学位申請論文円形断面鋼棒による木質接合部のめり込み変形挙動に関する研究指導教官有馬孝禮原田真樹目次第1章緒言 1 第2章既往の研究 3 2.1木質構造における接合部の位置づけ 3 2.2木質接合部の形式・分類 3 2.3木質接合部における機械的接合部の位置づけ 5 2.4木材のめり込み現象に対するマクロ的考察 6 2.5木材の細胞構造とめり込み現象 7 2.6木材のめり込み挙動に影響をおよぼす因子 8 2.6.1材の弾性係数 8 2.6.2密度(樹 8 2.6.3接合具直径 2.6.4荷重角度(加 2.6.5接合具の位置(割 2.6.6含水率 15 2.6.7変形速度 16 2.6.8応力レベル 17 第3章種) 10 力方向) 11 裂長さ) 13 面圧試験 19 3.1MOEの異なる集成材の面圧試験 19 3.1.1はじめに 19 3.1.2試験方法 19 3.1.3結果と考察 23 3.1.3.1 5%オフセット応力(σ0.05)と接合具直径(d)との関係 23 3.1.3.2 2%オフセット応力(σ0.02)と 3.1.3.3初期剛性(ke)と 3.1.3.4有効弾性床深さ(α)と 3.1.4ま 3.2素接合具直径(d)と接合具直径(d)との関係接合具直径(d)との関係 25 26 の関係とめ 28 30 材を用いた面圧試験 32 3.2.1はじめに 32 3.2.2試験方法 32 3.2.3結果および考察 35 3.2.3.1最大面圧応力と荷重角度との関係 35 3.2.3.2最大応力時変形量と荷重角度との関係 37 3.2.3.3初期剛性と荷重角度との関係 39 3.2.3.4最大応力時変計量と割裂長さとの関係 42 3.2.4まとめ 45 3.3LVLを用いたドリフトピン接合部の面圧試験 46 3.3.1はじめに 46 3.3.2試験方法 46 3.3.2.1試験体および加力方法 46 3.3.2.2応力-変 48 3.3.3結 3.3.3.1め形量曲線の解析果および考察り込み試験における破壊形態 49 49 3.3.3.2最大めり込み応力におよぼす変形速度の影響 50 3.3.3.3初期剛性におよぼす変形速度の影響 51 3.3.3.4最大応力時変位におよぼす変形速度の影響 52 3.3.3.5めり込みエネルギーにおよぼす変形速度の影響 53 3.3.3.6全体エネルギーに対する靱性エネルギーの比におよぼす変形速度の影響 54 3.3.3.7最大応力と破壊までの変形時間との関係 3.3.4ま第4章 55 とめ 56 接合具の曲げを伴う接合部試験 57 4.1MOEの異なる集成材を用いたドリフトピン接合部の2面せん断試験 57 4.1.1はじめに 57 4.1.2材料と方法 57 4.1.3結果と考察 61 4.1.3.1密度(γ)とMOEと 4.1.3.2 5%オ 4.1.3.3初 4.2ボフセット応力(σ0.05)とMOEと期剛性(ke)とMOEと 4.1.3.4MOEと 4.1.4まの関係 61 の関係の関係異方度との関係とめ 62 64 65 66 ルト・釘接合部の強度性能におよぼす部材含水率の影響 68 4.2.1はじめに 68 4.2.2試験方法 68 4.2.3結果および考察 70 4.2.3.1最大応力と含水率との関係 70 4.2.3.2初期剛性と部材含水率との関係 71 4.2.4ま第5章 5.1スとめめり込みクリープ試験ギ製材から構成されるドリフトピン接合部のクリープ試験 72 73 73 5.1.1はじめに 73 5.1.2材料および試験方法 73 5.1.3結果の評価 75 5.1.3.1クリープコンプライアンス曲線 5.1.3.2Power則のあてはめ結果 5.1.3.3理論式のあてはめ結果 5.1.4まとめ第6章めり込み変形挙動の解析 6.1めり込みエネルギーによる塑性変形の数値化 75 78 81 84 85 85 6.1.1解析方法 85 6.1.2エネルギーの計算と実際の解析 86 6.1.3荷重角度を変化させた試験結果に対する適用 87 6.1.4割裂長さを変化させた試験結果に対する適用 90 変化させた試験結果に対する適用 92 6.1.5MOEを 