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枠組壁工法建物のせん断剛性に及ぼす直交壁・積載荷重の影響に関する実験的研究(第1報)

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(1)

【論  文

1

    日本建 築 学 会 構 造 系 論文 報 告 集 第444号

1993年2月

JDurnat of Struct

 Constr

 Engng

 AIJ

 No

444

 Feb

1993

枠 組 壁

法 建

断 剛

ぼ す

直交

積載荷

         

影 響

実験 的

1

 

EFFECTS

 

OF

 

CROSS

WALL

 

AND

 

VERTICAL

 

LOAD

 

ON

 

LATERAL

      

STIFFNESS

 

OF

 

LIGHT

FRAME

 

BUILDING

Part

 

I

o

 The effects  of cross

wall  and  verticanoad  on the lateral stiffness  of the building are demons

trated using  the one

third models  consisted  of no

opening  

bearing

 walls  to which  the 

floof

 

joists

are installed in perpendibular

 

The

 effects  are examined

in terms of Apparent Sheaτ Strain

Actual

 

Shear

 

Strain

 and  Rotation Angle

 The results  indicat

e that the cross

walls  exert greater influence on  the 

lateral

 stiffness  of  

building

 rather  than the vertical  

load,

 and that 

Actual

 

Shear

Stiffness

 closely relates to the distribution of  shear  strains  

for

 the plywood

sheathings  of  wa {}s

Keyweizts

light

frame

加 副 π” α〃

 

Shear

snffneSS

 crOSS

wall

 zertical ・

1

・召

4

 m

del

      

枠組

工 法, 耐 力 壁

せ ん 断 剛性

直 交 壁

積 載 荷重

模 型 §

1.

緒 言  枠 組 壁工法を始め と す る小規模な木質構 造の水平力に 対す る構造 計 画は

床 面

小 屋 組 面 が 剛 強で あること を 前提 と し て, 構 造 物 内に配 置され た耐 力 壁に より水 平 力 に抵抗さ せ る

g

とを 基 本 方 針 として い る の で

構 造 物の 安 全 性 を考え るうえで は

耐 力壁 単 体のせ ん断 性 状のみ な らず

建 物 内に配 置さ れ た耐 力 壁のせ ん断性 能を把握 す ることは重 要なこ とである。

 

枠 組 壁工に よる建 物 全 体と しての水平力に対す る抵 抗 性 能お よ び建 物 内に配 置さ れ た耐力壁のせ ん断挙動 を 明ら かにす る た めに

実 大 建 物 を対 象と し た水 平 加 力 実 験 が 多 数 行われて きて い る1)

9}。 その結 果

各 種 仕 様の

1

建 物の強 度

剛性

靱 性1〕

9)の ほ か

建 物配 置さ れ た個々 の耐 力壁の挙 動 がその配 置 位 置

上部 横 架 材 (床 根 太

屋 根 トラス )の有 無ま た は走 向方向

垂れ壁

腰 壁の有 無に影 響されること価 〕

建物の せ ん断 性 状が面 材 張り仕 様と筋かい仕 様とで は異な ること7) , 建物の立 体 的 挙動 に床 組

直 交 壁が関 係す るこ と4)

9)

ど が ら か に さ れ て きてい る

 しか し な が ら 実 大 建 物 実 験で指 摘さ れ た諸因子の定 性 的

定 量 的な影 響 度 合い につ いて は明ら か に なっ てい るとは言い難く

ま た

建 物 内の耐 力壁 の転倒拘束に効 果がある と考え ら れ る積 載 荷重 につ い て も

その効果の 度 合い は確 認さ れて いない のが現 状であ る。

 こ の原 因とし て は

実 大 実 験に は時 間

費 用のか ら 実 施上の制 約が あ nl t 特 定の条 件 下で設 計さ れ た建 物の 安 全性 を確 認 することに重 点が置か れ る たあ

構造物の 挙 動に及ぼす諸 因 子め影 響を系統 的に解 明す る た めのア プロ

が十 分にな さ れ ない こ と が考え ら れ る

 

こ の実大実

の困難性を解消する

つ の方 法 として模 型実験が あ り

枠組壁工法の単 体 耐 力壁 を対 象とした実 験が筆 者1°)お よび安 村

杉 山11 }

12 ,によっ て実 施さ れ てお り, 実大 壁の定 性 的な性 状 を把 握す る た めの有 効な手 法 と考え ら れて い る

 さて

平力を受け る木質構造の許容せ ん断 耐 力を考 え る場 合, 剛性

強 度;靱性め

3

点か ら その安 全 を 確 認 す る 必要が あ る が

枠 組壁 工 法の よ うに面 材 を釘 打ち し た構 造 物の許 容せ ん断 耐 力は

せ ん断剛性 (許 容 水 平 変 位 )に よっ て決定さ れ ることが多く, せん断 剛性に及ぼ す影 響 因子 と その影 響 度 合いを 明らか にする こと は建 物 の合理的 設 計 を考え るうえ で重 要な ことであ る。

以上の よ うな背 景 を踏ま え

筆 者は

壁 式木質構造 物 の水 平 力に対す る弾 性 挙 動に及ぼ す直交壁

鉛 直 荷 重な どの 影 響 を実験 的に明 ら かにす ること を 目的と し て

枠 組壁 工法に よ る 1/3 縮尺模 型を対 象とし て

連の実 験を 行い

速報と し て報告 し て きでい るが13)

]7]

れ ら 結 果が あ る 程 度 ま と まっ たの で, こ こ に

研 究報告す る もので あ る。

職 業 訓 練 大 学 校 建 築学 科 助 教 授

Assoc

 Prof

 Dept

 of Architdctural Engineering

 Univ

 of 

lndustrial

Technology

 Dr

 E【1g

(2)

  本 報で は

床 根太走 向 方 向が耐 力 壁と直 交し て い る場 合の直交 壁の有無と直交壁の面 材 配 置

鉛 直 方 向 等 分 布 荷重のき さの 影響につ い て述べ て い るが

こ の実験結 果の

につ い て は 既に献14)

18}に発 表してい る

§2

試 験 体 2

1 想定 原 型と試 験用模型 (1) 想 定 原 型 (実 大壁)  想定原型 は枠組 壁工法によ る床 組

壁 組

土 台などに より構成 さ れ た立 体 壁 組で,

Fig.

