耐力劣化要因を考慮した各種 部材要素モデルの提案と 骨組への適用性に関する研究 [ PDF
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(2) σ. ミュレーション解析を行う．シミュレーションに用 いた実験は，鈴木等. 10). (MPa) fc2 fc1 fc0. が行った単調圧縮実験( 4 体). と，遠藤等 1 1 ) が行った繰返し水平力載荷実験( 6 体). Compression (3). (1). (2) (3). (2). で，実験変数は，軸力比とせん断補強筋比である． Ec. 実験結果と解析結果の一部を図 5 に示す．図は軸. (1) 被り部分. (1). 力比 0 . 1 5 ) の試験体では，精度の良い一致が見られた. c1. c0. Tension. が，高軸力( 軸力比 0 . 3 6 ) の試験体では，実験結果に 比べ解析結果の方が最大耐力や劣化挙動で安全側評. 図4. ε. ε ε ε ε ε. 力比 0 . 1 5 の試験体の繰返し載荷である．低軸力( 軸. (m/m). c2. /2. (2) 帯筋内側部分 (3) フランジ内側部分. コンクリートの応力歪関係( R C ，S R C 部材). 価となるものがあった． Q(kN) 300. Q(kN) 300. 5 . 鉄骨鉄筋コンクリート部材( S R C 部材) 要素モデル. 200. 200. 5.1 応力歪関係. 100. 100. S R C 部材では耐力劣化要因として，コンクリートの. 0. 0. コンファインド効果，主筋の座屈，鉄骨の局部座屈. -100. -100. を考慮する．. -200. -200. コンクリートの応力歪関係は R C 部材と同様のもの. -300 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0. を用いるが，SRC 断面を被りコンクリート部分(1)，せ. 0.5. 1. 1.5 2 2.5 R(×10-2rad.). -300 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0. ( ⅰ) 実験結果. ん断補強筋で囲まれたコンクリートコア部分( 2 ) ，鉄. 図5. 骨フランジに囲まれた部分( 3 ) の 3 つに分け，それぞ. Q(kN) 400. 座屈を考慮した主筋の応力歪関係は，R C 部材と同. 300. 300. 200. 200. 100. 100. 0. 0. と同様のものを用いる．本研究では，コンクリート. -100. -100. による鉄骨への拘束効果などは考慮していない．. -200. -200. -300. -300. 5 .2 シミュレーション解析. -400 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0. 5 . 1 節で示したモデルを用いて，既往の実験のシ. 0.0. 1.0. 2.0. 3.0 4.0 R(×10 -2 %). -400 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0. ( ⅰ) 実験結果. ミュレーション解析を行う．シミュレーションに用. 図6. いた実験は，仲等 1 2 ) が行った繰返し水平力載荷実験. 1.5 2 2.5 R(×10-2rad.). R C 部材の実験と解析の比較. Q(kN) 400. 局部座屈を考慮した鉄骨の応力歪関係は，S 部材. 1. ( ⅱ) 解析結果. れ異なったコンファインド効果を与える( 図 4 ) ． 様のものを用いる．. 