6.1.6接合具直径を変化させた試験結果に対する適用 95 6.1.7変形速度を変化させた試験結果に対する適用 97 6.1.8まとめ 98 6.2粘弾性モデルによる定量化 99 6.2.1粘弾性モデルの定義と解析例 6.2.2変形速度を変化させた試験結果に対する適用 100 6.2.3接合具直径を変化させた試験結果に対する適用 102 6.2.4MOEを変化させた詞験結果に対する適用 6.2.5まとめ第7章結引用文献謝辞論 99 104 106 107 第1章緒言近年、木質構造は発展の一途を遂げ、不可能な架構形式はないというほど、複雑化、多様化してきた。木質構造物が複雑になればなるほど、接合部に発生する応力も複雑になってくる。このように、接合部は種々の外力に対応して様々な変形挙動を呈するが、集約すれば、接合具が木材中にめり込んでゆくことで耐力が発現される。更に言えば、木材の細胞が潰れることによって耐力を発現していると言える。木質接合部の性質を決定する因子としては、数多くのものが挙げられるが、大きく分けて、接合部自体に由来するものと外的要因によるものとの2つに区分できる。接合部自体に由来する因子は、更に、接合具に起因するものと部材としての木質材料に起因するものとに分けることが出来る。前者としては、接合具の種類、材質、形状(直ては、材のMOE、径、長さ等)、配置等の因子が、後者とし密度、含水率等が挙げられる。また、外的要因によるものとしては、変形速度や荷重継続時間といった因子が挙げられる。実際の設計においては、構造物および接合部に要求される性能に合わせて各因子を決定していく。従って、これら各因子とめり込み挙動との関係を明らかにすることは、複雑な木質構造物を安全かつ合理的に設計するための基礎データとして大変重要であると考える。本研究は、木質構造物に用いられる接合具のうち、ボルト、ドリフトピンといった円形の断面をもつ鋼棒に着目し、それらによる木質接合部の変形挙動について検討したものである。通常の木質接合部の形式には、外力によって生じるせん断面の数によって 1面あるいは2面平行方向に1本せん断型の2つのタイプがある。割裂型は、先孔から繊維の割裂線が生じ、それがそのまま材端まで成長して破壊に至るものである。これに対してせん断型は、先孔の両端から繊維平行方向に2 1 本の割裂線が生じ、それが材端まで成長するもので、材端に先孔の直径と同程度の幅の突出が出来るのが特徴である。一方、破壊までの変形挙動に着目すれば、接合具の木材へのめり込み挙動は、局部的な部分圧縮と言い換えることが出来る。ここで、木材、特に針葉樹材を複合材料としてみるとき、その主要構成要素は仮道管である。仮道管を中空パイプに見立て、針葉樹材をごく単純化すると、細胞壁の厚さに等しい肉厚をもつ、長軸方向を繊維平行方向と一致させて束ねた異方性をもつパイプの集合体としてモデル化することが出来る。従って、木質接合部のめり込み変形挙動に影響をおよぼす因子について考える場合、このパイプの潰れ方が各因子によってどのように変化するかという観点に置き換えることが出来る。そこで、木材のめり込み挙動に影響をおよぼす因子として、接合部を構成する部材のMOE、接合具直径、荷重角度(加力方向)、接合具の位置(材端からの距離)、含水率、変形速度、応力レベルを取り上げ、既往の研究成果の整理を行い、それを踏まえて、木材をパイプ構造とした場合の各因子の効果について推測を行った。次に、実際に各因子を変化させた接合部を作成してめり込み試験を行い、得られた変形挙動を解析することによって、めり込み変形挙動に影響を与える因子の抽出を行った。抽出した因子について、更にめり込み変形挙動に対する影響を明らかにするために変形エネルギーの観点から塑性化に関する指標を導入し、各因子の効果を検討した。また、粘弾性模型を適用し、モデルによる因子の効果の説明を試みた。 2 第2章既往の研究 2.1 木質構造における接合部の位置づけ本研究で取り上げる木質構造物は、木質材料を構成部材として組み立てられた建築物を指す。この木質構造物は、法律や構造形式等によっていくつかの形式に分けることが出来る。例えば、建築基準法による分類では、丸太組構法、枠組壁工法、在来構法、大規模構法に分けられている1)。