広島工業大学紀要研究編
第 51 巻（2017）103-113

論

文

簡易復元力特性を用いたスリップ型およびノンスリップ型露出柱脚付き鋼構造物の地震応答解析
高松隆夫＊・山西央朗＊・玉井宏章＊＊・松下貴雄＊＊＊・石津祐二＊＊＊（平成28年10月31日受付）

Seismic response analyses of Steel Structures with Slip-type & Non-slip-type
Exposed Column Bases using Simpliﬁed Models of Restoring Force Characteristics
Takao TAKAMATSU, Teruaki YAMANISHI, Hiroyuki TAMAI, Takao MATSUSHITA and Yuji ISHIZU（Received Oct. 31, 2016）

Abstract
This paper describes response analyses of structures with column bases of full and simplified
models and the following conclusions are obtained. 1) The response results of the simpliﬁed models are in good agreements with those of the full models. The worst results are overestimated by
30%. Thus, simpliﬁed models can be used for rational design of steel structures. 2) For structureswith the non-slip-type column bases, the seismic response results after column bases yielding decrease and the maximum ones of the ﬁrst story in the column bases with cyclic yielding are lessthan those of the slip-type column bases.
Key Words: exposed column-base, simplified model of restoring force characteristics, additional

bending resistance, variable axial force

やその塑性変形量に基づいた，骨組み層方向の耐力および１．はじめに

塑性変形量の分布に影響されること［5］が明らかになって

一定圧縮軸力と繰り返し曲げモーメントを受ける露出柱いる．

脚はフラグシップ型復元力特性［1，2］を示すが，実務設計

このように，架構の応答には柱脚の復元力特性や弾性回や架構の地震応答解析などでは図 1 に示す簡易復元力特性

転剛性の影響は少なく，曲げ耐力を適切に表現することがモデルを用いて設計，研究することが多い［3-5］．

重要であるとの知見から，簡易復元力特性モデルを用いる

これまで，弾性回転剛性と付加曲げ抵抗を含む最大耐力

ことの合理性は得られている．しかし，簡易復元力特性モのみで表現できる簡易復元力特性モデルを用いた解析によ

デルでは付加曲げ抵抗が精確に表現されておらず，降伏後り，架構全体の応答性状は概ね評価できること［2］が示さの挙動に着目すると曲げ耐力に差異が生じる（図 1 参照）．

れている．また，柱脚を弾性体とした場合その弾性回転剛

更に，側柱などでは地震時に柱軸力が変動し，これにより性の増減が架構全体の最大層間変形角などにほとんど影響

露出柱脚は付加曲げ抵抗が増減する［6］．

を及ぼさないこと［3］，多層骨組みの地震応答性状は柱脚

簡易復元力特性モデルが構造物地震応答精度にどの程度の復元力特性（履歴形状）よりも，柱脚曲げ耐力の大きさの影響を及ぼすかを判断するには，露出柱脚挙動を精度よ＊＊＊広島工業大学工学部建築工学科＊＊＊

長崎大学工学部工学科＊＊＊

広島工業大学大学院工学系研究科― 103 ―

高松隆夫・山西央朗・玉井宏章・松下貴雄・石津祐二（a） 構成図1

 ラグシップ型復元力特性とフ
簡易復元力特性

図2

図4

露出柱脚の代表的な抵抗機構（a） 詳細モデル
図3

軸バネによる露出柱脚のモデル化（b） 簡易モデル
図5

各モデルの M-N 耐力相関関係（b） 基本的な抵抗機構（アンカーボルト
弾性伸び領域）（c） 修正簡易モデル

各モデルの定義と諸量く表現できるモデルを用い比較する必要があるが，そのよ徴を有している．

うな研究は少なく［2，7］，議論の余地が残っている．

・アンカーボルトは引張変位のみに抵抗するので，一度塑

本研究では，ラーメン架構を対象として，露出柱脚に対する簡易復元力特性モデルの精度を検討する．方法として性化した領域では抵抗しない．
・圧縮合力点位置が柱図心位置と一致しないため，柱軸力

