詳細有限要素モデルによる接合部破断を生じた 実大鋼構造物の応答シミュレーション: 複数回の強震動により累積損傷を受ける実大鋼構造3層骨組みの加振実験 その1

摘要

There have been some researches on analysis using finely-meshed FE model to understand in detail the behaviors of buildings during severe earthquakes. The accuracy of such analysis is often validated by comparing the results to the corresponding full-scale shaking table test. While they are highly successful in the accuracy, no researches take account of the effect of fracture of members, In this paper, numerical analysis is conducted for a steel structure subjected to multiple series of excitations in a full-scale shaking table test considering the fracture. The structure is modeled with planar and solid finite elements and the fracture is treated mandatory deletion of elements at time when fracture was observed in the experiment. It is shown that, by considering fracture of steel members with deletion of elements the history of input excitations and caused damages, the behaviors can be simulated by analysis with much higher accuracy.%本研究では累積損傷を受ける鋼構造骨組みの実大捩動実験を行ったうちの、JR鷹取波加振時の応答に対して建物全体を、25mmを基本メッシュサイズとした、詳細有限要素モデルを用いたシミュレーション解析を行い、以下の結果および知見を得た.1)振動台実験に対して、破断を考慮せずにJR鷹取波60、80、100%の連続加振解析を行った場合、60、80%では精度良く応答をシミュレーションできたものの、破断が生じたJR鷹取波100%加振時では破断以降の時間帯では、応答の振幅および位相に大きな差異が生じた.2)実験で破断が生じた時刻に破断筒所の要素を強制的に削除することで、破断を考慮した解析を行った.その結果、破断を考慮しない場合に比べて層間変形角の実験値と解析値の誤差が全層で小さくなった.層せん断カについても、破断を考慮しない場合に生じていた破断後の位相のずれが大きく改善され、応答のシミュレーション精度が向上した.3)破断を模擬して削除した要素に対して、Manson-Coffin則とMiner則に基づいてダメージ量の算定を行った.Manson-Coffin則に用いられる材料定数は過去の研究から得られる定数間の相関関係と、振動台実験に先立って行われた部材実験結果から同定した.その結果、概ね実験での破断状況と、本研究で定義したダメージ量の蓄積状況との相関関係を確認できた.