ユ に示す よ うな平 面

4500mmX4500

 mm 合 板 1の基準幅 をP で表せ ば

5P

×5P , この場 合P を900m 皿 とし て いる)

壁 高 2430mm の もの である

  枠 組 材は 「枠 組 壁工法 構 造 用 製 材の 日本 農 林 規 格 」の 寸 法 型 式

204

(壁 枠材用)お よ び寸法 型式

210

(床根 太 類 用)と し

壁下張り お よび 床下張り用 面 材は厚さ が そ れ ぞ れ 9mm

,12mm

構造合板で構成され ものと し た。  壁 組

床 組等の構成方 法は

建 設省告 示 (昭和

57

年 第 56号 ) 「枠 組 壁工法を用い た建 築 物の方法す る安 全 上 必 要な技 術 的 基 準 」お よ び住 宅 金融公庫 「枠 組 壁工法 住 宅工事共 通 仕 様 書」に準 じ たが

1階床組を省 略して代わ りに 204 1を挿入 し た点, 頭つ な ぎ材と し て寸法 型 式206材 を2枚 使 用し た床 組 と頭つ なぎ材 を ボル トで緊 結し た点が通 常の方 法 とは異なっ てい る

こ れ らの点は いず れも横 架 材の鉛 直面 内 曲げ剛 性に影 響 するが

1階床 組を省 略し た代わり に土 台のを通 常よ り大き く し たこと

床根 太寸法が

210

よ り も大きい場合 が あ ること を考え れば大き な 問 題 は ないと 思 われ る

 ま た

床 組と頭つ なぎを ボル トでし た理由は 通常仕様の釘 打ち本数で は壁 組に十分 な せ ん断 荷 重 を加 え ら れ ない恐れ が あ る た め に取っ た措置であ る

(2 ) 試 験 用模型  基 本 的に前 述し た想 定 原 型の部 材 寸 法を縮尺1/

3

に し たもの である。  Table 1お よ び

Table

 

2

に は

材 料お よ び 釘種 類と 打ち方 等が そ れ ぞ れ

括表示し て あ る。 ま た

,Table

 

3

には模型の釘寸 法 等が示 してあるが, 模型釘は原 則 と し て原 型の釘 長さ の 1/3の ものを使 用し た。  

Fig.

2および Fig

3に は

試 験 体の原 則 的な寸 法 等 が示し てある。  こ の立体 模型 と 原 型 (実 大)との 相 似則 につ い ては 議 論の あ る ところ で あ る が, 本研究は, 剛 性

最大荷重

せん断ひずみ等の 量的な値その もの を議論の 対象と せ ず 諸 因子の影 響 度 合い を定 性 的に と らえ る ことに主眼 を置い たもの で あ り

前 述の よ う に本 実験と同様な木 材

合 板

釘 を使 用 した単 体 壁につ い て行わ れた筆者1°) お よ び安 村ら11)

12)の報 告か ら み て

本 模 型 実 験に お ける

一 84 一

N S ING          direction

Fig

1 Schematic diagram of   assembly  o{specimen

Table 

l

  Materials anCl  specification  of specimen

      (unit :皿皿)

1/3 皿国 e1Prototype

Fra皿e :

口all       studtOP

plate13 30 Ox90

sole

plate 〔n。田inal 2x4

tr 圸皿er stud

一一

r一

一一

upper  tOP

Plate13x47

540x143

header 〔no田ina12x6 〕

Floor: 

jDist13x80

40x241 〔no田inal 2x10〕

Sheathi  3皿田

thick9 田皿

thick

ply  d Plwocd

Underla即ent 4m皿

thick12 皿m

thick plywO  plywOα1

Sill 30x80 90x241

Shi衄 13x30 40xgO

B【)

1t

(stee1 〕 4鵬皿 (dia

) 12旧田 (dia

騨asher (steeD 13xl3x1

540x  40x 4

5

Strap(stee1 ) 10x215xO

530x  650x 1

6

四〇te: Species of all 田embers  is Hem

Fir

    Species of ply綱  is Lauan

剛性に 及 ぼ す諸因 子の影 響 度 合いは実 大 実 験にお け る そ れ と定性 的な相 似 性が あると見る ことは妥 当性の あ るこ と と 思 わ れ る [付 録

1

)参 照]。

2.

2

  試験 体お よ び試 験 種 類

 

本 研 究で は

連の実 験を行っ て い るが シリ

ズ名 称 は単に実 験 実 施 順に付け たもの で

シリ

ズ名 称 自 身に

(3)

Table 2 NaMng schedu 且e in Prototype

Kember N己iling Fra皿e :

Plate to stud 2

{}N90

E

oomer

stud  to studCNgO

F 3DD剛皿 o

 c

sole

plate to shimCNgO

F 250田 o

 c

叩pe卜 tOP

Plaζe to lα 岡e卜 plateCN90

F 250団旧 o

 c

joist to joist 3

CN90

E Sheathing CN50

F 貽ri毋e乞er 100mm o

 c

interior 200田m o

 c

Underlayment GN50

F     

peri聴 ter l50皿m o

 c

interior 200毋m o

 c

St  l strap total lO

ZN65

E

閥ail and nai 亘ing methGd  : CN 

− −

CXコm皿on 四ir6 nai1

(numder  means nominal  length)

ZN 

− −

Zinc

coated  co皿皿on  wire nail

E

− −

End

nailing

  F

−一

Face

naillng

Table 3 Specjfication of nail       (unit :mm)

ProODtype O隱e

thi飼

皿odelRatio

 

toProtot ンpe na冊e1 飢 9thdia

na皿e1e 皿9thdia

le皿gthdia

c国go

−〒

  路

F,

  63  4

1

 3

3N32

−一

N22   32

−,

  22  1

9

−一

 1

50

36

_

0

35O

46

−一

o

46

 

 

 

C国65

−一

CN50502

8 麟 171

450

340

51

Standard of 口ail : CN 

−−

 JIS A 5551

 N 

 JIS A 5508

      零  

 〇ut of Standard

F

跼 CORNRR  STσD W工T 日 2nl

 

