我国は季節によって気温の寒暖差が激しく、室内の温度変化を抑えるために多くの住宅で断熱材が使用されている。断熱材には、繊維中で空気を保持する繊維系断熱材料（グラスウールやロックウール、セルロースファイバーなど）と素材の中に大量の気泡を閉じ込める発泡系断熱材料（硬質ウレタンフォームや押出法ポリスチレンフォーム、高発泡ポリエチレンなど）があり、どちらも断熱効果のほかに結露の発生を防ぐことや光熱費の削減、建物の耐久性の向上などにも効果がある。

その中でも、発泡系断熱材料の硬質ウレタンフォームには他の断熱材にはない、「現場吹付け工法」が存在し、その施工方法は断熱材市場全体における約 1 割を占めている ¹^）。また、硬質ウレタンフォームは比較的高い強度や剛性を有し、加えて現場吹付け工法では原液を吹付けることで隙間の形状に合わせて発泡・硬化し、躯体と一体化するが、その際に、密着面と強力な自己粘着力を有する。そこで硬質ウレタンフォームは木造平面壁に充填すると耐力向上を期待出来る材料となり得ると考えられている。

以上を踏まえ、本研究では硬質ウレタンフォームの現場吹付け工法に伴う木造躯体に与える影響の把握を目的とし、硬質ウレタンフォームの材料特性を把握するための材料試験、

硬質ウレタンフォームを充填した木造平面壁の力学特性を把握するための要素試験体を用いた対角圧縮試験、および、実大架構を用いた静的加力実験を行う。硬質ウレタンフォームの材料試験としては単調載荷および繰返載荷の圧縮試験、2面せん断試験を実施する。また、

これらの実験結果を踏まえて硬質ウレタンフォームを充填した木造平面壁架構の最大水平抵抗力の簡易評価式を提案する。

(6)

-3-

1.2 硬質ウレタンフォーム

1.2.1 特徴²⁾

硬質ウレタンフォームは、2成分の原液（ポリオール・ポリイソシアネート）を触媒や発泡剤、整泡剤などとともに混合することよって作り出される断熱材である。微細な気泡中に熱伝導率の小さいガスを閉じ込め、軽量で継ぎ目ない断熱層を生成し、断熱効果とともに結露防止や省エネルギー化が期待されている。

また、ある程度の圧縮強度と有し、耐水性・耐湿性・耐薬品性などに優れており、経年劣化も他と比べ少ない。木造住宅の断熱材としての使用のほかに建物屋上での防水材や冷蔵車・保冷車の荷台部分の断熱材、大型船舶・救命艇の浮力材、土木現場の軽量盛土などにも使用されている。

表1.2.1に吹付け硬質ウレタンフォームの品質基準値を示す。

表1.2.1 品質基準値

品質種類

A種１ A種１H A種2 A種2H A種3 B種

熱伝導率

W/(m･k) 0.034以下 0.026以下 0.034以下 0.026以下 0.040以下 0.026以下圧縮強さ

kPa 80以上 80以上 170以上 170以上 ― 170以上

接着強さ kPa

80以上 80以上 100以上 100以上 ― 100以上

透湿率

ng/(m･s･Pa) 9.0以下 9.0以下 4.5以下 4.5以下 ― 4.5以下

密度 kg/m³

25以上 25以上 25以上 25以上 7～25 25以上

燃焼性燃焼時間が120秒以内でかつ燃焼長さが60mm以下であること

(7)

第1章序論

-4-

1.2.2 硬質ウレタンフォーム概要

硬質ウレタンフォームは工場であらかじめ発泡・硬化させた工場発泡品（木造住宅の外張り工法や屋上断熱防水ボード、コンクリート造の内張り断熱工法、パイプの保温カバーなど）

と現場にて断熱材の原液を専用の装置で高圧で吹付け、発泡・硬化させ、その後に成型する現場吹付け（コンクリート造建築物の内断熱や木造住宅の充填工法）の 2 種類に分類される。（図1.2.2）

(a) 工場発泡品²⁾

(b) 現場吹付け²⁾

図1.2.2 硬質ウレタンフォーム工法

(8)

