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6) , 3) L60m h=4m 4m φ19 SS400 σ y = kn/mm 2 E = 205.8kN/mm 2 Table1 4) 7 Fig.1 5 7) S S 2 5 (Fig.2 ) ( No.1, No.2, No.3, No.4)

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Academic year: 2021

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(1)

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Damages and Earthquake Resistant Performance of

Steel Frame Structures with Self Strain Stress

(Faculty of Architecture and Structural Engineering) Yutaka NIHO, Masaru TERAOKA (Professor Emeritus of KNCT) Yasuhiro FUKUHARA

ABSTRACT

This paper describes the earthquake resistant performance of steel frame structures with self strain stresses. Both self strain stress due to differential settlement of the structures and that due to thermal strain are considered here. Firstly, this paper briefs a method for calculation on both maximum strength and horizontal stiffness of the structures. And secondly, this paper shows a load-displacement curve for each structure and investigates effects of self strain stresses on both the maximum strength and the horizontal stiffness. Finally, this paper concludes that self strain stress effects strongly both maximum strength and horizontal stiffness of the steel frame structures.

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    Steel Frame Structure, Differential Settlements, Thermal Strain, Self Strain Stress, Earthquake Resistant Performance

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(2)

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Table.1 Sectional and Material Properties of Braces

᧚⾰ SS400 ⋥ᓘ 19 mm ᢿ㕙Ⓧ 283.5 mm2 㐳ߐl0 5657. mm ࡗࡦࠣଥᢙ E 205.8 kN/mm2 㒠ફᔕജᐲσy 235.2˜10-3 kN/mm2 㒠ફゲജ Np 66.62 kN ⷙᩰ㒠ફὐߦኻᔕߔࠆᱡ 1.14˜10-3     

(3)

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ӫӼ ߼Ӽ

Fig.3 An Example of Analytical Models

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ᵬ ᵆןᵇ

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Fig.4 Hysteresis Characteristics for Braces

Fig.5 Calculation on Strain

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(4)

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㧯 (a) ᵆӫᵇᶂ ᶂᵲ ᵎ ᶂ ᶂᵲ ᵎ ᶂ (b) = ᶂ ᵆ ӫᵇ ᶂᵎ ᶂᵎ (c) + ᵲ ᶂ ᶂᵲ (d) Fig.6 Deformation of a Steel Frame Structure

with Thermal Stress

᷀ ᵆ ˦ᵇ ᷀ ᵆ ጑ᵇ ᵬᴾ ᵆ ࡽᵇ ᴾ ᵆ ןᵇ ᵬ ᵬᵲ ᵲ ᵩ ᷀ᶗᶒ ᷀ ᵬᶗᶒ ᵬᴾ ᵛᴾ ᵬᴾ ᵋ ᴾ ᵬᶗᶒ ᶗ ᵲ ᷀ᴾ ᵛᴾ ᷀ᴾ ᵋ ᴾ ᷀ᶗᶒ ᶗ ᵲ