は，付加曲げ抵抗を精確に取り扱うことが可能な露出柱脚により付加曲げ抵抗が生じる．

の詳細モデルを構築し，簡易復元力特性モデルと併せて地

これらは，復元力特性および M-N 耐力相関関係上にス

震応答解析を実施する．それぞれの解析結果を比較・検討

リップおよび付加曲げ抵抗という形で影響を与え，図 1，

することで，簡易復元力特性モデルの精度と使用する際の3 上の灰色太破線の軌跡（露出柱脚）を示す．

留意点を議論する．

本研究では図 4 に示すモデルを用いて露出柱脚の精確な次いで，著者等は楔デバイスと呼ぶ装置をアンカーボル

挙動を求める．当該モデルは，ベースプレート縁端上下に

ト上端部に設置することで，アンカーボルト降伏型で現れ軸バネを設置し，鉛直下向きの力を上側のバネ（基礎）が，る繰り返し載荷時のスリップ現象を改善する［8-12］（以後，

鉛直上向きへの変形を下側のバネ（アンカーボルト）が引

これをノンスリップ型露出柱脚と記す）こと，載荷時には張抵抗することで，露出柱脚挙動を実現する．
柱せん断力については，柱とベースプレートの交点に設

常に弾性的挙動を示すため履歴形状が単純化されることをけたピンローラー支持が負担し，また，ベースプレートに示している［8，10，12］．
ノンスリップ型露出柱脚は，澤田等と共に地震応答解析

は無限大とみなせる剛性を入力して剛体的に挙動させる．
アンカーボルトと基礎とをベースプレート端部に設置［9］により構造物への影響等を議論しているが，・柱軸力による付加曲げ抵抗の考慮

し，かつベースプレートを剛体的に挙動させるため，圧縮・簡易復元力特性モデルの精度の検討

合力点位置 dc，アンカーボルト距離 dt，回転中心位置，アという課題を残している．ここでは，ノンスリップ型露出

ンカーボルト回転半径は，同一値になり，これを加味して柱脚を表現した簡易復元力特性モデルも構築し，ノンス各バネの特性を決定する必要がある．

リップ型露出柱脚の有用性と，簡易復元力特性モデルによる評価精度を改めて吟味する．

ただし，付加曲げ抵抗 Mn に達するまでの区間は，通常，無限大の回転剛性を有しているとみなされている．これを踏襲するため，ここでは基礎のバネに当たる kB に無限大