-5-

1.2.3 現場吹付け工法

現場吹付け工法とは硬質ウレタンフォーム特有の施工方法であり、発泡機および付帯設備が積載されている専用の自動車からホースを現場に引き込み、ホースの先端に取り付けたスプレーガンによって 2 成分の原液を施工面に噴射し、化学反応により断熱層を形成す

る。（図1.2.3）また、液体の状態で吹付けられ発泡し、断熱層を形成するため、一般的にど

のような隙間にも充填することを可能にしている。

吹付け手順は、必要に応じて養生シートなどで養生を行い、吹付け面を確認後、原液を2，

3 度に分けて吹付ける。発泡後に厚みの確認をし、不要部分を専用のカッターで切削する。

その後、充填の不十分なところに再度充填する。

図1.2.3 現場吹付け工法

(9)

第1章序論

-6-

1.3 既往研究

1.3.1 硬質ウレタンフォームの構造材としての利用に関する研究

曽田ら³⁾は、断熱材として利用されている発泡性硬質ウレタンフォームの他の断熱材と比べて高い剛性と強度が構造材としても利用可能であると考え、詳細な力学性能を把握することを目的として、発泡性硬質ウレタンフォームの5つの性能評価試験（圧縮試験、引張試験、曲げ試験、木材との接着試験、せん断試験）を実行している。また、圧縮試験と引張試験では、経年劣化が与える影響に関して検討するために製作直後の材料、製作後10年が経過した材料、減圧法（JISA1414-4）により劣化促進させた材料の3種類を試験体とし、圧縮試験では、スケールによる違いが与える影響に関して検討するために、被圧縮断面積が異なる3種類の試験体（50mm角、70mm角、100mm角）で試験を実行している。

これより、発泡性硬質ウレタンフォームは引張では対して4%程度の変形で破断し、圧縮では強度・弾性率ともに引張より低い値を示すが、8%程度の変形をした際にも急激な耐力低下はないと論じている。また、経年劣化による品質の劣化、及びスケールの違いが与える影響はないと論じている。（表1.3.1）

表1.3.1 試験結果

試験名標準材料

10年経過材料劣化促進材料

50(mm)角 70(mm)角 100(mm)角

圧縮試験

単調強度(kPa) 187.5 176.4 169.8 223.6 178.5 弾性率(kPa) 4666.2 4836.8 4756.1 6683.8 4879.9

繰返し強度(kPa) 155.6 188.8 146.3

弾性率(kPa) 5817.6 7508.2 5802.8

引張試験

単調強度(kPa) 295.0 316.4 375.2

弾性率(kPa) 8100.2 8347.0 5909.0

繰返し強度(kPa) 275.6 331.5 290.2

弾性率(kPa) 8376.0 8629.2 8986.8 曲げ試験強度(kPa) 373.0

弾性率(kPa) 762.6 木材との

接着強度

強度(kPa) 286.7 弾性率(kPa) 5163.7

せん断試験

単調強度(kPa) 144.2 弾性率(kPa) 1372.9 繰返し強度(kPa) 91.1

弾性率(kPa) 19

(10)

-7-

1.3.2 面内偏心を有する木造平面壁の面外方向にへの影響に関する研究

岡村ら ⁴⁾は木造住宅等に用いられる耐震要素が生み出す面内偏心による面外方向への荷重を把握することで、壁面外方向へ与える影響の分析するために、壁倍率および面内偏心をパラメータ化し、面外荷重の推定を実施している。また、構造用合板の条件が異なる試験体

（#1 9mm厚・片面貼り、#2 9mm厚・両面貼り、#3 12mm厚・片面貼り）3体で実大架構の静的加力実験を実施している。

実験結果として、最大水平荷重とその時の層間変形角、最大面外荷重、壁倍率、面外荷重の発生割合を表1.3.2に示す。

これより、試験結果から開断面壁は閉断面壁に比べ面外荷重が発生しやすく、面内偏心量が大きい場合、水平荷重が小さい場合でも大きな面外荷重を発生させることが確認されたと論じている。

表1.3.2 実験結果

試験体#1 試験体#2 試験体#3

壁倍率 2.5 5 4

最大水平荷重（kN）

[ 層間変形角（rad）]

正側 18.4 [1/30] 28.7 [1/30] 31.8 [1/20]

