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第２章 CLTパネル工法における鋼板挿入型接合部の 耐力向上に関する研究
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第２章 CLT パネル工法における鋼板挿入型接合部の
耐力向上に関する研究
２．１ 一般事項 試験概要 1. 試験名称 CLT パネル工法における鋼板挿入型接合部の耐力向上に関する研究 ～ 補強用長ビスを面外方向に用いることによる割裂抑制の効果 ～ 2. 試験の目的・内容 【試験目的】 CLT パネルを用いた鋼板挿入型接合部の試験体に引張力を加えたとき、鋼板挿入部から割裂が生じることが確認され、接合部の最大耐力まで引き出せていないと考えられる。本研究では鋼板挿入部からの割裂抑制、最大耐力の向上を目的する。パラメータは補強用長ビスの本数・種類・打ち込む位置とし、それらの最適な組み合わせを提案する。 【試験体概要】 試験体名説明 ・ボックス金物 A-0 i①i② ① :ボックス金物:A ② :ビス本数：0本 ・板状金物 B-0-1 i①i②i③ ① :板状金物:B ② :ビス本数:0 本 ③ :試験体番号:1、2、3 B-6-U20-N-1 i①i② i③ i④i⑤i ① :板状金物:B ② :ビス本数:0 本、6本、12 本 ③ :補強位置:ドリフトピン孔より 20㎜下にビス補強:U20 ドリフトピン孔より 60㎜下にビス補強:U60 ④ :ビス種類:TBB-75:T ネダノット:N ⑤ :試験体番号:1、2、3 【使用材料】 試験体 カラマツ ドリフトピン SS400 鋼板 SS400 ネダノット φ5.5 L=70 ㎜ TBB-75 φ8 L=75 ㎜
3－2－1
【仕様】 鋼板改良前 ボックス金物 ・無補強 n=1 断面 300 ㎜×90 ㎜ 試験体長さ i1000 ㎜ スリット部長さ i550 ㎜ ・鋼板改良後 板状金物 ・ビス 6本補強(ネダノット) n=3 各ドリフトピン孔より 20 ㎜下にビス補強 断面 300 ㎜×90 ㎜ 試験体長さ 1000 ㎜ スリット部長さ 540 ㎜、550 ㎜、650 ㎜ ・ビス 6本補強(ネダノット) n=3 各ドリフトピン孔より 60 ㎜下にビス補強 断面 300 ㎜×90 ㎜ 試験体長さ 1000 ㎜ スリット部長さ 540 ㎜、630 ㎜、650 ㎜ ・ビス補強 12本(TBB-75) n=2 各ドリフトピン孔より 20 ㎜・70㎜下にビス補強 断面 300 ㎜×90 ㎜ 試験体長さ 1000 ㎜ スリット部長さ 630 ㎜、660 ㎜ ・ビス 12本補強(ネダノット) n=1 各ドリフトピン孔より 20 ㎜・70㎜下にビス補強 断面 300 ㎜×90 ㎜ 試験体長さ 1000 ㎜ スリット部長さ 540 ㎜ 【試験方法】 200t アムスラー試験機を用いた単調引張試験(0.5kN/s) 3. 試験依頼者 日本 CLT 協会 4. 試験協力者 シネジック株式会社 5. 試験実施者 日本工業大学 木質構造研究室 6. 試験実施期間 及び実施場所 平成 29 年 7 月 24 日、8月 24 日、9月 5日、9月 6日、9月 12 日 日本工業大学 キャンパス内 W5 建築学科実験研究棟 埼玉県南埼玉郡宮代町学園前 4-1 7. 試験報告書作成者 那須 秀行(教授) 須田 雅彦(B4) 3－2－2
２．２ 実験方法 ２．２．１ 加力方法 試験機は 200t アムスラー試験機を使用し、引張試験は荷重速度を 0.5kN/秒とし、実験を行った。加力は最大荷重後の 0.8Pmax、もしくは板状金物が破断するまで行った。 ２．２．２ 測定方法 測定はデータロガー(TDS－530)を用いて、一般変位計(CDP－50C)から出力される高さ方向の変位と試験機から出力される荷重を測定する。 ２．２．３ 補強方法 鉄工用六角軸ドリル(φ2.2 L=6.35)を用いて下穴を開け、ビス補強を行った。 図 2-2.1 試験体設置図(ボックス金物) 図 2-2.2 試験体設置図(板状金物)
CDP-50C CDP-50C ボックス金物 板状金物
3－2－3
２．３ 金物一覧
図 2-3.1 ボックス金物(改良前) 図 2-3.2 板状金物(改良後) 図 2-3.3 ドリフトピン 加工前 図 2-3.4 ドリフトピン 加工後
図 2-3.5 TBB-75 図 2-3.6 ネダノット ※ iB-12-T-2 は試験体のドリフトピン孔と板状金物のドリフトピン孔にズレが生じていたため、ドリフトピン径φ16からφ15に加工した。
140
4.5
120