Fig.7 Hysteresis Characteristics for Braces of Structures with Thermal Stress

ᴾ ᵆ ӫᵇ ᴾ ᵆ ߼ᵇ ᶂ ᵆ ӫᵇ ᶏ ᶏ ᶏᵲ ᶏᶗ ᶂ ᵆ ߼ᵇ ᵩ ᵩ ᵩ ᶂᵲ ᶗᵲ ᶂ ᶏᶗ ᵲ ᶏ ᶎ ᶎ ᵩ ᶎ ᵩ ᵐ ᶎ ᵩ ᵐ

Fig.8 Combination of two Hysteresis Characteristics for Braces

 Fig.6(a)ߩ߁ߜ㧘ὐ✢ߢ࿐ࠎߛㇱಽࠍᛮ߈಴ߒ㧘 Fig.6(b)ߣߒߡ⴫ߔޕᛮ߈಴ߒߚࠬࡄࡦߩᩇ㗡ᄌ૏ ࠍ㧘Fig.6(c)߅ࠃ߮(d)ߦ⴫ߔࠃ߁ߦ㧘ゲ⚵ో૕ߩᄌ ᒻߦ⿠࿃ߔࠆᚑಽ d0Tߣࠬࡄࡦ਄ㇱߩ᪞ߩᄌᒻߦ ⿠࿃ߔࠆᚑಽ dTߦಽߌࠆޕd0Tߣ dTߪฦޘ㧘ᰴᑼ ߦࠃࠅ⸘▚ߐࠇࠆޕ 0T xj d = ⋅ Δ ⋅α t l , 1 2 T d = ⋅ ⋅ Δ ⋅α t l (4.1), (4.2) ߚߛߒ㧘lxjߪ㛽⚵ߩਛᔃ✢ߣࠬࡄࡦ j ߩਛᔃ✢ߩ 㑆㓒ߢ޽ࠆޕαߪᾲ⤘ᒛଥᢙߢ޽ࠅ㧘1.0˜10-5[1/oC] ߣߔࠆޕ  Fig.6(d)ߦߟ޿ߡ㧘ߘߩࡉ࡟࡯ࠬߩᓳరജ․ᕈߪ㧘 ᩇ㗡ᄌ૏ dTߦ⿠࿃ߔࠆિ߮δTߦࠃࠅ Fig.7 ߦ␜ߐ ࠇࠆࠃ߁ߦߥࠆޕિ߮δTߪ㧘ࡉ࡟࡯ࠬߩ᳓ᐔ㕙ߦ ኻߔࠆ௑߈ࠍ 45oߣߔࠇ߫㧘ᰴᑼߩ d ߦᩇ㗡ᄌ૏ dTࠍઍ౉ߒߡᓧࠄࠇࠆδߢ޽ࠆޕ 1 2 d δ = ⋅ (5) d0T߽ᑼ(5)ߦࠃࠅࡉ࡟࡯ࠬߩિ߮δ0Tߦᄌ឵ߐࠇࠆޕ ߎߩδ0Tࠍᰴᑼߦઍ౉ߔࠇ߫ᱡε0Tࠍᓧࠆޕ 0 0 0 T T δ ε = l (6) ε0Tࠍਇหᴉਅߦ⿠࿃ߔࠆࡉ࡟࡯ࠬߩᱡε0d ߣ⿷ߒ วࠊߖ㧘ࡉ࡟࡯ࠬߩೋᦼᱡε0ࠍ⸘▚ߔࠆޕ 0 0d 0T ε =ε +ε (7) 㧟㧚㧟 㛽⚵ߩ᳓ᐔജ߅ࠃ߮᳓ᐔᄌ૏ᦛ✢ߩ⸘▚ 㧟㧚㧟㧚㧝 ᓳరജ․ᕈ  Fig.7 ߩᓳరജ․ᕈࠍᜬߟࡉ࡟࡯ࠬࠍ Fig.5 ߩࠃ ߁ߦ੤Ꮕߐߖߡ㈩⟎ߔࠆ㧔ߚߛߒ㧘ࡉ࡟࡯ࠬ߇੤ Ꮕߔࠆὐߪធวߒߥ޿㧕ߣ㧘Fig.7 ߩᓳరജ․ᕈ߇ วᚑߐࠇ㧘⚿ᨐߣߒߡ Fig.8 ߩᓳరജ․ᕈ߇ᓧࠄ ࠇࠆޕߚߛߒ㧘dyT߅ࠃ߮ qTߪᰴᑼߦࠃࠅ⸘▚ߐ ࠇࠆޕ yT y T d =d −d , qT =2K δpT (8.1), (8.2) dyߪࡉ࡟࡯ࠬߩ㒠ફゲജ Npߦኻᔕߔࠆߩ߮δyࠍᑼ (5)ߦઍ౉ߒߡᓧࠄࠇࠆ୯ߢ޽ࠆޕ Kpߪ㧘ࡉ࡟࡯ࠬ߇᳓ᐔ㕙ߦኻߒߡ 45o௑޿ߡ޿ ࠆߣߔࠇ߫㧘ᰴᑼߦࠃࠅ⸘▚ߐࠇࠆޕߚߛߒ㧘k ߪࡉ࡟࡯ࠬߩゲ೰ᕈߢ޽ࠆޕ 1 2 p K = ⋅k         (9) 㧟㧚㧟㧚㧞 ೋᦼᄌ૏ d0ߦࠃࠆᓳరജ․ᕈߩୃᱜ  ᑼ(7)ߦࠃࠅ⸘▚ߐࠇࠆε0ࠍᰴᑼߦઍ౉ߒߡࡉ࡟ ࡯ࠬߩೋᦼߩ߮㊂δ0ࠍ⸘▚ߔࠆޕ 0 0 0 δ = ⋅ lε (10)     

(5)

ࡍ࡯ࠫᢙ 5㧛12 ߎߩδ0ࠍᑼ(5)ߦઍ౉ߒߡᓧࠄࠇࠆ d ࠍ d0ߣߔࠆޕ ߎߩ d0ߩᣇะߣ᳓ᐔജ q ߩᣇะ߇หߓߢ޽ࠇ߫㧘 ᓳరജ․ᕈߪ Fig.9 ߩࠃ߁ߦᡷ߼ࠄࠇࠆޕ৻ᣇޔ d0ߣ q ߇੕޿ߦㅒᣇะߦะ޿ߡ޿ࠇ߫ᓳరജ․ᕈ ߪ Fig.10 ߩࠃ߁ߦᡷ߼ࠄࠇࠆޕ 㧟㧚㧠 ᳓ᐔ⠴ജ Qyߣೋᦼ೰ᕈ K0 㧟㧚㧠㧚㧝 ᳓ᐔ⠴ജ Qy એ਄ߦၮߠ߈㧘㛽⚵ߩ᳓ᐔജ Q ߣ᳓ᐔᄌ૏ d ࠍ ⸘▚ߒ㧘㛽⚵ߩ⩄㊀㧙ᄌ૏ᦛ✢ࠍ૞ᚑߔࠆޕ㛽⚵ ߩ᳓ᐔ⠴ജ Qyߪᰴᑼߦࠃࠅ⸘▚ߢ߈ࠆޕ 1 n y yj j Q q = =

        (11) ߚߛߒ㧘n ߪࡉ࡟࡯ࠬࠍ᦭ߔࠆࠬࡄࡦߩᢙ㧘qyjߪ ᵆӫᵇ ᵆӫᵇᶂ ᶂᵎ ᶏ (a) ᶂ ᵆ߼ᵇ ᶂᵆӫᵇ ᵆӫᵇ ᶏ ᵆ߼ᵇ ᶏ ᶗ ᵏ ᶗ ᵐ ᶏ ᶏ ᵏ ᶗ ᵐ ᶗ ᶂ ᶂ ᵩᶎ ᵩᶎ ᵐ (b) d0҇dT ᵆӫᵇ ᶏ ᵆ߼ᵇ ᶏ ᵆӫᵇ ᶂ ᶂ ᵆ߼ᵇ ᶗᵏ ᶗ ᵏ ᶏ (c) dT < d0 <dyT ᵆӫᵇ ᶂ ᶂ ᵆ߼ᵇ ᵆ߼ᵇ ᶏ ᶏ ᵆӫᵇ (d) d0 ҈ dyT Fig.9 Relations on Strength and Displacement for

Panels (Same Direction)