負側 14.5 [1/50] 26.7 [1/30] 27.4 [1/30]

最大面外荷重（kN） S側 1.98 0.57 1.7

N側 0.79 0.28 1.68

発生割合（%） S側 13.6 1.98 6.19

N側 4.30 0.97 5.27

(11)

第1章序論

-8-

1.4 本論文構成

本論文は第8章から構成される。各章の概要は以下に示す。

はじめに、第1章「序章」では、本研究における背景と目的、ウレタンフォーム概要と工法、既往研究、本論文の構成を述べた。

第2章「試験概要」では、材料試験と対角圧縮試験、実大架構試験の試験概要について述べる。

第3章「材料試験結果」では、第2章で述べた材料試験の結果を示し、硬質ウレタンフォームの材料特性を述べる。

第 4 章「対角圧縮試験結果」では、第 2 章で述べた対角圧縮試験の各試験体の結果を示し、力学特性や破壊性状を述べる。

第5章「実大架構試験結果」では、第2章で述べた実大架構試験の結果を示し、力学特性や破壊性状を述べる。

第6章「比較と評価」では、各試験結果から実大架構の簡易評価式を提案し、第4章の対角圧縮試験と第5章の実大架構試験で述べた試験結果に基づき比較し、考察を行う。

最後の第7章「結論」では、本論文を通じての結論を述べる。

(12)

- 9 -

第2章試験概要

2.1 はじめに

2.2 試験体概要

2.3 試験方法

2.4 計測計画

2.5 実験計画

2.6 まとめ

(13)

第2章試験概要

- 10 -

第

2

章試験概要

2.1 はじめに

本章では、硬質ウレタンフォームの材料試験と要素試験体の対角圧縮試験、実大架構実験の概要についての説明をする。

2.2節「試験体概要」では、各試験の試験体と使用する硬質ウレタンフォームについて記述する。

2.3節「試験方法」では、各試験の試験体それぞれの設置方法と加力方法について記述する。

2.4節「計測計画」では、各試験で使用する計測機器と計測位置について記述する。

2.5節「実験計画」では、各試験の加力スケジュールについて記述する。

2.6節「まとめ」では、本章のまとめを行う。

(14)

- 11 -

2.2 試験体概要

2.2.1 材料試験片

試験片の詳細を表2.2.1に示す。

試験片はあらかじめ型枠に吹付けた硬質ウレタンフォームから任意の寸法に切り出す。

また、ウレタンは異方性を有しているため、吹付け面に対して鉛直方向に載荷するパターンと水平方向に載荷するパターンの2種類の試験片を用意した。圧縮試験（単調載荷）と2面せん断試験では各5体ずつの合計10体、圧縮試験（繰返載荷）では各3体ずつの合計6体とする。⁵⁾

表2.2.1 試験片詳細

試験名載荷方向寸法（mm）

（厚さ×幅×奥行き）個数

圧縮試験（単調載荷）鉛直

50×50×50 5体

水平 5体

圧縮試験（繰返載荷）鉛直

50×50×50 3体

水平 3体

2面せん断試験鉛直

50×90×50 5体

水平 5体

(15)

第2章試験概要

- 12 -

2.2.2 対角圧縮試験体

試験体の部材詳細を表2.2.2に、詳細図を図2.2.2に示す。なお、本論文では木材材料試験を実施していないため、部材のヤング係数は文献6)によるものとする。

試験体の基本フレームは620×620mmとし、枠材を構成する柱梁（梁材150×105mm、柱

材105×105 mm、両者スギ）、厚さ9mmの構造用合板（620×620mm・ベイマツ・アカマツ）

からなり、接合部は短ほぞ差しとする。片面に構造用合板を貼り、N50釘を間隔150mmで打ち、逆面から硬質ウレタンフォームを充填させる。

硬質ウレタンフォーム充填厚さをパラメタとし、5 体（0,25,50,75,100mm）の試験体を用意する。

試験体の詳細図は付録に記載する。

表2.2.2 部材詳細⁶⁾ 試験体名ウレタン

厚さ(mm) 部材名種類ヤング係数

（kN/mm²）木取り

試験体#1 0

梁材スギ 8.8 芯持ち柱材スギ 8.8 芯去り構造用合板ベイマツ・アカマツ 13.67

試験体#2 25

試験体#3 50

試験体#4 75

試験体#5 100

金物名長さ(mm) 径(mm) 使用箇所

N50 釘 50 2.75 構造用合板

(16)