4.5
19 1
10
120
4.5
45 35
32
12
17
101
80
15
400
15
120
40
50 25
100
25
12
01
20
37
0
25 50 25 6
650
17
100
40
810.8 75 ND70 705.5
10.5
87515 575 8516
3－2－4
２．４ 試験体一覧(1/2) 仕様名:A-0 寸法:断面 300 ㎜×90 ㎜ 長さ:1000 ㎜ 【備考】 試験体名:スリット部長さ A-0-1:550 ㎜ n=1 金物:ボックス金物 仕様名:B-0 寸法:断面 300 ㎜×90 ㎜ 長さ:1000 ㎜ 【備考】 試験体名:スリット部長さ B-0-1:550 ㎜ B-0-2:650 ㎜ B-0-3:540 ㎜ n=3 金物:板状金物 仕様名:B-6-U20-N 寸法:断面 300 ㎜×90 ㎜ 長さ:1000 ㎜ 【備考】 試験体名:スリット部長さ B-6-U20-N-1:540 ㎜ B-6-U20-N-2:550 ㎜ B-6-U20-N-3:660 ㎜ n=3 金物:板状金物 ビス:ネダノット
160
300
550
90
10
00
7
7
90
100
120
15 10
10
00
120
540
300
160
550
300
160
90
7
1000
3－2－5
２．４ 試験体一覧(2/2) 仕様名:B-6-U60-N 寸法:断面 300 ㎜×90 ㎜ 長さ:1000 ㎜ 【備考】 試験体名:スリット部長さ B-6-U60-N-1:540 ㎜ B-6-U60-N-2:630 ㎜ B-6-U60-N-3:650 ㎜ n=3 金物:板状金物 ビス:ネダノット 仕様名:B-12-T 寸法:断面 300 ㎜×90 ㎜ 長さ:1000 ㎜ 【備考】 試験体名:スリット部長さ B-12-T-1:540 ㎜ B-12-T-2:640 ㎜ n=2 金物:板状金物 ビス:TBB-75
仕様名:B-12-N 寸法:断面 300 ㎜×90 ㎜ 長さ:1000 ㎜ 【備考】 試験体名:スリット部長さ B-12-N-1:540 ㎜ n=1 金物：板状金物 ビス：ネダノット
120
120
50
90
160
15
7
300
540
1000
10
7
1000
70
50
160
300
70
15
90
50
50
10
50
540
10
50
15
6.5160
50
540
70
50
70
50
100
0
90300
3－2－6
２．５ 実験データ 本章では引張試験体の荷重―変位曲線ならびに特性値の一覧を表記する。なお、荷重-変位曲線に用いる変位のデータは高さ平均変位を元に作成した。 ２．５．１ 無補強(A-0-1)
初期剛性 (kN/mm) Pmax (kN) エネルギー吸収量 (kN･mm) 密度 (㎏/m3) A-0-1 15.40 129.67 995.38 492.45 ※ エネルギー吸収量は最大荷重後の 0.8Pmaxまでの荷重を変位で積分した値とした。 ※ この試験体はボックス金物の隅肉溶接部分の剥がれが生じたため、実験は 1体のみとした。(写真 2-5.6)
020406080100120140160180200
0 5 10 15 20 25荷重(kN)
変位(mm) A-0-1図 2-5.1 荷重-変位曲線 表 2-5.1 特性値
3－2－7
実験写真 A-0-1
写真 2-5.1 試験体全体 写真 2-5.2 加力前 ドリフトピン正面
写真 2-5.3 加力前 スリット部 写真 2-5.4 最終破壊 スリット部
i 写真 2-5.5 最終破壊 スリット部(拡大) 写真 2-5.6 隅肉溶接部分の剥がれ(下治具) 3－2－8
２．５．２ 無補強(B-0-1、B-0-2、B-0-3)
初期剛性 (kN/mm) Pmax (kN) エネルギー吸収量 (kN･mm) 密度 (kg/m3) B-0-1 21.55 183.89 2209.74 492.45 B-0-2 23.56 155.86 1549.88 485.62 B-0-3 29.75 165.97 i926.60 495.92 平均 24.99 168.57 1562.57 ※ エネルギー吸収量は最大荷重後の 0.8Pmaxまでの荷重を変位で積分した値とした。 ※ B-0-1 は A-0-1 のボックス金物を板状金物に変更した試験体。
020406080100120140160180200
0 5 10 15 20 25荷重(kN)
変位(mm)B-0-1B-0-2B-0-3図 2-5.2 荷重-変位曲線 表2-5.2 特性値一覧
3－2－9
実験写真 B-0-1
写真 2-5.7 試験体全体 写真 2-5.8 加力前 ドリフトピン正面
