鋼 モ ル タル板 を用 いた座屈拘 束 ブ レースの実験 的研 究

【 カテコ リー Ⅱ】

^{EJ不 建築'ql'‑}会 拭 這 系治す 架 第73^{巷 第}62!l号.日43‑j1501'脈 年7月

IStrucI.C^qnsLr.Eng.ArJ,VoLI.iNrJ.629,1143‑115(l,Jul.2008

鋼 モ ル タル板 を用 いた座屈拘 束 ブ レースの実験 的研 究

一 一芯材 の 降伏 耐 力 お よび軸 剛 性 の調節 ‑

EXPERI MENTALSTUDYONBUCKLI NG‑ RESTRAI NEDBRACES USI NGSTEELMORTARPLANKS

AdJuStlngtheyieldstrengthand axialstl仔nessofbuckLlng‑restrained bracesby decreaslngthecoreplatecross‑Sectionalareaand increaslng endthlCkness

中 村 慎 事.山 下 哲 郎H ,村 井 正 敏 *‥ ,岩 田 衡事***

Mak o t oNA m u む 1 ,Te t s uoY M AS : HI T A, Ma s at o s hi Mt I W andMamo r uJ 仲姐TA

Thecoreplatesofbuckllng‑TeSlralnCdbracesareoftellrequired(oyle)datasmaHstorydcrormationangle Rcduclng thecoreplatecross‑sec【10naiareacoulddecreaselheyleldsITCngth,butthlSalsodccTeaSeStheaxialstLfLrness.Theuse of‑aLow‑y】eld‑poln15(eeLISllnlLtCdduetollmitedvarlety TheyJ'eldsllCni!(hcanbedecreasedwhlHemaLntainlnglrS axJaLstlfrnessbyreduclngthecoreplatecross‑sectionalareaandsimultaneouslylnCreaSLngItsendthlCkness.The ad)uslmentOftheyle)dstreng【hLlndaxlals【lflnessISalsoposslblc lnLhlSPaper,【hcerrec10日heyleldslrenglhand axlaJstiffnessadJustmcnllSeXam‖1eduslngSlmPllrledcalculat)011rOrnlUlaeTestsarcperfor】11edtoverlrythevalldlty orlheformulac Theenergyabsorp(10nPeIIbrlTlanCCandFailuremodecll乙IrdCterlSticsarcilnalyzedbasedonthetest results

^'eywords^･BL/C^1‑/川g‑^r̀･･rlrazl7HIb/･dLIC,･440rlalp/a"l･,y/e/a･^‑/rL"Zg/A.AVialSl!Jj;1e･1･〜

座 屈 拘 束 プ レー ス. 鋼 モ

ル タ

′レ板 . 降 伏 耐 ノJ, 軸 剛 性

1 序論

均L

ftii拘 束7 し‑ ス とは ､軸

J J

一向 力 を伝 達 す る プ レ‑ ス (芯材 とnT,ぷ)

が座 屈.しな い よ =)に外 周 を拘 束 材 で補剛 した もので あ る｡ 苓 者等 は ､ 既 手Iの 庵

J

ai拘 束プ レー スの 調 虎 を経 て ､晶 質 管理 を厳 しく才】え ､両端 部 デ ィテ ‑ ル の給 計 に R山 度 が .b る剛 a)b)に,T1‑‑+よ うな糾 モ ル タル 椀 を 鞘 い た

R L .

^Jd拘 束プ レー ス を 看想 したCまた ､着想 したJA'uJLTi的東 プ

レ一一スに つ い て ､芯材 ､拘 東材 等 の パ ラ メー タ を変化 させ た試験 体 を 製 作 し､静 的 な軸 方 向繰 返 し載 荷 を行い ､そ の結 果 か ら30%lTTlの繰 返

L範 荷 に も安 定 しj=

復

)‑L力特性 を,Ttす こ と を推 古.Ill.した

り 2 ' 柵

とこ ろ で ､座 JtiS的 東 プ レー スの 利 用 は ､主 と して鋼 構 造 に 用い られ

た損 傷 制 御 構 造 5'に締 ま らず 鉄 A?Jコ ンク リ

‑

｢構 造 の耐 震補 強 に 麦 で 及 ん で い る6), この場 合 ､府 庁ii拘 束プ レ‑ スに Ei､高 い軸剛付 と低 い 降 1)(耐 力､言い 換 え る と小 さい降 伏 変位 か RT未 ,I.れ る⁷¹n しか しな が ら､俳 JEti拘 束プ レー スの 軸

剛

他 と降伏 耐 )Jは ､共 に芯朋 の 断面積 に 比 例 す る た め ､独 立 させ て制 御 す る こ とが難 しい｡低 降伏 点鋼 を用 い 7)こ とで ､紬 剛 什 JLiI,維 持

L

た まま降 伏耐 力を低 下 す る こ と/):nT能 であ

るが ､低 降 伏 点 鋼 の 種類 は 限 らtt,て い るため .細 かな 調節 は で きな い｡

軸 剛 作 を 向 上させ て ､11つ降 伏 耐 力 を低 卜させ るた め に は ､芯fAの

a^{) タイ プ}A

b) タイ プB

C) 9<7C

溶接で‑体として 拘支材 となる

'lこ‑一･tlil

d) タ イ プ C 芯材端部

図 1 鋼 モ ル タル 板 を用 いた 座屈 的 束 ブ レー ス l 神 崇tLI人

草

人草 院

二･ ; ‑ I ‑

岬先flLf怒学専I'{ 六‑I‑;･J‑院 4･.

