RC架構のモデル作成と耐荷力解析


RC架構のモデル作成と耐荷力解析

目的

実際に建物の耐力や変形機能を明らかにすることは非常に重要である。
ここでは、実際の建物に近いく、また、耐荷力実験も行われている
実験RC架構(コンクリート系構造の部材解析モデル
と設計への応用(日本建築学会,p235))のFEMモデルを作成し、
SoftOCUを用いて耐荷力解析を行い、計算値と実験結果の比較検証を行う。

ここで、比較検証を行うプログラムおよび実験値は、下記に示す通りである。

  1. SoftOCU (大阪市立大学・ソフトエボリューション社製)
  2. DIANA (TNO DIANA社、㈱JIPテクノサイエンス)
  3. 実験値 (コンクリート系構造の部材解析モデルと設計への応用(日本建築学会,p239 図-3.2.9.6の値と比較)

モデルの形状

試験体形状を下図に示す。
解析試験体の縮尺は1/2.5のスラブ付き2層1スパン架構試験体である。

RC架構.pdf

図 : 試験体形状


下図に断面形状と鉄筋配置を示す。
本解析では、断面リストのNo2をモデル化し、耐荷力解析を行った。

RC架構.pdf

図 : 断面リスト

下図に、実際に行われた加力装置を示す。
柱には軸力 98kN(σck/7 相当)の初期軸力を与えた状態で
R階および2階の梁端部に水平力をAi分布(R階 1 対 2階 1/2 )
となる形で加圧する。

RC架構.pdf

図 : 加圧装置


下表に、コンクリートおよび鉄筋の材料特性値を示す。

表 : 材料の力学特性

RC架構.pdf

コンクリートの応力ひずみ関係式

圧縮応力度下における応力―ひずみ関係

ここでは、2012年制定 コンクリート標準示方書「設計編」
P457の2.2.4圧縮応力度下における応力―ひずみ関係を採用した。

zu\SoftOCUの構成則データ.xlsx

図 : 圧縮応力度下における応力―ひずみ関係式

引張応力度下における応力―ひずみ関係

テンションスティフニングを考慮した引張応力度下における応力―ひずみ関係
は、下記の2モデルを準備した。

岡村・前川モデル

zu\SoftOCUの構成則データ.xlsx
zu\SoftOCUの構成則データ.xlsx

白井モデル

zu\SoftOCUの構成則データ.xlsx
zu\SoftOCUの構成則データ.xlsx

下図は、解析で使用したコンクリートの応力ひずみ関係のグラフである。

zu\SoftOCUの構成則データ.xlsx

解析モデル

下図にFEMモデルを示す。コンクリート要素はソリッド要素、鉄筋はビーム要素を使用した。
全節点数は、17,996点、全要素数は13201要素 である。

zu\SoftOCUの構成則データ.xlsx

図 : コンクリートFEMモデル

zu\解析結果グラフ2.xlsx

図 : 鉄筋FEMモデル

解析結果

層せん断力―層間変形関係の実験結果と解析結果の比較を示す。

zu\解析結果グラフ2.xlsx

図 : 層せん断力―層間変形関係(2階部)

2階の層せん断力変位関係において、SoftOCUは実験結果の値と沿った形で
最後まで発散することなくよく解析を行っている。
DIANAの結果については、最大せん断耐力が実験値の示したところで、
解が発散して計算中止。

次に1階の層せん断力―層変形関係を示す

zu\解析結果グラフ2.xlsx

図 : 層せん断力―層間変形関係(1階部)

1階の層せん断力変位関係において、SoftOCUの立ち上がりが実験結果の値
より少し弱い結果となっているが概ね実験値の値をとらえながら最後まで発散
することなく解析を行っている。
DIANAの結果については、実験値の立ち上がりをよくとらえているが、
最大せん断耐力を示したところで、解が発散して計算中止。

以上の比較検討から、SoftOCUは、実構造物の耐荷力試験を解が発散することなく
良好にシミュレーション解析が可能なソフトであることが言える。

解析手順

zu\SoftOCUの構成則データ.xlsx

図 : 解析手順フロー

CDファイルの説明

ファイル名 説明
RC-Cmodel.nas RC架構のNastran構造データ(鉄筋含まない)
RC-k-bak.nas RC架構のNastran構造データ(鉄筋も含む)
RCpush.xlsx Soft-OCU解析データ(岡村前川モデル)
RCpush2.xlsx Soft-OCU解析データ(白井モデル)
Rcmodel.MOD RC架構FEMAP標準ファイル
Rcmodel2.MOD RC架構FEMAPファイル(白井モデル結果含む)
RCmakeDATA.xlsx 埋込鉄筋要素作成データ(ocuEXTRAN用)
RCmakeDATA.xml 埋込鉄筋要素XMLファイル
doc その他資料