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日本建築学会大会学術講演梗概集（九州） 2016 年 8 月

構造用集成材梁部材の火災時耐力 (その 8 梁載荷加熱実験の解析結果)
正会員 ○市川萌都*
同平島岳夫*
構造用集成材
たわみ挙動
1.

梁耐力低下

同
同片倉佑介*
金城仁**

火災時耐力

はじめに本報(その 8)では、前報(その 7)に引き続き、カラ3.

載荷加熱実験の解析

表 2 に載荷加熱実験による破壊形式および実験・解析

マツ集成材梁を対象とした熱応答変形解析プログラ

による耐火時間とその時のたわみ一覧を示す。図 3 に梁ムによる解析結果に基づき、1 時間加熱時および加中央部のたわみ-時間関係を示す。図中の×は試験体の熱終了後の放冷過程におけるたわみ挙動・破壊時間破壊を仮定した点である。

を既往の実験結果
2.

1),2)

解析結果を実験結果と比較すると、加熱開始 1 時間まと比較する。

でのたわみ挙動は概ね一致している。加熱開始 1 時間以加熱後載荷実験の解析

図 1 に、常温時(L-0h)・火災加熱時(L-1h)・加熱終了降の放冷過程において、解析でも実験結果と同様に、たから 3 時間放冷後(L-4h)の実験結果と熱応力変形解析わみが顕著に増加する挙動を示した。また、低荷重レベ値の比較を示す。図中の解析結果を示す実線上の☓印

ルで最終的にたわみが一定になる挙動も解析で概ね再-6は、縁ひずみが 4000×10 となり、試験体が破壊すると現できた。
実験で試験体が破壊した LF-1.0・LF-0.8・LF-0.6 に仮定した点である。表 1 に最大荷重と最大荷重時のたわ関しては解析でも加熱終了後に破壊するという結果とみを示す。
耐力について、解析結果を実験結果と比較すると、なった。高い荷重レベルを与えた試験体を対象とした解L-0h(1)では 0.75 倍、L-0h(2)では 0.70 倍、L-1h では

析においては、実験でのたわみ挙動を概ね追跡でき、引1.18 倍、L-4h では 0.76 倍であった。木材の場合、部材張縁ひずみ 4000×10-6 で破壊と仮定した解析による破強度および炭化状況のばらつきが大きく、実験結果の最壊時間との誤差は 10～30 分程であった。

大荷重を精確に予想することは難しい。しかし、たわみ

LF-0.4(1)・LF-0.2 の解析では、加熱開始後から徐々に挙動において常温時(L-0h(1),L-0h(2))・火災加熱時たわみが増加するが、およそ 2 時間経過時点で増加量は(L-1h)・加熱終了後(L-4h)で概ね実験結果を解析で追跡徐々に緩やかになり、4 時間で一定となった。たわみ挙できた。

動は概ね実験結果と一致しているが、LF-0.4(2)の実験

300

荷重 [kN]250
200150

結果は、130 分以降たわみが急増し崩壊に至った。

L-0h(1)実験結果
L-0h(2)実験結果
L-1h実験結果
L-4h実験結果
解析結果

LF-0.4(2)は、実験終了後の試験体の状況からせん断破壊したと考えられ、曲げ性状を対象とした本プログラム

L-0h

による解析とは挙動が大きく異なった。

基準強度による最大荷重(192.8kN)

低荷重レベルの LF-0.4 と LF-0.2 の試験体では、温度

L-1h100が 100℃付近で一定となる加熱開始から 3 時間付近でたわみの増加が停滞し崩壊に至らないという挙動は再現

L-4h

50できたものの、最大たわみの大きさにおいては解析が実0020406080

たわみ [mm]