''工 ･if:院大 草 L

二 草

^{丈r'建築11''科} 准教授 一博十 (1 ･T'lJ

‥ + 神 奈川 人草工′Tf:部淫築学 科 主任枝執 皇き り り 神 奈川大学 JI.亨 .1邪淫築

′ i ' ' 刊

教授 ･‑r二博

GE･ad.StudenLDepl.ofA(･chLteC【UreLandBuHding.CraduaミeSchool(‑iEllgmeerZn.g.

KanagaW,lUnIv.

Assoc.P

l

ot.,°ept.ofArChl【CCture.K叩akuinUnlV.Dr.Eng

TechnlCian,T)ept.ofArchlreCtUreand上丸IlldingEnglneerLng,KanagaWaUnlV. Prol.,Depい)fArchlteC^U｣Te･andBuildlngEzlglnCCrLng,KanagawaUnlV.Dr.Eng.

‑

1

¹

4

^{3 ‑}

( 1 27)

塑性 化 都 良 さを.如 く して ､且 つ.'J､fJ塑 性 化 部 の幅 を小 さ くす る(絞 り と呼 ぶ)方 tT:Jt.･t,'るが ､ 二の 方 法 に 上る調 節 徒 凪 は限 らjtろ̲ また t 芯材 蟹汁生化部良 さを短 く しす き る と,そ の歪

; /

).過 人にな V,'､付 託 .JJ;低

Fす る こ と も考 え られ る..

若

^E･等 は 両端 部デ ィテ ー ル の 設 計 に 白山度 が 高 い糾 モ ル タル板 0) 利 点 を活 か し,軸剛 代 を向 (‑̲させ る ム法 と して図 1C1に/T<す よ うな端 部 に鋼 板 (増 呼 fLiと呼 ぶ ､凶 ld)を溶接 した 座 屈拘 束プ レー スを 着想 し た この 方 7L,JrHいれ ば ､

座

絹拘 束ブ レー スの 降 り(耐 力お よび 軸剛作 の調 節 の 自由度 を向 上 させ る こ とが 可能 で あ る と 考え るJ

不論 で は ､着想 した増 厚板 を用 い た 座 屈 拘 束 プ レ一一スの 責用性 につ いて 検 討 を寺Jう..まず .降伏 耐 ノJJjよ び軸 剛 性 に関 す るil欝 式 を繋 理 す る)次 い で､計算 式 を用 い て ､増 厚 板 溶 接 に よる軸剛 性 向上 方法 の 七J効性 に つ い て傾 討 を行 うOそ u絹.li黒 を捕 まえて ､既 往 (/)研 究 で用 い られ て き た､芯材 塑性 化 細が 無加 l̲.また は絞 りをJ)Uえて降 伏 耐 ノJを 落 と した タイプ(タイ プ A と呼 ぶ )､七､材 塑性 化 部 を短 く して

軸

剛性 を 向 上させ た タイプ(タイプ B と呼 ぶ )に加 え

､

増 厚板 を椿接 した タイ 7' (タイ プ (ー上呼 ぶ)V)試験 休 をfBhllf=す る これ ･r,コ,,lJ)タイ プの 比掛 矢 験 を行 い ､什 経 を明 らか にす る.

2. 計 算 式

2

.

1

計 井 式 の 設定

犀 槌 拘 束‑/レ‑ スの降伏 耐 JJp.は .芯材 塑性 化部 の断

l

fTl碩Aが 決定 す れ ば ､ 素〃 試験 な とで求 め L‑)Jlる降他 ･L

こ

力

投 r r

.,,に .上って 次式 で

表

す こ とが で きる^｡

P =

^汀

､A

(1)

次 に ､

軸h

.向 で断 面積 の 変 化 す ,‑J座 屈拘 束ブ レー ス(I)軸剛性 計 算 式 を設 定 す る.通 常

'

J)設 計 で は ^.

J A '

^L,‑^̲I.lt絹.)束IJ.レー

て

L/)軸 剛 性 は 図2に JTl‑ す よ うに柾 染 芯例 の 貼雛 で 評価 され るら しか しな が t‑人 柱 契 芯 l判の 拒 離 は 本体 の設 .汁に 密接 に 関連 し. ･概 に例 を定 め る叫 ユ難 し^い ｡また . 通 常 ガセ ッ トプ レー トを令 む 躯 体都 /7)は ､仲 屈 拘 束プ レ‑ ス と比較 1

る と非 常 に剛 に造 られ る..加 え て . 太論 で は ､増 厚 椛 に 上yり坐尿拘 IriTI プ レー ス の 軸 剛作 が どの 程 度

向

l二す る か 明 らか にす る こ とを主 な E7 的 と して い る.よっ て ､軸剛 性 V)計第 1･t:は 文献

9 )

で も示 され て い る よ

うに ､LX)3の よ うな数 個 の 直 列 相 性バ ネの軸 剛 作 と見な して 部刷 レベ ル で 考 え ､次式 とす る^｡

^ ' . = L

^/i(I/K

, )

^'.=E･(P,I.･A)/(a,L)

r t

軸 方向の断ⁱ⁶0)光な る糾位の数

K.