0.5. 1.0. 2.0. 3.0 4.0 R(×10 -2 %). ( ⅱ) 解析結果. S R C 部材の実験と解析の比較. ( 6 体) と，若林等 1 3 ) が行った繰返し水平力載荷実験( 3. E c は崎野等の提案式を近似した式によって算定する．. 体) で，実験変数は，軸力比とせん断補強筋比である．. 局部座屈を考慮した鋼材の応力歪関係は S 部材の. 実験結果と解析結果の一部を図 6 に示す．図は軸. 応力歪関係をベースとし，円形鋼管および角形鋼管. 力比 0 . 2 2 の試験体の繰返し載荷である．解析では，. の局部座屈発生歪ε b u は河野等 1 6 ) の提案式で算定す. 高軸力( 軸力比 0 . 4 4 ) の試験体で上手く劣化挙動を表. る．円形鋼管の第一劣化勾配τ b は越智等 1 7 ) の提案式. 現出来なかったものの，その他の試験体では高い精. を近似した式で，角形鋼管の第一劣化勾配τ b は山田. 度で実験結果との一致が見られた．. 等の提案式で算定する．また，第二劣化勾配τ b 2 は円 形鋼管，角形鋼管ともに 0 とした．. 6 . コンクリート充填鋼管部材( C F T 部材) 要素モデル. 6 .2 シミュレーション解析. 6.1 応力歪関係. 6 . 1 節で示したモデルを用いて，既往の実験のシ. C F T 部材では耐力劣化要因として，コンクリートの. ミュレーション解析を行う．シミュレーションに用. コンファインド効果，鉄骨の局部座屈を考慮する．. いた実験は，藤永等 1 8 ) 1 9 ) が行った円形鋼管の単調載. コンファインド効果を考慮したコンクリートの応. 荷実験( 6 体) および繰返し載荷実験( 2 1 体) と，角形. 力歪関係は，崎野等. 鋼管の単調載荷実験( 6 体) と繰返し載荷実験( 2 1 体). 1 4) 1 5). の提案を近似した図 7 に示す. モデルを用いることとする．最大応力 f c は円形鋼管，. で，実験変数は，軸力比と径厚比( 幅厚比) である．. 角形鋼管ともに崎野等の提案式に従い，円形鋼管の. 実験結果と解析結果の一部を図 8 に示す．図は軸. 耐力劣化勾配τ E c は 0 ，角形鋼管の耐力劣化勾配τ. 力比 0 . 3 0 の試験体の繰返し載荷である．解析では，. 41-2.
(3) 軸力比 0 . 4 0 を超える試験体では，円形鋼管，角形鋼. σ(MPa). 管ともに上手く劣化挙動を表現出来なかった．しか. Compression. fc τEc. し，軸力比 0 . 4 0 以下の試験体では履歴ループが若干 小さいものもあるが，最大耐力や劣化挙動では良い. cE. 一致が見られた． 7.. これまでに示し た各種部材要素 モデルを用いて，. 図7. 骨組のシミュレーション解析を行い，骨組への適用 性の検証を行う． 7.1. ε/2. εpc. 部材要素モデルの骨組への適用性. S 造 3 層骨組静的実験のシミュレーション解析. シミュレーションに用いた実験は，堺等 2 0 ) が行っ た角形鋼管柱および H 形鋼梁で構成された 3 層 1 スパ ンラーメン骨組の繰返し載荷実験である．実験では，. コンクリートの応力歪関係( C F T 部材). Q (kN). Q (kN). 40. 40. 30. 30. 20. 20. 10. 10. 0. 0. -10. -10. -20. -20. 1 層柱頭および柱脚に局部座屈が生じ，1 層崩壊を起. -30. -30. こしている．. -40. -40 -4. 実験結果および解析結果の図はここでは割愛する. ε(m/m). ε 0.015. -3. -2. -1. 0. 