また、構造形式によっては、単純梁、トラス、ヒンジ構造、ラーメン、アーチ、調弦梁、吊り構造、立体トラス、ボールド、ドーム、シェル、折版構造等に分けることが出来る1)。木材の長さは有限であり、上記の構造を実現するには、いずれかの部分で部材同士を接合する必要がある。現在の設計技術レベルでは部材自体の破壊によって構造物が倒壊するということは考えにくく、この接合部の設計が構造物の性能を規定する重要な要素となっている。 2.2 木質接合部の形式・分類木材同士をっなぐ方法として木質構造で用いられている方法は、伝統継手・仕口、接合具による接合、接着接合の3つまず、伝統継手・仕口は、Fig. 同士の「めり込み抵抗」およびの方法に大別される2)。 1に示すような、金物類を使用せず木材「せん断抵抗」に依存して力を伝達する接合法である2)。 Fig.1 Examples of Japanese 3 traditional joint. 接合具による接合は、Fig. 2に示すような、釘やボルトなどの接合具を用いて部材を接合したものの総称である2)。部(mechanical joint)とも称される。この接合部は、機械的接合これについては、次節で更に詳細に述べる。 Fig. 2 Example a of joint with mechanical fasteners. 接着接合は、木材同士あるいは木材と他の材料とを接着剤で接合する技術を総称する(Fig. 3)2)。 Fig. 3 Example of a adhesive joint. 本研究ではこのうち、接合具によって接合された接合部を対象とする。 4 2. 3 木質接合部における機械的接合部の位置づけ Fig. 4 Examples of mechanical joints. 木質構造物を設計する上で非常に重要な設計図書として木質構造設計規準3)がボルト、あるが、そこでは、木質接合部に用いられる接合具として、釘、ドリフトピン、ラグスクリュー、各種ジベル類、グルーラムリベット等に対して許容耐力が定められている。これらの接合具について形状を概観すると、いずれの接合部も円形の断面をもつ鋼製の棒状加工物であることが分かる(Fig. 4)。 5 このような接合具を用いた接合部に外力が作用した場合、まず接合具と木材が接触して他の部材に外力が伝達される。更に負荷がかかって変形が進むと、接合具自体が変形しながら木材中にめり込み、外力に起因するエネルギーが消費される(Fig. 5)。これが耐力発現のメカニズムである。 Fig. 5 The scheme of a drift pin bearing into the wood. 従って、円形断面鋼棒による木材のめり込み変形挙動を解析することは、木質接合部の耐力発現機構を解析する上で大変重要である。 2.4 木材のめり込み現象に対するマクロ的考察接合具による木材のめり込み現象を、めり込みが生じている部分に着目すると、局部的な部分圧縮と見ることが出来る。 Fig. 6 Shearing fracture 6 of wood. 木材を全面圧縮負荷した場合、最終的には45° 壊に至る(Fig. 6) のせん断線が入り、破 2)。木質接合部の場合、一般的には加力によって生じるせん断面の数によって1面あるいは2面せん断型の加力形式をとることが多いが、この形式では、割裂型とせん断型の2つ Fig. 7 Scheme of typical の破壊形態が存在する(Fig.7)。 fracture 割裂型は、先孔から繊維平行方向に1本 of mechanical joint. の割裂線が生じ、それがそのまま材端まで進展して破壊に至るというものであり、せん断型は、先孔の両端から繊維平行方向に2本の割裂線が生じ、それが材端まで進展するもので、材端に先孔の直径とほぼ等しい幅の突出が出来るのが特徴である。 2.5木材の細胞構造とめり込み現象ここでは、めり込み現象を木材の組織構造と関連させて考察する。対象とする木材は、構造用として通常用いられている針葉樹材とする。針葉樹材を複合材料としてみたとき、力学的に外力を負担する主要構成要素は仮道管である。