柱中間部浮き上がり機構(CMU機構)の研究静加力実験 CMU架構の特徴試験体(1層柱) CMU(Column Mid-height Uplift)架構：意図的に柱中間部の浮き上がりを許容する架構大変形時大変形時柱中間部浮き上がり(CMU) 浮き上がり部に組み込まれる浮き上がり要素柱中間部浮き上がり(CMU) 柱柱脚浮き上がり(CBU) 19 柱脚でなく、柱中間部に浮き上がり部を設けることで、1層の変形を抑える事ができる載荷方法ダンパーに使用した鋼材・単調載荷・普通鋼(SGH400) ・軸方向漸増繰り返し載荷・低降伏点鋼(SPCE) (一軸繰り返し載荷) ・軸方向及びせん断方向繰り返し載荷 (二軸繰り返し載荷) 500 1638 719 800 19 500 浮き上がることで、頂部水平変位は増加するが、上部構造の変形を抑えることができると考えられている。 19 800 381 頂部水平変位 372 108.5 66.5 22 66.5 108.5 柱中間部固定(FIX) 19 小変形時縮尺1/3の一層柱をモデルに、静加力実験を行い、実際のCMU架構の挙動を確認する。中央部に浮き上がり部があり、そこにダンパー4 組を併設している。試験体(ダンパー) ピンロッドカバープレートダンパーの亀裂はSGH400で、面外変形はSPCEにおいて顕著であることが確認できる。ピストン時刻歴応答解析解析モデル一層柱中間部が浮き上がる10層モデル(CMU) 一層柱中間部が固定されている10層モデル(CMU) CMUから、ダンパー(バイリニア要素)を除いたモデル(CMU-ND) についての解析を行い、浮き上がりが地震応答に与える影響を確認する浮き上がり変位(mm) 1500 1000 500 0 -500 -1000 0 頂部水平変形(mm) 浮き… 5 5 10 時間(t) 15 0 -250 -500 5 10 時間(t) 15 20 1200 800 400 時間(s) 左柱右柱 -100 100 0 0 0.05 0.1 (入力地震動:山古志記録、100kine規準化) 0 5 10 時間(s) 15 20 2000 位置位置エネルギー CMU モデ 1600 運動エネルギール運動上部構造歪歪エネルギーダンパー履歴吸収ダンパーエネルギー時間(s) 15 20 入力時間入力エネルギー (s) 200 150 100 50 0 -50 -100 150 100 50 0 -50 -100 -150 -150 -200 -200 10 20 30 40 50 1200 250 二軸繰り返し載荷A 10 15 250 200 200 150 100 50 0 0 10 浮き上がり変位(mm) 20 30 40 0 50 400 5 10 5 10 15 20 2000 15 20 FIXモデル 1600 1200 800 400 50 0 -50 -100 0 5 10 時間(s) 15 20 100 50 0 -50 10 20 30 浮き上がり変位(mm) 40 50 25 0 10 50 30 0 5 10 15 20 25 30 繰り返し回数二軸繰り返し載荷A 10 15 8 8 7 7 6 5 4 3 2 1 0 -100 0 0 250 200 150 100 50 0 一軸載荷 0 5 150 100 100 履歴吸収エネルギー単調載加二軸繰り返し載加 150 150 繰り返し回数浮き上がり変位(mm) 単調載加一軸載加 0 二軸繰り返し載荷B 25 30 20 0 荷重変位関係(SPCE) 800 時間(s) 0 10 20 200 CMU-NDモデル 1600 800 0 5 15 250 0 0 400 0 10 250 200 150 100 50 0 一軸載荷 0 5 単調載加二軸繰り返し載加 250 2000 減衰エネルギー減衰 300 250 200 150 100 50 0 5 時間(s) 1200 0 500 0 300 250 200 150 100 50 0 20 250 CMUモデル 1600 0 CMU-ND FIX 10 15 20 (入力地震動:山古志記録、100kine規準化) 単調載加一軸載加 (入力地震動:山古志記録、100kine規準化) 2000 ダンパーの効果で、浮き上がり変位がある程度抑制される。浮き上がり変位(mm) 頂部水平変位(mm) 0 4 一層柱中間部の浮き上がり変位浮き上がることで、頂部水平変位は増加するが、上部構造の変形を抑えることが確認できる。 CMU 3 ダンパー軸方向力(kN) 2 周期(s) ダンパー最大耐力荷重変位関係(SGH400) ダンパー軸方向力(kN) 1 エネルギー(kN.m) 0 浮き上がることで、上部構造に蓄積されるエネルギーが減少する。また、ダンパーはエネルギーを吸収することも確認できる。ダンパー軸方向力(kN) 0 SGH400は、最大耐力は大きいが、載荷後半で急激に耐力が減少する。一方SPCEは最大耐力が小さいものの、塑性変形能力に優れており、載荷が繰り返されても耐力を保つ。また、ダンパーにせん断力を加えてもダンパーの性能は低下しないエネルギー応答ダンパー軸方向力(kN) 1 試験体全景 SPCE試験終了時 (二軸繰り返し載荷) ダンパー軸方向力(kN) 2 頂部水平変位 -200 -400 -600 800 600 400 200 0 1-7F 柱 8-10F 柱 2-6F 梁 7-RF 梁部材断面降伏モーメント全塑性モーメント □-500x500x25 2110 kN.m 2490 kN.m □-500x500x19 1660 kN.m 1940 kN.m H-700x300x13x24 1630 kN.m 1270 kN.m H-588x300x12x20 1130 kN.m 1270 kN.m SGH400試験終了時 (二軸繰り返し載荷) ダンパー軸方向力(kN) Tarzana EW 神戸NS -100 日野NS 0山古志 2 EW 4 時間(s) エネルギー(kN.m) 400 3 ダンパー軸方向力(kN) FIXモデル1次モード固有周期 FIXモデル2次モード固有周期 0 2 4 速… -100 400 エネルギー(kN.m) 127 4 エネルギー(kN.m) 7500 SPCE試験前断面性能疑似速度応答スペクトル(m/s) 4500 68.4 浮き上がり位置入力地震動擬似速度スペクトルダンパー軸方向力(kN) 216.5 37800 3700 56.5 3700 56.5 シリンダーエンドプレート 20 30 浮き上がり変位(mm) 40 50 二軸繰り返し載荷B 25 30 20 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 繰り返し回数 25 30 0 5 10 15 20 繰り返し回数 25 30