1. 2. 3. 4 R (％). ( ⅰ) 実験結果. が，解析では最大耐力や耐力劣化挙動および 1 層崩. 図8. -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. 3. 4 R (％). ( ⅱ) 解析結果. C F T 部材の実験と解析の比較. 壊など，実験を上手くシミュレーションすることが 出来ていた．. が，解析では最大耐力や耐力劣化挙動ともに，実験. 7.2 S 造実大 4 層骨組振動実験のシミュレーション解. を上手くシミュレーションすることが出来ていた．. 析. 7.4 SRC 造 1 層骨組静的実験のシミュレーション解析. シミュレーションに用いた実験は，2 0 0 8 年に行わ. シミュレーションに用いた実験は，若林等 1 3 ) が. れた E - ディフェンス実大 4 層崩壊実験 2 1 ) であり，角. 行った S R C 造 1 層 1 スパンラーメン骨組の繰返し載荷. 形鋼管柱や H 形鋼梁，合成スラブ，A L C 版外壁等で構. 実験である．実験では柱が塑性化し，耐力劣化を起. 成される．地震波は 1 9 9 5 年兵庫県南部地震 J R 鷹取. こしている．. 駅記録を用い，地動最大加速度比で 20 % ，6 0 % ，1 0 0 %. 実験結果と解析 結果の図はここ では割愛するが，. の 3 種類で実験を行っている．実験では，1 0 0 % 加振. 低軸力の試験体では精度良く一致し，高軸力の試験. 時に 1 層柱頭および柱脚に局部座屈が生じ，1 層崩壊. 体では安全側評価となる傾向にあった．. を起こしている．. 7.5 CFT 造 2 層骨組静的実験のシミュレーション解析. 2 0 % ，6 0 % 加振時の最大層間変形角の実験結果と解. シミュレーションに用いた実験は，吉村等 2 3 ) 2 4 ) が. 析結果を図 9 に，1 0 0 % 加振時の局部座屈発生時刻の. 行った角形 C F T 柱を用いた 2 層 1 スパンラーメン骨組. 実験結果と解析結果を表 1 に示す．2 0 % ，6 0 % 加振時. の繰返し載荷実験である．. の最大層間変形角は，実験結果とほぼ一致している．. 実験結果と解析 結果の図はここ では割愛するが，. 1 0 0 % 加振時の局部座屈発生時刻については，解析で. 最大耐力，最大耐力後の劣化挙動ともに概ね精度良. は局部座屈を生じない柱が存在したが，その他の柱. く表現出来ていた．. については実験結果と誤差 0 . 2 秒以内の範囲で局部. 7.6 CFT 造 3 層骨組静的実験のシミュレーション解析. 座屈を生じたため，概ねシミュレート出来たと言え. シミュレーションに用いた実験は，堺等 2 5 ) が行っ. る．ただし解析モデルでは，試験体に設置されてい. た角形 C F T 柱を用いた 3 層 1 スパンラーメン骨組の繰. る外壁，内壁等の 2 次部材は設けていないため，そ. 返し載荷実験である．. れらの影響は考慮されていない．. 実験結果と解析結果を図 1 0 に示す．解析では，最. 7.3. 大耐力および最大耐力後の劣化挙動を，精度良く表. RC 造 3 層骨組静的実験のシミュレーション解析. シミュレーションに用いた実験は，江戸等 2 2 ) が. 現出来ていると言える．. 行った R C 造 3 層 1 スパンラーメン骨組の繰返し載荷 実験である．実験では 1 層柱が塑性化し，耐力劣化. 8. 結論. を起こしている．. 各種部材要素モデルの提案とシミュレーション解. 実験結果および解析結果の図はここでは割愛する. 析，および骨組への適用性の検証を行い，以下の結. 41-3.