ฦࠬࡄࡦߩ᳓ᐔജᦨᄢ୯ߢ޽ࠅ㧘Fig.9, Fig.10, ߅ ࠃ߮㧘Table 2 ࠍෳᾖߔࠆޕ Fig.1ߩ㛽⚵ࡕ࠺࡞ߢߪ㧘7 ߟߩࠬࡄࡦߦࡉ࡟࡯ ࠬ߇㈩⟎ߐࠇߡ޿ࠆޕࠃߞߡ㧘ߎߩ㛽⚵ࡕ࠺࡞ߦ ߟ޿ߡ㧘Table 1 ߩࡉ࡟࡯ࠬࠍ૶↪ߒߚߣߔࠇ߫㧘 ਇหᴉਅ߅ࠃ᷷߮ᐲᔕജߩߥ޿┫Ꮏᒰᤨߩ᳓ᐔ⠴ ജ Qyini ߣ᳓ᐔ೰ᕈ K0ini ߪ㧘ฦޘ㧘329.8[kN]ߣ 36.10[kN/mm2]ߣߥࠆޕ ᵆӫᵇ ᵆӫᵇᶂ ᶂᵎ ᶏ (a) ᶂ ᵆ߼ᵇ ᵆӫᵇᶂ ᵆӫᵇ ᶏ ᵆ߼ᵇ ᶏ ᶏᶗ ᶏᶗ ᶗ ᶗ ᵏ ᶂ ᶂ ᵏ ᵐ ᵐ ᵩᶎ ᵩᶎ ᵐ (b) d0҇dT ᶂ ᵆ߼ᵇ ᶂᵆӫᵇ ᵆӫᵇ ᶏ ᵆ߼ᵇ ᶏ ᶏᶗ ᶏᶗ ᶏᶗ ᵏ ᶗ ᶗ ᶗ ᵏ ᶂᵑ ᵐ ᶂ ᵐ ᵑ ᶎ ᵩ ᵐ ᶎ ᵩ ᶎ ᵩ (c) dT < d0 <dyT ᶂ ᵆ߼ᵇ ᶂᵆӫᵇ ᶏ ᵆӫᵇ ᶏ ᵆ߼ᵇ ᶎ ᵩ ᶎ ᵩ ᶎ ᵩ ᵐ ᶂᶗ ᶂᶗ ᵏ ᵑ ᶂᶗᵐ ᶗ ᶗ ᶗ ᵏ ᶏ ᶏ ᶏ ᵐ ᵑ (d) dT < d0 <dyT+ dT ᵆӫᵇ ᶂ ᵆӫᵇ ᶏ ᵆ߼ᵇ ᶏ ᶂ ᵆ߼ᵇ ᵩᶎ ᵩᶎ ᶗ ᵏ ᶗ ᶂᶗ ᵏ ᶂᶗᵐ ᶂᶗᵑ ᶏ ᶏᵐ (e) d0 ҈ dyT+ dT Fig.10 Relations on Strength and Displacement

for Panels (Opposite Direction)

Table 2 Horizontal Force q and Displacement d

ೋᦼᄌ૏ d0߇᳓ᐔജ q ߣหᣇะ(Fig.9) ೋᦼᄌ૏ d0߇᳓ᐔജ q ߩㅒᣇะ(Fig.10) d0҇dT (Fig.9(b)) dT<d0<dyT (Fig.9(c)) d0҈dyT (Fig.9(d)) d0 ҇ dT (Fig.10 (b)) dT< d0 < dyT (Fig.10 (c)) dyT<d0҇dy+dT (Fig.10 (d)) d0>dy+dT (Fig.10 (e)) qy1 2 Kp dy1 Kp dy1 㧙 2 Kp dy1 Kp dy1 qy2 qy1 + Kp (dy2㧙dy1) 㧙 㧙 qy1 + Kp (dy2㧙dy1) qy1 + 2 Kp (dy2㧙dy1 ) qy1+Kp dy1 qy3 㧙 㧙 㧙 㧙 qy2 + Kp (dy3㧙dy2) 㧙 dy1 dT㧙d0 dyT㧙d0 㧙 d0 + dT d0 㧙 dT 2d0 㧙 dy dy dy2 dyT㧙dT 㧙 㧙 d0 + dyT d0 + dT dy3 㧙 㧙 㧙 㧙 d0 + dyT    !"#

(6)

第72号 (2010) 呉工業高等専門学校研究報告 56 30

E

20 Cコ

10 l!11: 局 主 型ー10 <>< ZE-20

九 A V k e 3 的 n CEZ ' ' E & E -e d d J 制

mM 百 Un 三 M U Y ・ 且 ﹂ u n a 叫 " U ,

O Q

-弘 H 4 . . ‘

q -n ρ t 、 曹 v 且 ゐ E . ‘

Q 1 d U パネル番号 Fig.12 Relative Deformation Angle (wo= 150mm) ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫ ⑬ ⑬ ⑮

│判例│グ

11

I~I

1

1

1

1列 I~I

(a)モデル1,モード1,wo=37.5mm, M=OoC

I~I

I~グ1

1

1

1

1

l

1b

)

'

?

-

'

]

b

)

)

.

'

]

(b)モデル1,モード1, Wo = 150.0mm, M = OOC

|判|対 I"<?~

1

~

1

:

1

1l

1

1~~'1

(c)モデル 1,モード4,Wo = 150.0mm, M = OOC

仁固

M=OOC

1

~

1

1

モード 4,Wo = 150.0mm,

「旬、[対句

(d)モデル5, ただし,本報では,水平変位 dが柱高さの 50 分の lの量に達した時点で計算を打ち切ることと する。よって,骨組の水平耐力 Qyは,水平変位d が80mmより小さい範囲における水平力Qの最大 値となる(Fig.ll参照)。 3. 4. 2 初期剛性 Ko 上記の計算により得られる荷重 変位曲線に基 づし、て,初期剛 性 んを計算する。本報では,水平 耐力Qyの 1/2の水平力に対応する荷重 変 位 曲 線上の点と原点を結んだ直線の傾きを初期岡IJ性 んとする (Fig.ll参照)。 Fig.ll