SPACER

_一

ltee

lilll

    〔4695 }

         Fig

2 Detail of specimen

 1n {  }  tor  proLoLype は余り意味が ない こと を お断り して お く

 本 報で は 無 開口耐 力 壁と各 種の面 材 配 置を もつ 交 壁で構 成 され

床 根 太が耐 力壁に直 交 して配 置さ れ てい る場 合 (A お よび

J

シ リ

ズ )につ い て述べ るが

,A

02

     し

STS 一 1543L

 

3DO

300 150 

・ . 凾.齟 e ,r

 l50 O       O 口 o0o o

8o

o

o0

いし

8

卜Ψ

ooo

on

oo 口 o

 

幅 …

レ ○

      畢 ▲ O ξ 孀

 6

  ▲   

  18trnp  O しVDT 「

    vcrti

b

 

dteロlaCemtnt   囗 LVDT   f

    hOrttental

 

dtgpbaeemen

umbOr

 遍

 〔  }

fer pm はyp

Fig

3 Arrangement of  straps and  Linear Variable Differential Transfor皿ers

Table4   Configuration Qf  speci・nen   5aries

 

m囗e 日

11

A

J

Bearlng

    wall 助ra1 】eltQ  loadmg   direcLiQ

AY

YO

JY

YO

r

Cross

   wa !

l

pe叩 end 正cularbo 且oadin 呂   d置recし10n …

・xb

驪 墾

・x・

鬮 圍

・x

鬮 鬮

馴隅

・x・

  團

 

 

[コ

ズは各部の変位測定に

J

シ リ

ズ は合 板のせ ん断 ひずみ測 定にそ れ ぞ れ 重点を置い た もの で あ るe  試験体形状の種 類

,Table

 4にした よ うに 無 開 口耐 力 壁 (水 平 加力軸に平行な壁を呼ぶ)の端に接 す る直 交壁の種類 により

両シ リ

ズ と もに 5種 類に分 類 さ

この 直交壁の形 状は引 張 側 (加 力点に近 い 側)と 圧縮側 (加 力 点か ら遠い側)と もに同じで あ る。  直 交壁の種 類に は 直 交 壁 全 面に合 板を張っ た もの [XO]

部 分 的に張っ た もの [X1

 X2

 

X3

枠組だ けで合 板がない も め [X5 ]の ほ か

直交壁が ない もの [X8 ]が ある。

85

(4)

 

直交壁の合 板

あ る配 置 状 態の試 験 が終 了 後, 次の 配 置 状 態に な る よ う に部 分的に除 去す る方 法を採っ て い る の で

各シ リ

ズの試 験 体枠組 は 1個であ る。 な お

各 試 験 種 類 を 通じ, 合板を除去され た部分のたて枠は そ の ま まの位 置に存 在して いる。  鉛 直 荷 重は等分布で

そ の 大き さ は総 和で 0

2 OOO kgf 模 型実 床 面 積 換 算

O〜

890 kgfm2

耐 力壁 長さ 換 算で O

670 kgfm の範 囲であ る。  試 験 種 類の呼 称は 次のの よ うにめ た。 AY

YO

− XO −

1500        鉛直荷重の大き さ (kgf)

  

直 交壁 :直交壁の状 態 (O

8 ) 耐 力 壁 :根太と の関 係 (

X

:平 行

Y  直 交 ) シリ

ズ名 (本報では

A ,

J

)と加 力 方 向 (X

 Y §

3.

試 験 方 法 (

1

) 試 験 装 置  試験 装 置の概 賂は Fig

4に示し た よ うに 試 験 体を 布 基 礎 相 当 形 鋼に 4mm ボル トを用い て取 付け, 反 力フ レ

ム に取付け た水平 加 力 用 並びに鉛 直 加 力 用 オ イル ジャ ッキで加 力す る方法に よっ た

検 力に はロ

ドセ ル (水平 用 :

1

 tf

鉛 直 用 容 量 5tf)を用 。  水 平 加 力に当たっ て は

床 組に木 製 加 力 桁 (8cm 角 ) を取 付け

プレ

トを介し て集 中 荷 重 を 加え る方 法で 行っ た が

これ は床 組の面 内せん 断 剛性の影 響について は考え ない ことを意 味 する。  鉛直等分布載 荷に当たっ て は

360mm 角の 9mm 厚 合板を合 計i6枚 床 組上に敷 き詰め, 各 合 板1枚 当た り 4点の中荷重を加え る ように 6段の木 製 直 交 重ね梁 (総 重 量 :約 35kgf )を使用 し

最上段の梁 中央 部に集 中 荷 重 を 加え る方 法に よっ た

その場合, 鉛直荷重が常 時

定 と なるよ うに定 圧 油 圧 ポンを使 用し た

 ま た

鉛 直 加 力 用ジャ ッキと載 荷 用 梁との間に は鋼 鉄 製 プレ

トとロ

ラを配 置し

摩 擦による水 平 方 向 反 力  

zLdSnifOrrp

]Pt tiiSLetbvLed       幽din

em

 「

or

   d

 

:  LVDT

Fig

4 Schematic diagram of test set

up

一 86 一

が大き く ならないよ うに留 意し たの で

摩 擦に よる水 平 方 向 反 力は無 視し た [付 録

2

)参 照]。 (2) 加 力 履 歴 と 最 大 加 力 荷 重   加力は

方 向単調加 力と し た。 実験はせ ん断 剛性に注 目 し た もので あ り, 直交 壁の状 態 を 変 化さ せ て ゆ く方 法 を採っ てい る の で

水平加 力は見掛けの せん 断 ひ ずみ 1/300 rad

以 内 (比 例 限 度 荷 重 以 下 ) をめ どと して行っ た (実 験 手 順の関 係から

部にそれを 超える場 合があっ た)

 結 果に及ぼす 繰 返し加 力の影 響を考 慮し て

試 験 種 類につ いては各 鉛 直載 荷 段 階につ いて水 平 加 力 を最 低 2回行うことと し た

な お

繰 返し荷 重の結果に及 ぼ す 影 響につ い て確 認実験 を行っ た が 大き な影響は認 め ら れなか っ [付 録3)参 照]

  鉛 直 荷 重と水 平 荷 重の加 力順 序は

最初に鉛直荷 重を 所 定の大き さ まで加えた後, そ の状 態に対し て水平荷 重 を加え る手 順と し た。  こ こで

本実験に お け る荷 重の大き さの意 味につ い て 述べてお く

定 性 的な影響 を 調べ ことに主 眼 を おい た 本 実 験にお け る水 平 荷 重の大き さ は, 耐力壁に見掛け の せ ん断 変 形1/300 rad

を 生じさせ る程 度の荷 重とい う 意 味で と らえ て お り

必 ずしも実 大 壁 体に対 応させ た も の で はないe 同 様に, 鉛 直荷 重につ いても総 計

O− 2

 

OOO

kgf

程 度 を加えた場 合の影 響 を 調べ ことに し てはい る が

こ れ も必ずしも実 大 壁に対 応させ た もの で はない

し たがっ て, 本 研 究で採 用し た鉛 直 荷 重の大き さを強い て意 味 付け れば, 耐 力 壁に特 定のせ ん断変形を生じ さ せ る水 平 荷 重の何 倍か の鉛 直 荷 重が作 用 してい る 場 合の性 状 をと らえ る観 点であると言え よ う

(3) 変 位 測 定 [

Fig.