２．露出柱脚のモデル化の軸剛性を与える．

露出柱脚は図 2 に示す抵抗機構を示し，以下の構造的特― 104 ―

簡易復元力特性を用いたスリップ型および ノンスリップ型露出柱脚付き鋼構造物の地震応答解析
表1

部材リスト

により導出する．
図6

ここに，N：柱軸力，dt：柱断面図心からアンカーボル

解析対象架構トまでの距離，σY：アンカーボルトの降伏応力度，AA：アンカーボルトの軸部断面積，MabY：アンカーボルトによる

2.1

復元力特性モデルの定義

図 5 に，本研究で取り扱う復元力特性を示す．（a）は図

降伏曲げ耐力，Mn：付加曲げ抵抗，E：ヤング係数，θn：―
付加曲げ抵抗発揮時のベースプレート回転角，kA：アンカー

4 のモデルにより得られる復元力特性であり，フラグシッ

ボルトの軸剛性，KA：アンカーボルトの弾性伸び領域のプ型復元力特性を示す．これを，詳細モデルと呼ぶ．（b）

弾性回転剛性（図 5（a）参照），n：引張側アンカーボルト

は弾性回転剛性と付加曲げ抵抗を含む最大耐力で表現した本数である．なお，トップバーの記号はモデルの値を指す．

簡易復元力特性モデルであり，これを簡易モデルと呼ぶ．

簡易モデルおよび修正簡易モデルには，柱脚の最大曲げ更に，（c）は簡易モデルの精度の向上を目的に原点とアン

耐力 M（
および，簡易モデルには KA を，修正
u =MabY+Mn）

カーボルト降伏点を結ぶ割線剛性［13］を与えたモデルであ

簡易モデルには KS を弾性回転剛性として与える．

り，これを修正簡易モデルと呼ぶ．

３．解析概要

柱脚部には，これら 3 モデルを採用する．
2.2

モデル諸量の決定

本解析では図 1 に示す露出柱脚挙動を吟味するため，中

詳細モデルとした図 4 のモデル化には，圧縮合力点位置―
dc，バネの軸剛性 k―A，降伏軸力 T―Y を決定する必要がある．

柱および，変動軸力が生じる側柱であっても常にアンカー

この諸量は，実験や FEM 解析等から得られる復元力特性が第一層挙動へ与える影響，並びに中柱の挙動を吟味するより，代表値として図 5（a）に示す値を用いて以下の式にには，中柱を確保しつつスパン数は少ないものが良い．

ボルト降伏型を実現させる．また，側柱で生じる変動軸力

そこで，構造物自重作用下の露出柱脚接合部係数を 0.3

より導出する．

―
まず，モデルの圧縮合力点位置 dc は，柱脚曲げモーメ

程度とすることで常にアンカーボルト降伏型を示し，かつスパン数が 2 である架構［14］を解析対象として地震応答解

ント M，アンカーボルト軸力 T，柱軸力 N を用いて，析を実施する．
また，解析には 2 章に示した露出柱脚を軸バネで表現し・・・・・・・・（1）たモデル（以後，詳細モデル）と，図 2，3 中の柱軸力にの値の精とする．これにより，付加曲げ抵抗 M（
n =-N・dc）

よる付加曲げ抵抗を表現しない簡易な復元力特性モデル度を確保する．

（以後，簡易モデル）を用いる．

―

次に，アンカーボルトの降伏軸力 TY は，柱脚の降伏曲3.1

解析対象構造物

地震応答解析には clap.f を用い，減衰定数 h=0.02 のレー

げ耐力を揃えるため，

リー減衰，解析時間刻み 0.005（sec）を基本条件として，平・・・（2）

面架構に水平及び鉛直加速度を入力する．ただし，柱脚周りの減衰は 0 としている．
図 6 に解析対象架構，図 7，8 に柱脚詳細と復元力特性を，とする．

表 1 ～ 4 に部材リスト，詳細モデルの諸量，各弾性回転剛最後に，アンカーボルトの軸剛性は，性発揮時の構造物固有周期，入力加速度の一覧を示す．
・・・・・・・・（3）

解析対象［14］は，5 層 2 スパンの鋼構造物で，各層の柱は中柱，側柱の区別無く同一断面としている．各部材には― 105 ―

高松隆夫・山西央朗・玉井宏章・松下貴雄・石津祐二

図 7 露出柱脚ディテール

図8

表2

露出柱脚モデルに用いる諸量

表3

柱脚回転剛性と架構固有周期

露出柱脚復元力特性（X2）
表4

入力加速度

（a）水平方向（a） 鉛直加速度有り（G）（b）鉛直方向（一定）（b） 鉛直加速度無し（0）図 9 復元力特性の諸量

断面形状，降伏応力度，ヤング係数，歪硬化係数（0.01 としている）を入力し，移動硬化則と断面形状によって決定される M-N 相関曲線の特性を与える．なお，梁について