験値を大きく下回った。これらの実験結果との差異は今後の課題とする。
図 4 に LF-0.4 を対象とした解析で得られた応力度分

図 1 加熱後載荷実験の荷重―たわみ関係

布を示す。加熱によって外周部分から炭化が進行するこ

表 1 加熱後載荷実験・解析結果
試験体
L-0h(1) L-0h(2)L-1h
L-4h破断形式
曲げ曲げ曲げ曲げ
最大荷重 実験
29235188.241.6[kN]
解析21624710431.6
たわみ 実験
61.176.3
61.241.1[mm]
解析54.755.965.5
51.9とで、応力負担部分が狭くなっていることがわかる。また、熱が断面内部まで徐々に伝導する 60 分以降では、強度残存率の高い梁幅中心部に応力が集中している。

Fire resistance of structural glued laminated timber beam
Part 8 Analytical results of the load-bearing fire test of the beam

― 51 ―ICHIKAWA Moto, KATAKURA Yusuke,HIRASHIMA Takeo, KINJO Hitoshi

表 2 載荷加熱実験・解析結果
試験体
破断形式
破壊時間実験
[分]
解析
たわみ実験
[mm]
解析

LF-1h
曲げ797276.0460

LF-4h剪断
121.5
144
65.0
55.9

LF-1.0
曲げ
7987
56.6
48.3

LF-0.8
曲げ76
106
41.1
51.9

LF-0.6
剪断
159
137
97.4
55.1

LF-0.4(1)LF-0.4(2)

曲げ
非破壊
非破壊
88.6
54.6

剪断
165
非破壊
84.2
54.6

LF-0.2
曲げ
非破壊
非破壊
69.0
23.2

100
LF-1.0実験
LF-0.4(1)実験
解析値

90
80

LF-0.8実験
LF-0.4(2)実験

LF-0.6実験
LF-0.2実験

たわみ(mm)70
60

LF-1.0 LF-0.8

加熱50

LF-0.4

LF-0.64030
20

LF-0.210

×:4000×10-6到達

0060

120

180

240

300

360

420480時間(分)

図 3 載荷加熱実験のたわみ―時間関係
10.9

L-0h(1),L-0h(2)
実験値

0.8

L-0h(1)
解析値

0分

30 分

60 分

120 分

耐力低下率0.7240 分

図 4 応力度分布(LF-0.4)
4.

L-0h(2)

0.6
0.5

LF-1h0.4

LF-1.00.30.2

耐力低下率0.1

図 5 に耐力低下率の比較を示す。縦軸の耐力低下率の基準値は、常温載荷実験より得た最大荷重とし0た。曲げ破壊した実験による破壊時間と解析上での

60

LF-4h
120

LF-0.4(2)
180

240

時間(分)

破壊時間は概ね一致した。LF-0.8・LF-0.6・LF-4h
では、木材にばらつきがあることや耐力低下が緩やLF-0.8

0LF-0.6

図 5 耐力低下率
曲げ破壊した実験による破壊時間と解析上でかになることにより、解析と実験の破壊時間の差が引張縁のひずみが 4000×10-6 に達する時間の大きくなり、精確な予測が難しいと考えられる。

誤差は最大で 30 分であった。

3)

既往の研究 における素材試験結果により、常温

積し、解析に用いる設定値について引き続きにおける木材の引張強度は、ばらつきが大きいことがわかっている。そのために、耐力を正確に把握するためにはさらなるデータの蓄積が必要であると考える。
5.

まとめ



火災加熱終了後にたわみ増加が顕著になる挙動および低荷重レベルでたわみが一定になる挙動は解析によって概ね再現できた。

* 千葉大学大学院工学研究科** (一財)ベターリビング

今後、木材の高温時強度に関するデータを蓄検討が必要である。

【参考文献】
1) 金城仁他：標準火災加熱を受けたカラマツ集成材の放冷過程における挙動、日本建築学会構造系論文集
Vol.80,No.711,2015.5
2) 金城仁他：構造用集成材梁部材の火災時耐力(その 6)、日本建築学会大会学術講演梗概集 pp.119-120,2015.93) 片倉佑介他:カラマツ集成材の高温時強度に及ぼす水分蒸発の影響, 日本建築学会大会学術講演梗概集 pp.131-134,
2015.9* Graduate Student, Graduate School of Eng.,Chiba Univ.
** Center for Better Living.

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