この仮道管を中空パイプと見なすと、木材は、細胞壁の厚さに等しい肉厚をもつ、長軸方向を繊維平行方向と一致させて束ねた、異方性をもつパイプの集合体としてモデル化が可能である 7 (Fig. 8)。従って、このパイプの潰れ方が様々な因子によってどのように変化するかという観点から木質接合部の変形挙動を検討した。 (a) Fig. 2.6 2.6.1 (b) 8 Structures of wood 4). 木材のめり込み挙動に影響をおよぼす因子材の弾性係数ここで検討する弾性係数(以下MOEと略す)とは、木材の変形しにくさの指標の総称であり、動的あるいは静的手法で測定されたもの全てを指す。一般に、MOE万は密度と高い相関関係を示すことが知られており5)、木材の強度的性質におよぼす影響としてはMOEの影響というよりはむしろ、密度の影響として整理されてきた。従って、この因子については、次節の密度との関係の中で検討する。 2.6.2 密度(樹種) 木材の密度と接合部の強度的性能との関係については、多くの研究が行われてきている。例えば、Wilkinsonは、含水率12%の木材における、面圧強度と密度との関係について下記の実験式を提案した6)。 8 Fe=(1.25)(16.7G121.55)…Eq. ここで、Fe:面また圧強度、G12:含、Winistorferは (Pseudotsuga 水率12%における密度、Southern menziesii 直径3.33mmの 1 pine (Pinus Franco)/Larch、Spruce-Pine-Firに spp.)、Douglas-fir 対する釘の面圧試験結果に対して上式の適合性を確認した7)。木材の密度の大小は、細胞壁の厚さに大きく影響を受けると考えられる。従って、木材のめり込み変形挙動におよぼす密度の影響は、細胞壁の厚さによる材の潰れにくさの難易と言い換えることが出来る。この観点からすると、密度の増加とともに木材細胞壁が厚くなり、変形しにくくなる(Fig.9参照)ために剛性は増加するものと推測される。また、細胞壁の厚さの増加とともに実質の量が増加し、空隙の量が減少するため、流動的な変形がしにくくなり、より弾性的な挙動が強くなるものと推測される。 b) a) Fig.9 The effect of thickness of cell walls of wood on bearing deformation. Note:a):In the case of thick cell walls. B):In the case of thin cell walls. 式1に寸法の3乗おいて面圧強度が密度のおよそ3/2乗に比例するのは、密度がで表される体積の逆数に比例し、細胞壁の厚さが投影面積と 9 して寸法の2乗に比例するということとちょうど逆数の関係になっており、このことからも細胞壁の厚さと密接な関係にあることが推測される。前節で示したとおり、材のMOEは密度と高い相関関係にあり、MOEに対してもこの推測は適用できると考えられる。すなわち、材のMOEの増加とともに弾性的な挙動が強く発現されると推測される。 2.6.3接合具直径木質接合部の場合、接合具直径の大小は、長さとの関係で接合具自体の曲げ剛性が変化するため、接合具の長さと直径の比(以径長比とよぶ)に下、この比をよって評価することが望ましい。この値は接合具の細長さの度合いを示すもので、値が大きいほど、その接合具は細長く、剛性が低いことを示している。径長比による木質接合部の強度的性能の変化については多くの研究が行われている。平井は、前田が行なった4つ (Pseudotsuga menziesii エゾマツ(Picea を用いた丸鋼(直 jezoensis Franco)、 Carr.)、径10mm、20mm)のの樹種、すなわちベイマツベイツガ(Tsuga スギ(Cryptomeria heterophylla Sarg.)、 japonica D.Don) めり込み試験の結果に対して弾性床上の梁理論を適用し、更に接合部の応力状態や破壊条件を考慮して弾性耐力有効率、弾塑性耐力有効率、破壊耐力有効率という3種導入し、径長比の評価に関して検討を行った8)。