新設プレキャストコンクリートフレーム接合部の耐震性能

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5334 (2023) この記事を引用

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この研究では、新しいプレキャストコンクリートフレームの梁と柱の接続が設計されています。 接続には、プレキャスト柱と継ぎ目領域を結合する組立モードが採用されており、継ぎ目領域の完全性を維持し、組立効率を高めます。 従来の注入スリーブ接続に基づいて、皿ばね装置が梁端に構築され、継手の延性が向上します。 2 つのモノリシック接続、4 つの通常のプレキャスト接続、および 4 つの新しいプレキャスト接続を含む 10 個の接続試験片を低周期負荷の下でテストしました。 試験パラメータには継手の種類と軸圧力比が含まれ、耐震性能の違いは破壊モード、ヒステリシス特性、剛性劣化、エネルギー散逸、継手部のせん断変形を評価することで決定されました。 モノリシック接続と比較すると、従来のプレキャスト接続は同様のヒステリシス特性を示します。 延性はわずかに劣りますが、支持力は高くなります。 従来の2つの接続に比べ、皿バネ装置を内蔵した新しい接続は耐震性能に優れています。 軸方向の圧力比は、プレキャスト接続の破損モードを決定する際の重要な要素であり、軸方向の圧力比が大きいほど試験片のせん断損傷は少なくなります。

プレキャスト コンクリート (PC) フレーム構造には、建設品質の向上、建設効率の向上、労働力の節約、エネルギーの節約、排出量の削減という利点があります。 その結果、PC フレーム構造に基づく新しい建築工業化という戦略的テーマは、ここ数十年でますます注目を集めています1、2、3、4。 しかし、PC 架構構造の地震時の耐震性能が低いことが、高強度地域での PC 架構構造の普及を制限する理由となっています5。 PC フレーム構造の耐震性能は、PC の梁と柱の接続の信頼性と高い相関があることはよく知られています。 多くの実験研究では、PC の梁と柱の接続の失敗によって引き起こされる PC 建物の崩壊現象が最も一般的であることがわかっています 6,7。 したがって、PC フレームの梁と柱の接合部の耐震性能を評価することは、強度の高い場所にプレハブ コンクリートフレーム構造を広く導入するための前提条件となります。

延性とエネルギー消費は、PC フレーム接続の耐震性能に影響を与える 2 つの重要な側面として広範囲に調査されてきました。 プレキャスト コンポーネントの組み立てモードは、PC フレーム構造のエネルギー消費に直接影響を及ぼします。何人かの研究者が、さまざまな組み立てモードを発明することで PC 接続のエネルギー効率を改善しました。 現在、最も一般的な組み立て方法は、梁と柱の部材を別々にプレキャストし、その後組み立てのために現場に運び、継ぎ目部分にコンクリートを流し込むことです8,9。 アセンブリの形式が異なると、それぞれ異なる問題が発生します。 コンクリートを柱に注入した後10、11、柱の注入面積が大きすぎるため、建設が非効率になり、柱に弱点が現れるとエネルギー消費に悪影響を及ぼします。 梁の端にコンクリートを注入する 12 ことで、柱の完全性を確保し、耐震設計における「強い柱と弱い梁」の設計原則に適合することができます。 しかし、梁の縦リブは継ぎ目で連続することができず、地震時の効果的な応力伝達を確保することが困難です。 プレキャストコンポーネントと継ぎ目により、ノード領域の完全性が確保され、接合領域のエネルギー消費性能が向上します5,13。 プレキャスト部材内部の補強接続の信頼性の高い形状は、PC フレーム接続のエネルギー消費容量に影響を与えるもう 1 つの重要な要素であり、一般的なラップ接続には長いラップ長と不十分な接着強度が必要です 14,15。 重ね接合を改善する研究では、耐震性能を改善できる一方で、複雑な製造および建設プロセスにより、プレキャストコンポーネントでの促進が困難であることが実証されています16、17。 スリーブ接続は、その簡単な操作、信頼性の高いジョイント、優れた応力伝達機能により広く利用されています。 ただし、PC コンポーネントの延性は、その固有の特性により弱いです 5,18。