3および

Fig.

4参 照]

  変 位測定に は電 気 式変位 計 (Lineaf Variable Dif

ferential

 

Transfomer

:ス トロ

ク25 mm ま た は50 mm 精 度

1

500

ま た は

1

200

 mm )をいた。 

A

シ リ

ズの測 定 位 置は 水平変 位につ いて は各 耐 力 壁の央部 付 近で上枠と下枠各 1ヵ所 を, 鉛直変位につ い て は耐力 壁

直 交 壁の合 板 継 目の位 置の た て枠 (す な わ ち

無 開 口壁の場 合 たて枠1本おき )すべ を 測 定す るこ と を原 則と した の で 測 定 点 数は水平

鉛 直各 方向 合計 28 点 である

J

シ リ

ズの場合に は合板の ひずみ分布を測定 する ことに主 眼 をおいたの で, 鉛 直方 向の変位 測 定は耐 力壁

直交壁のの た て枠につ い てだ け行っ た。  なお, 変 位 計等の ゼロ調 整は鉛直荷重 を加え た後に 行っ た の で

測 定し た各 点の変 位

変 形に は鉛 直荷 重に よる沈み等の影 響は含まれ て いず

し たがっ て 測 定は 所定の鉛直荷重に お け る水 平 荷 重によ る変 位

変 形だ け につ い て行っ たこ と に な る。 (4 ) 合 板のせ ん 断 ひずみ 測定  

J

シ リ

ズにつ い て は,

Fig.

5

に示す よ う に

水平 加

(5)

Defi「画tiDn  l

  Shearing   strain   of pLア wOod   ∈ [8   cahcuLated

  wiLh

 

6 and  E3

 

by

 

followlng

 

equation

 ∈

e广 61

  Fig

5 Arrangement of  w孟re  stπain gauges

力 軸の片 側合 板

11

せ ん断ひずみ を測 定す る た めの

2

軸ワイ ヤ

ス トレインゲ

ジ を各合板中央位置に 貼付し

1ゲ

・3

ワイ ヤ

法に よ り測 定し た

§

4

、 試験 結 果  測 定値に基づ いて

見掛けのせ ん断ひずみ〔r

回 転 角 (θ)

真の せ ん断ひずみ (r。:厳 密に言え ば曲げ変形 が含ま れ る)

回 転角比 (θ.)

中立点比 (xD の諸量 を, 次の (1 )

(5 )の各式を用い て求め た (

Fig.

6 参照)。

  見 掛 けのせん断ひずみ r (Apparent Shear 

Strain

 

  

1

・ad

…・

……・

……・

(・   回転角

θ(

Rotatign

 

Angle

) δκ1  

Ph

− ■レ        δ 十 δ

L

+ γ1 δレ δ万2

Fig

6

Measurement points of displacements

1

2

1k

 

i   o       o   

500    1000    1500    2伽       VerrLea1[o己d( 臨r}

Fig

7

 Relation between Apparent  shear

     strain  and  vertica 且 load fQr

     A

series I    l    l 膨κn 

xz  ムXJ Oκ5 

渥II

1

 

 

、1、

r

 

 

 

 

 

Ph

60曜

 

 

 

… .

7〒

 

L

 

 

 

−■

1

一層

 

 

 

 

 

r,

_

 

 

 

(・ad

………・

一 ・

…一 …

(・〉   真のせ ん 断ひずみ r。 (

Acturat

 

Shear

 

Strain

   ro

r

θ  (rad

 

一・

 (3)

  回転角比 θ,(

RotatiQn

 

Angle

 

Ratio

   

er_

_.

__.

…_.

………・

…・

…・

…・

…・

(4 )

      7

  中立 点比 xn (

Neutral

 

P

int

 

Ratio

 

 

 

x.一

……・

……

……・

…・

……

t

−一

)  ここに   δm

δ腱

:壁 頭

壁 脚それ ぞ れの水 平 方 向変位   δn

δn :両 外 端た て枠それぞ れ の鉛直方 向変位        

h

:壁 頭

壁 脚の変 位 計 間の鉛 直距 離      

1

:両 外 端たて 枠の変 位 計 間の水平 距 離  以 上の う ち

回 転角比 θr は見掛けの せん断ひずみ r に 占 め る 壁体の 回 転角 θ の量 を表すパ ラ メ

この値が大きい ほどr に含ま れ る θ の割合が大きい こ とを表す

ま た

中 立 点 比 Xn の値は壁の圧 縮 側 脚 部の 鉛 直 変位量と引張側 脚 部の そ れ と の関 係を表す パ ラ メ

中 立 点 比Xn の値 が0

5

以 上の場 合に は引 張 側 脚 部の変 形 よ りも圧 縮 側 脚 部の変 形の大 きい こと を意 味 する と同 時に

壁 体の回 転 時に お ける回転 中 心が見掛け 上 圧 縮 側 外 端か ら測っ て どの位 置にある かを 示 す もの で も ある。  

Fig,

7

− Fig.