・解析Ⅰ：鉛直方向の加速度を G として水平方向の加速

は床スラブによる剛性効果を加味するため，鋼材のヤング

度 4 波を入力し，柱脚を詳細モデル，簡易モデ2

係数（205,000（N/mm ））を 1.4 倍する．

ル，修正簡易モデルとした，計 12 ケースの解析．

また，当該架構の柱脚には図 7 に示す露出柱脚を設置し，・解析Ⅱ：鉛直方向の加速度を 0 として水平方向の加速度

載荷実験を実施して図 8 の復元力特性を得ている．まず，

4 波と，柱脚を詳細モデル，簡易モデルとした，復元力特性とアンカーボルト軸力から dc の代表値を定め

計 8 ケースの解析．
解析結果として，図 10 に最大・最小・残留層間変形角る．次いで，図 8 および式（2），（3）を用いて，詳細モデルの諸量を表 2 の値と定めた．

分布，図 11 に最大・最小層せん断力分布，図 12 にエネル

3.2

ギー吸収量の分布の一例を，図 13 に柱脚モデルの違いに

解析変数

解析変数は，加速度と柱脚のモデルとする．

よ る ベ ー ス プ レ ー ト 最 大 回 転 角 の 比 を， 図 14 ～ 18 に加速度は，水平方向には El centro NS 波，Hachinohe

H-L2 を入力した場合の第一層層せん断力 Q- 層間変形角 r

EW 波，Taft EW 波を最大速度が 50kine となるように基関係，第一層層間変形角 r 時刻歴，柱脚曲げモーメント準化した 3 波と BCJ-L2 を，鉛直方向には重力加速度 981

M- ベースプレート回転角 θ 関係，ベースプレート回転角（gal）一定と，構造物の自重の影響を排除するために 0（gal）

θ 時刻歴，柱脚曲げモーメント M- 軸力 N 耐力相関関係を一定を入力する．なお，地震後の残留変形を議論するため，示す．

地震後の自由振動がほぼ収まるまでの時間（10（s）以上）をなお，各荷重－変形関係は，履歴形状を確認するため時間を 0 ～ 15（s），15 ～ 30（s）に分けて示す．また，簡易モ

確保している．
柱脚には 2.1 節に記した 3 種類のモデルを用いる．ただデルおよび修正簡易モデルの結果は，修正簡易モデルの精し，柱軸力が作用しない場合（鉛直加速度：0）は KA と度が若干高めであったが劇的な違いは見られなかった．

KS とは同一の値となるので，簡易モデルのみを用いる．

従って，解析Ⅰでは荷重－変形関係や変形の時刻歴等には，

４．簡易復元力特性モデルによるアンカーボルト降伏型露出柱脚挙動の精度検討
解析は，以下の 2 シリーズを実施する．

代表値として詳細モデルと修正簡易モデルを示す．
4.1

全体応答および第一層応答

図 10 より，解析Ⅰの簡易モデル・修正簡易モデルの全体応答最大値は概ね整合している．散見される不整合な部― 106 ―

簡易復元力特性を用いたスリップ型および ノンスリップ型露出柱脚付き鋼構造物の地震応答解析（a） 解析Ⅰ（b） 解析Ⅱ
図 10

最大・最小・残留層間変形角分布（a） 解析Ⅰ（b） 解析Ⅱ
図 11

最大・最小層せん断力分布（a） 解析Ⅰ
図 13

図 12

エネルギー吸収量分布（解析Ⅰ：H-L2）［kN・m］（b） 解析Ⅱ

柱脚モデルの違いによるベースプレート最大回転角の比

なお，第三層以上については履歴形状の違いは見られず，
図 10（a）に見られた詳細モデルとの差異は，図 11 の荷重分においても，応答は 3 割程度過大評価となっており，最分布の違いにより生じたものである．

大応答という観点から安全側に評価していることが分か

4.2

柱脚部の挙動図 13 より，ベースプレート回転角は，解析Ⅰでは 2 割る．更に，Ⅱではほぼ整合している．
また，図 12 のエネルギー吸収量の分布を比較すると，程度の差異が生じているものもある．一方，全体および第柱脚部のエネルギー吸収量をやや過小評価しているが，全一層の応答がほぼ整合が取れていた解析Ⅱであっても，柱体の分布は整合していることがわかる．

