山形鋼筋かい端接合部に対する乾式補強法 : その4 有限要素法による検討

山形鋼筋かい端接合部に対する乾式補強法 その4 有限要素法による検討 山形鋼 突出脚 保有耐力接合 高力ボ、ルト摩擦接合 筋かい 1.はじめに 本報(その 4) では、有限要素法を用いた数値解析を 行い、前報の載荷実験で実施していない実験変数を補完 するとともに、提案する評価式の検証を行う。

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数値解析概要 因lに解析モデ、ルとモデル名称を示す。解析コードは、 ABAQUS6.14を用いる。解析で使用した要素はソリッド 要素として、各部材聞の相互作用は接触を考慮、し、初期 導 入 ボ ル ト 張 力 と し て 標 準 ボ ル ト 張 力 導 入 し て 、 Pre -t巴nSlon機能で入力している。載荷方法は、 一軸方向の単 調載荷として強制変位を与えている。境界条件は下部ガ セットの端部を固定し、上部ガセットは強制変形方向以 外の方向を拘束している。主のパラメータは、第一既 存 ボ、ルト芯位置から第一連結ボ、ルト芯位置の長さ X とする。 なお、載荷実験で実施していない解析モデ、ル は 、 既 存 ボ ルトを固定したまま連結ボルトを移動させて長さ X を与 えている。 解析で使用したすべり係数を表

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に示す。

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期、皿期の 載荷実験結果との適応により、山形鋼とガセットに接す る面のすべり係数を対応させている。摩 擦 は ク ー ロ ン 摩 擦として、接触する面どうしにすべり係数を入力する。 図2に解析で使用した山形鋼の真応力度対数ひずみ度関 係 を 示 す。解析で使用する材料は、載荷実験で使用した 部材の材料試験結果を真応力 対 数 ひ ず み の 置 換 し 、 多 直線近似したものを用いている。塑性域における構成則 は、vonMisesの降伏条件、等方硬化則に基づく。

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数値解析結果 図4に解析結果の一例として、補強なしと補強ありの載 荷実験結果と解析結果との対応を示す。図*に点線は載 荷実験結果を示し、実線は解析結果を示している。解 析 結果は、実験結果よりも同一変位において、荷重が低い ものの、良い対応を示している。 図4にミゼス応力の進展状況を示す。右縦軸は荷重を示 し、左横軸はミゼス応力度を示している。3つの図は、 左から右へ長さ Xを長くしている。図中の“A"は、連結 ボルト近傍の L形鋼端辺の要素 A のミゼス応力を示し、 “B" は、既存ボ、ルト近傍の L形鋼端辺の要素 Bのミゼス 応力を示している。またV印は、連結ボ、ルトのすべり発 正会員 同 同

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石 崎 紳 悟*1 鈴 木 壮*2 吉 敷 祥一円 同 梶 間 夏 美 叫 同 薩 川 恵一円

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true(N/mJff} 600 500 9・ 400 300 200 ー_ m鋼{σ刷.:553.186kNJ 100 - -，期【σ加・541.033kN) ヤ ン グ .:205000凶 n l r t 3 0 5 2 0 2 A υ 5 l n u I A υ 5 A U o o n υ 図2 真 応 力 度 対 数 ひ ず み 度 関 係 p(凶) 350 300 250 100 50 _{一一一解 析 結 果} ・実験 結 果 10 15 20 25 i i(rrun)

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5 図3 荷重変位関係

Seisrr山 RetrofitAngle Brace Connections by using High Stren併1 Shingo ISHIZA阻*1 Soh SUZU阻*2， Syoichi阻SHI阻*3

