地震波による木造住宅の破壊・倒壊過程シミュレーション手法の確立
【研究分野】林産科学・木質工学
【研究キーワード】
木造軸組住宅 / 地震 / 倒壊過程 / 通し柱 / ほぞ穴 / 断面欠損 / 高速負荷 / 拡張個別要素法 / 塑性挙動 / 木造住宅 / 荷重速度
【研究成果の概要】
本研究は改良個別要素法を用いて、木造住宅が大地震に遭遇した場合の挙動をコンピュータシミュレーシヨンによって再現しようとする試みの流れに立つものである。これまでの研究で、在来軸組住宅における定性的な倒壊プロセスは再現出来ることを示すことが出来たが、このシミュレーシヨン手法を有限要素法に匹敵する定量的解析手法にもっていくためにはいくつかのハードルがあった。一つには解析手法に内在する定性性で、これについては定量化のメドが着いた。たとえば柱-梁接合部の挙動に関しても、金物ごとの試験からパラメータを得る手法もある程度明らかとなった。モルタル壁についてもその挙動が明らかとなりつつある。本研究では一番挙動が明らかでなかった通し柱について、とくにほぞ穴が様々な方向からあけられた場合の強度的性能について、主として実験的に値を求めることが中心となった。
単ほぞ穴から四方差しまでのほぞ穴に対して、実大寸法の断面をもつスギ柱材の曲げ試験を行い、見かけのヤング率、曲げ強度等を求めた。その結果、静的負荷領域では、ほぞ穴の程度に応じてヤング率ならびに強度は低下するが、ヤング率の低下率は意外に少ないことが判明した。また、破壊力学を採用するほどの応力集中は発生していないように考察された。地震時には通し柱は衝撃的な高速負荷を受ける。これに対応させる目的で負荷速度2m/secの試験を行った。当初、ほぞ穴による断面欠損の影響は高速負荷でより明瞭に表れると予想したが、結果的には逆で、剛性率も、曲げ強度も動的負荷を加えた場合の方が、静的負荷の場合よりも強かった。これらの結果をシミュレーシヨン用パラメータに反映させることが今後の課題である。
【研究代表者】