古川 幸

これまでの大地震では，高靱性部材により構成された鉄骨ラーメン骨組は，大地震時でも最下層柱脚および全層の梁でヒンジを形成し，安定した力学挙動を示すことが明らかにされてきた。一方で，想定外地震をうけ，特定層に水平変形が集中することで骨組が崩壊するケースが見られた。このような骨組の崩壊挙動は，実大規模の骨組の振動台実験により明らかにすることが可能である1)ものの，時間および費用の観点から実施が容易とは言い難い。そこで本研究では，旧来特に振動台実験において使用されてきた縮小模型実験に着目し,鋼構造骨組の応答性状を検討する目的で，コストと時間を縮約できる縮小模型実験方法の構築（図1）を行う。具体的には，部材端部に切り欠きを設けることで，層せん断分布を任意に与えることができる模型を製作し，骨組の静的載荷実験および振動台実験という部材レベルから骨組レベルまでの一連の力学的性能把握を縮小模型を用いて実施する。 縮小模型実験による検討対象とするのは，これまでに個別に検討されてきた2,3)，鋼構造の最下層柱脚における降伏を防ぐために提案された新しい柱脚形式と，特定の層への損傷集中を防ぐ効果が期待できる通し柱(以降，弾性柱と呼称する)を組み合わせた骨組である（写真1）。前者は，最下層の柱の所定の高さでRC基礎梁から立ち上げた柱脚と上部鉄骨柱のピン接合とする柱脚形式である。双方を組み合わせることで最下層柱の降伏を防ぎつつ，さらに中間層における柱の降伏も避けられることが期待できる。

施工の簡便性から鋼構造骨組の柱脚接合として普及している露出型柱脚では，鋼材柱のせん断力Qは①ベースプレート下面とコンクリートの摩擦力Qfと②アンカーボルトのせん断力Qbとして基礎へ伝達され，基礎立ち上げ部がある場合には側方破壊への配慮も必要となる。しかし，露出型柱脚の高い普及度に反し，その応力伝達機構や耐荷機構は未だ曖昧な部分が多い（例えば，①②のせん断力負担割合や，①②の側方破壊耐力との関係性など）。申請者らは既往の研究 *1)より，鋼材柱の軸力によって基礎が側方破壊に至るせん断力が顕著に変化するという新しい知見を得た。結果の解析を進めると，②で伝達されるせん断力が側方破壊耐力に達した場合にひび割れが生じる可能性が高いということが分かった。そこで本研究では本知見の実験的検証を行い，鋼部材をRC部材に埋め込んでせん断力を伝達する接合部におけるせん断応力伝達機構と耐荷機構の理解を深め，設計を高度化することを試みる。

「弾性柱」は、地震による骨組の変形を全層に渡って「ならす」役割を担い、特定層への損傷集中を防ぐことで「損傷制御」を実現する機構である。したがって同機構は様々な卓越周期、位相を有する地震動に対しても安定した建物応答を促す効果があるため、想定外地震力に対する骨組の耐震性能の信頼度向上が期待できる。また本機構を、申請者らが提案する全層梁降伏型メカニズムを目指した新しい柱脚機構研究業績3,5と併用することで、さらなる「損傷制御」性能向上が見込める。そこで本研究では、申請者らが提案する柱脚機構をもつ鋼構造骨組に「弾性柱」を組み込んだ場合における「損傷制御」性能向上、ひいては「想定外地震力」に対する「レジリエンス」性能の信頼度に関する評価を行うことを目的とする。