第

1.･ff装束U,^{輸 j})‑向/Jqi性剛作

E ヤ / ブ掠孜 (205(人

X )

^〜,nlrrL:)

亡'.L 一触 轟 変岩 の 軸 ノi向長 さ

i 3 . .

^{4 ･71i番 要 素 の 一触ノjrL'.llI･〜血削 IitF))}

22

軸 剛 性 計 井 式 の 検 討

軸剛性 計 帯JLは 文献

9)

等 で t,ホ され て い るが､断 rlLTA椙 の 変 化す るJii▲ 屈拘 束 ブ レー スの軸 剛仲 につ い て ､芯材 を何 分割 して 引 算す れ ば精 度

よい値 を得 られ るか検討 した 例 は な いC また ､軸 剛性 計 算イ

1

^白と軸

剛性

芙験 値 を比 較

L

た 研

究t

,. 一様 形 状 の 芯 材 に一‑)い て 根 討 した 研

'

^{突 II"}

が あ る程 度 でほ とん ど才I‑わjLて い な いU そ こで ､ 二a)2点 に つ い て 検 討 を11･い ､

鮒

剛 性 計算式 の ■尖用性 につ い て 考察す る)

1)芯材 の 分割 数

精 練 な 計 算 と比較 して も､誤 差 ′')て少 な い最 小 の 分割敏 〟を 考 え る.

瞳 同拘 束 プ レー スLT)芯 材 の 断 血梢 は ､軸 方向に対 して同三の よ うに 変 化す る, 二 二では ､最 小 の'/)'Atlr牧 の 検 討 と して ､塑性 化 部 とそ U)他 と 考 えた3分制 ､tnP̲性 化部 ､ 弾惟 部 ､接 合 部 を 考えた5分割 を検 討 す る^｡ 精 密 な

軸 剛

^性 の 計掛 こあ た っ て は ､芯 材 端 部 片側 を図4の よ うに16分 割 し､芯材 軸性 化部 と合 わせ て33分割 とす る.jこ こで ､勾配 部 分 に つ い てE､士. 図 5の よ うに 長 力形 断 向 に置 き換 えて計 算 11‑才7･う= 軸剛 作 計 算 に用 い る芯 材 に は ､既 往 の 研 究 L':伽りで 最 も多 く佐川 され て い る芯 材 長 さ2351mm､芯 材 塑 性 化 部断rhl'積28L6mm'‑の 試放 休 を用 い る｡ そ れ ぞれ の 分割 数 に応 じて

､

計 算 に 必 要 とな る芯材 長 さ比 率 を表 lに ､ 芯材 端 部断 rhl積 比 字 を表2に 示す また ヤ ン グ係 軌 ,1205,000N/nlm2と

T る｡

図 2 令 休 同

園 4

芯材端 部

接合部 弾性部 壁性 化部 弾性郡 接合部

l

∫ l

一一一 ′‑

i

l

11 l lll､

匪 腔 竺 瑚A ･,‑ 韓 ",断面の置 換 ii,,&方 形薪面 Iα3L qZL αlL αZL cr3LI

i̲̲I‑̲I̲̲̲̲̲̲̲‑‑̲̲̲̲I̲̲^J L

図 3 庵 尿 拘 束 プ レー スモ デ ル 化 図 5 勾 配 部 (川 断面 の 帝 損 表 1 外分 割 数 .'こお け る芯材 良 さ比 率

∩ α1 α2 Cr3 α一 α5 α6 α/ at α9 αlO Crll α12 α13 all αIS αl6 α日 3 0.532 O̲234

〜 0.532 0̲085 l)̲Ltu

n̲芯材 分割牡 α. 芯材 長 さ比率

表 2 各分割 数 にお け る芯材 端 部断 血 絹 比

率

∩ β○ β⁷ β2 C3 β一 β5 β6 βー β8 β9 βID 811 el2 βl】 β

一 一

^{β15 βl8}

} 卜000 1250

ヽ Lllm lt}90

J ̲ 三 5 0

ll 芯材 分割故 β. 芯材 端部断 面tL比率

‑ 1 1 4 4

^‑

( 1 28)

表³に J(T分割 数 に .13け る軸洞JJ性 計 貸 帖 を示 す..各 分割 牧･:7)軸別^{件 引}

簡

伯 の 比較 か ら.芯材 分 割 数 が3だ と端 部 断 面槽 の過 大討''仙 に よ り､

軸 剛性 計算 値 J)誤 差が 結締;･計算 に 比 べ て約 J4% とな る/J);､芯材 分 割数

が5の場 今､そ の5,IR芝 は約, 40/(,ま で少 な くな る よって ､当 タイ プの

I Q ‑ .