- 13 -

図2.2.2 試験体詳細図

(a) ウレタン面（正面） (b) 構造用合板面（裏面）

(c) 接合部ほぞ梁材

柱材

(17)

第2章試験概要

- 14 -

2.2.3 実大架構試験体

試験体の部材詳細を表2.2.3に、詳細図を図2.2.3に示す。なお、本論文では木材材料試験を実施していないため、部材のヤング係数は文献6)によるものとする。

試験体は硬質ウレタンフォームの充填の有無をパラメタとして 2 体用意する。基本フレ

ームを 1820×2730mm とし、柱（120mm 角・スギ）、梁（120×240mm・ベイマツ）、土台

（120mm角・ヒノキ）、間柱（60×120mm、30×120mm・スギ）からなり、接合部は短ほぞ差しとする。柱頭柱脚では80×60×30mm、間柱では60×30×30mmと30×30×30mmとする。

これに、9mm厚の構造用合板（910×2730mm・ベイマツ・アカマツ）を片面に、間隔150mm でN50 釘を用いて釘打ちしたものを試験体#1（既往 4)）とする。なお、柱頭・柱脚の外側にホールダウン金物、内側に隅金物を使用する。また、試験体#2は、試験体#1の柱と間柱の間に硬質ウレタンフォームを厚さ120mmで充填したものである。

構造用合板は壁倍率を容易に得られることから、フレームに直接打ち付ける方法を採用

し、長さ50mmの N50 釘を間隔 150mmで打ち付ける。また、構造用合板の熱による膨張

のため、隙間を3mmほど空ける。使用する金物は各接合部の外側にホールダウン金物、内側に隅金物（リトルコーナー）を使用する。間柱には65mmのN65釘を両側2本ずつ斜め方向から打ち込む。

試験体の詳細図は付録に記載する。

表2.2.3 部材詳細⁶⁾

試験体名部材名種類ヤング係数（kN/mm²）木取り

試験体

土台ヒノキ 8.8 芯持ち

柱スギ 8.8 芯持ち

間柱#1 スギ 8.8 芯去り

間柱#2 スギ 8.8 芯去り

桁ベイマツ 10.8 芯去り

構造用合板ベイマツ・アカマツ 13.67

金物名短期許容引張耐力(kN) 使用箇所留め方

隅金物 6.5 接合部内側ビス

ホールダウン金物 15.6 接合部外側ビス/アンカーボルト金物名長さ(mm) 径(mm) 使用箇所

TBA-65 ビス 65 6.1 隅金物/ホールダウン金物

N50 釘 50 2.75 構造用合板

N65 釘 65 3.05 間柱接合部

(18)

- 15 -

図2.2.3 試験体詳細図

(a) ウレタン面（正面）

(b) 構造用合板面（裏面）

(19)

第2章試験概要

- 16 -

図2.2.3 試験体詳細図（続き）

(e) 柱頭柱脚ほぞ

(c) 柱頭接合部 (d) 柱脚接合部桁

隅金物

ホールダウン金物柱

土台

隅金物ホールダウン金物柱

1) 柱 2) 間柱#1 3) 間柱#2

(20)

- 17 -

2.2.4 硬質ウレタンフォーム

本試験で使用する硬質ウレタンフォーム（原液：ポリイソシアネート・ポリオール）の仕

様は表2.2.4と図2.2.4に、吹付けの手順は図2.2.5に示す。

硬質ウレタンフォームの吹付け手順は、吹付け部分以外の箇所を養生シートで養生を行い、施工面を確認してから専用の機器で原液を2，3度重ねて吹付ける。原液の発泡後に厚みの確認をし、不要部分を専用のカッターで切削する。その際、発泡の不十分で隙間の空いている部分はスプレータイプの硬質ウレタンフォームで充填する。

表2.2.4 使用材料仕様

硬質ウレタンフォーム²⁾

製品名：フォームライトSL-100（A3種）

熱伝導率：0.040以下（W/(m･K)）

密度：0.011（g/cm³）

図2.2.4 硬質ウレタンフォーム

(21)

