高性能構造システム開発研究センター

主たる研究分野

・建築工学・耐震補強工法

研究概要

楔と楔受けで構成する、『楔デバイス』により、構造物の耐震性能向上および耐震補強工法の開発・研究を行っています。

【ノンスリップ型露出柱脚】

上部構造物を基礎に固定する部位である"柱脚"とは、構造物の耐震性能に大きな影響を与える重要な接合部のこと。地震外力によりダメージを受けても、柱脚に緩みが生じないのが、楔デバイスを用いたノンスリップ型露出柱脚です。

【ノンコンプレッションブレース】

ブレースは、建築構造物の耐震性能を左右する重要な構造要素です。ノンスリップ型露出柱脚と同様に、ダメージを受けても性能が劣化しません。さらに、エネルギー吸収性能が飛躍的に向上するので、エネルギー吸収ダンパとしても期待できます。

研究目的

地震大国であるわが国では、耐震設計を行う必要があります。しかし、設計法は日々進展しており、旧設計法に基づいて建てられた構造物の中には、現在の設計基準から見ると、地震に対して十分な耐震性能を有していないものも。これらの構造物に対する効果的な耐震補強工法の開発が望まれています。

そこで、構造物を補強する技術開発を目的とし、方杖に楔デバイスを用いた、ノンコンプレッション方杖の耐震補強工法について実巌的な研究を実施。

実験概要

図1に示す実巌装置を用いて、地震を想定した水平力を載荷。

柱梁接合部を方杖により補強した試験体と、無補強の試験体を用います。図2、3に示すように、方杖の端部に楔デバイスを用いることで、方杖は緩みを生じないノンコンプレッション方杖となります。

結果

図4に、実験結果を示す。無補強試験体と、方杖補強試験体を比較すると、耐力の上昇がみられました。また、方杖の塑性伸びで地震エネルギーを吸収し、紡錘型の履歴性状を示しています。

ノンコンプレッション方杖は、理想的なダンパー機能を有する耐震補強部材として期待できるものです。

研究目的

現在の設計法は、構造物の倒壊を防ぐため、構造物の部分的な塑性化を許容し、地震エネルギーを吸収するという考えに基づいたものです。この結果、近年の大地震以後に、倒壊を免れた建物の多くに塑性変形が残ることで使用不可能となったリ、資産価値が無くなるという問題点が出てきています。

そこで、エネルギー吸収性能とともに残留変形抑制性能を併せ持つ、新しい柱梁接合部を、楔デバイスを用いて開発し、実験により実証を試みました。

実験概要

図1に示す実験装置を用いて、地震を想定した水平力を載荷。

柱と梁を、長締めボルトにより緊結し、端部に楔デバイスを設置します。このボルトを複数配列し、中側のボルトを弓単性範囲に留めることで、エネルギーを吸収した後にも、変形を元に戻そうとする復元力が得られます。（図2、3参照）

結果

図4に、実験結果を示す。層間変形角1/100迄は、エネルギーを吸収するとともに、変形を戻そうとする復元力が見られます。

1/50まで達すると、中側のボルトも塑性化し、復元力は得られていませんが、変形を戻す過程においてエネルギーを必要とせず、また、楔デバイスの機能により、原点を通過すれば性能が復活するので、変形は残り難いと言えます。