11に は

  A シ リ

ズの水 平 荷 重 (P∂600

kgf

時の 見 掛けの せん断ひずみ

鉛 直 荷 重 (

Pv

)関 係

回 転 角

鉛 直 荷 重 関係

真の せ ん断ひずみ

鉛 直 荷重関 係

回転 角 比

鉛 直 荷 重 関 係

中 立 点 比

鉛 直 荷重関 係 がそれ ぞ れ示 して ある。 また

Fig

12に は

A

シ リ

ズ のたて枠の鉛 直変 位 状 態を例 示してあ る。  な お, 試 験 体は水 平 加 力 軸 を含む鉛 直面に関して対 称 であ るの で, 図示した結果は対称点ま たは対称面に関す る平均 値 を用いた もの であるら ま た, 同

試 験 種 類 いて 2回 以 上の試

を行っ てい るが

実 験 結 果とし て採 用 した の はすべ て第 2回目の結 果である

 

L 暑。 蕊       0      500     1000     t5eo     2000       Ver匸ica口0国己【 L‘r〕  Fig

8 Relation between Rotatioロ        angle  and  vertiCal  10ad

i     

l     I xo

κ

z

κ

3 

κ

5 

 

 

、.

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

Ph

600U

回 

こ マ

 

 一一一

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

−幽

F一

 

Oo

O

 

髷 昜  

ヨ 帽

        o   

50e    looo

   15eo   2eoo       Verしic己目Otd匸 」

r}

Fig

 g Re[ation

 between Actual shear  strain

     and  vertical 

load

正δr A

series

(6)

了5 愚o

5

’ ta  1

t5   o

      0    510   且ooo   t5eo    looo

       fertical]osi[ Ltt )

Fig

10 Re}at正on between Rotatien angle       ratio and vertica !1oad {or       A

se「ies 2 宕 5     O

o

コ 冨 = 呂

  診 コ

oo

 

O

o

κn 

x1 

翼宕 ox5 

0x

巳 Ph

600瞳

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 ,

.■

L、

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

噌一

 

 

 

r

 

 

 

 

辱」

_

1.

AY

YO 【 図 ε 寄

呂 窩

O

罵 菖 器

  0       0      500     田        150D     言ooe        亨巳rtiea目oal 〔 」ユリ

Fig

11 Relation between Neutral Point

      ratiQ aRd ve【tical load for

     

A.

series

gxo

 

xz 

 

κ

5  

κ

P』

600ば

A「

  

一鬘

 

F.

 

 

_

−瞬

 

 

一一

 

1’

  o 

l

  Pl

60 咽

L .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

L.

ゆxo 

κz 

x3  ◇κ5  曜x8 → AY

YO P

L500け 1 2l   Ph

60曜 1

t i 0

o

 

κ

z  

κ

3   gx5  

κ

Fig

12 Vertical move 皿ent Qf studs fer A

serles o 0 §5

試験結果の考察  本 実験は比 例 限 度 内の性状に注 目 してお り, 荷重と 各 部の形との係に は ほ ぼ 1次 比 例の関 係が あ る と考え ら れ る。 し た がっ て

以 下で は特 定の水 平 荷 重 〔P.〉が 600kgf 時の結 果に基づい て考 察を進める こと とする。 5

1 た て枠の鉛 直 変位と壁 脚の回転 (1 ) たて枠の鉛 直変位  

Fig.

12

 

A

シ リ

ズの 鉛直荷重が

o

ま た は

1500

kgf載 荷さ れ た場 合の た て枠の鉛 直態 を示し て いる が

同 図よ り

耐力壁たての鉛直変位は

鉛直荷 重の大きさ にかか わ らず水平方向に直線 的に変化して お り

耐 力 壁 脚 部は 1枚の壁 と して回 転 するよ う な動 き を する こと が看 取 され る。 こ の こと は, こ の耐 力 壁に§4

で定 義し た回転 角を適 用す る ことの妥 当性を裏 付け て い る。  次に

直交 壁の た て枠の動きにつ いて み る と, 直交壁 の 面材が耐 力 壁に接 して張ら れて い る場 合 [

XO ,

 

X2 ,

X3

]に は引 張 側 (加 力 点に近い側 ) 直 交 壁の た て枠の 浮 上り量はほぼ等しい が

面 材のない場 合 [

X5

]に は 耐 力 壁に接 する直 交壁たて枠の浮上り量 が大き く な る傾 向がみ られる。 こ の傾 向は

鉛 直 荷重 が ない場 合に著 し いが

鉛 直 荷 重が大き く な るにつ れて その差は小さ く な 3 e 2 T o     e    弸    1勘     1鵬               VerLical ioad〔 L

r

Fig

13 Relation between a (ratio  of       rotation and  veTtical load       for A

series

I

    l1     1

馳 .

o κo 

xzo κ5  0x5

κ8

Ph

500頃

r、

 

1、

7、

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

曁.

 

 

1L

 

 

 

 .

τ

噛;

r =こ る

こ れに対し, 圧 縮 側 直交 壁た て枠の沈み 量 は

鉛直 荷重の大き さ

面 材 配 置にかかわ らず耐 力 壁に近い たて 枠ほど 大き く

離れ るに従っ て直線的に小さ く な る傾 向 がみ られ

直 交 壁た て鉛 直方向変位状態は引張 側 と 圧 縮 側とで は その向 が異な ることが わ か る

(2} 中立 点 比

 Fig.

11

の 中 立 点 比

鉛 直 荷 重 関 係から

xo

] 直交 壁の場合に は鉛 直 荷 重に か か わ ら ず ほぼ 0

45の値を と ること, その他の場 合は鉛 直 荷 重が増え るに従っ て 中立 点 比の値が増 加 する傾 向が あ る。 し か し

いずれの場合 につ い て も, 中立 点の値t

S

 O

 5

この こ と は

壁の回転は壁 脚の沈み量 よ り も浮き上が り量に影 響を受 け ること, 鉛 直荷 重

直 交 壁存 在壁 脚が り 防止に対し効 果が ある こと を示唆し て いる

3

) 回 転角

 Fig,

13は xo 〕直 交 壁 〔全 面に合 板を張っ た も の)

で鉛 直 荷 重の な い場 合 (

AY −YO −XO −O

)の 回転 角に対 す る各 試 験 体の そ れの 比 (a)を 図示 し た もの で ある

Fig.

9お よ び

Fig.