図二図

I1t = 350C

璽ヨ

問 問 │

(e)モデル,1

亡図コ

璽ヨ

ド司刈対判

1 1 (f)モデル5,

E

亡固

M=350C

間 内

11

匂 │ 開

11

l

(g)モデル1,モード 1,Wo = 150.0mm,

1

匂匂

1

1

M

1

1

'

1

)

1"

1

1

(h)モデル5,モード4,Wo = 150.0mm, M = 350 C 4.計算結果 4. 1 相対変形角 Fig.12に相対変形角

4

を示す。横軸はスパン番 号である。ここでは,M=OoCとする。

中くぼれ型(モード No.l,No.2, No.3, No.4)で は,骨組両端(スパン①,⑬)において相対変形 角が大きい一方,

s

字型(モード No.5)では,骨 組両端と骨組中 心 (スパン③)において相対変形 角が大きい。4種類の中くぼれ型の結果を比較す ると ,Wj = Woとなる点が骨組両端に近いものほど, 骨組端部の中目対変形角が大きい。 量差企wとともに大きくなるためである。 Fig.13の(a)と(c)より,相対沈下モードが異なる 場合, εの分布も変化することが確認される。当 然だ、がεの分布は相対変形角分布 (Fig.12)に概ね 類似しており,よって骨組モデ‘ル 1(ブレースの 配置が左右対称)かつモード 4(左右対称のモー ド)では, εは左右対称に分布する。一方,モード が左右非対称 (Fig.13(a),(b)),もしくは,プレー スの配置が左右非対称 (Fig.13(d))のどちらかに 当てはまる場合, εの分布は左右非対称となる。 4. 2. 3 温度変化に起因する歪 先に述べたように,構造物の上縁のみ温度上昇 に よ っ て 左 右 対 称 に伸張 す る と 仮 定 し て い る (Fig.6(a)参照)。よって,骨組両端に近い位置に あるブレースほど,温度上昇に起因する歪が大き Strain of Braces

I

X 10

FigJ3 4. 2 ブレースの歪 4. 2. 1 概 略 3章に示される手順に従って計算された歪を次 式に代入しブレースの歪εを計算する。

d

.

, [;T

=

-

f !

(12.1), (12.2) め は め を 式(5)に代入して得られるプレースの伸 びである。式(12.1)の歪εの分布をFig.13に示す。 4. 2. 2 不同沈下に起因する歪 Fig.13のうち, (a)と(b)を比較すると不同沈下量 Woが大きいほどεも大きく, εはWoに正比例する ことが確認される。この原因は,本研究で採用し た計算方法に従えばブレースの歪[;Odが相対沈下 [;= [;Od A ,

+

' [;A~OT ~

+

'

;

[

~T

(7)

仁保・寺岡・福原:自己査応力を有する鋼構造骨組の損傷および同骨組の耐震性能 い (Fig.13(e),(f))。なお, Fig.13(e)とのにおいて, 歪εが規格降伏点に対応する歪(=1.14X 10勺より も大きいブレースが見受けられる。 4. 2. 4 不同沈下と温度変化 式(12.1)より,プレースの歪Eは不同沈下に起因 する歪伽と温度変化に起因する歪(如 +ε.r)を足し 合わせたものである。従って,却が大きくなるに つれ, 一般的にはεは大きくなる。ただし,例え ば,モデル 1,モード 1,かっ, WO = 150mmのス パン③と⑤のように ,Llt=OoC (Fig.13(b))であれ ば,右斜め上に傾くブレースが引張力を受けてい るが,企t= 350C (Fig.13(g))では左斜め上に傾く ブレースが引張力を受けているケースがあること に注意が必要で、ある。これは,スパン③と⑤にお いて不同沈下のみが与えられた場合(Fig.13(b))と 温度応力のみが与えられた場合(Fig.13(e))とで引 張ブレースが異なっており,かつ, Godに比して(εor +ε.r)が大きいためである。 4. 3 骨組の水平力一変位曲線 Fig.l4, 15,および, 16に 荷 重 変 位 曲 線 を 示 す。 水平耐力

Q

y

と初期剛性

K

o

の一覧を Table3, 4, および5[こ示す。なお,載荷方向として右向きと 左向きの2ケースを想定するため, 一つの骨組モ デルに対して仏とんは二種類ずつ求められるが, Table3,4,および, 5にはより小さい値のみ示す。 4. 3. 1 不同沈下の影響 (Fig.14) Fig.14(a)より,モデル lとモード lの組み合わ せに対して右向きに載荷した場合,不同沈下量WO の増加に伴い,水平耐力

Q

y

が低下し,岡)1性も低下 する。一方,同じモデルで、もモード4(左右対称) との組み合わせでは,水平耐力

Q

y

は低下しない (Fig.14(b ))。これらの例からわかるように,ブレ ースを左右対称に配置した骨組と左右対称の不同 沈下モードを組み合わせると耐力は変化しない一 方,不同沈下モードが左右非対称形であれば WO の増減に伴い耐力が変化する。 Fig.14(c)より,モデル5とモード4の組み合わ せについて左向きに載荷した場合, WOの増加に伴 い剛性と耐力

Q

y

が低下する。ただし, WOミ75.0mm の範囲において WOの変化による

Q

y

の増減は見ら れない。この例が示すように不同沈下のモードが 左右対称で、あってもプレースの配置が左右非対称 であればWOの増減に伴い耐力は変化する。 4. 3. 2 温度変化の影響(Fig.15) 不同沈下量WO= Ommとし,温度上昇血のみを 変化させて計算を行った結果,変位 d>20mmの 範囲では水平力