写真 2-5.9 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.10 加力前 スリット部
い 写真 2-5.11 最終破壊 スリット部 写真 2-5.12 最終破壊 スリット部(拡大) 3－2－10
実験写真 B-0-2
写真 2-5.13 試験体全体 写真 2-5.14 加力前 ドリフトピン正面
写真 2-5.15 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.16 加力前 スリット部
i 写真 2-5.17 最終破壊 スリット部 写真 2-5.18 最終破壊 スリット部(拡大)
3－2－11
実験写真 B-0-3 写真 2-5.19 試験体全体 写真 2-5.20 加力前 ドリフトピン正面 写真 2-5.21 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.22 加力前 スリット部
i 写真 2-5.23 最終破壊 スリット部 写真 2-5.24 最終破壊 スリット部(拡大)
3－2－12
２．５．３ ビス 6本補強(B-6-U20-N-1、B-6-U20-N-2、B-6-U20-N-3) ドリフトピン孔より 20㎜下にビス補強を行った。
初期剛性 (kN/mm) Pmax (kN) エネルギー吸収量 (kN･mm) 密度 (kg/m3) B-6-U20-N-1 27.58 185.22 2420.11 504.95 B-6-U20-N-2 30.24 168.98 1822.02 500.25 B-6-U20-N-3 26.70 148.00 2175.59 503.85 平均 28.17 167.40 2139.24 ※ エネルギー吸収量は最大荷重後の 0.8Pmaxまでの荷重を変位で積分した値とした。
020406080100120140160180200
0 5 10 15 20 25荷重(kN)
変位(mm)B-6-U20-N-1B-6-U20-N-2B-6-U20-N-3図 2-5.3 荷重-変位曲線 表 2-5.3 特性値一覧
3－2－13
実験写真 B-6-U20-N-1 写真 2-5.25 試験体全体 写真 2-5.26 加力前 ドリフトピン正面 写真 2-5.27 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.28 加力前 スリット部
i 写真 2-5.29 最終破壊 スリット部 写真 2-5.30 最終破壊 スリット部(拡大)
3－2－14
実験写真 B-6-U20-N-2
写真 2-5.31 試験体全体 写真 2-5.32 加力前 ドリフトピン正面
写真 2-5.33 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.34 加力前 スリット部
写真 2-5.35 最終破壊 スリット部 写真 2-5.36 最終破壊 スリット部(拡大)
3－2－15
実験写真 B-6-U20-N-3
写真 2-5.37 試験体全体 写真 2-5.38 加力前 ドリフトピン正面
写真 2-5.39 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.40 加力前 スリット部
写真 2-5.41 最終破壊 スリット部 写真 2-5.42 最終破壊 スリット部(拡大)
3－2－16
２．５．４ ビス 6本補強(B-6-U60-N-1、B-6-U60-N-2、B-6-U60-N-3) ドリフトピン孔より 60㎜下にビス補強を行った。
初期剛性 (kN/mm) Pmax (kN) エネルギー吸収量 (kN･mm) 密度 (kg/m3) B-6-U60-N-1 32.56 190.93 2955.96 489.70 B-6-U60-N-2 28.22 192.54 2682.06 470.12 B-6-U60-N-3 31.77 191.78 2765.13 494.44 平均 30.85 191.75 2801.05 ※ エネルギー吸収量は最大荷重後の 0.8Pmaxまでの荷重を変位で積分した値とした。 ※ B-6-U60-N-2 と B-6-U60-N-3 は板状金物が破断した。
020406080100120140160180200
0 5 10 15 20 25荷重(kN)
変位(mm)B-6-U60-N-1B-6-U60-N-2B-6-U60-N-3図 2-5.4 荷重-変位曲線 表 2-5.4 特性値一覧
3－2－17
実験写真 B-6-U60-N-1