Jdi的 束 ブ レー スU)紬剛性 を引 算 す る際 に

､

芯材 グ)//⁾TIJ故 を

5

^{に設 定す}

,1.vtj'､教%a)誤 点 で絹 斧 な計 算 に近 い偶 11‑得 る こ と/J･で き る と･考 え る^ム

2)

軸 剛 性 計 算 値 と実験 値 の 比載

タイ プ ､形 状 等 が 異 な る既 往 の研 究 の芯材 につ いて軸

抑 他

計等 値 を

箪 LL^l.し､実験 値 と比較 を行 う･}軸剛 性 の 計貫 は ､芯材 を⁵/分割 し⁽²⁾式 を用 い て行 う ここで ､分 割 した .'J;材 (I)軸 方 向 に連 続 した 勾配 が あ る 塔 ̀今はは5d)土 ‑‑)に長 方形 断 面 に 置 き換 え て計 算 し､

･

部 に 勾配 が あ る場合 は ､芥分割 断 面内 の断 rh‑梢 の 最 大値 を用 いて計策 を行 う｡芯材 を5分 割 した際 の 軸剛性 計貰 式 は 次 式 で表す こ とが で き る｡

K

, ‑ =

⁽

p.A

i

α

.

P

.

^{Pコ+2a,P三1}

2 a. P.

⁽⁴⁾

E ヤ ン '/Ik7':敬 (̲705的 ()〜/nTml) イ 芯材印件 化詐術血相

L 芯朋友 さ

け.

芯材塑作化沸貴 さ比強さ(芯材塑性化諏長さ/芯材長 さ)

q: 芯材弾作邦貴 さ比41･ (

芯

材弾性部長 さ/芯材良 さ)

F' ‡ 芯胡接 'uh締女 さ比ヰ

t

(芯材按

分

部長 t:I/芯材長 さ)

p,

^{芯tf弾14･̲矧 析rn絹比 ･♀･(芯材弾件部斬面相 'Jl}

′7 ̲. 芯材は合剤i断iBlf即L:

翠 (

iI･材譲 合

満目 帆

后l情 /A)

軸 PJJJ性 芙 験 他 は ､実験 で待 ちitた履 歴 ル ー プの弾性 沸(降伏 荷 DTTの

2/3圭での 範 囲 )を線 形 近似 して ､そ の傾 きか ら求 め る｡ こ こで ､軸剛

性 貫験 値 は ､軸 剛 性 計算 僻 が 芯 JAA全長 で 計算 され てい る 寸､の の .実験 拾 典お よ び ス‑/ラ イ スプ レー トu)棲 合 され る試 験 体 按 分都 の 変形 が 極 め て微 小 で あ る と考 え られ る た d).Gar2に 'T{すa点 とb,古間 の 距離 (1931mm)の 射 立を試験 休 両 側 で

捌

^'Jf L.そ の 平棚 庇か ら求 めて い る｡

軸 M^IJ性 の比 較 に Jf3い る試 験 体 ､計 算 に 必 要 な値 ､お よび対象 とす る試 験 体 の概 要 ､ 軸剛 性 計貰 値 ､軸 剛 惟 実験 僻 を表

4

に ､訳験 体 名 に つ い

表 3

斉分

'BLJ数 に お け る軸 剛性 計 算 値 U)比 較

n rLK nK!,,k‑ 誤 差 (Ijb) ) lH2354 1.日̲3 l⁴.3

5 ̲14927こl ).044 4.4

n 芯材分割数 nK 芯材n分割時軸則^titN/IllTn)

S A 53

N

17 ‑ 43 ‑ 1 (せ.芯材のタイプT' 崇碓 ^S:(匡‖呑 照一^SN4008 し:低降伏点額 (3) αlXl00

Gi) ‑材形状 N■絞りおし D較リあL)

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ (⑥t9=y 心β^β2×1lX1′00 ■

e) 訣鞍体諏別番号 同形状の芯材がない場合は

図

6 試 験 体 名

て凶

6

に 7Ttす^..

sA53N 17‑43試験 体は 何 形 の 芯 材 で 製 作 さiしてい るが . ア ン ,ボ ン ド 材厚 さが それ ぞれ0, L､3mm と異 な って い る｡計算 伯 と芙 験 値 の吉呉差 は､3体 と も¹⁰% 以 内 に収 まっ て い る もの の ､ ア ンポ ン ド材 JlTlさOrnTll

c7)SA53Nl7‑43‑1試 験 体 の軸 剛性 は ､他 の2体 に比 べ て若 干 高 くな って い る. これ は ､ ア ンポ ン ド材 に よ る ク リア ラン スが作IILな い た め ､ 芯材 とモ ル タル がは 触 して軸 剛 件 が 高 く,な った と 考え る^̲,

SA53D 17‑110､ SA53D 14‑41試験 体 は . 芯 材 哩･性化 部 を絞 ‑'た タイ プ^Aの 試験 休 であ り. SB30N 15‑43試験 体 は^{SA53N 17‑43‑1}試 験 体 の 塑 仲 化 部 長 さ を 分.fく し た タイ プ Bの 試 験 休 . SB43D 15‑104試 験 体