13

か ら, 次の ことが言え よ う。  面材の あ る直 交 壁の場 合 [XO

 X2

 X3]には

回転 角は直荷重の大きさ に 1次 比 例し て小さ く な る と見て 良いが, その影 響は小さく

また

3

者の傾 向に大き な 違い は見 られ ない

また

面 材の ない直 交 壁 [

X5

]の 場 合に は回 転 角の値は大き いが, 全 体の傾 向は直 交壁に 面 材の ある場 合に類 似して い る。 こ れ に対し

直 交 壁の ない

X8

につ いて は 鉛 直 荷 重のない場 合には回 転 角の直交壁の ある場合の 3

3

5 倍程度大きい

し か し, 鉛直荷重が載荷さ れ る と 回転 角は減少す る傾 向が み られ る

その 場 合, 鉛直荷 重がO

1 eOO 

kgf

の範 囲で は そ の大き さに比 例し て急 激に小さく な る傾 向が ある が

鉛 直 荷 重が1 ooo kgf以 上に なると その減 少 率は さ く な る。  回転角の 大 き さ を

面 材の あ る直 交壁の場合 と直交 壁 の な い場合とで単純に比較すると 直交壁の効果は鉛 直 荷 重2000kgf に相 当す る といえ る

  以 上の ことをま と め る と

回転 角は直 交 壁が ある場 合 に小さ く, また, 鉛 直荷 重の効 果は直 交壁の ある場 合に

88

(7)

は小 さい とい え る。 5

2 せん断 剛 性に及ぼ す直 交 壁

    鉛 直 荷 重の影 響 (1 > 見 掛けのせ ん断 剛 性

 

Fig

7の見 掛けの せん断ひ

鉛 直荷 重 関 係から, 直 交 壁の枠組

面 材のない方が見 掛 けのせ ん断 剛 性 が小さい傾向が ある こと がわ か る

次に

鉛 直 荷 重の影 響につ い て み る と, 鉛直荷重が増 大 すれ ば見 掛け の 剛 性は増 大するが

影響 度 合い は       Fig

14 交壁のない 場合を除けばそ れ ほ ど大 き く な く, 直交壁の ある場合に は鉛 直 荷 重の効 果は小さいこと を示唆し て い る

(2 )

真のせん断 剛性  

Fig.

8

の真の せ ん断ひずみ

鉛 直 荷 重 関 係か ら 真の せん断 剛 性は直 交壁の ある方が大きいが

その影 響 度合いは小さい こと が わ か る

鉛 直 荷 重の影 響につ い て は 直 交壁の な

い場 合を除い て

真のせ ん断 剛 性は

鉛直荷重の大き さ にかか わ らず

そ れ ぞ れ ほ ぽ

定の値と なっ て いる。

     

Fig

14 (3 )回 転角比

 Fig.

10の 回転角 比

鉛 直荷重 関 係か ら

t 回転角比の値は 鉛直荷 重が増えるに 従っ て低下 し, その度合いは直交壁のない場合に最も著しく直 交 壁 の面 材 が 増え るに従っ て小さ く な ることが わか る

こ の こ と は

回転 角 比が見 掛けの せ ん断ひずみ (回転 角と真 の せ ん断ひずみ の和 )に対する回 転 角と定 義さ れ て お り

前 述し た回転 角お よび真のせん 断ひずみ に対 する鉛 直 荷 重の影 響度 合い を考え れ ば 当 然の こと と言えよ う

な お

t

本試 験体ので の回転 角比の

0.

5以 下で あっ た

5.

3

  立 体 壁の せ ん断 力分 布につ いて   前 節に おいて真の せん断剛 性 は直交 壁

鉛直 荷 重の影 響を受け る こ とを指 摘し た が 本 節で は こ の こ と につ い て

壁 体の せん断 力 分 布の観 点か ら検 証す る

(1) せん断ひずみ度 分 布  試 験 方 法の項で述べ た よ う

,J

シ リ

ズ につ い て は

合 板の せん断ひずみ度 を測 定す る た め に

2

軸ワイヤ

ス トレインゲ

ジが取 付けてあるが

この測 定 値に基づ き

次 式に より合 板の せ ん断ひずみ度 (Et)を計 算す る

   

ε、

1

εち一 ・ 、

1

…・

…・

…・

…・

…・

…・

…・

…・

…・

(6)  こ こに

εt :各 合 板の せ ん断ひずみ度 (μ〉      εt

1,師 :2軸ワイヤ

ス ト

レインゲ

ジの各 軸の            測定ひずみ度  

Fig.14

(a

eに は

直交壁種類ご とに水 平 荷 重 10e

5 o

51

o Lea

5 o

51

o

Distribution of shearing  strain of plywood at p

西

60D kgf for 

J−

series (cont】nue ) 1005 o

5 Leo

5 晒 駈 幽

1

  1

0      1

n

Distribution of   shearing  strain Qf p且ywQod  at ph

600kgf for 

J・

series 1囗 o

5 o

5Lo

1

(P,)600kgf を加えた場 合の せん断ひず み度 分 布が耐 力 壁 中 央 部の合 板の ひずみ (E、}を1 とし た比 率で示 してあ る。   ま た

同 図に は 曲 げ 理 論に よ る 矩 計 断面の せ ん断応力 分布お よ び薄肉口 型断面が断 面心 に せん断力 を受け た 場合の せ ん断応力分布 (以下では 「

肉断 面の分布」と 呼ぶ)が

断面の最大 せ ん断応 力 を 1と して併せて描い てあ る。 同 図よ り次の こと が言え よ う。   直交壁 前面に合 板 を 張っ た [

XO

]の場合

耐 力 壁

直交 壁の合 板に せ ん 断ひずみ が生 , その 分布形状は薄 肉 断 面の そ れ と酷 似し て い る が 直交 壁につ い て は理論 よ り求め られ る せん断 ひ ずみ より小さ い

ま た

[XO] の

鉛 直荷 重が増 大する に従っ て

部の ひずみが相 対 的に低 下 す る傾 向が み ら れ る

次に

直 交壁 面材が減 少 し た[

X1

X3

]は, 基 本 的に [

XO

と同様で は あ る が

わずか な が ら矩 形 断 面の ひずみ度分布に近づ く 傾 向がみ ら れ る

直 交 壁 枠 組だ けの

X5

の場合には

さ ら に, 矩 形 断面の それ に近づ く傾向が み られ る

し か しな が ら

直交壁の ない

X8

の場 合に は

薄肉

矩 計 断 面いつ れ と も異なっ た傾向を示してお りt ま た

分 布 形 状が水平 力に直交す る軸に関して対称で な く

圧縮 側の方がひずみが大きい傾 向が み ら れ る。

89

(8)

 次に 5枚の耐 力 壁 合 板の せ ん断ひずみを 比較す る と

直 交壁 種 類

鉛 直 荷 重の大 きさに か かわ らず 耐 力壁 中 央に配 置さ れ た合板の せ ん断ひずみ度が最も大きい こ と が わ か る。試 験 体 種 類ご とに,最も大きい ひずみ度 (中

央 部の合 板 )に対 する最 も小さい ひずみ度の比は

,X8

の場 合0

55倍

X5 の場 合0

6倍

  XO

・X1 ・X3

の場 合 約0

7倍であり

直 交 壁の な い場 合に両 者の差が大き い。 ま た

試 験 体 種 類ご との耐 力壁 合 板 5枚の平均せ ん 断ひずみ度に対す る最 大お よ び最 小ひずみ度の比は

そ れ ぞ れ 1

15

,0.

