局部座屈により耐力劣化した角形鋼管柱の被災後補修
213-107

調査(損傷評価)

ラーメン構造一時的な使用 応(急復旧

はじめに

1.

橋本和也

補修(耐力の回復)

現行の建築基準法にて最低限度求められている耐震性能
は，建物の倒壊を免れ，人命を保護することである．このことは建物の大地震時における塑性化(損傷)の許容を意味し，未だ大地震の度に多くの被害がみられる遠因となっている．被災した建物には，余震等に対する倒壊の防止，防災拠点の確保のために応急復旧が必要となるが，損傷部材
筆者らの研究室では，鋼構造建物の重要な部材である柱)地震発生の補修に関する研究は少ない．

局部座屈に着目し，応急復旧までの流れ(図１)のうち，簡便な実測研究対象による残存耐力評価法の構築と被災後補修に関する研究を
図1行ってきた．本論では，被災後補修に関する追加実験の結果を考察する．
2.

実験計画

2.1

試験体

応急復旧までの流れN

NMM□200x6□200x9NM

試験体を図 2 に，実験パラメータを表１に示す．試験体
は，角形鋼管柱(BCR295）の損傷部位に鋼板を貼り付けて補修した部材であり，□200x6，□200x9，□300x9 の 3 断面を用意した．実験パラメータは補修する面，軸力比 n，補修長さ L，補修材厚 rt，柱脚の隙間 s，損傷度とし，比較のため各柱断面，軸力比ごとの無補修試験体も用意した．なお，補修に用いる鋼板は厚さ 6，9，12mm の SS400 材とする．

2.2 載荷方法□300x9図2

補修試験体の一例

を行う．載荷プログラムは，柱断面，軸力比，損傷度によ

表1

実験パラメータ

り異なり，□200x6，軸力比 0.15，損傷度小を例に挙げると，補修材厚補修材高さ 軸力比

実験は，長期荷重を想定した一定軸力下で繰り返し載荷

試験体名
A-1A-2A-3A-4A-5A-6B-1B-2B-3B-4C-1C-2C-3D-1D-2D-3D-4部座屈を発生させる．次いで, 損傷部分に補修を施し，再び繰り返し変形を与えて補修の効果を確認する．
実験結果

3.1

荷重-変形関係

代表的な荷重-変形関係(左から無補修試験体，損傷度小，損傷度中，損傷度大)を図 3 に示す．縦軸は柱脚に作用する
曲げモーメント M，横軸は部材角であり，破線は損傷実200

M[kN-m]200

補修面

rt(mm)

まず 1/50，1/40rad の振幅で繰り返し変形を与え，柱脚に局3.

柱断面□200x6L (mm)

60.15

200
□200x9

全面0.30

9ウェブ

12300

□200x90.15
200

6

フランジ

無補修-

上部
下部
下部
上部

下部
上部

4060
4060
4060

下部

40--中-0.300.15□300x9200 M[kN-m]

M[kN-m]中大
中小300

12局部座屈位置 柱脚の隙間

下部□300x9□200x6小300
450□300x9□200x6

損傷度

n-200

M[kN-m]Md
Md

Md

[rad.]0.05

[rad.]0.05

Md
[rad.]
0.05

-0.05

-0.05

-0.05

[rad.]
0.05

-0.05

Md

D-1
無補修

Md
-200

Md

B-1
損傷度小MdB-2
損傷度中-200-200

図3

荷重-変形関係B-3
損傷度大-200

1.5 M/Mpc[kN-m]

1.5 M/Mpc[kN-m]

1.5 M/Mpc[kN-m]

 [rad.]0.40

0 [rad.]0.400（a）損傷度の影響（n =0.15）（b）柱脚の隙間の影響（n =0.15）

1.5 M/Mpc[kN-m]

 [rad.]0.40（d）□200x9 の補修（n =0.15）

0.40（c）フランジ面の補修（n =0.15）

 [rad.] [rad.]0.400（e）□200x9 の補修（n =0.30）

図4

01.5 M/Mpc[kN-m]

1.5 M/Mpc[kN-m]

0 [rad.]0.400（f）□300x9 の補修（n =0.15）

拡張骨格曲線による補修後の履歴挙動の比較

験後の残存耐力 Md を表す．
損傷度小，中の試験体は補修後の最大耐力が元断面の最大耐力近くまで回復しており，大変形時においても回復し因である．このことから，□200x9 のような変形能力の高い部材(部材種別 FA)においては，補修がむしろ骨組に悪影響を及ぼす可能性があると言える．

た耐力を概ね維持している．一方，損傷度大の試験体は元(e)は□200x9(n=0.30)に対する補修の効果を示している．

断面の最大耐力の半分程度までしか回復しなかった．さら補修後の耐力は元断面を上回ったが，補修材の上部に局部に，大変形時には補修材の溶接部分に亀裂が生じ，亀裂の座屈が生じることで最大耐力に至り，耐力は急激に劣化し進展に伴い耐力が急激に劣化した．

た．したがって，n =0.30 の場合においては，初期の耐力回

3.2

拡張骨格曲線による補修効果の比較

補修後の履歴挙動の比較を図 4 に示す．縦軸は柱脚に作復は可能だが，変形能力の改善はほとんど期待できないと言える．

用する曲げモーメント M，横軸は部材角であり，グレー(f)は□300x9(n=0.15)に対する補修の効果を比較していの線は無補修試験体の履歴を示す．(a)は，図 3 で示した荷る． L=300(A-5)と L=450(A-6)を比較すると，補修後の耐重-変形関係から抽出した拡張骨格曲線であり，損傷度によ力回復の程度，変形能力ともに同程度であることから，る耐力劣化の程度の違いが良く表現されている．

□300x9 を補修する際の補修長さは柱幅程度で十分だと言(b)は柱脚の隙間の影響を比較している．補修後の最大耐える．次に，損傷度中(B-4)に着目すると，元断面の 6 割程力には差はみられないが，S=60 は比較的耐力劣化の程度が度までしか回復していない．これは，試験体(B-3)と同様，緩やかである．これは補修後に局部座屈が柱脚で生じたた凹形の局部座屈変形の影響で補修材の全周を溶接することめだと考えられる．

ができず，局部座屈変形に追従する形で非溶接部分に亀裂(c)はフランジ面の補修効果を比較している．(C-2)に着目すると，補修材厚，補修長さを大きくすることで元断面以上の耐力まで回復しており，大変形時においても安定しが生じたためだと考えられる．
4.

まとめ

本報では，局部座屈により耐力劣化した角形鋼管柱にた履歴を描いている．したがって，ウェブ面の補修も踏ま対する補修実験を行い，補修効果を考察した．

えて，補修材厚は柱厚の 1.5～2 倍以上にするべきだと言え

参考文献

る．損傷度中の場合(C-3)は急激な耐力劣化が見られるが，

1) 日本建築防災協会 : 震災建築物の被災度区分判定基準および復旧

これは補修材の溶接端部に亀裂が生じたためである．

技術指針，日本建築学会構造系論文集， pp.178-181，2015(d)は□200x9(n=0.15)に対する補修の効果を示している．

2) 岩崎祐介，吉敷祥一 : 局部座屈により耐力劣化した角形鋼管柱の簡

補修後は元断面の最大耐力には至らず，早期に急激に耐力易な損傷評価法と補修，鋼構造年次論文報告集，第 23 巻， pp.521-526，を喪失している．これは，柱脚のベースプレートとの溶接2015. 11部が破断したためであり，補修による過剰な耐力上昇が原（宮内研究室）