類の指標を結論は以下の3点に集約される。弾塑性耐力有効率は終局耐力に関して適合性が低く、弾塑性耐力有効率を用いると誤差が減少し、破壊耐力有効率を用いると比較的高い適合性が得られた。すなわち、径長比が増加することにより、木材本来の面圧強度よりもはるかに低い応力で接合部が破壊し、その傾向は、弾塑性耐力有効率という概念を導入することで表現が可能である。しかし一方、接合具の曲げを伴わない面圧試験の場合は、径長比でなく直径のみで評価しても問題ないと思われる。従って、本論文では、特 10 に断らない限り、接合具直径のみについて影響を検討した。接合具直径の変化が材のめり込み変形挙動におよぼす影響は、接合具の曲率半径に着目することで整理できる。すなわち、接合具直径が大きい場合は、曲率半径も大きくなり、接合具が接している局部は、全面圧縮に近づく。これに対して接合具直径の小さい場合は、曲率半径が小さくなるために応力集中が生じやすく、割裂の発生および進展に必要な応カレベルに達しやすくなると考えられる。従って、接合具直径の小さい場合には脆性的な破壊を生じ、直径の増加とともに粘性的な挙動が強くなると推測される。 2.6.4荷重角度(加力方向) 本研究では、荷重角度を、負荷方向と木材の繊維方向とのなす角度と定義する。平井は、アカエゾマツ(Picea glehnii Mast.)お sachalinensis Mast.)を用いたボルト面圧試験(ボ荷重角度を0゜から90゜まで15゜よびトドマツ(Abies ルト直径10mm)を、刻みで変化させて行い、初期の急激なめり込み変位は荷重方向が木材の繊維方向に近いほど大きいこと、除荷、再負荷時のループは荷重方向が繊維に垂直方向に近いほどふくらむこと、再負荷時に現れる荷重のはね上がりは荷重方向が繊維方向に近いほど大きいこと、めり込み抵抗は荷重方向が繊維方向から離れるに従い減少し、その低下の度合いは全面圧縮に見られる異方性に比べるとかなり小さいこと、見かけの比例限度以下では、荷重方向が繊維方向から離れるにつれ変位回復能が増す傾向がみられること、荷重-めり込み変位曲線から弾性変位部分を差し引いた曲線について、初期直線域の傾きは荷重方向の影響をあまり受けず、荷重方向が繊維方向に近づくにつれその直線域の長さが増して行く傾向を示すこと、を明らかにした9)。また、同じく平井らはベイマツ(Pseudotsuga 11 menziesii Franco)集成材を用いたボルト接合部(ボを0° から90° まで15。ルト直径8.8mm)にずつ変化させて引張型めり込み試験を行い、見掛けの比例限耐力とすべり抵抗(=見限すべり量)はついても、荷重角度掛けの比例限耐力/見掛けの比例、荷重方向が繊維方向から離れるに従って低下し、繊維に垂直方向では繊維方向の2/3程度となること、最大耐力はより大きく低下し、繊維に垂直方向では繊維方向の約27%となること、上記2例の低下率の相違により、見掛けの比例限度は荷重方向が繊維方向から離れるにつれ高くなり、ねばり強さが減じていくこと、見掛けの比例限度以下では、荷重方向が繊維方向から離れるにつれ、すべり回復能が向上する傾向が認められること、を明らかにしている10)。ここで、角度 θだけ傾いた角形パイプ構造に対し、鉛直方向に圧縮負荷がかかった場合を想定する。Fig.10は、このような状況下で角形パイプが潰れている様子を模式的に示したものである。すでに述べたように、引張型2面せん断形式の木質接合部の場合、仮道管が潰れることによって外力によるエネルギーが消費され、耐力が発現される。荷重角度の変化は、この潰れ方に影響を与えると考えられる。すなわち、荷重角度が小さい場合は、せん断変形とともに座屈変形が発生し、荷重角度の増加に伴って、座屈変形から曲げ変形が支配的になると考えられる。更に、この角形パイプは、異方性をもっているため、曲げ変形による剛性および強度は、座屈変形によるそれよりも低い値を示すと推測される。従って、荷重角度の増加とともに剛性および耐力は低下すると推定される。 