脚 X1 と X3 で 1 割程度の差異が生じている．

図 14（a）より，履歴曲線が重複しているので確認し難い

まず，解析Ⅱについて検討するが，図 18（b）の X1 ではが，第一層の応答については解析Ⅰであっても柱脚の初期変動軸力が生じており，この影響で図 16 の X1 の M-θ 関

降伏が生じるサイクル（6（s）前後）まではほぼ整合してい係上では曲げ耐力の増減が生じている．簡易モデルはこのる．しかし，初期降伏が生じた以後の履歴形状は整合が取ような挙動を表現できないので，第一層の層間変形角などれていない．一方，図 14（b）の解析Ⅱでは，柱脚の降伏にが表現できていたとしても，X1 と X3 は耐力増減による関係なく随時整合している．

見た目の剛性変化により，ベースプレート最大回転角には

これらは，図 15 の第一層 r の時刻歴からも読み取るこ

1 割程度の差異が生じている．

とができる．更に，図 15（a）からは最大応答時の不整合の次に，解析Ⅰについては，図 16（a）中の X2 を見ると，みではなく，15（s）以後で位相差等も生じており，構造物

最大耐力や弾性回転剛性はほぼ表現できており，図 17（a）

応答の精度が低下していることが分かる．

中の X2 においても大きく塑性化する前の 10（s）程度まで― 107 ―

高松隆夫・山西央朗・玉井宏章・松下貴雄・石津祐二（a） 解析Ⅰ：H-L2（b） 解析Ⅱ：H-L2
図 14

第一層 Q-r 関係（a） 解析Ⅰ：H-L2（b） 解析Ⅱ：H-L2
図 15

第一層 r 時刻歴（a） 解析Ⅰ：H-L2（b） 解析Ⅱ：H-L2
図 16

M-θ 関係（a） 解析Ⅰ：H-L2（b） 解析Ⅱ：H-L2
図 17 θ 時刻歴（a） 解析Ⅰ：H-L2（b） 解析Ⅱ：H-L2
図 18

M-N 耐力相関関係― 108 ―

簡易復元力特性を用いたスリップ型および ノンスリップ型露出柱脚付き鋼構造物の地震応答解析（a） MB-rB 関係
図 20

図 21

図 19

（b） rB 時刻歴

第一層上梁の挙動（解析Ⅰ，H-L2）

剛梁と柱脚に回転バネを有する架構

該梁は，側柱で発生する変動軸力による影響を受けるが，第一層曲げモーメント分布（解析Ⅰ，H-L2）

これが及ぼす影響は小さいとみなせる．他の解析結果でも，はほぼ対応している．しかし，付加曲げ抵抗が表現できて同様の傾向を示し，柱脚の挙動が第一層上梁に与える影響

いないため，大きな塑性化を被った後の履歴形状（15 ～は小さい．ただし，層間変形角を精度よく表現することが30（s）の履歴）が異なり，図 17（a）の 15 秒以後は明らかに重要であると言える．

差異が生じ，若干ではあるが位相差も見られる．X1 と一方，側柱の露出柱脚では変動軸力の影響が現れ，図X3 は解析Ⅱと同じ理由により，精度は更に低下している．

13，16 ～ 18 から簡易モデルは対応できていないことが分

4.3

かる．しかし，それが層の応答にほぼ影響を与えておらず，柱脚部の挙動が周辺架構に与える影響

図 19 に，図 14 ～図 16 中に記した A ～ D の位置にお前述のように第一層上梁に与える影響も小さい．そこで，ける，第一層の曲げモーメント分布を示す．それぞれは，

図 21 に示す剛梁を有したモデルから，側柱の変動軸力のA= 弾性限界手前，B= 初期降伏が生じたサイクルのピー影響を検討する．
図 21 より中柱の層間変位は，

ク時，C= 塑性化以後でスリップ現象が発生する載荷時，

D= 塑性化以後のアンカーボルト弾性抵抗時，である．

・・・（4）

なお，図 19 には柱上下端部のモーメント値 MT，MB，各柱のせん断力 Qcolumn，層せん断力 Q，柱脚のモーメントと表現できる．一方，梁を剛としているため，各柱に作用