第2章試験概要

- 18 -

図2.2.5 吹付け手順

(a) シートで養生 (b) 吹付け

(c) 不要部分の切削 (d) 隙間を充填

(22)

- 19 -

2.3 試験方法

2.3.1 材料試験

材料試験に使用した加力装置を図2.3.1に示す。加力には株式会社東京衡機製作所製のアムスラー試験機を使用し、試験を行う。

試験機の加力盤で直接押すことで垂直力が与えられ、試験片上部に設置したロードセルにより、与えられた垂直荷重を測定する。試験機に設置した接触式変位計により試験体の垂直変位を計測する。加力方向は、試験機の押し側を正とする。

図2.3.1 加力装置概要

アムスラー型試験機上部加力盤

ロードセル

載荷方向

(b) 圧縮試験

(c) せん断試験

(a) 試験機

下部加力盤

載荷方向

ロードセルアクリル板

鉄板ベニヤ板

(23)

第2章試験概要

- 20 -

(d) 圧縮試験

図2.3.2 加力装置概要（続き）

(e) せん断試験

(24)

- 21 -

2.3.2 対角圧縮試験

試験に使用した加力装置を図2.3.2に示す。加力には、株式会社島津製作所の万能試験機

UH-F10000kNIを使用し、圧縮単調加力を行う。

試験体は下部の治具により地面に対して45度傾けて設置する。試験体頂部は治具を介して試験機の加力部と接触しており、鉛直方向に加力すると構面内にせん断力が発生する。試験体の変形率が 14%程度になるまで単調加力を行う。また、ワイヤー変位計を用いて試験体の垂直変位を計測する。また、試験体の転倒を防止するために転倒防止用治具を土台に取り付ける。加力方向は、試験機の押し側を正する。

加力方向は、鉛直下向きを正とする。なお、図2.3.2(b)の紙面左側をN側とする。

(a) 立面図 S側 (b) 立面図 W側

万能試験機

加力部治具

転倒防止治具

載荷方向

(25)

第2章試験概要

- 22 - (c) 正面

(d) 裏面

(26)

- 23 - (c) 上部加力部

(d) 下部加力部

(27)

第2章試験概要

- 24 -

2.3.3 実大架構実験

試験に使用した加力装置を図2.3.3に示す。加力に用いるアクチュエータの容量は350kN、

ストローク300mmである。鉄骨フレームは全接合部がピン接合となっており、鉄骨フレームの1/4 程度の高さをアクチュエータによって加力することで、鉄骨のフレームが変形し、

試験体頂部が加力され、最大変形角1/5radまで変位を実現できる。

試験体土台を鉄骨架台にアンカーボルトおよびホールダウン金物よって緊結する。試験体頂部は鉄骨治具を介して鉄骨フレーム上部に設置したロードセルと接触しており、ロードセルで直接押すことで水平力が与えられ、正負交番静的繰返加力を行う。これにより試験体に与えられた水平荷重を測定できる。面外方向荷重は鉄骨梁に直行するように取り付けたロードセルを試験体桁に接触させて計測する。また、試験体は実際の建築物を想定し、柱 1 本あたり 1t の上載荷重を与える。試験体の桁上に錘受け材を設置し、円形錘を錘止めに通し吊るすことで柱軸力とする。

加力方向は、アクチュエータの押し側を正とし、試験体頂部に設置したワイヤー変位計により鉄骨フレームの変位を計測する。また、試験体加力部に設置した接触式変位計で、試験体の絶対変位を求める。なお、図2.3.3の加力方向をW側とする。

(28)

- 25 -

(a) 立面図 S側

加力方向

クレビス20t用加力部治具

アクチュエータ

錘面外荷重計測治具正負

スペーサー

(29)

第2章試験概要

- 26 -

(b) 立面図 W側 (c) 平面図

クレビス20t用

加力部治具アクチュエータ

加力フレーム

面外荷重計測治具クレビス10t用

クレビス10t用振れ止め柱繋ぎ

錘

(30)

- 27 -

(d) 正面（S側）

(e) 加力部

(31)

