Development of Modular Steel Construction to Promote Reclaiming and Reusing Structural Steel

建築用鋼材は、建築物の供用期間が終了した時点でも、当初の性質をほとんど維持していると考えられるが、実際の建築物では、解体後に回収された鋼材はスクラップに回される。そこで本研究は、解体される建築物から採取した鋼部材を、新設建築物に再利用するための基礎技術を開発することを目的に掲げる。工学的な課題は、地震等によって塑性変形を受けた鋼材が、時間を経てその力学的特性を変える、ひずみ時効の影響である。2020年度は、代表的な鋼材について、塑性履歴とひずみ時効を受けたあと、力学的特性が変わる過程と要因を分析するための手法を開発した。試行的に、塑性変形と養生時間を経た鋼材において、微細構造が初期状態とどのように異なるかを調査した。微細構造分析には、後方散乱電子回折と透過電子顕微鏡、X線回析の組み合わせが有益であることを確認した。一方で、これまでに蓄積した実験データに基づいて、塑性変形とひずみ時効の影響を関数化して、鋼材の繰返し履歴則に組込む方法を整理した。有限要素法解析において、第一段階目の解析で生じた累積塑性ひずみに応じて、各要素の繰返し履歴則を分布的に更新したあと、第二段階目の解析を実施する方法を考案した。この有限要素法解析の有効性を、過去に実施した実験結果に対して検証した。結論として、過去の地震で塑性変形を受けた構造部材が、次に地震を受けたときにどのように違った挙動を示すかを、提案する解析法で適切に再現できることを示した。

建築用鋼材は、建築物の供用期間が終了した時点でも、当初の性質をほとんど維持していると考えられるが、実際の建築物では、解体後に回収された鋼材はスクラップに回される。そこで本研究は、解体される建築物から採取した鋼部材を、新設建築物に再利用するための基礎技術を開発することを目的に掲げる。工学的な課題は、地震等によって塑性変形を受けた鋼材が、時間を経てその力学的特性を変える、ひずみ時効の影響である。2020年度は、代表的な鋼材について、塑性履歴とひずみ時効を受けたあと、力学的特性が変わる過程と要因を分析するための手法を開発した。試行的に、塑性変形と養生時間を経た鋼材において、微細構造が初期状態とどのように異なるかを調査した。微細構造分析には、後方散乱電子回折と透過電子顕微鏡、X線回析の組み合わせが有益であることを確認した。一方で、これまでに蓄積した実験データに基づいて、塑性変形とひずみ時効の影響を関数化して、鋼材の繰返し履歴則に組込む方法を整理した。有限要素法解析において、第一段階目の解析で生じた累積塑性ひずみに応じて、各要素の繰返し履歴則を分布的に更新したあと、第二段階目の解析を実施する方法を考案した。この有限要素法解析の有効性を、過去に実施した実験結果に対して検証した。結論として、過去の地震で塑性変形を受けた構造部材が、次に地震を受けたときにどのように違った挙動を示すかを、提案する解析法で適切に再現できることを示した。