容量 ΣMB，柱頭のモーメント容量 ΣMT を併記し，更に，する層間変位は一致するので，側柱のせん断力は以下とな

括弧内の数値は簡易モデルの場合の結果である．

る．

図 19 より，初期降伏が生じたサイクルの A，B は，左

右側柱柱脚の値は整合が取れないが，柱脚，柱頭のモーメ
ント容量，層せん断力は整合性が得られている．しかし，

C では柱脚の曲げモーメントが簡易モデルは 0，詳細モデ
ルは構造物自重による付加曲げ抵抗を発揮しており，柱脚・・・（5）

・・・・・・・・（6）

最後に，層せん断力は各柱のせん断力の累加値として算のモーメント容量は整合していない．この差異が，第一層出でき，更に，左右側柱で生じる柱軸力の変動は釣合うの履歴形状と構造物の周期特性に影響し，4.1 節に記した（NAB=NEF=ΔN）ので，層間変形角の位相差等を招いたと考えている．

 ・・（7）

次に，第一層上梁に着目するため，図 20 に X1 柱に取りつく第一層上梁の曲げモーメント MB- 部材角 rB 関係と，が得られ，右辺第二項が柱軸力の変動により生じる影響を部材角 rB の時刻歴を示す．図 20 より，r の整合が取れて表現している．

いる範囲（6 秒以前）では，ほぼ整合性が取れている．当― 109 ―

式（7）より，例えば左右側柱柱脚の圧縮合力点位置が同高松隆夫・山西央朗・玉井宏章・松下貴雄・石津祐二（a） 動作と機能
図 22（b） 復元力特性（無軸力下）
ノンスリップ型柱脚の機能動作と機能（a） 解析Ⅲ（b） 解析Ⅳ

図 23

最大・最小・残留層間変形角分布（ノンスリップ型）（a） 解析Ⅲ（b） 解析Ⅳ
図 24

最大・最小層せん断力分布（ノンスリップ型）

一であれば，変動軸力の影響を無視でき，前述の結果を裏付けしている．
また，圧縮合力点位置の移動による影響は，例えば 3 章の架構から，最も影響が大きくなる条件を抽出すると，・圧縮軸力が低下したときにベースプレート面外変形が小さくなり圧縮合力点位置を dc=900/2=450（mm），圧縮（a） 解析Ⅲ

軸力が増大したときにベースプレート面外変形が大きく

図 25なり圧縮合力点位置を dc=550/2=275（mm）と考える．

（b） 解析Ⅳ

柱脚モデルの違いによるベースプレート
最大回転角の比（ノンスリップ型）

・第一層の階高は H=4,306（mm）
・ 図 18 よ り 側 柱 の お よ そ の 柱 変 動 軸 力 量 を δN=1,000

がり型復元力特性を有しており，繰り返し塑性化を伴う架（kN）

構において，効率よく抵抗することは明らかである．
本章では，ノンスリップ型柱脚が設置された構造物の特とすれば，式（7）より，

徴と，その有用性について考察を行う．そのため，3 章に示した各条件を用い，かつアンカーボルトの詳細モデルおであり，図 14 に代表される架構第一層の保有水平耐力

よび簡易モデルに塑性化しても原点から荷重が立ち上がる（1,000（kN）超）と比較すると，その影響は小さい．

履歴を採用したモデルを用い，以下の 2 シリーズの解析を実施する．

５．ノンスリップ型柱脚に着目した解析結果と考察

・解析Ⅲ：アンカーボルトとなる軸バネに原点立ち上がり

ノンスリップ型柱脚は，図 22 に示す機能と原点立ち上― 110 ―

型復元力特性を与えることでノンスリップ型柱簡易復元力特性を用いたスリップ型および ノンスリップ型露出柱脚付き鋼構造物の地震応答解析（a） 解析Ⅲ（b） 解析Ⅳ
図 26

