公開イベント

2010年9月12日 記録ビデオ:

2010年9月12日(日)に金沢工業大学で行われた金沢シンポジウムの、記録ビデオ・発表スライド・発言テキストを公開します。

構造要素の評価について
実験検証部会 後藤正美 主査

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発表スライド

後藤正美 主査:後藤です。先ほど斉藤先生から理論的な背景を解説していただきましたけど、ここでは伝統的な建物、例えばこういう建物があったときに、これをモデルとして組み立てていく費用があります。それで、そのモデルとして組み立てる考え方として、普通はどういう考え方ができるか、一番上の構造物の復元力特性を求めたい、それによって設計をしたいというときに、色々なレベルをレベルからその構造物のモデルを組み立てていくことができます。一つは、よく壁量計算などであるように、壁のレベルで実験をして、そのレベルで復元力特性を求めて、それを足したりすることで、建物全体の復元力特性を求めていきます。もう少し下のレベルで、接合部の特性も含めて壁の評価をして、さらにその壁の評価を使って建物全体を評価すると。もっと下のレベルまで、木材のレベルまでというふうに、構造物を構成している、色々な構造要素をどのレベルできって、モデル化して組み立てていくということが一つのポイントになるかと思います。

今回、E-ディフェンスで実験する建物の要素実験としては、構面のレベルと接合部のレベル、これの要素実験を行って、その実験結果を使って頂いて、解析なり設計に使っていこうということになるわけです。例えばこういうような、今まであったような石場立て、足下が止まっていないという構造要素に対して、今までの実験できるのかと、こういう風に今までですと、足下ホールダウンなりアンカーボルトで固定して、上に荷重をかけて、荷重と変形でこういう復元力特性を求めていきます。こういう試験法だったわけです。それでこういう実験をして、こういう実験の復元力特性を解析なモデルに合わせて色々なタイプがあります。割と多いのがバイリニア、勾配を二つに置き換えるとか、一番簡単なのは完全弾塑性モデルというようにして、実験の結果から復元力特性を求めて、それからこういうモデル化をして、解析なり設計にもっていくというようなことです。こういうような構造要素復元力特性を求めたいわけですけど、今要素だけで抜き出してくるとこういう壁の種類があると、この壁の復元力特性をどのようにして実験で求めたらいいのかと。

今までの通りの実験をしようとすると、こういうように足下をアンカーボルトか何かで固定して、荷重をかけて、そのせん断変形を見るというような実験が多かったわけですけれど、ここで問題は、こういう石場立て足固め方式のこういった壁に対して、足下を止め付けて実験することがどの程度有用かということで、現在壁実験で多くされているのは、こういった壁の接合部、柱梁の接合部が先行破壊しない、こういう壁の中の土が先に壊れる、筋交いならば筋交いが先に折れるということを前提に考えます。だからこういう実験をするときは、実験中はこういう接合部が壊れないように、金物で補強をしたり、もしくはここにあるようなタイロッド式というように上から押さえ込んで、接合部が引き抜かれないようにして実験します。今よくされているのはこのタイロッド式と、ホールダウン式というような試験法が一般的なわけですが、伝統構法のように、接合部と構面とを一体として評価をしたい、例えば土壁なら土壁だけを実験して、その土壁の強さに耐えるように接合部に金物を入れて補強するようなやり方はしないわけです。接合部と壁とが一体となって評価しようとするときに、その接合部をホールダウンで止めて実験すると言うことは矛盾するわけです。だからそういうことで、伝統構法の接合部込みでの試験法というのを新たに考えなければならないということです。一番良い方法として上がっているのは、実際の建物でも固定荷重なり積載荷重なりがあって、柱に軸力がかかっているだろうということで、負荷をある程度かけて、それで実験をしようということを考えています。

それで、ただ問題はこういうふうに模式的に書きますと、柱に軸力をかけて、横から水平力をかけて変形させていくと、この足下を水平移動だけをしないようには抑えると、上下にはうけるようにするというようにしないと、実験をすると横に壁ごと滑っていって実験にならないということもあるので、そこはまた次のステップでもう少し考える必要があると思いますが、現段階では足下の水平移動だけは抑えという実験はしたいと。ただ、上下方向は浮いてもいいという条件で実験をしたいと思っていますけど。それで荷重をかけていくと、鉛直荷重が変形することによってδだけ動きますので、P-δ効果とよく言われますが、段々変形が大きくなると、この鉛直荷重が壁を倒そうとする力が大きくなって、降りてくる。もしP-δ効果がなければこの黒い線になるのですが、P-δ効果があるためにこう下がってきます。そうするとPによって、どんどん下がり方が変わっていくということですけれど、このPとδのP-δ効果を除去したこの線の形で線として求めておけば、解析なり設計なりする時に、このP-δ効果を付与することによって、この黒い線の汎用性が出てくるのではないかということになります。タイロッド式もあるのですが、これも問題点は、このタイロッドに掛かる力が常に変化するのです。言いたいことは大体言えたのですが、タイロッド式ですとタイロッドのところの軸力が変わるとか足下が浮かないとか問題があって、色々と検討中です。実験法は色々今出ていますけれど、今回採用する試験法は、こういった載荷式で実験をして、出てきた結果にタイして、P-δ効果というのを取り除くという形で、データとして蓄積していきます。

それからもう一つ、今回の試験体に使う接合部もですが、構法・歴史部会の方で、歴史的な接合部ということで、リストアップしていただいています。それについて実験をしていこうと、普通は平面で考えますので、接合部の引張試験とか曲げ試験せん断試験と3つくらいしかないのですが、実は気になっているのは、通し柱が折れるとかいうことを考えるときに、弱軸方向に対しての検討もしておかなければならない。弱軸方向は力に抵抗する必要はないのです。壁があって構面に揺れるわけです。ただしその変形に対して、追々して折れないということが、確認されないと、地震がきて立体で揺れるわけですから、平面だけの実験の特性だけで接合部を設計するということには気をつけないといけません。変形が大きくなった時に、接合部が先に、めり込みなどで粘ってくれるとは思うのですが、弱軸で折れてしまうことがないということを確認する実験と言うことで、フルにやるとこの6種類ですけれど、こんなにやるということではなくて、吟味をしてそれぞれの接合部で、どういう機能を期待した接合部なのか、引張に期待した接合部なのか、曲げに期待した接合部なのか、そういうことを絞り込んで、接合部の試験を今計画しているところです。こういうところをきちんとしておかないと、伝統構法を建てた時に、思わぬ所で被害が起こってしまうということが考えられます。途中に少しトラブルがありましたが、以上で私の講演を終わります。