脆性破壊制御による鋼構造物における地震時損傷リスクの低減

通过脆性断裂控制降低钢结构地震损坏的风险

基本信息

批准号：
11J00061
负责人：
田村洋
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J00061/
关键词：
地震時脆性破壊鋼構造物破壊じん性応力三軸度

项目摘要

本研究は,ノースリッジ地震や兵庫県南部地震で多くの鋼構造物に発生し問題となった地震時脆性破壊の発生メカニズムを明確にし,破壊の制御手法の構築を目指すものである.本年は,2ヶ年計画の1年目として,破壊発生メカニズムを明確にすべく,主として脆性破壊移行時の限界状態を実験的,解析的に詳しく検討した.検討に際しては,材料特性のばらつきの影響を受けやすい脆性破壊の性質から多くの実験サンプル数が求められたことから,実構造物の脆性破壊発生起点における地震時の負荷状態を再現し得る小型な供試体を設計し,その載荷条件も検討した.その結果,中央に位置する切欠きに疲労亀裂を導入した板状の供試体を4点曲げ載荷することで,実構造物破壊起点の負荷状態が再現できることがわかった.実験は,地震時の繰返しひずみ履歴による破壊じん性の劣化,ならびに動的負荷の影響を2パターン考慮して,2つの異なる温度で実施することとした.液体窒素中(約-197℃)と低温エタノール中(約-100℃)で,それぞれで15体程度(予め導入する疲労亀裂の深さが異なる)の供試体の破壊実験を実施し,それぞれの限界荷重を計測した.さらに,各供試体の限界荷重に達した際の亀裂先端負荷を把握するため,供試体をソリッド要素で再現したFEMモデルを用いて,各供試体の大変形弾塑性解析を行った.解析結果に基づき,浅い亀裂からの脆性破壊移行限界に与える鋼材の破壊じん性の影響を,亀裂先端のピーク最大主応力,ワイブル応力,応力三軸度によって脆性破壊移行限界の評価したところ,亀裂先端の拘束度を表す応力三軸度が,破壊じん性が幾分高い(地震時のひずみ履歴による劣化が小さい)場合,大きな値となっており,じん性が確保された材料では亀裂先端に高い拘束が発生するまで脆性破壊への移行が遅延されることを定量的に示す足がかりを得た.

这项研究旨在阐明地震期间发生脆性断裂的机制，从而在北岭地震和兵库县南部地震期间导致许多钢结构出现问题，并开发一种断裂控制方法作为两年计划的第一年。 ,为了阐明断裂发生机制，我们主要通过实验和分析的方式详细研究了脆性断裂转变过程中的极限状态。由于脆性断裂的性质很容易受到材料性能变化的影响，因此在脆性断裂转变过程中进行了许多实验。调查样本数为。基于这些要求，我们设计了一个能够再现实际结构中脆性断裂起点地震时荷载情况的小试件，并对其加载情况进行了检验。结果发现，缺口位于中心位置。 4个带裂纹的板状试件介绍结果发现，实际结构破坏点的载荷条件可以通过点弯曲载荷来再现。该实验考虑了由于地震期间重复应变历史和动态载荷的影响而导致的断裂韧性恶化的两种模式。 ,在两种不同温度下我们决定在液氮（约-197℃）和低温乙醇（约-100℃）中对约15个试样（预先引入不同深度的疲劳裂纹）进行断裂实验并测量。各自的极限载荷。此外，为了了解每个样本达到临界载荷时的裂纹尖端载荷，使用用实体单元再现样本的有限元模型对每个样本进行了大变形弹塑性分析。根据分析结果，使用裂纹尖端峰值最大主应力、威布尔应力和应力三轴度来评价钢材的断裂韧性对脆性断裂转变极限的影响。如果地震期间应变历史引起的劣化较小，则该值较大，表明在具有足够韧性的材料中，脆性断裂的转变被延迟，直到裂纹尖端发生高度约束。定量的立足点。