財団法人 電力中央研究所

電力中央研究所 研究報告書(電力中央研究所報告)
[CRIEPI Research Report]

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研究報告書 詳細情報
[Detailed Information]

報告書番号 [Report Number]
N17002
タイトル
ボルト接合部滑りを考慮した送電用鉄塔の地震応答解析手法の開発(その1) -ボルト接合部滑り履歴特性の構成則の提案-
[Title]
Development of the Analysis Method for the Seismic Response of Transmission Towers considering with the Bolted Joint Slip (PART I)-Constitutive Law of Hysteretic Characteristics of Slip at Bolted Joint-
概要 (図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております)
背景
2011年東北地方太平洋沖地震を契機に,送電用鉄塔においても大規模地震に対する耐震性評価が要求され,大振幅時の応答評価の高精度化が求められている.せん断接合方式が採用されている送電用鉄塔のボルト接合部では,大振幅時の滑りの発生が知られており,それにともなうエネルギー吸収により減衰効果が期待される.そのため,ボルト接合部滑りを考慮した耐震性評価手法の確立が必要となっている.

目的
ボルト接合部滑りの履歴特性を明らかにし,その構成則とモデル化に用いるパラメタの選定方法を提案する.

主な成果
1.接合部滑りの履歴特性とその構成則のモデル化
ボルト接合部を対象にした,変位漸増型の交番載荷実験と有限要素解析を実施した.実験では部材断面形状,ボルト本数とその導入軸力,継手方式をパラメタとし,部材軸方向に強制変位を与えた.これらの結果に基づき,履歴特性が(I)部材・ボルトの弾性変形による比例区間,(II)弾性変形をともないながら部材接合面及び部材とボルト頭部・ナット座面間の僅かな滑りが生じる漸増区間,(III)滑りのみが生じる滑り区間,(IV)ボルトがボルト孔に接触する支圧区間に分類でき,全ての区間において,比例区間の傾きで除荷されることを確認した.さらに,部材断面積とヤング率で定まる「比例区間の傾き」,ボルト軸力と滑り係数で定まる「滑り荷重」,ボルトクリアランスの公称値で定まる「滑り変位」の3つのパラメタでモデル化される構成則を提案した.

2.ボルトとボルト孔の初期位置関係が履歴特性へ及ぼす影響
ボルトの初期位置がボルト孔の中心にある場合と,ボルト孔の孔壁に接触している場合の有限要素解析を実施し,履歴特性に及ぼす影響を分析した.その結果,両ケースで得られた履歴特性が一致することを確認し,接合部滑りの構成則には,ボルトとボルト孔の初期位置を考慮する必要がないことを明らかにした.

今後の展開
縮小鉄塔模型を用いた振動実験を実施し,接合部滑りが構造体へ及ぼす影響を把握するとともに,接合部滑りを考慮した実用的な応答評価コードの開発及び検証を行う.さらに,パラメトリック解析により,ボルト接合部滑りを考慮した送電用鉄塔の等価減衰定数の評価法を構築する.
[Abstract]
Based on the experience of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, it is required to evaluate the seismic response of transmission towers against large earthquake predicted in the future such as Nankai Trough Earthquake. The bolted joints of the towers have possibility to slip when subjected to large axial force due to large earthquakes. The slip at the joint yields the additional damping effect to seismic response of the towers under large earthquakes. This research aims to provide the method to evaluate the seismic response of the towers realistically taking the slip effect into consideration. At the first step of the research, we carried out the cyclic loading test and finite element analysis of bolted joints in order to clarify the hysteresis characteristic of slip. The test and analysis results show that the hysteresis behavior can be classified into four processes: (1) elastic behavior of the joint members and bolt, (2) both elastic behavior and slipping behavior at joint surface, (3) slipping behavior at joint surface and (4) the contact of the bolt with bolt-hole. We developed the constitutive law of the slip at the joint and defined its three parameters: the cross-sectional area and Young's module of the elastic behavior, the magnitude of the shear load under slipping and the gap between bolt and bolt-hole.
報告書年度 [Report's Fiscal Year]
2017
発行年月 [Issued Year / Month]
2017/10
報告者 [Author]

担当

氏名

所属

高畠 大輔

地球工学研究所 構造工学領域

早田 直広

地球工学研究所 構造工学領域

清水 幹夫

地球工学研究所 構造工学領域

キーワード [Keywords]
和文 英文
送電用鉄塔 Transsmision tower
ボルト接合部滑り Bolted joint slip
交番載荷実験 Cyclic loading test
構成則 Constitutive law
地震応答 Seismic response
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