. / i

SA53N 17143‑2炭験 体 を縮 小 した タ イ プB(1)読

,

^{験 体で あ る 二,1LらV)芯}

材 良 さや 形状 が異 な る言LtL敦 体 に つ い て も､計 簸ll白と実験 値 は誤 ^{差 10%}

以 内 に収 まってい ろり

また ､ 芯 4')に低 降 伏 Jた^{銅 (LYP225)}を 他 州 して い る^{LA53N 15‑43}､

LB49f)3ト71試験 体 に つ い て t)誤 差 は 1017.,以 内 に収 ま って い る.. この こと7)､ら､鋼 椎 が 界J'亡っ て 弓､(4)式が他 用 で き る と考 え る,,

以 Lの 結 果 よ り. 庵 屈 拘 束 プ レー スJ7芯 材 の軸剛 性 は､ (4)式 を 用 い る こ とで､ ク リア ラン ス､長 さ､形 状

､

鋼 棒 とい っ たパ ラ メー タの 異な る場 合 で も､実験 値 と比較 して誤 差 JO% 以 内 で引 舞 で きる｡よっ て､本論 の 試験 体 U)製 作 ､検 討 に あ た って も (4)式 を用 い て行 うr,

3. 増厚 板 に よ る効 果

3 .1

芯材 塑 性 化 部 長 さ

今 rq盾 想 した タイ プ

C

の 芯朋 は ､ タイ プ

B

の 芯朋 よ りも､ 芯材 理 也 化 部 を良 く保 ち なが I二)軸 剛 件 を向 卜.で きTi)利 点 を持 つ <そ こで ､タイ

I/'Bと タイプC(ハ芯材 に つ い て2通 りの訳設 計 を行 い ､ タ イプCを用 い る ことで タイ ‑/B上 り芯 材 熱化 化 lfrl良 さ を どU)程 度 長 く保 て るか を 検 討す る｡試 設 .汁の 概 要 を以 下^に ､.洗没 ..日で用 い る芯材 を図 7に 示す｡

武 設 計

l

タ イ プ

B

､ タイ プ

C

と (,に芯材 を誌糟liの幅 厚 比 が Ilの場 合 に つ いて 増厚 板 の効果 を掃 討 す る^｡

試設 計2 タイ ー/B､ 々イ ブCと もに 芯 材 端 知 の幅 厚 比 が 15.6の 喝 吉日こ

l ＼ ＼＼

＼ ＼ ^/ー /

芯材長さ 03L α2し αlL α之L αコし

図 7 軸 剛 作 一降伏‑耐 力検 :言.1モ デ ルの 形 4)､ 表 4 既 往 J)試 験 l

i

,.'二九 .'f7

J

軸 肘 性の 緒 .711結 氷

試強く未 L A

r l

^{2亡r2 2ctl Jll Ill 備考 Kl Kじ KF.Ilk.. 誤 差 (A)}

2】51 2烏16 0.53 o̲l7 O̲31) t.69 4̲25 アンポンド材OrnrTt､文献4)のPユ9Mlt‑CO試験体 :149 350 I.OO 0.39 235l 2816 I).チ̲1 0.17 Or̲'tO l.67 4ー25 34L) }44 0.99 I.50 235l 2816 り.51 I)̲l7 0̲30 し69 4̲25 :149 340 0.97 2̲65

=35) lO2∠】 り.5ユ u̲l7 DjLI I.6q IL03 1.Lq l29 0̲96 lJr) SA53r)l4Jl 三ユ5l 2901 L1.53 U.ー7 0.ユ0 L39 4̲I3 51詫 336 O.qO 3ju S830NL5‑J13 lRO4 2fH6 0.10 0̲l7 HjO し4ー 4一之5 50(} 4X4 0.96 4rl7 SB43Dl5‑104 1644 tC91 ().43 0.22 0.36 I̲54 lOー4】 I斗4 lsd

I .

^{00 Or3:1}

2351 2ぢ16 lJ̲51 ^{(H7 0.3U I.52 4.25 .141 347 トot O̲りり}

)̲ 芯材長さFmlTn 3. 芯材塑性化部斬面執 1､川l') α.芯キメ長さ比宰 β.芯材端部斬面積比を Kt 軸R他 計井値(… 'Nl'1‑■‑1) K. 軸剛性実根値(A)OユN′mrT.)

( 1 29)

ー 1 1 45‑

0000oooooooo00

00

00

900 800

一 o o

600 500 4

0 0

3

0 0

川

畑

l一■; (

I L 1

/rln)

300 4

0

^{0 5}

0

^{0 600 700 800 9a)}

a)試 設 計 1 全体

300 4

0

^{0 500 600 700 8}

0

^{0 9}

D O

d )

試 設 計

2

全体

00

oo 00 ∞ g

0065432.1‑ DO

00 00 0

6

5 4 3 0 0 nV

0

300 4

0

^{0 5}

0

^{0 600 700 800 g}

0 0

b )

試 設 計 1 タ イ プ B

3 0

⁰

4 0

0 5DO ⁶⁰0

7 0 0 8 0 0

⁹⁰⁰

e) 試 設 計 2 タ イプ B

図

8 軸剛 性 一降伏 仙 ノノ関係 表 5 増惇 板 (タイ プ C)を用 い た と きの 芯 材 敵 性化 部 比 率 の

増加

軸刑任(】DIN/mrT')

ZOO 25(I 300 }50 iI仰 450 5OO

l性也芸 } 0.OtI (7.

