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鋼構造物における地震時脆性破壊の発生メカニズムに関する研究

钢结构地震脆性断裂发生机理研究

基本信息

批准号：
11750422
负责人：
佐々木栄一
金额：
$ 0.32万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750422/
关键词：
鋼製橋脚地震脆性破壊起点歪み履歴破壊靭性

项目摘要

本研究では,鋼構造物,特に,鋼製橋脚における地震時脆性破壊の発生要因を明らかにすることを目的とし,鋼材特性面から,地震時脆性破壊の起点となるき裂の先端の鈍さおよび地震時に鋼材が受ける塑性歪み履歴に着目し検討を行った。鋭い先端を有するき裂を起点とする脆性破壊では,鋼素材の破壊靭性あるいは地震時の塑性歪み履歴による破壊靭性の劣化が最も重要な発生要因である.そこで,本研究では,まず鋼製橋脚の弾塑性FEM地震応答解析を行い,10%を超える大きな塑性歪み履歴が生じる可能性があること,そのような大歪みが発生する場合,歪みは引張あるいは圧縮側のいずれかに偏って変動すること等の鋼製橋脚に生じる塑性歪み履歴の特性を明らかにした.このことを踏まえて,5パターンの塑性歪み履歴,10%と5%の2つの歪みレベルを設定し,2種類の鋼材に対して塑性歪み履歴を導入後,CTOD試験により鋼材の破壊靭性の変化を調査した.その結果,鋼種により素材の破壊靭性および塑性歪み履歴による靭性劣化の程度が著しく異なることが明らかとなった.一方,鈍い先端を有する塑性歪み疲労き裂から発生する脆性破壊に関しては、まず地震時の塑性歪み履歴により発生する塑性歪み疲労き裂がどの程度鈍い先端を有しているかを調べるために,縦リブ溶接継手試験体を用意し,3点曲げ塑性歪み疲労試験を行い、き裂を発生させ,その先端の開口変位を測定した。その結果、地震時に生じる塑性歪み疲労き裂は、先端開口変位が0.1mm以上と著しく鈍い先端を有していることが明らかとなった。次にそのような鈍いき裂から脆性破壊が発生可能性について検討するため、0.1mm程度の亀裂先端開口変位を有する塑性歪み疲労亀裂を導入した3点曲げ試験片に対し低温条件下で破壊実験を行った。その結果、鋼種により,き裂先端の鈍さに対する感度が異なり,鈍い先端を有するき裂のからの脆性破壊の発生可能性は,鋼種に依存することが明らかとなった.

This paper discusses the main causes of brittle fracture of steel structures, especially steel bridge feet during earthquakes, the origin of brittle fracture during earthquakes, the tip of brittle fracture during earthquakes, and the plastic deformation during earthquakes. The fracture toughness of steel materials is the most important factor in the development of fracture toughness. In this study, the plastic FEM seismic response analysis of steel bridge foot was carried out. The possibility of plastic deformation occurring in steel bridge foot was discussed in 10% of cases. The CTOD test was carried out to investigate the change of fracture toughness of steel after the plastic deformation of steel was introduced into two kinds of steel. As a result, the fracture toughness and plasticity of steel materials vary greatly. A square, blunt tip has a plastic deformation crack, a brittle crack occurs, a plastic deformation crack occurs, a degree of blunt tip has a plastic deformation crack occurs, and a three-point plastic deformation crack occurs, and a position of a tip opening is determined. When the earthquake occurs, the plastic deformation is weak, the tip opening is more than 0.1mm, and the tip is blunt. The crack tip opening position of 0.1 mm is introduced into the 3-point curved test piece, and the crack occurs at low temperature. The results, steel grades, crack tips, blunt tips, sensitivity, blunt tips, crack tips, brittle cracks, possibility of occurrence, steel grades, dependence, sensitivity.