第一層 Q-r 関係（ノンスリップ型）

図 27

第一層 r 時刻歴（ノンスリップ型）（a） 解析Ⅲ（b） 解析Ⅳ（a） 解析Ⅲ（b） 解析Ⅳ
図 28 M-θ 関係（ノンスリップ型）（a） 解析Ⅲ（b） 解析Ⅳ
図 29 θ 時刻歴（ノンスリップ型）

脚を表現し，水平方向の加速度 4 波を入力した

層間変形角 r 関係，第一層層間変形角 r 時刻歴，柱脚曲げ解析を行う．これを，解析Ⅰの詳細モデルからモーメント M- ベースプレート回転角 θ 関係，ベースプレー得られた露出柱脚（以後，スリップ型と記す）

ト回転角 θ 時刻歴を示す．

の結果と比較することでスリップ型の優位点を

各荷重－変形関係は，履歴形状を確認するため時間を 0～ 15（s），15 ～ 30（s）に分けて示し，また，柱脚について検討する．
・解析Ⅳ：簡易モデルおよび修正簡易モデルに原点立ち上は代表値として中柱 X2 の履歴のみを示している．更に，がり型復元力特性を与えて水平方向の加速度 4

簡易復元力特性モデルを用いた解析の履歴などには，修正波を入力し，計 8 ケースの解析を行う．解析Ⅲ

簡易モデルを代表値として示している．

で得られた，ノンスリップ型柱脚挙動の精度を

5.1

検討する．

ノンスリップ露出柱脚を有する構造物の応答

図 23（a）より，ノンスリップ型とスリップ型は，E-L2

解析結果として，図 23 に最大，最小，残留層間変形角

や T-L2 では大きな違いは見られないが，BCJ-L2 や H-L2

分布，図 24 に最大，最小せん断力分布，図 25 に柱脚のモでは特に第一層，第二層の最大・最小応答が低減している．

デルの違いによるベースプレート最大回転角の比を，図

まず，ノンスリップ型の履歴形状はスリップ型のそれと26 ～ 29 に H-L2 を入力した場合の第一層層せん断力 Q-

同一であり，初期降伏時のサイクルで最大応答が決定した― 111 ―

高松隆夫・山西央朗・玉井宏章・松下貴雄・石津祐二

E-L2 や T-L2 では，最大応答に大きな違いは現れない．
しかし，図 28（a），29（a）にあるように，柱脚塑性化以後

７．まとめ

も載荷時にスリップ現象が現れない挙動は構造物として明軸バネにより露出柱脚挙動（フラグシップ型）を表現しらかに有利であり，繰り返し塑性変形が生じるような応答

た詳細モデルを真の解に据えて，詳細モデルと簡易復元力

時には変形の低減に寄与することが確認できた．図 26（a），

特性モデルを設置した 5 層架構の地震応答解析を実施し，

図 27（a）の第一層にも同様の挙動が見られ，これが H-L2

以下の知見を得た．

や BCJ-L2 の第一，二層の最大応答を低減したメカニズム

1． 構造物自重により柱脚部に付加曲げ抵抗が生じる場である．

合，柱脚降伏後に簡易復元力特性モデルの第一層層間

第三層以上では，柱脚の違いによる履歴形状の差異は出変形角や柱脚回転角の精度が低下する．これは，簡易てこないので，図 24 に示した最大層せん断力の分布にほ復元力特性モデルと詳細モデルの間で，付加曲げ抵抗ぼ依存する．

分の耐力差異を生じるためである．

また，図 25（a）の柱脚でも，ノンスリップ型は回転角を2． 1 の知見に起因して，本解析では柱脚降伏後の応答で大きく低減する結果も得られている．

最大値が決定した Hachinohe において，簡易復元力

ただし，図 23（a）の残留層間変形角に着目すると，比較特性モデルの最大層間変形角分布は 3 割程度の過大な的ノンスリップ型柱脚の値が小さめとなっているものの，値を示した．