12 In In Fig.10 2.6.5接 Buckling the the scheme case when case of loadig when pipe 合具の位置(割 angle loadig is angle structures θ(optional) is 90 inclining degree at θ for loading angle. 裂長さ) 一般に、端距離は接合具の中心から部材の端までの距離、縁距離は接合具の中心から部材の最も近い縁までの距離と定義される3)。ただし、この定義に従うと、荷重角度が変化した場合、実際に割裂が生じる長さが荷重角度によって変化することとなる。そこで本研究では、実際に破壊まで進展する割裂長さの指標として、接合具の中心から試験体端部までの距離を繊維平行方向に測定した距離を割裂長さと定義した。平井は、アカマツ(Pinus ツ(Picea jezoensis 引張型めり込み試験(繊 dendiflora Carr)を Sieb.et 用いたボル維平行方向加力)を 13 Zucc.)おト(直径3mm∼15mm)によびエゾマよる行い、端部寸法が不足すると、耐力が低下するだけではなく接合部が脆性的な破壊を起こし、ボルト接合部の長所である粘り強さを引き出すことができなくなること、この性能低下を防ぐための端部寸法は、縁距離はボルト径の1.5倍端距離はボルト径の5倍以上が必要であること、を明らかにした11)。また、川元らは、スギ(Cryptomeria ベイマツ(Pseudotsuga menziesii ドリフトピン接合部(ドみ試験(繊以上、 japonica Franco)集 D. Don)集成材を用いた鋼板挿入式リフトピン直径8、12、16mm)の維直交方向加力)を成材および曲げ型めり込行い、以下の結論を得た12)。・縁距離、端距離と最大荷重との間には顕著な相関が認められ、直径、長さ、挿入鋼板枚数が同一のときの最大荷重(Pmax)は離(h:mm)、端距離(e:mm)か Pmax=c・h・ β1・eβ2 (c, β1, β2は、以下の式で縁距ら推定できた。係 …Eq 数) . 2 ・実験に用いた直径、有効長さの範囲内のドリフトピン接合について、木質構造設計規準3)に従い、縁距離を接合具直径の4倍とした時の最大荷重(Pmax:kgf)は長さ(L:mm)、 Pmax =5 気乾比重(ρ)を .887・d1.2773・L0.6732・・初期剛性(直、ドリフトピン直径(d:mm)、有効説明変数とする次式で推定できた。 …Eq ρ0.8752 線域の傾き)と、端距離を7倍 .3 縁距離、端距離の間には全く相関が認められなかった。面圧による木材と接合具との接触面における応力分布は、接触面の中央部で大きく、荷重方向から角度が増加するに従って減少していく (Fig.11)13),14)。材端までの距離が十分でなくなると、面圧応力の分布が変化することが知られている15)。すなわち、端距離が不十分な条件下では、通常分布するはずの応力が材端部で遮られるため、行き場の無くなった応力が端部に集中し、破壊が生じやすく、強度が低下すると推測される。従って、端距離は接合部の耐力には影響を与えるが、剛性には 14 影響を与えないと考えられるが、このことは上記の実験結果によっても証明されている。 Fig. 11 Relationship 2.6.6含 a: In the case when edge distance is sufficient. b: In the case when edge distance is not between stress distribution by bearing sufficient. and edge distance. 水率一般に、木材は含有する水分の量によってその強度特性が変化する。すなわち、繊維飽和点(含水率約28%)までは、含水率の増加とともに剛性および強度の低下が見られ、それ以上の含水率では一定となる傾向を示す16)、 17)。このような性質をもつ木材を構成材料とする木質接合部も、これと同様の傾向を示すことは容易に推測できる。すなわち、繊維飽和点を境にしてそれ以下の含水率では、含水率の増加とともに強度的性能は低下し、それ以上の含水率では一定となることが推測される。