部材脆性破断を生じた銅構造骨組の耐震性の解明

构件脆性断裂铜结构框架的抗震阐明

基本信息

批准号：
08248222
负责人：
上谷宏二
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は,応答中に接合部および部材の破断を伴う鋼構造骨組の耐震性能を明らかにすることである。研究は大きく実験的研究と数値解析的研究の2つに分けられ,それぞれ以下に示す実績を達成した。実験的研究:実験による研究の目的は柱梁仕口を代表とする鋼構造接合部周辺に発生する脆性破断に及ぼすひずみ速度の影響を解明することである.この目的のために,柱梁仕口溶接部の梁端部から部分的に取り出した小型試験片を用いた動的載荷実験を行い,材料特性,溶接熱影響による材質変化,ひずみ速度,温度,予ひずみが塑性域での脆性破断にどの様な影響を及ぼすのかを調べた.実験条件は,柱断面はH‐250×125×9×6,鋼材は比較的破壊靱性の高いSN400B材を使用し,骨格ひずみにして5〜8%の予ひずみを与えた.溶接ディテ-ルは慣用的なスカラップ形式で止端部の返りの有無をパラメータとした.また,載荷条件は準静的および最大50%/秒のひずみ速度,-5℃の温度を与えた.これらの条件下での実験で全て脆性破断は発生せず延性的な挙動を示した.ただし,スカラップ止端の返りの有無と予ひずみの条件は試験体の延性伸びに最大50%の大きな差をもたらした.脆性破断に至らなかった最大の理由は,実規模の比較的大きな断面の部材に見られる破断部周辺の変形拘束が与えられていないことによると考えられる.これらの結果から,溶接接合部の脆性破断に影響を持つ因子として,最大応力・ひずみを経験する領域の変形拘束,溶接ディテ-ルの形状,予ひずみが大きく,地震時に想定される程度のひずみ速度は決定的な支配因子とはなりにくいと予想されることが明らかとなった.数値解析的研究:数値解析による研究の目的は,応答中に破断を伴う中層鋼構造骨組の地震応答を追跡し,その応答特性を明らかにすることである。本研究では,部材破断を合理的に考慮できる2種類の数値解析プログラムを構築した。プログラムAは,鉛直及び回転方向成分を静的縮約するため破断直後に発生する高周波振動を合理的に取り除くことができる。そのため解析時間が極めて短く、大規模骨組の解析に有効である。一方,プログラムBは,破断直後に発生する高周波振動を精確に追跡することが可能であり、高周波振動が骨組の他の部位に及ぼす影響を観察することができる。これらのプログラムを用いて,梁端部の破断を伴う鋼構造骨組の地震応答を追跡した結果,破断箇所が数層に偏りそれらの層に変形が集中すること,破断時に散逸するエネルギーの入力エネルギーに対する割合が比較的高くなること,破断要素モデルの特性によって骨組全体の挙動が大きく異なること等,破断時特有の諸特性を明らかにした。

本研究的目的是明确接头和构件断裂的钢结构框架在响应过程中的抗震性能。研究大致分为实验研究和数值分析研究两部分，分别取得了如下结果。实验研究：实验研究的目的是阐明应变速率对钢结构接头（例如梁柱接头）周围发生的脆性断裂的影响。为此，我们采用口焊我们使用从梁端部部分取出的小样本进行了动态加载实验，并研究了材料特性、焊接热、应变速率、温度和预应变引起的材料变化如何影响塑性区域的脆性断裂。实验条件如下：立柱截面为H-250×125×9×6，钢材为断裂韧性较高的SN400B材料，施加5%～8%的预应变。骨架.焊接德加载条件为传统的扇贝型，以脚趾是否卷曲作为参数。加载条件为准静态，最大应变率为50%/秒，温度为-5°C。在这些条件下在所有实验中，均未发生脆性断裂，且表现出延性行为，但扇贝趾曲率的存在与否以及预应变条件导致样本的延性伸长率存在高达 50% 的巨大差异。这种失效的主要原因被认为是没有应用断裂部件周围的变形约束，这种变形约束在具有相对较大横截面的实际尺寸构件中观察到。从这些结果可以清楚地看出，焊接中出现脆性断裂。关节有阴影影响影响的因素包括经历最大应力和应变的区域的变形约束、焊缝细节的形状以及大的预应变，并且地震期间预期的应变率不太可能是预期的决定性控制因素。数值分析研究：数值分析研究的目的是跟踪中层钢结构框架在响应过程中发生破裂的地震响应，并明确其响应特征。在本研究中，我们构建了两种可以合理考虑构件断裂的数值分析程序。方案A静态地减少了垂直和旋转分量，因此它可以合理地消除断裂后立即发生的高频振动。因此，分析时间极短，对于分析大型骨骼非常有效。另一方面，程序B可以准确跟踪断裂后立即发生的高频振动，从而可以观察高频振动对框架其他部分的影响。使用这些程序，我们跟踪了梁端有裂缝的钢框架的地震响应，结果发现裂缝集中在几层中，变形集中在这些层中，并且输入能量我们已经阐明了断裂所特有的各种特征，例如断裂单元与断裂单元的比例相对较高，以及整个框架的行为根据断裂单元模型的特性而变化很大。。