第2章試験概要

- 28 -

(f) 面外変形荷重計測部

(g) 桁上計測部

(32)

- 29 -

2.4 計測計画

2.4.1 材料試験測定機器

要素試験において、計測に用いる計測機器を図2.4.1に示す。

(a) AC-1000SIV

(d) CLS-10KNB (c) CDP-25C

図2.4.1 計測機器

ロードセル

型名：CLS-10KNB

容量：10kN

A) B)

SDP一般用変位計

型名：CDP-25C

容量：25mm

(b) TDS-530 データロガー

型名：TDS-530

計測点数：30点

測定対象：ひずみ、直流電流白金側温抵抗体、熱電体測定速度：最速1000点 /0.4秒

C) D)

アムスラー試験機型名：AC-1000SIV 容量：1000kN

(33)

第2章試験概要

- 30 -

2.4.2 対角圧縮試験測定機器

(a) UH-F1000kNI 万能試験機

型名：UH-F1000kNI 容量：1000kN

DP巻込型変位計型名：DP-500E 容量：500mm

(b) DP-500E (c) SDP-100C

型名：SDP-100C

容量：100mm

(d) TDS-530 データロガー型名：TDS-530 計測点数：30点

(e) PFL-10-11 A) B) C)

D) E)

ひずみゲージ型名：PFL-10-11

用途：鋼材、コンクリート、木材リード線：5m

ゲージ長さ / 幅：10mm / 0.9mm

(34)

- 31 -

2.4.3 実大架構実験測定機器

A) B) C)

(a) TCLP-200KNB ロードセル

型名：TCPL-200KNB 容量：200kN

(b) CLP-100KNB

DP巻込型変位計

型名：DP-500E

容量：500mm

(c) DP-2000E

(d) DP-500E (e) SDP-100C

型名：SDP-100C

容量：100mm

型名：CDP-25C

容量：25mm

DP巻込型変位計型名：DP-2000E 容量：2000mm ロードセル

型名：CLP-100KNB

容量：100kN

(f) CDP-25C D) E) F)

(35)

第2章試験概要

- 32 -

スイッチボックス

型名：IHW-50G

計測点数：50点

測定対象：ひずみ、直流電流白金側温抵抗体、熱電体測定速度：50点 /0.4秒

G) H)

I)

(g) TDS-530

ひずみゲージ型名：PFL-10-11

用途：鋼材、コンクリート、木材リード線：10m

ゲージ長さ / 幅：10mm / 0.9mm

図2.4.3 計測機器（続き）

データロガー型名：TDS-530 計測点数：30点

(i) PFL-10-11

(h) IHW-50G

(36)

- 33 - 2.4.4 計測位置

ロードセル、試験体の変位計とひずみゲージの取り付け位置を図2.4.4の凡例にしたがって示す。材料試験の測定位置を図2.4.5、対角圧縮試験の測定位置を図2.4.6に、実大架構実験の測定位置を図2.4.7にそれぞれ示す。

対角圧縮試験体については、各接合部に標点としてアクリル板を設置し、接触式変位計により接合部回転角を測定する。ひずみゲージは各木材のNS面にそれぞれ接合部から200mm 離れた位置に貼り付ける。

実大架構試験体については、各接合部に標点としてアクリル板を設置し、接触式変位計により接合部回転角を測定する。ひずみゲージは加力方向への影響を測定するために柱のEW 面にそれぞれ接合部から300mm離れた位置に貼り付ける。

ワイヤー変位計

変位計CDP-25C

変位計SDP-100C

( )

100 25

図2.4.4 計測機器凡例

CH番号

ひずみゲージ

ロードセル

(37)

第2章試験概要

- 34 -

図2.4.5 材料試験計測位置

25

10 (1) (2)

(38)

- 35 -

図2.4.6 対角圧縮試験計測位置

(a) ひずみゲージ位置（W側）

(b) 変位計位置（W側）

(39)

第2章試験概要

- 36 -

図2.4.6 対角圧縮試験計測位置（続き）

(c) 変位計位置（E側）

1000 (1)

(40)

- 37 -

図2.4.7 実大架構実験計測位置

(a) ひずみゲージ位置（S側）

(b) 変位計位置（S側）

(41)