Q

の増減が見られなかったため, Fig.15ではd壬25mmの範囲のみ示している。

Q

[kN](右向き) Woニ 37.5mm Woニ 75.0mm - Woニ112.5mm -wo~ 150.0mm 4001 竣工当時

200~

r一二

d [II11111806040200 (左向き) 40 60 80 Model No.1 Mode No.1(Lll~ OOC) Q [kN](左向き) (a)モデル 1,モードI Q[kN](右向き) Wo ~ 37.5mm 400 - Woニ 75.0mm Woニ 112.5mm 一九三150.0mm 200 ~

f,

d [mm]806040 (左向き) 20 40 60 80 d[mm] (左向き) 400 ModelNo.1 Mode No.4(Lll~ OOC) Q[kN](左向き) (b)モデル 1,モード 4 Q [kN](右向き) Wo~ 37.5mm -wo~ 75.0mm -wo~ 112.5mm - Wo ~ 150.0mm 80

二列

20:0406080 b重工当蒔一一一ー・400 Model No.5 Mode No.4(Lll~ OOC) Q [kN](左向き) (c)モデル5,モード4 d [mm] (右向き) d[mm] (右向き) d[mm] (右向き)

Fig.14 Load-Displacement Curve 企t( = OOC)

(8)

5

8

呉工業高等専門学校研究報告 第72号(2010)