0 6

^{0,06 0̲07}

5 0̲07 0̲08 0.OS 0̲O〜〈

占 0.09 O.

I

^tJ.L

7 0.tl 0.L2 0.L2 8 0̲ll O.[3 0,ー3

9 0̲lJ O,)6 0,l7 l‖ 0.)7 O̲19 ll ().柑 0.21

軸拘性(l(I,N.′mm)

200 ヱ50 loo 350 40tJ 45r) .<rX)

幅E也事 4 0.06 O,(,b 0.07

⊃ 0̲0

7t l

^{.OX 0ー02!}

{ 0

,

^{09 0}

. 1

⁰

.

^ll

7 0̲12 0.l3

汁 0.14 0̲15

9 0.17

=ー 0,2J

ll 0.3｣

a) 試 設 計 1 b)試 設計2

試設計 を行 うに あ た っ て以 下の 条件 を設 定す る.

住)芯材 塑性 化 部長 さ比 率

α

tは ､0.4､0.3､0.2､0.1の4通 りを検討 す るU 芯材 塑性 化部 長 さ比

率 ′

土】を減 少 させ た 際 ､そ の差 分 は芯材 接 合部 長

さ比Iiin,に加 える=

e,,T材 塑性 化 部の幅 厚 比

は4

‑ 日の

8

通 りとす る,.

③ 芯材 長 さは^2351mm とす るc

qJ使 用 す る鋼材 はSN400Bを想 定 し.そ の 降伏 応 力度 は290N/mmコ､ヤ ン グ係 数 は205,000N/mm:とす る｡

訳 設 計 か ら得 られ た軸 剛性 一降伏 耐 力 関係 を ､横 軸 に降伏耐 力 を取

y).Iu二材 靭性 化 部長 さ比 率 {llをパ ラ メー タに して

t g 1 8

に示 す

八 回8 の

れ d)は調 節 範 捗 全 体 を^{. b}

) .e )

は タ イプBLn調節 範 囲詳 細 を､C)､ Il は タイ プCの調節 範 囲 詳 細 を示 した もの で あ る なお ､点線 は タイ プ Bを表 し.実線 は タイ プ

C

を表す

｡ 図

8が ホす よ うに ､ タイ プCを用 い た場 合.軸剛性 と降 伏 dqlノ)の 調節 範 は削まタイプ

B

の お よそ

2

倍 に な る^,

また､ タイ プCを用 い る こ とで .大 き くで き る芯 材 塑 性化 部比 率 を

黄 5に ,7{す｡試 設 計lに お い て ､幅 厚 比 日 で軸剛 性 5り0.OOON/nlmの心 付 を製 作す る場 合 ､ タ イプCの芯材 を用 い る と､ タイプBの芯材 と比 較

して芯材 塑性 化部 長 さ比率 α1を02J大 き くで きる｡ また､ 同 様

に試

‑ 1 1 46‑

( 1 30)

00∞∞oooooo∞oooo

弧

㈹

ー00 600 脚 400 北 川 Ⅷ

JdlIl (

× 1 0 N / m )

‑ 1 = 0 , I : , = 0 ̲ 2

L 印

⁼⁰⁴

: つ

Py(州) Py(州) 300 400

5 0 0

600 700 800 900

C) 試 設 計 1 タ イ プ C

一由剛性(flo〜/rT

n

⁾

l = 7 01

1

^l

=

^三

0

^0.

. 2

³

1こ04

300 400

5 0 0

600 700 800 90O

f) 試 設 計 2 タイプ C

H 階高

Ls:スパン長

d 水平変位

｣プレースの全長

α.芯材塑 性化加 長 さ比率 A 芯材 塑 性 化部 斬 面棟

♂●芯材 嬉昔B斬面払 比牢

0 フレ‑ス^{設 定 角度}

T rF間変 形角

6軸 方 向 変 位 Ls

図

9 実 験 モ テ ル

設 計2に お い て も､幅 序 比 11で軸

剛

作 450,000N/mmの 芯 材 を製 作 す る

場 合 ､ タイ プCを 用 い る と､ タイ プBの 芯材 と比 較 して 芯 材 靭性 化部 長 さ比 率 α,を024大 き くす る こ とが pJ能 で あ る｡

た だ し.訳 設 計 )､2と 壬､に幅 厚 比 が6前 接 に な る と､ タイ フ Cを 用 い て も . タ イプBと比 較 して 大 き くで き る芯 材 塑 件 化 都 点 き比 率 u.

が

o

lを 切 る傾 向 が あ る｡ これ は ､ 幅 厚 比 の 減 少 が 大 き くな る と,増 停 板 に よ る剛 件 向 卜効 果 よ りも､芯 材 軸 性 化 部 の 断 面 積 の減 少 に よ る 剛 性 低 卜の影 響 が大 き くな るた め で あ る^L.