第2章試験概要

- 38 -

500

図2.4.7 実大架構実験計測位置（続き）

(c) 加力装置

100

100 100 100

100 100

200 2000

25 25

(1)

(2) (3)

(4) (5)

(6) (7)

(8) (9)

(10)

(12)

(11)

(13)

(15) (14)

(42)

- 39 -

2.5 実験計画

2.5.1 加力スケジュール

硬質ウレタンフォームの材料試験の加力スケジュールを図2.5.1に、対角圧縮試験の加力スケジュールを図2.5.2に、実大架構実験の加力スケジュールを図2.5.3示す。

硬質ウレタンフォームの圧縮試験（単調載荷）と2面せん断試験は変位制御で圧縮単調加力を行い、圧縮試験（繰返載荷）は変位制御で繰返し加力を行う。接触式変位計により試験体頂部の鉛直変位を測定する。試験片の厚さを鉛直変位で除した値を変形率と定義し百分率で示し、変位履歴は圧縮試験の単調載荷では変形率 20%程度まで、2 面せん断試験では

30%程度まで、圧縮試験の繰返載荷では50%程度まで行う。

対角圧縮試験では、ワイヤー式変位計により試験体頂部の垂直変位を測定する。硬質ウレタンフォーム充填部の上下対角の距離を鉛直変位で除した値を変形率と定義し、変位履歴は変形率が百分率で1%から14%程度まで変位制御で圧縮単調加力を行う。

実大架構実験では、載荷フレームおよびワイヤー式変位計により試験体の水平変位を測定する。頂部水平変位を内法寸法で除した値を層間変形角と定義し、それに基づく変位制御で正負交番二回繰返加力を行う。変位履歴は層間変形角の振幅が1/250、1/200、1/150、1/120、

1/100、1/75、1/50、1/30、1/20、1/15、1/10、1/8rad程度まで行う。

(a) 圧縮試験（単調載荷）・2面せん断試験 (b) 圧縮試験（繰返載荷）

図5.2.1 材料試験

図2.5.2 対角圧縮試験図2.5.3 実大架構実験

0 10 20 30

変形率（%）

時間 ⁰

10 20 30 40 50

変形率（%）

時間

0 5 10 15

変形率（%）

時間 ^-0.15

-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

層間変形角(rad)

時間

(43)

第2章試験概要

- 40 -

2.6 まとめ

本章では、材料試験と対角圧縮試験、実大架構試実験の概要について説明した。

2.2節「試験体概要」では、各試験の試験体と使用する硬質ウレタンフォームについて詳述した。

2.3節「試験方法」では、各試験の試験体それぞれの設置方法と加力方法について詳述した。

2.4節「計測計画」では、各試験で使用する計測機器と計測位置について詳述した。

2.5節「実験計画」では、各試験の加力スケジュールについて詳述した。

2.6節「まとめ」では、本章のまとめを行った。

(44)

-41-

第3章材料試験結果

3.1 はじめに

3.2 圧縮試験（単調載荷）

3.3 圧縮試験（繰返載荷）

3.4 2面せん断試験

3.5 まとめ

(45)

第３章材料試験結果

-42-

第

3

章

材料試験結果

3.1 はじめに

本章では、第2章で説明した材料試験の結果について詳述する。

3.2節「圧縮試験（単調載荷）」では、圧縮試験の単調載荷試験の結果について詳述する。

3.3節「圧縮試験（繰返載荷）」では、圧縮試験の繰返載荷試験の結果について詳述する。

3.4節「2面せん断試験」では、2面せん断試験の結果について詳述する。

3.5節「まとめ」では、本章のまとめを行う。

(46)

-43-

3.2 圧縮試験（単調載荷）

2020年1月6日に単調載荷試験を行った。以下にその結果を示す。

3.2.1 破壊性状

最終変位時の試験の様子と載荷終了後の試験片を図3.2.1に示す。

載荷中には潰れ以外に目立った破壊や損傷はみられなかった。試験片に試験片厚さの20%

（10mm）の変位を与えたが、試験終了後の観察では除荷後の残留変位は2%（1mm）程度に留まったことが分かった。

(b) 鉛直方向試験終了後

図3.2.1 単調載荷試験

(a) 最終変位時

(c) 水平方向試験終了後

(47)