Q

[kN](右向き) Model No.1 WithoutSettlements Q [kN](右向き) Model No.5 Without Settlements 400 d[mm] 川 (左向き) 山 ハ υ ー ー ハυ w-v ---(,~J右向き~~ ~ ) (

~~~l20

左向き) 400 ハ リ ー 10 20d[IT1m] (右向き) 200 - L1t~350C - L1t~300C 400 - L1t~250C L1t~ 200C - L1t~350C - L1t~300C 400 - L1t~250C L1t ~ 200 C Q [kN](左向き) (a)モデル l Q[kN](左向き) (c)モデル5 Fig.15 Load-Displacement Curve(wo = Omm) Q [kN](右向き Q[kN](右向き) 400 -L1t~350C -L1t~30'C -L1t~25'C -L1t~20'C L1t~ OOC 200ト: 400 -L1t~350C -L1t~30'C -L1t~25'C -L1t~20'C L1t~ OOC 20 40 60 80 d[mm] (右向き) d[mm] (左向き) 40 60 80 d[mm] (右向き) d[mm] (左向き) 80 60 ?主主主噴ーーーーー 400 Model No.1 Mode No.l(wo~150mm) Q [kN](左向き) (a)モデル 1,モード 1,wo= 150mm Model No.1 Mode No .4 (wo~150mm) Q [kN](左向き) (b)モデル 1,モード4,Wo= 150mm Q [kN](右向き) Q[kN](右向き) 400 -L1t~350C -L1t~30'C -L1t~25'C -L1t~20'C L1t~ ooc 20 40 60 80 d[mm] (右向き) d[mm] (左向き) -L1t~350C -L1t~30'C L1t ~ 25'C L1t~20'C L1t~ ooc d[mm] (左向き) 80 60 40 20 40 60 80 d[mm] (右向き) 夜工当蒔ーーーーーーーーー-400 張工亘蒔ーー- ~400 Model No.5 Mode No.4(wuニ150mm) Q [kN](左向き) (c)モデル5,モード4,Wo= 150mm Model No.5 Mode No.4(wuニ37.5mm) Q[kN](左向き) (d)モデル5,モード4,Wo = 37.5mm Fig.16 Load-Displacement Curve

(9)

仁保・寺岡・福原:自己査応力を有する鋼構造骨組の損傷および同骨組の耐震性能 Fig.15(a)より,モード lでは担が増加しでも, 耐力仏は変化しない。この例が示すように,ブレ ースの配置が左右対称である場合,温度変化によ るQyの増減は見られない (Table4も参照)。 一方, Fig.15(b)より,モデル5(ブレースの配置 が左右非対称)については,企tの上昇に伴い,耐 力 Qyおよび岡IJ性ともに変化する。モデル4につい ても,同様であることがTable4より確認される。 4. 3. 3 不同沈下と温度変化が同時に存在す る場合(Fig.16) Fig.l6(a)より,モデル 1,モードl,かっ, Wo 150mmの組み合わせについて,右向きに載荷した 場合,l'1tの値に関係なく Qyは Qylnlより小さいが, H が大きいほど耐力 Qyも大きい。企t=OoCである 場合,個々のスパンの荷重一変位関係は,ブレー スの歪分布 (Fig.13(b))に基づいて判断すれば, スパン①に対してはFig.9(d),スパン③と⑤に対し てはFig.9(b)でそれぞれ表されるものあり,残りの スパンに対しては Fig.lO(e)で表されるものと判断 できる。その一方, M = 350Cの場合,スパン③ と⑤の荷重一変位関係は Fig.lO(c)であり,残りの スパンについては却 OoCの場合のそれと変わ らない。Fig.9(b)とFig.lO(c)について,それぞれの 水平力最大値を比較すると明らかに後者の方が大 きい。以上により ,I'1tの増加に伴い Qyが上昇し たと考えられる。Table3とTable5を比較すると, Hが大きいほど ,Qyが増加するケースがいくつか 見受けられるが,この原因は上記の通りである。 Fig.16(b)より,モデル 1,モード 4,かつ, Wo 150mmの組み合わせでは,企tの増減による Qy の変化は見られない。この例が示すように,ブレ ースを左右対称に配置した骨組について左右対称 形の不同沈下モードが与えられた場合,温度変化 による Qyの変化は見られない。 Fig.16(c)より,モデル5,モード4,かつ, Wo 150mmの組み合わせにおいても ,Qyの変化は見ら れない。この組み合わせに対して左向きに載荷し た場合について,先ほどと同様に,個々のスパン の荷重 変位関係を歪分布図 (Fig.13(d)と(h))よ り判断すると,企tの違いに関わらず,スパン③で はFig.9(b),パネル⑫と⑬ではFig.IO(e),残りのス パンではFig.9(c)により,それぞれ表されると判断 できる。すなわち,温度変化に起因する歪(ぬr+c r)に比して不同沈下による歪Codが大きく,その結 果として却の変化にともなう Qyの増減が見られ なかったと考えられる。従って Woが 150mmよ りも相当小さいケースでは必の上昇に伴い Qyが 増減する (Fig.16(d)) 4. 3. 4 4. 3章のまとめ 以上をまとめると,骨組の耐力と剛性に対して, 不同沈下量,温度変化,不同沈下モード,および, ブレースの配置が影響すると言える。とりわけ, ブレース配置が左右非対称である場合,もしくは, 左右非対称形の不同沈下モードが与えられた場合, 不同沈下量の増減および温度変化は骨組の耐力に 影響を及ぼすと考えられる。ただし,不同沈下量 が大きい場合,温度上昇によって耐力が変化しな いケースもありうる。一方,プレースの配置が左 右対称であり,かつ,左右対称形の不同沈下モー ドが与えられた場合,不同沈下量の増減および温 度変化によって耐力は変化しない。 4. 4 水平耐力Qvと水平剛性 Ko Fig.17とFig.18は,それぞれ,最大耐力 Qyと初 期岡JI性 Koのグラフである。ただし,Qyは Qy聞に 対する比として ,Koは

κ

D

H

2

1

に対する比として,そ れぞれ,表している。 Qyと ん はTable3に示され る値とする。 Fig.17およびFig.18において,横軸 の値として, (a)不同沈下量の最大値 wo,(b)相対 変形角

4

の最大値, (c)相対変形角の平均値, (d) 引張ブレースの歪ε(式(12.1))の最大値,および, (e)歪の平均値の 5種類を採用している。図中の 太実線は回帰直線である。 Table6 に上記(a)~(e) の諸量と Qy I Qylnlの相関 係 数一覧を示す。この表によれば, (a)~(e)の諸量 とQyI Qy聞は負の相関にあることが確認される。 このうち(a)最大沈下量WoとQyI Qyl附の相関係数 は0.3程度であり,やや相聞があると判断できるへ その他については相関係数が0.4から0.6程度であ り,かなり相聞があると判断できる 8)。 Table 7は(a)~ (e)の諸量と KolKolnlの相関係数 一覧である。この表から(a)~(e) の諸量とん1Kolnl の聞には負の相関があると判断できる。(b)相対変 形角最大値と (d)ブレース歪最大値について双方 の相関係数は0.3'"'"'0.4程度であり,やや相関があ ると判断される。その他の相関係数は 0.4から O. 7程度であり,かなり相関があると判断できる。 5.まとめ 本報はブレース付き鋼構造骨組の耐震性能に自 己歪応力が与える影響を把握することを目的とし, 不同沈下および温度変化に起因する自己歪応力を 59

(10)

60 呉工業高等専門学校研究報告 第72号(2010) Table 3 StrengthQy

InitialStiffnessKo (M

=

O

O

C

)