Bolt Natsumi KAZlMA*4， KeiichiSATSUKAWAが

Part4: Analysis result

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生点を示している。II75ふ30は、第一既存ボルトのすべ り発生直後より、要素Bの応力が大きく上昇しており、 引 張強さに相当する応力度(以降.最大応力度)に達して いるのがわかる。つまり突出脚側面の応力負担が少ない ことを示している。II75-3-90は、 II75-3-30に比して要素 Bの応力度上昇度合いが少ないものの、連結ボルトのすべ り発生直後に要素Aの応力度が上昇している。要素A、要 素Bがほぼ同時に最大応力度に到達することから、 L形鋼 の全断面で引張軸力を負担していることがわかる。III75 -3-120は、要素Aが先に最大応力度に到達しており、連結 ボ、ルト付近による要素Bの応力度の進展が緩やかであるこ とから、第一既存ボ、ルトよりも前方に破断位置があるこ とを示している。

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有効破断耐力式の検証 表3に解析結果と実験結果の破断パターンの対応を示す。 解析での破断パターンは、要素 A と要素 B のいずれか一 方が最大応力度に到達した時点で決定しており、その荷 重を破断耐力としている。載荷実験において、ボ、ルト破 断で決定したモデ、ルを除き、破￨新ノfターン・破断耐力と もに良い対応を示している。 図5は、 (5)式で提案している評価式の有効性を解析結 果より検証したものを示す。図左は山形鋼L75を示し、図 右は山形鋼L65を示している。両国とも解析結果は黒印、 実験結果は白印で示している。解析結果は、 (5)式中のAPu、 BPuに良い対応を示しており、有効断面破断の評価方法と して有効である。 5.まとめ 本報では、有限要素法を用いた数値解析を行い、本研 究で提案している山形鋼筋かいに対する乾式の補強方法 に関する評価式の有効性を確認した。その結果、解 析 結 果は、評価式と良い対応を示していることがわかった。 参考文献 その3に記す。

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図4 ミゼス応力の進展状況 表

2

解析結果 X expPu牢2 _anaPu _tvPU 破 断 被 断 解析モデノレ (凹) (kN) (kN) (kN)""γ牢2 .，，γ パタ(実ー験ン)ホ2 パ(解タ析ー)ン II75-3-N _~ 220 286 290 0，41 0，74 II75-3Lー(-30) -30 268 313 297 0，65 0，88 (8) (8) II75-3L-30 30 314 297 0，88 II75-3-90 90 293 342 338 0，78 1.02 (b) (b) II75-2-N _~ 157 223 290 0，10 0，43 ボ ル ト 破 嬢 II75-2-30 30 255 300 297 0，59 0，81 (8) (8) II75-2L-30 30 260 295 297 0，61 0，79 II75-2-90 90 299 340 338 0，81 1.01 (b) (b) 皿75-2-N _~ 221 216 281 0，39 0，43 ボ ル ト 破 嬢 (8) ill75-3-N _~ 279 275 281 0，67 0，73 (8) ト一一一一一一ー ill75-3-60 60 332 324 308 0，93 0，98キa ill75-3-120 120 345 333 328 0，99 1.03 (b) (b) ill75-3-150 150 342 331 328 0，98 1.01 ill65-3-N ~ 243 229 222 0，67 0，77 ill65-3ー(-30) -30 240 230 0，83 (8) (8) ill65-3-30 30 255 241 230 0，73 0，84 ill65-3-60 60 257 252 0，94キa ill65-3-90 90 262 267 0，97 (b) (b) ill65-3-120 120 282 264 267 0，88 0，98 *'既存ボノレトと連結ボノレトの破断はほぼ同時 (a)

ι

一一手(b) 1.0 0.8 O.6 O.4 O. 2 O. 0 -60 -30 . 解析結果 O 実験結果 90 120

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30 60 L65X6 *'元愛知工業大学 学生(現 ・鴻池組) *2愛知工業大学 大学院生 *3東京工業大学 准 教 授 *4元東京工業大学大学院 *S愛知工業大学 教授 *'AichiInsti旬teofT

，

ωhnology(Konoike Construction)

*2Aichi Insti旬teofT巴，chnology

*3AssociateProfessor， Tokyo Institute ofTechnology

料ForrnerGraduateStudent，Tokyo Institute ofTechnology

がProfessor，AichiInstituteofTechnology