木材の組織構造との関係からみた場合、含水率の影響は、潰れる細胞の柔らかさが材の潰れに与える影響と言い換えることができる(Fig. 12)。すなわち、繊維飽和点までは含水率の増加とともに細胞が軟化するため、同じ負荷に対する変形量が増加し、剛性は低下する。また、耐力も低下するが、細胞自体の変形性能が増すために粘りが生じ、破壊時の変形量は増加することも予想される。 15 Fig. 12 Relationship 2.6.7変 between moisture content of wood and easiness of bearing of wood. 形速度最近の傾向として、荷重速度単独に関する研究は少なく、繰り返し荷重における周波数の影響等、負荷履歴を絡めた研究が多くなっている18)。小川ルらは、ベイツガ(Tsuga ト孔直径16.5mm)の /minま heterophyIIa Sarg.)を用いたボルめり込み試験を荷重速度0.O1mm/minかト(ボら100mm で変化させて実施し、破壊時の応力には速度依存性が認められないこと、破壊時変位は速度の増加とともにやや減少すること、破壊性状はいずれも脆性的であること、をそれぞれ明らかにした19)。木材の割裂に対して変形速度のおよぼす影響を細胞のレベルで検討した例としては、古川の研究があり20)、木材細胞の破断箇所が、変形速度によって細胞間層に現れる場合と、細胞内層に現れる場合とがあることを明らかにしている。また、変形速度の影響についてAEにみた安藤の研究21)によれば、変形速度によってAEのよる評価を試発生振幅の分布が変化することが明らかにされており、上記の研究結果を追証したものとなっている。こうした研究成果から、木材のめり込み変形は速度によって性状が異なり、その速度を境にして破断箇所が異なるなど変形挙動に 16 変化が見られることが推測される。変形速度が木材のめり込み変形挙動に与える影響に関しては、細胞の応答速度が材の潰れに与える影響と、細胞が従来もっている変形回復能が材の潰れに与える影響、の2つに分けて考える必要がある。細胞の変形回復能の点から見れば、細胞が変形を回復しようとする潜在的な能力 (変形回復速度)が変形速度よりも小さくなった場合には変形のみが進行することになるが、逆に変形速度を上回った場合には、変形と同時に回復も生じていることになり、より複雑な変形挙動を示していると推測される。木材の半径方向のき裂進展におよぼす負荷速度と含水率の影響について検討した研究22)によれば、限界荷重におけるき裂開口変位は負荷速度によらず一定値を示しており、0.005mm/min∼100mm/minの範囲では、変形速度に対する細胞の応答の遅れというものはないものと推測される。ただし、初期剛性については変形速度の低下とともに値が減少する傾向が認められており22)、負荷の初期段階では、変形速度による応答変形量の違いが存在することが推測される。また、終局荷重は変形速度の増加とともに増加し、その傾向は、Zone 弾性模型を用いて表現できる22)こ bodyとよばれる3要素粘とから、終局耐力についても、粘弾性挙動を示していることが推測される。従って、負荷速度の増加とともに初期剛性および耐力が増加すると推測される。 2.6.8応力レベル木材のクリープ挙動と応カレベルとの関係は、主として乾燥分野において研究が行われてきた。そのうち、圧縮および引張クリープ挙動に対する応カレベルの影響については、マカンバ(Betula maximowicziana) を用いた久田による研究がある23), 24)。これらの研究によれば、水分非平衡下ではあるが、応力レベル40%以下では、クリープコンプライアンス 17 は変化しないことが示されている。従って、細胞のクリープ変形挙動に影響を与える応力レベルには一定の閾値があることが推測される。応カレベルの問題を木材の細胞と関連させて考えると、細胞を潰す強さが材の潰れ方におよぼす影響、と言い換えることが出来る。応力レベルが大きいほど、材の潰れは大きくなり、潰れる細胞の数も増え、クリープコンプライアンスは増加すると考えられるが、それには一定以上の応力レベルが必要であることが推測される 18 。