QJQy'nf Kol ;3ml ア Wo ノレ [mm] モードlモード2モード3モード4モード5モード 1Iモード2モード3モード4モード5 37.5 0.865 0.967 0.998 1.000 0.764 0.857 0.763 0.766 0.750 0.481 75.0 0.621 0.796 0.937 1.000 0.857 0.608 0.557 0.592 0.592 0.429 112.5 0.399 0.741 0.951 1.000 0.857 0.515 0.482 0.537 0.571 0.429 150.0 0.345 0.702 0.937 1.000 0.857 0.429 0.437 0.517 0.571 0.429 37.5 0.995 0.978 0.967 1.000 0.520 0.714 0.714 0.663 0.676 0.429 2 75.0 0.771 0.862 0.969 1.000 0.469 0.537 0.519 0.557 0.571 0.429 112.5 0.574 0.865 0.953 1.000 0.418 0.485 0.474 0.537 0.571 0.391 150.0 0.530 0.864 0.937 1.000 0.367 0.429 0.436 0.517 0.571 0.257 37.5 0.865 0.871 0.955 1.000 0.706 0.857 0.857 0.857 0.851 0.462 3 75.0 0.618 0.661 0.875 1.000 0.571 0.763 0.732 0.737 0.741 0.286 112.5 0.323 0.537 0.857 1.000 0.571 0.549 0.528 0.645 0.681 0.286 150.0 0.234 0.462 0.812 1.000 0.571 0.337 0.371 0.565 0.649 0.286 37.5 0.789 0.796 0.799 0.771 0.541 0.857 0.857 0.730 0.613 0.464 4 75.0 0.485 0.577 0.683 0.714 0.469 0.420 0.386 0.424 0.429 0.429 112.5 0.288 0.579 0.667 0.714 0.418 0.372 0.333 0.401 0.429 0.391 150.0 0.244 0.579 0.652 0.714 0.367 0.286 0.293 0.379 0.429 0.257 37.5 0.919 0.776 0.748 0.771 0.541 0.714 0.624 0.585 0.613 0.464 5 75.0 0.907 0.852 0.746 0.714 0.469 0.689 0.512 0.429 0.429 0.429 112.5 0.701 0.849 0.761 0.714 0.418 0.632 0.465 0.429 0.429 0.391 150.0 0.659 0.850 0.777 0.714 0.367 0.571 0.429 0.429 0.429 0.257 Qyini = 329.8[kN], Koini = 36.1O[kN/mm2] Table4 StrengthQy, Initial Stiffness Ko (wo= 0 mm) モデル QjQv'nf KolKo'nf !J.t = 200C M=250C !J.t = 300C !J.t = 350C M=20oC !J.t = 250C M=30oC !J.t = 350C 1.000 1.000 1.000 1.000 1.021 0.923 0.817 0.755 2 1.000 1.000 1.000 1.000 0.975 0.847 0.732 0.677 3 1.000 1.000 1.000 1.000 1.021 0.984 0.950 0.941 4 0.850 0.812 0.775 0.737 1.020 0.881 0.686 0.574 5 0.850 0.812 0.775 0.737 1.020 0.881 0.686 0.574 Qyini= 329.8[kN], KOini = 36. 1

o

[kN/m m2] Table 5 StrengthQy, InitialStiffness Ko (M = 350C) QJQy'nf KolKo'nf ア WO ノレ [mm] モードlモード2モード3モード4モード5モード 1Iモード2モード3モー4モード5 37.5 0.849 0.887 0.958 1.000 0.900 0.612 0.593 0.593 0.593 0.672 75.0 0.782 0.845 0.958 1.000 0.810 0.552 0.538 0.543 0.584 0.453 112.5 0.585 0.806 0.942 1.000 0.857 0.505 0.492 0.523 0.584 0.333 150.0 0.528 0.629 0.926 1.000 0.857 0.442 0.461 0.504 0.584 0.222 37.5 0.896 0.947 0.973 1.000 0.633 0.578 0.554 0.563 0.584 0.554 2 75.0 0.848 0.921 0.958 1.000 0.476 0.524 0.498 0.543 0.584 0.315 112.5 0.661 0.887 0.942 1.000 0.451 0.495 0.460 0.523 0.584 0.316 150.0 0.628 0.714 0.926 1.000 0.403 0.461 0.429 0.504 0.584 0.286 37.5 0.778 0.806 0.926 1.000 0.648 0.758 0.760 0.738 0.763 0.462 3 75.0 0.637 0.688 0.895 1.000 0.618 0.617 0.627 0.676 0.717 0.337 112.5 0.398 0.602 0.848 1.000 0.571 0.552 0.512 0.604 0.681 0.286 150.0 0.307 0.400 0.816 1.000 0.571 0.373 0.471 0.552 0.642 0.286 37.5 0.610 0.662 0.688 0.714 0.752 0.460 0.410 0.429 0.442 0.723 4 75.0 0.562 0.635 0.672 0.714 0.476 0.395 0.358 0.408 0.442 0.315 112.5 0.375 0.602 0.656 0.714 0.451 0.374 0.318 0.386 0.442 0.316 150.0 0.343 0.429 0.641 0.714 0.403 0.328 0.286 0.365 0.442 0.286 37.5 0.844 0.767 0.741 0.714 0.567 0.566 0.465 0.456 0.442 0.413 5 75.0 0.896 0.793 0.757 0.714 0.476 0.579 0.454 0.455 0.442 0.315 112.5 0.909 0.827 0.772 0.714 0.451 0.590 0.453 0.454 0.442 0.316 150.0 0.878 0.857 0.788 0.714 0.403 0.571 0.440 0.454 0.442 0.286 Qyini= 329.8[kN], Koini= 36.10[kN/m m2]

(11)

仁保・寺岡・福原:自己査応力を有する鋼構造骨組の損傷および同骨組の耐震性能 1.0 E 2・、 一二0.5 三、 O ミ 〉、

1.0 _ 0.5 λ

temperature differenceLlt = O~C

貝 t- -トー~

x

ロ ーーーー-0 Q / M 8 yRCeo=Qrrf-e9el3saSt0lioo9nn /xFL+aInceO t ロ Q

8 9 878 Q ionFactor= -0.310 1/1600 1/800 3/1600 1/400 wrJL (a) temperaturedifference Llt = 0空C 00

RegressionLine y = -19.61x + 0.929 Correlat旧nFactor = -0.595. o 10 20 30 言 三、 O 1.0 _ 0.5 h O

Maximum of Rela!ive Deforma!ion Angle [x10勺

(b) temperature differenceLlt = 0竺C ロ o 足 ~

o U -...:込 可、 lT ~ M 3

1 P、弘、 u () 、、、 -口 o

ReiQ ressionLine o y = -46.09 x + 0.904 CorrelationFactor= -0.473 o 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 ~ -" 1.0 ご0.5 h O

1.0 E -λ と0.5 〉、

Average of Rela!ive Deforma!ion Angle [x10-31

(c) temperature differenceLlt = O~C o

Q

8 RegressionLine Q y = -39.23x + 0.929 CorrelationFactor = -0.595 5.0 10.0 15.0 Maximum S!rain Emax [x10-31 (d) temperaturedifferenceLlt =日空C f耳 σ o S、 <ll ..tl o O U :--司見 広 σ で野 -tj

