鋼部材の劣化挙動を反映した鋼構造立体骨組の3次元倒壊挙動の評価

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強震下において建物が倒壊に至るのは、柱が最終的に自重を支持できなくなるためである。鋼構造建築が倒壊に至るまでの3次元挙動を明らかにし、安全余裕度を評価する上では、軸力と水平2方向外力がランダムに作用する条件下での、柱の最大耐力以降の劣化域を含む挙動を追跡するモデルを構築する必要がある。本研究では、我が国の鋼構造建築の柱材として多く用いられる角形鋼管柱を対象に、本年度は、転倒モーメントによる変動軸力を受ける多層骨組の下層部外柱を想定した、変動軸力下で水平2方向外力を受ける角形鋼管柱の局部座屈に起因する劣化域を含む挙動を追跡するモデルを構築した。解析モデルは、前年度の研究で用いた一定軸力の条件におけるモデルと同じ、塑性化領域を複数の弾塑性軸バネに置き換えたMS (Multi Spring)モデルとした。変動軸力下の挙動の解析に適用できるようにするため、一定軸力下の条件における弾塑性軸バネの履歴モデルを修正した。また、解析のキャリブレーションのため、軸力の変動幅、水平2方向の載荷履歴、幅厚比をパラメーターとした、変動軸力と水平2方向外力を受ける角形鋼管柱の繰り返し載荷実験を行い、局部座屈発生に起因する劣化域を含む挙動に関するデータを得た。ここで、軸力の変動パターンについては、水平2方向外力を受けるせん断型多質点系の弾塑性応答解析結果に基づき設定した。実験結果と、MSモデルによる変動軸力下で水平2方向外力を受ける角形鋼管柱の解析結果の比較を行い、いずれの軸力変動幅、水平2方向の載荷履歴、幅厚比においても、局部座屈発生以降の劣化域に至るまで、水平2方向の履歴曲線及び軸方向変形を追跡できていることを確認した。本年度の成果により、これまで平面骨組による検討に留まっていた倒壊挙動に関する研究を3次元の立体骨組に拡張することが可能となり、より現実的な条件での倒壊挙動の評価が可能となる。