以 上 の こ と7AJ･ら､同 じ軸剛 性 の芯材 を製 作す る際 ､ タイ フCを FT]い る と､ タイプBよ り も最 大 で0.2以 L芯材 塑 性 化 郡長 さ比 率 cLlを大 き くで き る｡ た だ し､ 人 き くで きる芯 材 塑惟 化 部 長 さ比早

く t

.は ,

芯材

秒 性化部OET.J草比 U)減 少 と共に 低 卜し,芯材 懲 性 化 部幅 厚 比 が6前 後 で 01を切 る精 度 に低 下す る こ とに留 意す る必 要 が あ るっ

3.2疲 労 性 能

芯 材 塑性 化 部 良 さの音域少 に よ る疲 労惟 能 の 低 Fに つ い て検 討 し､増 厚 板 を 傾 い て芯 fイ塑 性 化 部 長 さ を保 つ ことで座 屈 拘 束 プ レー ‑ALT)疲 労性 能 が どれ だ け維 持 され るか を検 討 す る,疲 労性 能 の模 討 に

E l .班

往 の研 究 11)の 式 を用 い ､次 式 とす る｡

･ /

^{‑ (島}

^{r6 i}

⁽⁵⁾

. ･

^V

′

^{:銭 yr綬 i空し亘d致}

∠ 少.

王振 幅

a 集中率(塑性化部長さ/(芯材全長一接命部長ごり)

こ こで､歪振幅 算 出 の ため に芯材 相性化 部歪の計算式 を設定す る｡

E g ] 9

にモヂ/./を示 す ,.既 往 の研 究 l〉2)･'川の実験 モデル と同 じく､プ レー スが組み 込 まれ た 中小 建築 物 が水 平 力を受 け､せん断 変#',,した場合 を 想 定す る｡ この時 ､軸 方 向変位 Sと水 平 変

柁d

のl抑 こは次の 関係 が皮

り立^{っ ｡}

∂ =〟cosβ

よ

っ

^{て､層 問変形 角 ､′は 次の よ うに表せ る ,,}

∂

r =

7 7

^{品 話}

ま17,､この ときの 芯材 の 古は､塑性化^{部 と 弾 性 部} の和 と/亡るの で次式 の よ ･')に表せ るて

6‑6

･ a, L 十 f

^{i (I‑ar)L}

^{( 8,}

よって ､

(

7

)､( 8 )

式 よ り芯材 確 性化 部 歪は 次式 の よ うに表す こ とが で きる.

ycosesin^O ‑U./P･Et1‑a.)

( 9 ) αt

( 9)

式 の 0につ いて ､座 屈 拘 束 プ レー スの水平変 位 は

､

Jlに対 して 極 めて微 小 で あ る と考 え られ るCよってそ の傾 きに よって変化 す る

0

も権 めて微小 で あ るの で

､

Cは座 屈拘 束 ブ レー スの設置 角度 (450)と す る. また､芯材 鞄性 化 部 歪 を求 め るため に必要な

く 9)

式の α.､ γと

い った値 は次の よ うに設 定す る｡

① 喪 中率 αは ､接 合 部 長 さ‑ (弾性 部長 さ⊥接合部長 さ)と し､懲性 化 部 の長 さに関 わ らず 1を 明い る.

･Ez,̀1.(芯イ｣塑性 化 部 長･さ′芯材 長 さ)は05‑0.1の場 合 に つい て005刻 み で用 い

､

βは既 往 の研 究^り三脚 Iで最 も多 く使 用 され てい る芯 材 の芯 材 端部断

I F

I

f

稽 比率 で あ る425を用 い る｡

表

6

芯 材 塑 性 化 部 歪 ･破断 繰 返 し回 数

r■ー 〜, n'l Nr

0,∝I5 O,50 Ur47 112二1.5 0.Ul 0̲50 0.97 254.2

O.OO5 0.45 ∩.5L 919̲7 0.Ol 0.45 J.07 2(光,5 0,00 5 0.40 l).5R 733.6 0,Ol 0.40 lJ20 I63.5 O.LX)5 0.3〜 ru1> 567.0 0.Ol 0̲35 I.37 l25̲4

L

^{).005 0.30 O̲76 J=0̲.1 LlOL 0.30 A.59 92̲1}

0

.

⁰⁰

5

^{0.25 0̲{和 194.I 0.Ol 0.13 I.̀※) 64̲0}

0.005 0̲20 Ll2 189̲4 0.Ol 0.20 2.37 40.9 0.005 0.l〜 I.48 )06,9 0.Ol 0.t5 3.L4 22.9

r ^:■

榊変形角 ^α.̲芯材塑性化帯長さ比率 E:芯対空

r l

化郡^歪('iI

NI･屯 所は返 し回 数

旬 γは0.005(層 間変形 角 1/200)､0.01(居間変形角 川 00)を用 い る｡

④ 鋼 材 の性質 はSN400Bを想 定 し､その降伏 応 力度 は290N/mmZ､ヤ ン グ係 数 は205.000N/rTm2とす る｡

この ときの芯材 野性 化部 歪 ､破 断繰 返 し回数 を表6に示すC 層 問餐 形 角l/100相 当､lI200相 当の どち らの 場合 で も､芯材 塑性化 部長 さ比 率 αIが減少す るご とに ､芯材 の破 断繰 り返 しLEJ数 の戚少 が 大 き くな る こ とがわか る､ 特 に ､芯材 塑性 化部 良 さ比率 α lが035以 下の範 囲 では､芯材 聯性化 部長 さ比 率 ct.がO̲1減少 す る と.そ の疲 労性範 は約 t/Zに な る｡