8程 度で あ る。 (

2

) 合板の せ ん断ひずみ度分布と壁 体の変 形との関 係   ここ で は, 合板の測 定ひずみ度と壁体全 体の変 形との 関係をひずみエ ネル ギ

法を 用い て調べ るこ とにする  [Fig

15参 照]

 

般に

せ ん断 力により微 小 距

nt

 

dy

な る両断面に え ら れ るエ ルギ

dU は次式で表され る

  

 

・・

de

・’

A

……・

一 …………・

(・ こ こに

, G

 せ ん断弾性 係数       ds ド ・

{a } 厂 ゆ (

劭 } β (

b

) 一 一 娠  磁 

τ弖  τを  話 レ

     

1

   

・ 馗 F

f

P髭

1

τ3      恥 f ;山iα監nes8 鈎 ⇒ ゆ ゆ 一 → η 吻 馳 看 腐 lC }

Fig

15 Assumption on  dist【ibution of   shearing  stress

90

         τ :せん 断 応 力度        

dA

:断 面 積  こ の エ ル ギ

こ の断面にくせん断 力F が断 面の微 小 長 さ

dy

に生じ た せ ん断変形

d

δ と に よっ て な す弾 性 仕 事 (1/2

F ・

d

δ}にしいはずである か ら

   

F

216

 ・・ 

f

,  rZ

dA ・

…・

…・

…・

(・) が成 立する

こ れよ り

次の関係を得る

   

£

1

・ ・

dA ………・

…・

………・

(・)  以上が材料力 学の教え るとこ ろ で あ る が (例えば且9 り

い ま

,Fig.

15〔

b

)の よ う な 片 持 ち支 持 された部 材に外 力が作 用し て, 同 図 (c)の よ うな せ ん断 応 力 分 布と なっ た場 合に も(9)式は成 立す るはずである。 この状 態に (9 ) 式 を適 用す る と, 次の よ う に書くこ と がで き る。

   

f

1

t

f

54

・言

………

(・・)   こ こ に

F :せ ん断 力          

G

:せ ん断弾 性 係 数         α :単位幅      

t

:厚さ  こ こ で

片 持 支 持の条 件よ り, 左辺の値は y軸 方 向 に

p

い て

定 値を とる の で こ れを r。 とお く と, r。は 部材のせ ん断 変 形 角 を意 味し

次の よ うに表すことがで き る

   

1

………・

…・

……・

(・

1

)  また

F を

定 値凡 に と り,rt

=G ・

ε‘と すれ ば,(11 ) 式は次の よ うに表 現 され る。

   

r・一 α

G

1

……・

…・

………一 ・

(12)  上 式は

部 材のせ ん断変形角 r。は各部のせ ん断ひず み度の

2

の総 和 (Σε

1

}に比例するこ とを 意 昧し てい る

 こ こ で

上述の考え方を本 実 験に適 用し て み る

 す な わ ち, 合 板 釘打ち張 り壁 を厚さ tの断 面 を もつ 壁に置 換し て, せ ん断弾性係数

G

を実験で求め ら れ た 合 板の せ ん断ひずみ度 (ε‘}に対 応さ せ た等価 せ ん 断弾 性 係 数

GD

とする。 こ の こ とは

各 部分の せ ん断 応 力 度 (切 と合 板のせ ん断ひずみ度 (ε‘)との間に τ‘

=G

ε、の関 係が成 立す る と仮定する こ と を意 味す る。 ま た

こ の場 合の等 価せ ん断弾性 係数

G

。の値は

合 板

枠 材

釘に よ り構 成さ れ る合板釘打ち張り耐力 壁のせ ん断 性 能を す べ て含 んでい るもの と してと ら え ることにな る。 この考 え方によ れば, 実験で得 られ たFig

14の合 板のせ ん断 ひずみ度 分布は, 建物全体と しての せ ん断 応 力 分布を表 して いることにもなる。  上 述の考え方によ れ ば, 水平力 を受け る建物 (耐 力壁) の せ ん断 変 形 角 (ひずみ )r。は各 合 板の せ ん断ひずみ

(9)

Table5  Comparison Qf ActuaL

Shear

Strain between experi

       皿ent and  calculationExper

正田entCalcul 肌ion τypeVertic 己1 1 ofcmssload

    l

γ。D  l (a)       IRaLio  of

   

l (b )2

Ratio of 魁 〔a) wau (k区f) 〔x10

rad

)1・γ・ G γ 0 XO0 躙    

i

  且 1L X1o2

46   1  L

03Lo 且 0

98 X3o2

   幽

5g  l LO9 1

050

95 X5o2

57   1  1

081

05o

田 X8o2

   1

58   : 

1

08 L

06O

98 XOo2

   

38  ;1    1 11 5002

   

26   

1  O

95

    O

93o

98 10002

u   l  o

89o

88o

99 且5002

06   1  0

87O

82O

95 20002

   嚠

07   1  0

87 O

82

O

95 X 且 o 乳

   唱

46  1  L 且 1 5002

27   :  0

92o

9Q0

97 ユOOO2

n   3  0

85o

820

96 15002

   

。7  : 。

斟 1 O

82o

田 X3oa59  

1

  1 L 且 5002

34   1  0

90o

911

01 10002

lg  l  o

85o

861

02 15002

   脚

13  1  0

82 O

B1o

99 20002

   幽

06   

  O

80 0

78o

98 X5o       :2

57  

1

    夏 11 5002

35   :  0

91D

91L

00 10002

   1

1g  l o

85 0

88L

04 15002

   1

17    1  0

84 0

82D

98 X8oZ58  

i

  1 11 5002

   