(4) 論を得た．. Story 5. Story 5. 解析(60%) 実験(60%) 解析(20%) 実験（20%）. S 部材：角形鋼管では最大耐力，劣化挙動ともに解析 4. 4. 耐力，劣化勾配は概ね良い一致を示したが，履歴. 3. 3. ループが若干小さくなる傾向にあった．. 2. 2. 1. 1. 解析(60%) 実験(60%) 解析(20%) 実験（20%）. で精度良く表現することが出来た．H 形鋼では最大. RC 部材：高軸力(軸力比 0.36)の試験体では最大耐力， 劣化勾配ともに安全側評価となったが，低軸力( 軸力. 0. 比 0 . 1 5 ) の試験体では良い一致を示した．. 0 0. 0.005. 0.01. 0.015. 0.02. 0. 0.005. 0.01. 0.015. S R C 部材：高軸力( 軸力比 0 . 4 4 ) の試験体で劣化挙動. (ⅰ) X 構面 (ⅱ) Y 構面 S 造骨組 2 0 % ，6 0 % 加振時の最大層間変形角. 図9. が上手く表現できないものもあったが，ほとんどの 試験体で最大耐力，劣化勾配ともに非常に良い一致. 表1. 0.02. Drift Angel[rad]. Drift Angel[rad]. S 造骨組 1 0 0 % 加振時の局部座屈発生時刻( s e c ). を示した． C F T 部材：円形鋼管，角形鋼管ともに軸力比 0 . 4 を超. 実験 5.96 5.89 5.9 5.85 5.92 5.82. 柱A1 柱A2 柱A3 柱B1 柱B2 柱B3. える試験体では，実験とあまり良い一致が見られな かった．しかし，軸力比 0 . 4 以下の試験体では，履 歴ループが若干小さいものもあるが，最大耐力や劣 化挙動も含めて概ね一致していると言える．. 解析(Y構面) 解析(X構面) × × 5.84 × 6.1 × × 5.91 5.84 5.74 6.1 5.91 ×・・・局部座屈発生なし. S 造骨組：静的載荷実験は，解析で精度良く表現する Q (kN) 600. Q (kN) 600. 座屈発生時刻をほぼ予測することが出来たが，一部. 400. 400. の柱では局部座屈の発生を表現することが出来ない. 200. 200. 0. 0. R C 造骨組：解析では最大耐力や耐力劣化挙動ともに，. -200. -200. 実験を上手くシミュレーションすることが出来てい. -400. -400. た．. -600. ことが出来た．振動実験では，崩壊形式および局部. 部分もあった．. -600 -6. S R C 造骨組：低軸力の試験体では実験と良い一致を示. -4. 0. 2. 4. 6 R (％). -6. (ⅰ) 実験結果. したが，高軸力の試験体では安全側評価となる傾向. 図 10. にあった． C F T 造骨組：2 層骨組，3 層骨組ともに，解析では精. -2. -4. -2. 0. 2. 4. 6 R (％). (ⅱ) 解析結果. C F T 骨組の実験と解析の比較. に関する実験的研究その1∼その4,日本建築学会大会梗概集,1972.10,pp.1105-1110 14)崎野健治：一定軸力下で曲げ・せん断を受けるコンクリート充填正方形鋼管柱の単. 度よく実験を表現することが出来た．. 調および繰返し弾塑性変形性状に関する実験的研究,九州大学博士論文,1981.12.. 参考文献. 15)崎野健治,孫玉平：直線型横補強材により拘束されたコンクリートの応力-ひずみ. 1)河野昭彦,松井千秋,清水るみ:SRC構造多層ラーメン架構の全体崩壊機構形成に要求さ. 関係 ,日本建築学会構造系論文集 ,第 461号pp.95-104,1994.7.. れる柱梁耐力比の基礎的性質,日本建築学会構造系論文集,第505号,pp.153-159,1998.3.. 16)河野昭彦：繰返し荷重下のコンクリート充填鋼管の局部座屈発生条件,日本建築学. 2) 山田哲， 秋山宏， 桑村仁：局部座屈を伴う箱形断面鋼部材の劣化域を含む終局挙動， 日. 会構造系論文集,第608号,pp.151-156,2006.10.. 本建築学会論文報告集，第444 号，135-143，1993.2，および 山田哲，秋山宏，桑村仁：. 17)越智健之,山下正弘,小川康治他：引張・圧縮を受ける円形鋼管部材の局部座屈およ. 