鋼構造の火災時リダンダンシーの解明と火災被災後のレジリエンスに優れた構造の提案

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本課題では火災罹災後の鋼構造の早期復旧・再利用を可能にさせるために、架構が有する火災時の荷重再配分能力(リダンダンシー)に着目した鉄骨フレームと各種鋼部材の高温実験を行う。さらに火災後の補修・取替え範囲が小さく済む火害後回復力(レジリエンス)に優れた鋼架構を見出し、鋼架構の火災時リダンダンシーとレジリエンスの関係を明確化し、両者が評価可能な耐火設計・評価法を提案する。本年度は下記の研究成果を得た。１）昨年度の鉄骨フレームの載荷加熱実験より荷重再配分能力が低いと考えられていた薄板系鋼梁に対しても、高温局部座屈後にも曲げ崩壊機構が形成され、さらにカテナリー状の釣合い機構による安定的な荷重支持能力を有することが判明し、本年度はその耐火設計法の提案を行った。加熱中に局部座屈を呈しても鉄骨フレーム内の鋼梁はリダンダンシーと荷重支持能力が発揮されることに着目し、高温全塑性モーメントを用いた崩壊温度で評価できる枠組を提案した。２）部材レベルの耐火性能と火害後構造性能評価として、薄板鋼梁の高温せん断座屈と角形鋼管柱の高温全体座屈と局部座屈の連成実験の継続、リブ付き鋼折板屋根の高温曲げ耐力、高強度鋼材の加熱冷却後の破壊靭性評価、および中ボルトの高温および加熱冷却後のせん断実験を行った。これらより鋼梁の高温せん断座屈耐力の耐火設計法、応力再配分(リダンダンシー)を考慮した折板屋根の崩壊温度評価を新提案し、さらに高強度鋼および中ボルトの火災および火害後の新規データを取得した。３）鉄骨構造の火災後レジリエンスが定量可能なレジリエンス評価解析モデルを昨年度構築し、本年度はモデル改良を行い、火害によるコスト指標と補修期間が定量評価できるレジリエンス評価モデルを新提案した。火害による耐火性能の低下の他、コスト指標に基づく火災被害(区画の大きさ)とレジリエンスの関係を定量化した。