写真 2-5.43 試験体全体 写真 2-5.44 加力前 ドリフトピン正面
写真 2-5.45 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.46 加力前 スリット部
写真 2-5.47 最終破壊 スリット部 写真 2-5.48 最終破壊 スリット部(拡大)
3－2－18
実験写真 B-6-U60-N-2
写真 2-5.49 試験体全体 写真 2-5.50 加力前 ドリフトピン正面
写真 2-5.51 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.52 加力前 スリット部
i 写真 2-5.53 最終破壊 スリット部(拡大) 写真 2-5.54 板状金物 引張破壊
3－2－19
損傷写真 B-6-U60-N-3
写真 2-5.55 試験体全体 写真 2-5.56 加力前 ドリフトピン正面
写真 2-5.57 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.58 加力前 スリット部
写真 2-5.59 最終破壊 スリット部(拡大) 写真 2-5.60 板状金物 引張破壊
3－2－20
２．５．５ ビス 12本補強(B-12-T-1、B-12-T-2) ドリフトピン孔より 20㎜･70 ㎜下にビス補強を行った。
初期剛性 (kN/mm) Pmax (kN) エネルギー吸収量 (kN･mm) 密度(kg/m3) B-12-T-1 27.10 157.44 i509.97 494.59 B-12-T-2 22.04 183.54 2685.51 471.90 平均 24.57 170.49 1597.74 ※ エネルギー吸収量は最大荷重後の 0.8Pmaxまでの荷重を変位で積分した値とした。 ※ B-12-T-2 は試験体のドリフトピン孔と板状金物のドリフトピン孔にズレが生じていたためドリフトピン径をφ16からφ15に加工し、実験を行った。
020406080100120140160180200
0 5 10 15 20 25荷重(kN)
変位(㎜) B-12-T-1B-12-T-2図 2-5.5 荷重-変位曲線 表 2-5.5 特性値一覧
3－2－21
実験写真 B-12-T-1
写真 2-5.67 試験体全体 写真 2-5.68 加力前 ドリフトピン正面
i
写真 2-5-.69 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.70 加力前 スリット部
写真 2-5.71 最終破壊 スリット部 写真 2-5.72 最終破壊 スリット部(拡大)
3－2－22
実験写真 B-12-T-2
写真 2-5.73 試験体全体 写真 2-5.74 加力前 ドリフトピン正面
i
写真 2-5.75 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.76 加力前 スリット部
写真 2-5.77 最終破壊 スリット部 写真 2-5.78 最終破壊 スリット部(拡大)
3－2－23
２．５．６ ビス 12本補強(B-12-N-1) ドリフトピン孔より 20㎜･70 ㎜下にビス補強を行った。
初期剛性 (kN/mm) Pmax (kN) エネルギー吸収量 (kN･mm) 密度(kg/m3) B-12-N-1 31.67 189.61 I2148.68 470.49 ※ エネルギー吸収量は最大荷重後の 0.8Pmaxまでの荷重を変位で積分した値とした。
020406080100120140160180200
0 5 10 15 20 25荷重(kN)
変位(㎜) B-12-N-1 図 2-5.5 荷重-変位曲線 表 2-5.5 特性値一覧
3－2－24
実験写真 B-12-N-1
写真 2-5.79 試験体全体 写真 2-5.80 加力前 ドリフトピン正面
写真 2-5.81 最終破壊 ドリフトピン正面 写真 2-5.82 加力前 スリット部
i
写真 2-5.83 最終破壊 スリット部(拡大) 写真 2-5.84 板状金物 引張破壊 3－2－25
２．６ 特性値の比較 全試験体の荷重-変位曲線及び特性値一覧、計算値一覧を示す。
