切欠・温度・歪速度・疲労損傷が金属系素材の力学的特性に及ぼす影響

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先の兵庫県南部地震では鋼構造建築物の柱梁接合部において、梁フランジ脆性破断の地震被害が多く発生し、多数の建築物が倒壊に至った。人命のみならず、財産・都市機能維持を考える時、接合部等での脆性破壊を防止することは建築物の崩壊を防止する上でも重要な課題の一つである。本研究では、鋼構造柱梁接合部での脆性破壊発生防止を目的として、延性き裂発生再現実験及び有限要素法解析を用いた梁部材の崩壊形式について検討を行った。以下に得られた知見を示す。1.延性き裂発生再現実験(単調引張試験、繰返し載荷実験)1.1.単調引張試験(対象素材:LYP100,SUS304)・極低降伏点鋼(LYP100)は切欠感受性の低い素材であるのに対し、ステンレス鋼(SUS304)は切欠感受性の高い素材であり、応力・歪集中が存在することで、そこを起点とした延性き裂が発生する。・ステンレス鋼に発生する延性き裂は、その発生条件が他の軟鋼とは異なり、応力・歪集中の度合いに関係なく、歪レベルがある一定値に達することで発生する。1.2.繰返し載荷実験(対象素材:SS400,SM490A, SN400B, SN490B, HT780)・繰返し塑性歪負荷に伴う履歴特性、き裂発生挙動は、き裂発生時期と繰返し最大応力度がピークを迎える時期、それに伴うき裂進展により分類できる。・延性破断と疲労破断の遷移領域は、素材特性、切欠形状、歪振幅によって異なる。2.延性き裂発生を考慮した梁部材の塑性変形能力・特性の異なる素材を用いた梁部材の塑性変形能力を評価する際、素材引張試験より得られる修正補エネルギー比が有効な指標である。・延性き裂発生に伴って限界付けられる梁の塑性変形能力を把握するためには、梁断面のウェブ・フランジ幅厚比だけでなく、3つ目の無次元量として梁部材の塑性断面係数(Z_p)に占める梁ウェブの塑性断面係数(Z_<wp>)の割合(Z_<wp>/Z_p)を考慮する必要がある。・梁部材の塑性断面係数(Z_p)に占めるウェブの塑性断面係数(Z_<wp>)の割合が大きいほど、また、塑性変形能力に乏しい高張力鋼ほど、延性き裂発生によって塑性変形能力が決定される危険性が高くなり、より接合部での破断という問題に注意し、検討を行う必要がある。