3.1で検 討 した結 果か ら､芯材 塑惟 化部 の幅 厚比 が

6

以上 あ る タイ プ Cの芯 材 は ､タイプBの芯材 と比較 して芯朋 塑性 化部長 さ比率 αtを約 0.1大 き くす る こ とが可能 で あ る ,よって､芯材塑性 化部 の幅厚 比 が

6

以

J

^{1.,bるタイプ}

^C

の芯材 は ､芯材塑性 rL部長 さ比率 cLlが0.35以 下の範 ほ削こお い て､

r

h‑1じ軸剛性 を持 つ タイプBの芯材 と比較 して､約

2

倍 の 疲労性 能 を持 たせ るこ とが 口[能 で あ る^｡

4.比較 実鱗

4 1

実 験概 要

実際 に タイ プ

A

､タイ プ

B

､タイプ

C試験 体 を製 作 し､芯材 形状 の

変化 に よる軸剛性 ､降伏 変位 ､性 能 の変化 を確認 す る｡試験 体一 覧 を

末 7

に,T<す｡表 中の軸剛性 Ktlの柵 の ()内の数値 は タ イプ

A試 験 体 の

軸剛性 を 100と した時 の ､各 式魚 体の軸剛性 の比率 であ るL.試験 件の 軸剛性 算 LLLJ.には

( 4)

式 を用 い る^J

タイプ A試 験 体の芯材 鞄性 化部 は ､凶 1に も示 Lた通 り､既 往 の 研究 り三柵 で一番 多 く用 い られ てい る､絞 りのない幅 厚 比 日 を用 い た^ら

タ イプ 8試験 体 は､ タイ プ A試 験 体 と同形 の芯材 の芯材塑 性 化 加 に 絞 りを加 えて製 作す るっそ の幅 厚 比に ついては .前節 での検 討 を加味

し､増厚 板 の効 果 を低 卜させ す ぎない よ うに 6.6とす る｡芯材 に三役 rJ を)Juえた ことで ､その軸 剛性 は タイプ ^試験 体 の約 69%にな るが ､ 降伏 耐 力 も低 くな るため､降伏 変イ鞍は 036mmほ ど小 さ くな って い る^む

タイプ C試験 体 は. タイプ B試験 体 と同形 の芯材 の端 部両 両 に増厚 板(PL16mm)を隅 肉溶接 した試 験 体 であるU 降伏 耐 力は タイプ 8試験 体 と倒 じであ る,I).､軸剛性 は タイ プ B試験体 と比較 す ると 20%弱 bl

くなってお V)､降伏変位 t)3体 中で最 も小 さい 147mmとなって い る′､ 試験 休 の芯 材 と増 厚板 の 材 贋 は SN400B､鋼 モ ル タル 板 の 材 質 は SS400とす る.

全ての試験 体の芯材 仝 周 には ア ンポ ン ド材 を貼 付す る〔これ に よ り 芯材 弱軸 方向には Inulの ク リア ラン スが存在 す る'また ､補強 リブ ､ 増厚板 とモル タル の接触 部 分 には ウレタ ン(偉 さ 40mm)を配 置 して芯 材 とモ ル タルが接 触す る こ とを防 止す る,芯材 強軸 方向には丸鋼 を配 置す る こ とで 変形 を防止 す る｡た だ し､芯材 に絞 りが あ る試敦 体 で は . 絞 りが あ る区 間 に 丸鋼 の変 わ りに鋼 材 (スペ ー サ ー と呼 ぶ)を配 置 L

て変形 を防止 す る｡

芯材 の降伏 荷 重

P

^{TYは (1})式 よ り書 出 し､

P

^Eはオイ ラー座屈荷 重式 か ら井出す る.た だ し,拘束材 の 断 而

2

次モー メ ン ト算LIJ.にあた っては ､ 表 7 試験 体 一覧

払 抜 件名 芯材 拘支材 クリアランス^∩ヽlT一 PtJP† Kc mT^{8 ,}Tl

αmmlL FrFさTlrn ^tIⁿⁿ¹■ m^ArTlt ^〜/^q,T^.y,^..‑1 kPN† 轄J事比 mll■Tl 高さrTltTl 1^rゝt^TLTTO^l.J^I kNPt

タイ プA lJl:〜 IEI )76 2引6 372 765 ll 203.2 61 947 346g l̲0 9.5(4.5) 354日OO) コ̲ーj タ イ プB 940 】6 lO5 l680 272 457 6̲6 20).2 引 q47 3468 i.0 l5.8(7.5) 241(69) l̲77

^ 塑性化部断面^棟 C,､ 降伏応力度 l一, 降伏荷^{重 1} 断面二次モーメント ^PL 座屈荷I ^Kじ 馴 Ij性計^{7t価 (xlO'N･'m･n)} 6, 弾性限界変形JE

( 1 31 )

‑ 1 1 47 ‑