表 2-6.1 特性値一覧 初期剛性 (kN/mm) 初期剛性 平均値 (kN/mm) Pmax (kN) iPmax 平均値 (kN) エネルギー 吸収量 (kN･mm) エネルギー 吸収量 平均値 (kN･mm) A-0-1 15.40 129.67 995.38 B-0-1 21.55 24.99 183.89 168.57 2209.74 1562.07 B-0-2 23.68 155.86 1549.88 B-0-3 29.75 165.97 926.60 B-6-U20-N-1 27.58 28.17 185.22 167.40 2420.11 2139.24 B-6-U20-N-2 30.24 168.98 1822.02 B-6-U20-N-3 26.70 148.00 2175.59 B-6-U60-N-1 32.56 30.85 190.93 191.75 2955.96 2801.05 B-6-U60-N-2 28.22 192.54 2682.06 B-6-U60-N-3 31.77 191.78 2765.13 B-12-T-1 27.10 24.57 157.44 170.49 509.97 1597.74 B-12-T-2 22.04 183.54 2685.51 B-12-N-1 31.67 189.61 2148.68 ※ エネルギー吸収量は最大荷重後の 0.8Pmaxまでの荷重を変位で積分した値とした。 i※ B-6-U60-N-2、B-6-U60-N-3、B-12-N-1 は板状金物が破断した。 i※ A-0-1 はボックス金物の隅肉溶接部分の剥がれが生じた。
020406080100120140160180200
0 5 10 15 20 25荷重(kN)
変位(mm)
A-0-1B-0-1B-0-2B-0-3B-6-U20-N-1B-6-U20-N-2B-6-U20-N-3B-6-U60-N-1B-6-U60-N-2B-6-U20-N-3B-12-T-1B-12-T-2B-12-N-1図 2-6.1 荷重-変位曲線
3－2－26
全試験体の特性値の比較グラフを以下に示す。
図 2-6.2 初期剛性の比較グラフ
図 2-6.3 最大荷重の比較グラフ
図 2-6.4 エネルギー吸収量の比較グラフ
05101520253035
B-0 B-6 -U20 -N B-6 -U60 -N B-12 -T B-12 -N
初期剛性(kN/㎜) 1体目 2体目 3体目 平均値
050100150200250B-0 B-6 -U20 -N B-6 -U60 -N B-12 -T B-12 -N
最大荷重(kN)1体目 2体目 3体目 平均値
0500100015002000250030003500B-0 B-6 -U20 -N B-6 -U60 -N B-12 -T B-12 -N
エネルギー吸収量(KN･㎜)
1体目 2体目 3体目 平均値
3－2－27
･ビス無補強試験体とビス有補強試験体についての比較 ・ 比較グラフ及び特性値より無補強試験体とネダノットを用いたビス 6本補強試験体(ドリフトピン孔より 20㎜下にビス補強)の平均値で比較した場合、ビス 6本補強試験体(ドリフトピン孔より 20㎜下にビス補強)の方が初期剛性は約 1.12倍、エネルギー吸収量は約 1.37倍高い値を示した。最大荷重はほぼ同等の値を示した。 ・ 無補強試験体とネダノットを用いたビス 6本補強試験体(ドリフトピン孔より 60㎜下にビス補強)の平均値で比較した場合、ビス 6本補強試験体(ドリフトピン孔より 60 ㎜下にビス補強)の方が初期剛性は約 1.24倍、最大荷重は約 1.14倍、エネルギー吸収量は約 1.77倍高い値を示した。 ・ 無補強試験体と TBB-75 を用いたビス 12本補強試験体(ドリフトピン孔より 20㎜･70 ㎜下にビス補強)の平均値で比較した場合、ビス 6本補強試験体(ドリフトピン孔より 20㎜下にビス補強)の方がエネルギー吸収量は約 1.19倍高い値を示した。初期剛性と最大荷重はほぼ同等の値を示した。 ・ 無補強試験体とネダノットを用いたビス12本補強試験体(ドリフトピン孔より20㎜下にビス補強)の値で比較した場合、ビス 6本補強試験体(ドリフトピン孔より 20 ㎜･70 ㎜下にビス補強)の方が初期剛性は約 1.28倍、最大荷重は約 1.13倍、エネルギー吸収量は約 1.38倍高い値を示した。 ２．７ まとめ ・ ビス補強をすることで無補強に比べて十分な割裂抑制効果があることがわかった。また、ビス補強をすることで耐力低下には影響はないとわかった。 ・ ネダノットを用いた6本補強(ドリフトピン孔より60㎜下にビス補強)は無補強･他のビス有補強に比べて初期剛性･最大荷重･エネルギー吸収量が高い値を示した。 ・ 上記よりネダノットを用いた 6本補強(ドリフトピン孔より 60 ㎜下にビス補強)は割裂抑制、最大耐力の向上に十分な効果があり、最適な補強方法といえる。
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