Academy User by Ieiri Lab. vol.1  

京都大学大学院
建筑学专攻 建筑构法学研究室



钢筋构造物的实验中创造出新的设计法
支撑京大 西山研的FORUM8的解析软件

 Academy Information
京都大学大学院 建筑学专攻 建筑构法学研究室
URL ● http://www.rc.archi.kyoto-u.ac.jp/
所在地●京都市西京区京都大学桂校区
研究内容●混凝土造系建筑物的高性能 高功能的建筑部材和构造的开发 设计法等的研究




京都大学大学院建筑学专业的建筑构法学研究室是以混凝土造的建筑物为对象进行建筑部材,构造的开发和设计法的研究。校舍的地下实验室中重达7t的巨大建筑 物模型的破坏试验中取得的数据运用FORUM8的解析软件「UC-win/WCOMD」和「Engineer's Studio®」进行解析,以期能够开发出更合理的设计法。


▲建筑构大学研究室的京都大学桂校 区


 支持实验结果的理论 解释的解析软件

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▲备有10t吊的门型起重机和巨大的反力臂的地下实验室

▲混凝土构造物的破坏试验中使用的起重机

京都大学大学院建筑学专攻的建筑构法学研究室是西山峰广教授和坂下雅信助教,研究员和大学院生,学部生等15人边接受技术职员的支持边以混凝土构造物为对 象进行建筑构法的研究。

建筑构法学研究室十分重视实验。校舍的地下备有备有10t吊的门型起重机和巨大的反力臂等的实验设施。

在这里设置有缩尺3分之一,重达7t的混凝土构造物的试片。使用功能强劲的起重机对其施加外力进行破坏,而破坏过程使用数百个传感器和照片进行记录。组合 试片的螺旋刚和安装传感器等的工作交由学生解决。

10t起重机的操作由于需要驾驶证,因此博士课程的学生必须获得起重机操作的驾驶证。而修读修士课程的学生则会接受起重机的试片相关「起重机操作」的技能 讲习课程。

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破坏试验后的试片。螺旋刚中安装应变式传感器。

与施工现场类似的实验室
为了进行实验计划和实验结果的理论解释,使用FORUM8的构造解析软件「UC-win/WCOMD」和「Engineer's Studio®」。


 UC-win/WCOMD  中对实验本身进行预先模拟

 
▲正在说明Engineer's Studio®解析结果的坂下雅信助教
▲进行实验结果的解析的建筑构法学研究室的学生 研究室里陈列着计算机和显示器

坂下助教说「因为对象是巨大的试片,因此进行加固,打套,固化等的准备必须花费好几个月的时间,因此必须慎重的设定实验计划。构造物的形状和钢筋量不同的 原因,为了更好的表现实验结果的差距,使用UC-win/WCOMD进行实验模拟来确定参数」。

UC-win/WCOMD是东京大学混凝土研究室的前川宏一教授开发的搭载求解器,并可进行钢筋混凝土的2次元非线形动的解析和静的解析的程序。

这 个程序主要运用在解析被立柱和横梁包围的耐震臂的门和窗口等的开口部的构造物的行动解析。这样的耐震壁因为开口的不同在地震时力的传输方式也变得复杂,构 造物的耐力和建筑物的崩坏/倒塌时的破坏方式根据开口部的位置和立柱/横梁和耐震壁的钢筋量的不同而不同。

怎样设置参数以更好得表现实验结果的不同,可以使用UC-win/WCOMD进行预先模拟,并进行试片的设计。

「若使用UC-win/WCOMD并进行CAD的作图,就可以做出解析用的模型。试片的形状和钢筋的量等可以进行多次解析。并且,由于软件使用东京大学混 凝土研究室的前川宏一教授开发的求解器进行解析,因此解析结果也可信任。对于重视实验的建筑构法研究室来说,可以进行简单操作的软件我们视若珍宝。」(坂 下助教)

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▲改变开口部的位置和试片的例(资 料:建筑构法学研究室)

并且,进行实验之后UC-win/WCOMD也起到很大的作用。例如墙壁中发生剪切破坏时,可使用UC- win/WCOMD进行压力解析的说明。具体方法是使用UC- win/WCOMD进行应力解析结果的比较,在实验中发生的现象进行理论的解析说明。
建筑构法学研究室中,这个实验结果可对每层楼进行左右相反的位置设置。名为「千鸟配置」。他可进行强弱的事例比较研究。现在作为开口部耐震壁的应力和耐力 的评价手法之一,把梁和柱作为「附带墙的部材」进行模型化。

 一部分的降伏和破坏 用Engineer’s Studio®进行解析

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▲京都大学大学院建筑学专攻的校舍的低下进行的piloty 构造的混凝土的破坏试验

1层备有无耐震壁的构造,在立柱和梁之间构成的骨组中嵌入壁板时,无法正常发挥耐震壁的构造性能的方法。因此我们提供建筑构法学研究室的3分之一缩尺中建 成的4层piloty构造的试本,并进行实验。
「对于2层部的耐震壁的底下2层的若干耐震壁来说底下的梁很弱以及架构的耐力和刚性变低的原因,使用一般的解析方法无法预测其举动。研究壁和梁的举动时, 我们使用Engineer's Studio®」(坂下助教)

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▲piloty构造的混凝土构造物 的破坏方法(写真 资料 建筑构法学研究室)

Engineer's Studio®是从前处理计算引擎到后处理全部自行开发的三维有限要素法(FEM)分析程序。建筑物的部位运用梁要素和平板要素进行模型化,因此可解析构 造物的非线形举动。并且,和UC-win/WCOMD同样,前川教授理论开发出的「前川模型」也作为选项提供。

「Engineer's Studio®的特征是柱和梁等的部材的内部进行纵横的细分割的『纤维要素』的集合体。因此,可忠实再现部分的部材屈服,破断的举动等。使用方法相对简 单,在画面上画图一样就能输入数据。」(坂下助教)

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▲破坏型实验中分清的破型。
发生壁的部分倾斜的剪切破坏
▲进行实验结果说明的坂下助教

 目标是活用实验结果

建筑构法学研究室当中,解析实验结果,使用各种各样的条件研究构造物的举动。目标是使研究成果单纯化,并使用指针等的设计的规范基准进 行反应。

坂下助教说「我们的研究只有在实际的建筑物上进行活用才有意义」。FORUM8的解析软件承担着连接实验结果和理论解析的重任,支持者建筑构法学研究室的 研究。

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▲使用线性要素进行模型化方法说明的坂下助教 ▲使用Engineer's Studio®算出的piloty构造的解析结果
(资料:建筑构法学研究室)


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