劇的な違いは見られない．これは，スリップ型であっても，しかし，全体の層間変形角応答分布は概ね一致し，か付加曲げ抵抗により構造物変形を戻そうとする効果が発揮

つ安全側に評価する．これより，簡易復元力特性モデされるためであると考えられる．

ルを用いた設計が耐震安全性を判断する上では簡便か

5.2 簡易復元力特性モデルによるノンスリップ型柱脚のつ有効であることを確認した．

精度検討

3． 第一層の層間変形角などが精度よく対応する場合も，

図 23（b）より，いずれの結果も簡易モデルは整合する結側柱の柱脚では，変動軸力による柱脚耐力の増減で，果を示しており，特に KS とした場合には精度が高いこと

簡易復元力特性モデルのベースプレート最大回転角はがわかる．ここで，図 28（b）に着目すると，付加曲げ抵抗

1 割程度の誤差が生じた．

が表現されていないために履歴形状全体が完全に一致して

4． 側柱で発生する変動軸力による柱脚の耐力増減が，構いるわけではないことがわかる．しかし，同図の 15 ～ 30（s）

造物第一層の層間変形角，および構造物第一層上梁のでは詳細モデルがスリップを生じることのない弾性 bi-

部材角に与える影響は小さい．

linear 型に対して簡易モデルの linear 型により追跡している状態は，図 16（a）に示したスリップ型の場合と比較して次に，ノンスリップ型柱脚を設置した場合の地震応答解

明確に精度が向上している．結果，θ 時刻歴，Q-r 関係，

析も実施し，以下の知見を得た．

r 時刻歴のいずれも，簡易モデルによる精度はスリップ型

5． ノンスリップ型柱脚は柱脚が塑性化した後の応答を低と比較して向上している．以上より，ノンスリップ型露出減できるため，一般的なアンカーボルト降伏型露出柱柱脚とすることで，繰り返し載荷下の履歴形状が単純化し，脚に比較して，第一層層間変形角およびベースプレー

これを簡易モデルで表現することが比較的容易であるた

ト回転角の回転角振幅を小さくする．

め，簡易モデルによるノンスリップ型柱脚を有する架構のさらに，繰り返し塑性化が生じる場合（本解析では応答精度は，スリップ型と比較して向上する．

Hachinohe が該当）においては，一般的なアンカーボ
ルト降伏型露出柱脚と比較して，第一層最大層間変形

６．簡易復元力特性モデルの弾性回転剛性について

角およびベースプレート最大回転角も低減できる．

簡易復元力特性モデルの弾性回転剛性として，KA およ

6． ノンスリップ型柱脚は，弾塑性領域の履歴形状が単純

び KS を採用している．

化でき，それは線形で表現される簡易モデルと親和性

図 9（a）より，本解析では KS は KA の 1.3 倍～ 1.5 倍程度が高い．このため，簡易モデルによるノンスリップ型の値を有しており，これが図 10（a），11（a），23（b），24（b）

柱脚を有する架構は一般的なアンカーボルト降伏型露に示す弾塑性領域の最大層間変形角分布および最大層せん

出柱脚と比較して，変位応答の精度が向上する．

断力分布に与える影響は小さい．ただし，弾性時の応答は

参考文献

KS の整合が良く，また，図 13（a），25（b）のベースプレー
ト最大回転角を見ると，若干ではあるが KS の精度が高い［1］ 秋山宏：鉄骨柱脚の耐震設計，技報堂出版，1985.3．

ことが分かる．

［2］ 加藤勉，佐藤邦昭等：鋼構造露出柱脚の復元力特性― 112 ―

簡易復元力特性を用いたスリップ型および ノンスリップ型露出柱脚付き鋼構造物の地震応答解析

が上部構造物に与える影響について（その 1：スリッ［9］ 澤田樹一郎，高松隆夫，玉井宏章，松尾彰，山西央朗：

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