41  11  0

93 0

98 且

04 100D2

   亅

30   

  D

89 0

931

04 15002

且7   1  0

840

87LO4 20002

   

田    :  0

83 1 o

841

01 Note

D

 

70  :Actual

Shear

Strain

Dbserved  by experi ロenし

2)

 

γo  

 Actusl

ShearrStrain 聞 ユcu且ated  by

図u &tion 〔L2)

       Ratio of 

γD 正s der正ved frem ratio  of [Eε

2 ] 

度の 2乗の総 和 (Σε

i

)に 比例す ることになる が, こ の考 え方の妥 当 性を実験結果に基 づい て検 討し て み よう

 以 下で は

水 平荷重

Pit

600

 

kgf

時の ひずみ測 定 値 を 基に r。を計 算す る が, こ の場合, 実験で はすべ て の合 板の ひずみ を 測っ てい ないので, τe

τ11 を 除い て せん断 応 力は加 力 軸に関して対 称 (すな わ ち

rt

τ

1

)とい う 仮 定を設ける

また 計 算で求め る せ

ん 断変形 角 (。r。) は等 価せ ん断 弾 性 係 数

G

。 を

ん だ もの と な るが , こ こ で は G。の値 自 身は余り意 味を持た ない

し たがっ て

耐 力 壁の せ ん断 変 形 角が各 合 板の せん断ひずみ度の 2乗 の総 和 (Σε

D

に比 例す ること を確かめる ために, 以 下で は総 和 (Σε

i

)の 比の値に よ り考 察 を進める

また

実 験

で計 測された変 位に よ り求め た真のせ ん断ひずみ (

r。) に は厳 密に言え ば曲げ変形 も含ま れている が 試 験体 の場 合に は高さに比べ水 平 長さ が大きいので

曲 げ変形 は せ ん断 変 形に比べ て無 視でき る ほ ど 小 さい もの と 仮定 する。   Tabel 

5

に は

鉛直荷重のない (

Okgf

)場 合につ い て の [

XO

] 直交 壁の結果 を 1と し た各 直交 壁 形 状の結 果 の 比, な ら びに, 各 試 験 体 形 状ご とに鉛直 荷重の ない (

Okgf

)場 合の結 果 を1と

し た各 鉛直荷重 段階の結果 の比が

変 位 計の測 定 値に基づ い て求め た真の せ ん断ひ ずみ(,r。)の値および その比と ともに示し て あ る。

 

同表よ り, 変 位 計によ り測 定さ れた真のせ ん断ひずみ 〔。r。)の傾向 [同 表 中 (a)参

]と

合 板の測 定ひ ずみ にづ い て計 算され た真のせ ん断ひずみ (c

r。)の傾向 [同 表 中 (

b

)参照ユと が

良く

致 して い ること [同 表 中 (

b

)/(a参 照, すべ ての場 合に ±5%以内の精度で

致]が 読み取れ る。 このこ と は上 述の考え方の妥 当 性 を 裏 付ける もの であり

ま た

耐 力壁の脚 部の回転 量 を 除 い た真のせ ん断ひみ (変形角 )が交 壁

鉛 直 荷 重の 影 響 を受 けること, な らびに, それ が耐 力壁

直 交 壁の 合 板の ひずみ分布に密 接に関 係し ていること を別の観 点か ら実 証 するもの で あ る

§

6.

ま とめ  床 根 太が直交 して配 置され た無 開ロ耐 力 壁と各 種の面 材 配 置を もつ 直交壁で構 成さ れ た立 体 壁 を対 象と して

鉛直等分布 載荷 状 態に水 平 加 力を行っ た本 実 験の結 果を ま と め る と, 次の よ うに な ろう。 (

1

) たて枠の鉛 直変 位と壁 脚の 回 転   水 平 長 さ5P 程 度の無 開ロ耐 力壁は

直 交 壁の 面 材配置

鉛 直 荷 重の大き さ

にか か わ らず

,1

枚の壁と し

1

て 回転するよ うな挙 動を示す

  直 交 壁たて枠の鉛

方 向 変

の傾 向は

直交 壁の面 材 配 置

鉛 直荷 重の大 き さに か か わ らず

引 張 側と 圧縮 側 とで は その傾 向が異なる

  耐 力壁の回 転は壁 脚の沈み 量 よ り も浮き上が り量に 影 響 を受け, 直 交 壁

鉛 直 荷 重の存 在は壁 脚の浮き上が り防 止に対し大 き な効 果がある。   耐 力壁の回 転は直 交 壁が ない場 合に大き く

鉛 直荷 重がな い場 合に は直 交壁の あ る 場 合の 3

3

5倍 程 度で あ る。 耐 力 壁の回 転は鉛 直 荷 重の大き さに比 例して小さ く な る が

その影 響度合い は直交 壁の ない場 合に大き く 直 交 壁のある場合に は小さい

(2 )せ ん断 剛 性に及ぼす直交 壁

鉛 直荷重の影響   見 掛けの せ ん断 剛 性は

直交 壁の枠 組

面材が あ る と増 大 する

また

鉛 直 荷重が増 大す れば見 掛けの剛 性 は増 大するが

そ の効 果は直交壁の あ る 場 合 に は それ ど大き く ない。    真の せ ん断 剛性は

直交 壁の枠 組

面材が あ る と増 大するが 見 掛 けの剛 性の場 合と比べ る と その影 響度 合 い は低い

また, その値は

直 交 壁のある場 合には鉛直

荷 重の大き さ は影 響さ れ な い

  回 転 角 比は

鉛 直 荷 重が増え るに従っ て低 下 する

減 少 度 合いは直 交壁の ない場 合に最も著し く直交壁に張 る面 材が増える に従 pさ く な る

回転 角 比の値は

本 実 験の 範 囲で は, 直交 壁な ら びに鉛 直 荷 重の有 無にか か わ らず

0.

5

以下である

91

Table   l   Materials  anCl   specification   of   specimen                               ( unit :皿皿 )
Table   2   NaMng   schedu 且 e   in   Prototype Kember N 己 iling Fra 皿e :

参照

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