~ 冊、回、、 u / 口 、、、 白

R/ eQresSion LIne o Q y = -92.18x + 0.904一一一一一 Correlation Factor= -0.473 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Average of S!rain [x10勺 (e) Fig.17 Strength Qy (M = OOC) 1.0

0.5 ぜ temperaturedifferenceLlt = O'C o 向

体『 v O

"

r

市ト- 只 B / 口 ~ yRCeo=QrrreTel3sa6stlloo0n fn xFL+aint u M e: り 0.742 actor= -0.610

1/1600 1/800 3/1600 1/400 言 o 1.0 ....::: 0.5 ぜ ~ 口

1.0

5 D X wrJL (a) te門lperaturedifferenceLlt = 0竺C -CorrelationFactor = -0.458 -RegressionLine:-一一一一一一一 O y = -11.24 x + 0.643 10 20 30

Maximum of Rela!ive Deforma!ion Angle [x10勺

(b) temperaturedifferenceLlt = O~C CorrelationFactor= -0.711

Re日ressionLine ~ c6 y = -51.46 x +口721 持--~ o u 明、、埼 ~ I E

4 白 o U に也 --

¥

:

:

:

:

:

:

:

:

a

o 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 1.0 と

0.5

x

1.0 ~

0.5 :"c

Average of Rela!ive Deforma!ion Angle [x10-31

(c) temperaturedifferenceLlt =日空C -CorrelationFactor = -0.458 5.0 10.0 15.0 Maximum S!rain Emaxlx10-31 (d) temperature differenceLlt = 0空C Correlation Factor = -0.71L

RegressionLine 開 。 y=/ -1029x+0721 持~ O V 判『、『 符J /

a

~ Q u 、d u ¥ ¥ o 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Average of S!rain [x10-31 (e)

Fig.18 Initial Stiffness 恥仏[=OOC)

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62 呉 工 業 高 等 専門学 校研 究報 告 第72号(2010) Table 6 Correlation Coefficients (Qv / Q/ni) 温度差 横軸の値 tJ.t 最大 相対変形 相対変形 プレース プレース [OC] 沈下量 角最大値 角平均値 歪最大値 歪平均値 O -0.310 -0.595 -0.473 -0.595 -0.473 20 -0.232 -0.497 -0.441 -0.491 -0.395 25 -0.264 -0.504 -0.452 -0.498 -0.401 30 -0.265 -0.494 -0.454 -0.488 -0.394 35 -0.267 -0.483 -0.454 -0.477 -0.387 Table 7 Correlation Coefficients (Ko / Koini) 温度差 横軸の値 tJ.t 最大 相対変形 相対変形 プレース プレース rOC] 沈下量 角最大値 角平均値 歪最大値 歪平均値 O -0.610 -0.458 -0.711 -0.458 -0.711 20 -0.442 -0.341 -0.672 -0.332 -0.649 25 -0.409 -0.315 -0.649 -0.306 -0.617 30 -0.406 -0.324 -0.643 -0.316 -0.607 35 -0.408 -0.346 -0.637 -0.338 -0.599 有 す る鋼 構造 骨 組 の 水 平耐力 お よ び 水 平岡│ト性を分 析 し た 。 分 析 の 結 果 , 以 下 の 知 見 が 得 ら れ た。 骨 組 の水平耐 力 と 水平剛 性は , 不 同 沈 下 の 深 度 , な ら び に , モ ー ド , ブ レ ー ス の 配 置 , お よ び , 部 材 の 温 度 変化に影響される。 た だし ブ レ ー ス の 配 置 が 左 右 対 称 で あ り , か つ,不 同 沈 下 モ ー ド が 左 右 対 称 で あ る 場 合 , 不 同 沈 下 量 の 増減 と 温 度変化の 有無は 骨 組 の 水 平 耐 力 に 影 響 し な い。 骨 組 の 水 平 耐 力 は , 不 同 沈 下量,ス パ ン の 相 対変形角, お よ び , ブ レ ー ス の 歪 と 負 の 相 関 に あ る 。 相 関 係 数 に 基 づ け ば , 不 同 沈 下量よ り も 他二者 の と の 方 が よ り

5

齢、相 聞を 示 す。 水 平 剛 性 に つ い て も , 不 同 沈 下 量 , ス パ ン の 相 対 変 形 角 , お よ び , プ レ ー ス の 歪 と 負 の 相 関 に あ る。 本 報 の 結 果 を 受 け , 自己歪 応 力 に起因 す る耐震 性 能 の 変 化 が 骨 組 の 動 的 応 答 に ど の よ う な 影 響 を 及 ぼ す か 分析を進める予定である。 < 謝 辞 > 本研究は, 社団法人日本鉄鋼連盟鋼構造研究助成制 度により実施しました (2007年度「鋼構造研究・教育 助成事業」による一般研究助成 :受託代表 寺岡勝)。 関係各位に深く感謝の意を表します。他, 本研究遂行 に御協力くだされた関係各位に感謝の意を表します。 < 参 考 文 献 > 1 ) 寺岡勝, 福原安洋,仁保裕,谷岡洋介,川手康大: 自己歪応力による鋼構造骨組の損傷とそれが耐震 性能に及ぼす影響(そのl 既存ブレース付き骨組 の損傷状態の調査) 日本建築学会中国支部研究報 告集 第31巻, 2008年3月 2) 寺岡勝,福原安洋,仁保裕,谷岡洋介,川手康大. 自己歪応力による鋼構造骨組の損傷とそれが耐震 性能に及ぼす影響(その3 ブレースイ寸き骨組およ びブレース端部取付詳細の検討実験):日本建築学 会中国支部研究報告集第31巻, 2008年3月 3) 仁保裕,寺岡勝, 福原安洋:既存鋼構造物の不同 沈下量測定および同構造物の耐震性能評価:鋼 構 造年次論文報告集,第 16巻,日本鋼構造協会,2008 年11月 4) 平成 14年8月20日国土交通省告示代721号「住 宅紛争処理の参考となるべき技術的基準」 5) 建 設 省 住 宅 局 建 築 指 導 課 監 修 既 存 鉄 骨 造 建 築 物 の耐震診断および耐震改修指針・同解説:財団法 人日本建築防災協会, 1978年9月 6) 寺岡勝, 仁保裕,福原安洋, 川 手康大:自己歪応 力による既存鋼構造物の損傷調査とその損傷が鋼 構造物の耐震性能に与える影響 呉工業高等専門 学校研究報告,第71号,2009年8月 7) 松浦誠,芳賀保夫, 西村光正.マサ地盤上の建物 の不同沈下 :土と基礎23・3,土質工学会, 1975年 8月 8) 石村閏子 すぐわかる統計・確 率 ・東京図書株式 会 社,2001年 10月 9) 仁保裕,寺岡勝:自己歪応力による鋼構造骨組の 損傷とそれが耐震性能に及ぼす影響 その4 不 同沈下量および不同沈下モードが耐震性能に及ぼ す影響 :日本建築学会中国支部研究報告集 第 33 巻, 2010年3月 10)鋼構造設計規準:日本建築学会 :2002年2月 11)建築物荷重指針・同解説:日本建築学科 :2004年 9月

Table 2  Horizontal Force  q  and Displacement  d

参照

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[A] Olga Azenhas, The admissible interval for the invariant factors of a product of matrices, Linear and Multilinear Algebra 46 (1999), no.

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