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脆性断裂的机制，这在许多钢结构中一直是一个问题，这是由于北山地震和诺戈果胸腔nanbu地震而引起的，并构建了一种断裂控制的方法。今年是两年计划的第一年，主要在脆性断裂过渡期间（主要是在实验和分析上）研究了极限状态，以阐明骨折产生的机制。在研究期间，由于脆性断裂的性质，我们检查了大量实验样品，这容易受到材料特性的变化。从结果来看，我们设计了一个小标本，可以在地震期间以脆性裂缝的实际结构重现负载状态，还检查了其负载的负载条件。结果，发现通过弯曲板状标本，带有疲劳裂纹的样品，该标本位于中心的凹槽中，可以通过将板状样品弯曲带有疲劳裂纹的板状样品来复制实际结构的载荷状态，并引入了位于中心的凹槽中。实验考虑了由于地震期间反复的应变病史以及动态载荷的效果以及在两个不同温度下的效果而引起的两种骨折韧性降解模式。我们决定进行实验。在液氮（大约-197°C）和低温乙醇（大约-100°C）中进行了约15个标本（预先提前引入的疲劳裂纹深度）的断裂实验，并测量了每个标本的极限载荷。此外，为了理解到达每个样品的限制载荷时，我们使用fem模型对每个样品进行了大型变形弹性塑料分析，其中样品被带有固体元素。根据分析结果，我们发现样品是由浅裂纹形成的。通过在裂纹尖端处的峰值最大主要应力，韦布尔的压力和压力三轴性以及当压力三轴性（代表裂纹的限制）是一个很大的值时，当裂缝势力较高时，裂纹的限制是一个很高的量化，构成了量的量，则在地面上，裂纹是一个量的量表，而在地震中，则在地球上的量度很小时，可以评估钢的断裂韧性对脆性断裂过渡极限的影响。具有保证韧性的材料，向脆性断裂的过渡延迟，直到裂纹尖端处发生高约束。