぞ れ次 式
で定 義
さ れ る。
w
・一
∬
駲
鵬
}
dt
w
・一
∬
馴
c
伽
置w
・
一’
∬
駲
K
]
ly
}
dt
E
− 一
∬
闘
剛
・12dt
・
・
………・
・
(3 )
こ こ に,
t
。は 地震 継 続 時 間
であ
る。解 析
モ デル は,第
1
層の強
度
を相 対 的
に弱く した試
験体
F −
2
(
非 混 合 系 )
お よ び 試 験体
F
−
4
(
柔 剛 混 合 系
)
と し,
そ れ ぞ れの解 析 諸 元 を
Table
5
に示
す。表 中
,
層
剛性
1
よ弾 性 加 振 結 果
よ り求
め た値
であ る。
解 析
は,Table
6
に示
す4
ケー
ス につ い て行っ た。
復
元力
特
性
は,
完 全 弾 塑 性 型
,
Bi
−
hnear
型 (
ひず
み硬 化
Table
5
PropeTties
ofAnarytical
Models
Sp6c
一
StoryStoryStiff
一
Yield
一
Yl81d
ImonNo
.
Weight
囗3SS Sh3arOefoma一
kI
ForCOtion iWi (t
〕 〔t
’。m)Q71
(t
〕 δ∬(cm〕5o
.
4080
.
7423O
.
42160.
5680 40.
4081.
33500
.
63840
.
4
ア82
F
−
230
.
4081
.
62930
。
ア8480.
4817 20.
4082.
0ア100.
91480
.
4417
10
.
4081
.
29640
.
69640
。
53725O
.
4080
.
7505O
.
4216O
.
5618
4o
.
4081
.
3608o
。
53840.
4691 F−
430.
4081.
7135O.
7848o
.
4580
20
.
4082
.
0471O
.
9148O
.
4469 Fle其.
1
Stiff0
.
408O.
13991
.
1875o
。
29910
.
35002.
13800
.
2947Table
6
Analytical
Cases
Amlytio81
C8seRastoring
−
Force
Oharaot●rlstiCSD8mpin8Const
自nth 〔艶〕
1
Elasto
−
Ferfgctly
Pl8stlc
Typeo
.
o
H
Bi
一
凵no8r τ¥p8 (Strain
Hardenin8
)712
0
.
02
0.
O皿 Trl−
Llnoar
Type
(Straln
H8rdenin
冒)71
睾
0,3r
72
露
O
.
02
,
Q6
=
2Q
,ノ3
O.0皿 Tri−LFnear
Typg
〔
Str
己in
Hardeoing 〕 71
昌
0.3
,
72
=
0.02r
Q
。
=
2Q
/
3F
−
2
:0
.
847
F
−
431.
012
yo凾
δ ソ δr〔e)
Elastie
−
Perfeetly
Plastic
丁
YPe
Qr
7LKo o一
δ rδr
〔
b
〕B
トLinear Type
(Strain
Hardening
)72Ko
Q
:
、
LKo一
ら o∂y1
一
δr
δ‘
δr δ,1.
「
「
一 一
Q
(c〕
Tri
一
凵 nearType
〔
Strain
Harde
冖Tng
〕Fig
.
11
Restoring
・
For
じeCharacteristcs
モ デル)
およ
び修 正
Tri−linear
型
(
ひず
み硬 化
モ デル
)
1°1の