局部座屈を伴うH形断面鋼部材の劣化挙動， 日本建築学会論文報告集， 第454 号， 179-186， 1993.12. び履歴挙動,日本建築学会構造系論文報告集,第417号,pp.53-61,1990.11.. 3)孟令樺，大井謙一， 高梨晃一：鉄骨骨組地震応答解析のための耐力劣化と伴う簡易部材. の構造性能(その1)実験概要および曲げ耐力,日本建築学会九州支部研究報告,第36. モデル， 構造系論文報告集， No.437,115-124,1992.7. 号,pp.533-536,1997.3.. 4)加藤勉，秋山宏，山内奏之：鋼材の応力-ひずみ曲線に関する実験則，大会学術講演梗. 19)藤永隆,松井千秋,津田恵吾他：繰返し曲げを受けるコンクリート充填鋼管柱の構造. 概集， 937-938，1973.10. 性能(その2)円形試験体,日本建築学会大会学術講演梗概集,pp.897-898,1997.9.. 5)津田恵吾， 軸力と水平力を受ける鉄骨系柱材の弾塑性挙動に関する研究， 九州大学博士. 20)堺純一，松井千秋，柳田幸久，日高桃子，犬丸啓一郎，CFT 柱を用いた３層骨組の弾塑. 論文，1993. 性挙動に関する実験的研究-その1実験計画および純ラーメンの挙動， 日本建築学会大会. 6)三谷勲， 不安定現状を伴う鋼構造部材及び骨組の繰り返し弾塑性性状に関する研究， 九. 学術講演梗概集，C-1，2001,pp.1163-1164. 州大学博士論文，1980. 21)吹田啓一郎,松岡祐一,山田哲,島田侑子,赤澤資貴,多田元英,大崎純,笹井和彦:E-. 7)Mander：Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete,Journal of Structual. ディフェンス鋼構造建物実験研究その21∼24 日本建築学会大会梗概集(中国)2008.9.. Engineering, Vol.114,No.8, ASCE,August,1988.. 22)江戸宏彰， 武田寿一，表佑太郎：3層1スパン鉄筋コンクリート骨組の動的破壊実験， 日. 8)中塚佶,前川元伸,中川裕史：単軸単調圧縮荷重下における軸筋の座屈時ひずみ推定式:. 本建築学会大会学術講演梗概集(九州)，pp.1119-1120，1972．10. コンファインドコンクリート内に配筋された圧縮軸筋の座屈に関する研究(その2),日本建. 23)吉村大祐,徐培蓁,河野昭彦：柱および接合部の降伏を許容した角形CFT骨組の実験. 築学会構造系論文集,第516号,145-149,1999.2.. 的研究 その1 実験概要および接合部耐力の検討,日本建築学会九州支部研究報告,第. 9)井上一朗,清水直樹：ブレース架構の保有水平体力に関する考察,日本建築学会構造系. 45号,pp.617-620,2006.3.. 論文報告集 ,第388号,59-69,1988.6.. 24)徐培蓁,河野昭彦,吉村大祐：柱および接合部の降伏を許容した角形CFT骨組の実験. 10)鈴木敏郎，滝口克己，岡本哲美，加藤征宏：SRC部材の復元力特性に対するフープ筋の. 的研究 その 2 降伏許容柱の挙動 , 日本建築学会九州支部研究報告, 第 45 号,pp.621-. 効果に関する実験，日本建築学会構造系論文報告集，第348号，61-74，1985.2.. 624,2006.3.. 11)建設省建築研究所：建築研究資料(既往のRC柱実験試料)，1973.3. 25)堺純一,松井千秋,柳田幸久他：CFT柱を用いた3層骨組の弾塑性挙動に関する実験. 12)仲威雄,森田耕次,立花正彦：鉄骨鉄筋コンクリート柱の耐力と履歴特性に関する実験. 的研究 - その 1 実験計画および純ラーメンの挙動 -, 日本建築学会学術講演梗概集. 的研究(その2),日本建築学会論文報告集,第260号,47-58,1977.10.. ,pp.1163-1164,2001.9.. 18)藤永隆,松井千秋,津田恵吾他：繰返し曲げを受けるコンクリート充填角形鋼管柱. 13)若林實,南宏一,中村武：繰り返し荷重を受ける鉄骨鉄筋コンクリート柱の弾塑性性状. 41-4.
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