-44-

3.2.2 試験値

試験結果を表 3.2.2、得られた復元力特性として圧縮力－変位関係を示す。鉛直方向を図

3.2.2に、水平方向を図3.2.3に、試験片ごとに比較したものを図3.2.4に示す。

鉛直方向の最大荷重は#3の30.69Nで、平均値は26.60Nであった。圧縮強度は、#3で最

大値の13.64N/mm²で、平均値は12.0N/mm²であった。弾性率は、#3で最大値の316.2kPa、

平均値は245.4kPaであった。また、#4以外は同じような値を示したが、#4は他と比べて低

い値を示した。

水平方向の最大荷重は#2,3の13.64Nで、平均値は10.91Nであった。圧縮強度は、#2,3,4 で最大値の5.46N/mm²で、平均値は4.91N/mm²であった。弾性率は、#4で最大値の70.6kPa、

平均値は65.70kPaであった。また、すべての試験体で同程度の値を示した。

鉛直方向の値が全体的に水平方向より上回る結果となった。

圧縮力－変位関係は、両パターンで最大圧縮力を示した後に、急激な低下をみせず、一定の圧縮力を保ったままであった。また、鉛直方向の試験片#4 は他より気泡が荒く、比較的弾性率が低い結果となった。

鉛直方向 #1 #2 #3 #4 #5 平均最大荷重（N） 27.28 27.28 30.69 23.87 23.87 26.60 圧縮強度（N/mm²） 12.28 12.28 13.64 10.91 10.91 12.0

弾性率（kPa） 270.63 277.24 316.16 134.89 227.84 245.35 水平方向 #1 #2 #3 #4 #5 平均最大荷重（N） 10.23 13.64 13.64 10.23 10.23 10.91 圧縮強度（N/mm²） 4.09 5.46 5.46 5.46 4.09 4.91

弾性率（kPa） 70.16 70.60 62.53 64.77 60.46 65.70

(48)

-45-

(a) 試験片#1 (b) 試験片#2

(c) 試験片#3 (d) 試験片#4

(e) 試験片#5

図3.2.2 鉛直方向

(49)

-46-

(a) 試験片#1 (b) 試験片#2

(c) 試験片#3 (d) 試験片#4

図3.2.3 水平方向

(e) 試験片#5

(50)

-47-

(a) 鉛直方向

(b) 水平方向

図3.2.4 圧縮力－変位関係

(51)

-48-

3.3 圧縮試験（繰返載荷）

2020年1月13日に繰返載荷試験を行った。以下にその結果を示す。

3.3.1 破壊性状

最終変位時の試験の様子と試験終了後の試験片を図3.3.1に示す。

載荷中には潰れ以外に目立った破壊や損傷はみられなかった。試験終了後の観察では、試験片に試験片厚さの60%（30mm）の変位を与えたが、除荷後の残留変位は10%（5mm）程度に留まった。

図3.3.1 繰返載荷試験

(a) 最終変位時

(52)

-49-

3.3.2 試験値

試験結果を表 3.3.2、得られた復元力特性としてせん断力－変位関係を示す。鉛直方向を

図3.3.2に、水平方向を図3.3.3に、試験片ごとに比較したものを図3.3.4に示す。

鉛直方向の最大荷重は#1の51.15Nで、平均値は39.78Nであった。圧縮強度は、#1で最

水平方向の最大荷重は#1の27.28Nで、平均値は25.01Nであった。圧縮強度は、#1で最

鉛直方向の値が全体的に水平方向より上回る結果となった。

圧縮力－変位関係は、水平方向では最大圧縮力を示した後に、急激な低下がみられなかったが、鉛直方向では10mm以降にばらつきが生じた。また、試験片ごとに圧縮強度や弾性率には大きな違いはみられなかった。

鉛直方向 #1 #2 #3 平均最大荷重（N） 51.15 30.69 37.51 39.78 圧縮強度（N/mm2） 13.64 12.28 12.28 12.73 弾性率（kPa） 284.2 283.5 269.2 279.0 水平方向 #1 #2 #3 平均最大荷重（N） 27.28 23.87 23.87 25.01 圧縮強度（N/mm2） 5.45 4.09 3.41 4.32