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従来の鉄骨構造の接合部設計では、剛接合とピン接合のどちらかで設計されている。本研究は高力ボルトと接合金物を用いた接合部の実態を剛接合でもピン接合でもないグレーゾーンの接合部として捉え、ありのままの姿で半剛半強の接合として検討している。具体的には耐震設計で必要とされている接合部力学性能指標のうち、接合部の初期剛性や耐力、復元力履歴特性およびエネルギー吸収能力の評価精度の向上を目指している。
高力ボルトを用いた接合部
従来の溶接による剛接合の場合では、接合部の剛性・強度を十分に確保し、骨組解析において接合部を無視するという方針がとられている。しかしながら、阪神淡路大震災で生じた溶接接合部の破断現象からも分かるように、構造設計において溶接剛接合は必ずしも耐震設計上の最適解ではない。接合部の破断や降伏も考慮され、かつ経済的な接合方法である半剛半強接合の取り入れを積極的に検討する必要があると言える。高力ボルトによる半剛接合を取り入れる構造設計のメリットは、低コストと想定外破断の回避である。具体的には、柱梁部材の製作誤差を比較的に簡単に吸収でき、施工及び品質管理は非常に容易である。また、接合部に内在する変形を考慮することによって、部材への応力集中の緩和ができる上、地震時における半剛接合部のエネルギー吸収による変位応答の抑制効果も期待できる。
メリットとデメリット
半剛半強のボルト接合にする最大のメリットとして、次のことが挙げられる。地震によるダメージないし破断は接合金物の部分に集中させることによって、震災後の修復は高力ボルトで接合されているアングルやスプリットティを取り換えることで容易に行える。しかし、高力ボルトと接合金物による接合を半剛接合として採用しない最大の理由の一つは、地震時建物の水平変形の計算値にあると言える。現状では初期剛性の予測精度は低く、ばらつきも大きい。安全側の設計にするため、やむを得ず全体的に骨組の変位を大きく見積もる剛性評価式になってしまい、設計者がこの過大に計算された変位を抑えようとして、一般的には梁の断面を大きくする設計手法をとる。そうなると、半剛接合による経済的なメリットがなくなり、部材間のバランスも悪くなる。
接合部の性能評価
本研究では、本来グレーゾーンに位置する半剛半強のボルト接合に対して、無理に剛接合あるいはピン接合にシフトさせることがなく、実態をありのままで評価し、耐震設計において必要とされている接合部力学性能指標の提案を行ってきた。Fig.2に示すグラフは研究の一例として、接合部の初期剛性の評価精度を示している。ここでは、大量的な実験結果に基づく実験式ではなく、接合部の離間性状等に基づく接合金物幅方向の低減率を提唱しており、引張接合側および摩擦接合側における幅方向の剛性変化をきめ細かく検討し、剛性予測精度の向上を図っている。
論文
「高力ボルトとスプリットティーを用いた柱梁接合部に関する研究 その４ 補剛アングルを用いた載荷実験」(2018)『日本建築学会近畿支部研究報告集』Vol.58p.321～324.
「Calculation of Initial Stiffness of Semirigid Connections with Consideration of Rotational Constraint on Angle from Beam Contact Surface」(2012)『Proceedings of the 15th World Conference on Earthquake Engineering』No.2607
「曲げせん断型鉄骨柔架構のための部分構造オンライン実験スキーム」(2001)『日本建築学会構造系論文集』NO.540p.49～56.
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