Development of Modular Steel Construction to Promote Reclaiming and Reusing Structural Steel

发展模块化钢结构促进钢结构回收再利用

基本信息

批准号：
19F19360
负责人：
岡崎太一郎
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-11-08 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

建築用鋼材は、建築物の供用期間が終了した時点でも、当初の性質をほとんど維持していると考えられるが、実際の建築物では、解体後に回収された鋼材はスクラップに回される。そこで本研究は、解体される建築物から採取した鋼部材を、新設建築物に再利用するための基礎技術を開発することを目的に掲げる。工学的な課題は、地震等によって塑性変形を受けた鋼材が、時間を経てその力学的特性を変える、ひずみ時効の影響である。2020年度は、代表的な鋼材について、塑性履歴とひずみ時効を受けたあと、力学的特性が変わる過程と要因を分析するための手法を開発した。試行的に、塑性変形と養生時間を経た鋼材において、微細構造が初期状態とどのように異なるかを調査した。微細構造分析には、後方散乱電子回折と透過電子顕微鏡、X線回析の組み合わせが有益であることを確認した。一方で、これまでに蓄積した実験データに基づいて、塑性変形とひずみ時効の影響を関数化して、鋼材の繰返し履歴則に組込む方法を整理した。有限要素法解析において、第一段階目の解析で生じた累積塑性ひずみに応じて、各要素の繰返し履歴則を分布的に更新したあと、第二段階目の解析を実施する方法を考案した。この有限要素法解析の有効性を、過去に実施した実験結果に対して検証した。結論として、過去の地震で塑性変形を受けた構造部材が、次に地震を受けたときにどのように違った挙動を示すかを、提案する解析法で適切に再現できることを示した。

建筑钢材被认为即使在建筑物的使用寿命结束后仍能保持其大部分原始性能，但在实际建筑物中，拆除后回收的钢材会被送往废品。因此，本研究的目的是开发将拆除的建筑物中收集的钢构件重新用于新建筑的基础技术。一个工程问题是应变时效的影响，它会导致因地震而发生塑性变形的钢材随着时间的推移而改变其机械性能。在 2020 财年，我们开发了一种方法来分析典型钢材在经历塑性历史和应变时效后机械性能变化的过程和因素。作为一项试验，我们研究了经过塑性变形和固化时间的钢材的微观结构与初始状态有何不同。我们证实背散射电子衍射、透射电子显微镜和 X 射线衍射的结合可用于微观结构分析。另一方面，根据迄今为止积累的实验数据，我们组织了一种将塑性变形和应变时效效应转化为函数并将其纳入钢铁材料循环历史规律的方法。在有限元法分析中，我们设计了一种方法，根据第一阶段分析中产生的累积塑性应变，以分布式方式更新每个单元的循环历史规律，然后进行第二阶段分析。根据过去进行的实验结果验证了该有限元方法分析的有效性。总之，我们表明，所提出的分析方法可以适当地再现在过去的地震中经历过塑性变形的结构构件在下一次地震中将如何表现不同。