高軸力を受ける異種鋼材を用いたH形鋼柱部材の塑性変形能力評価

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本研究は,フランジには軟鋼を使用したまま,ウエブに高張力鋼を使用したハイブリッド柱部材を提案し,その塑性変形性能について検討したものである。柱部材としてH形断面を用いた場合,断面中心に位置するウエブが軸力負担能力を十分に有しているならば,高軸力下においてもフランジのみならず,ウエブも曲げ応力を負担することができ,柱部材の有する曲げ耐力と塑性変形能力は耐震設計上十分な数値を確保する事が可能となる。本研究では,高張力鋼が高い降伏点を有するという特長を利用し,ウエブのみに高張力鋼を使用することで高軸力を保持し,十分な塑性変形能力を有し得る柱部材を提案した。ウエブに80キロ級の高張力鋼を使用したハイブリッド柱部材の載荷実験を通して,特に高軸力Fにおける力学性状について検討を加えた。試験体は,比較のために行った軟鋼柱部材も含めて9体であり,軸力比,ウエブ板厚をパラメータとした。その結果,ハイブリッド柱部材では高軸力下においても塑性中立軸がウエブ断面内に存在していることで,ウエブ断面内の圧縮応力分担領域が減少し,その結果として部材の最大耐力,塑性変形能力が向上することを明らかにした。さらにウエブの板厚をフランジ板厚よりも厚くした場合には,同時に連成局部座屈を抑えることができ,さらに部材の塑性変形能力が向上することを示した。また柱部材の最大耐力,塑性変形能力についての実験式を示した。この実験式は軸力と幅厚比の二乗の積(γ)で整理され,最大耐力は指数曲線的,塑性変形能力は直線的に表される。γの増加にともないハイブリッド柱部材と軟鋼柱部材との開きが大きくなり,ハイブリッド柱部材の有効性が顕著になることを明らかにした。さらに,このハイブリッド柱部材の塑性変形能力を,短柱圧縮試験より得られる構成板要素の局部座屈耐力を用いた塑性変形能力評価法を使用して,軸力比及び幅厚比の関係で整理した。