剛性について

質問

学生です。

実験するにあたって初期剛性を実験地と計算値で比較するのですが、なぜ計算値のほうが大きい値になるのでしょうか？？

また初期剛性はどのような式で計算できますでしょうか？？

P=kδのkが初期剛性ならば、k=EIであらわされるとなっていましたが、EIとは曲げ剛性のことではないのでしょうか？？この場合、初期剛性＝曲げ剛性なのでしょうか？

せん断剛性は考慮しなくてもいいのでしょうか？？
またせん断剛性はどのように表されるのでしょうか？？

回答No.4

jirounonus · ベストアンサー

＞コンクリートゲージをせん断変形方向に貼り付けて、載荷した場合、せん断ひび割れ応力（変形量からの変換値）よりも高い応力までひび割れが発生しなかったです。

回りくどい表現で申し訳ありません。
申し上げたいのは、ポアソン比測定のための供試体、なんでも構わないです５００×５００の平板状のもの。これに、せん断変形を加えて得られたポアソン比に基づいたせん断剛性（＝Ａ）。
これと、実大耐震壁で試験を行い、この際のコンクリート歪から逆算されるポアソン比（＝Ｂ）は、理論上は同じになるはず。
しかし、ＡとＢは同じにならず、Ｂ＞Ａとなることがある。
すなわち、耐震壁周囲の境界梁、寸法効果をどうしても加味しなければ、設計に応用できる結果が得られない。
ということをです。

せん断剛性は、たしか、
Ｇ＝Ｅ／２（１－γ）　では。
γ；ポアソン比

単純に、
＞初期剛性＝曲げ剛性+せん断剛性
です。
これは、間違っていないと思います。
初期に限らず部材の応力と変形は、曲げとせん断の総和だと思います。

しかし、実験では、変形量しか判らないので、
曲げ変形　と　せん断変形
を分離して考えないとなりません。
しかし、これは大変難しいから耐震壁では、あえてせん断破壊させてませんか？
といいますか、曲げ破壊する耐震壁は、低耐力で頭うちするんで意味が無いのでしょうか？
（自分でも、こんがらがってきました・・・）

で、またはじめに戻れば、
計算による曲げ剛性とせん断剛性、これと実験での結果との比較を行う。
これが実験を行う意味の全てではないか、私は考えます。
（計算どおりの剛性評価＝変形量評価＝耐震性能評価　が、可能であれば、世の中、”推定式”なるものは無い）

わたしも考え続けます・・。

お礼

丁寧な説明どうもありがとうございました。

実験地と計算値が同じにならないということは当然のことですよね。
ながなが質問してしまいすみませんでした。

これからもっともっと勉強していきたいと思います。
どうもありがとうございました。
また疑問が生まれたら、質問させていただきます。

回答No.3

jirounonus

２です。
少し、考えていたのですが、
はじめのご質問内容で、ＥＩ＝曲げ剛性。
梁部材等は、ＥＩが剛性評価の指標になる。

しかし、耐震壁では、曲げよりも、せん断が支配的になると思いました。

やっぱり、耐震壁であればせん断剛性の適切な評価が必要不可欠であると思います。
でないと、予期せぬ破壊モードでの破壊（実験とは別ですが）により崩壊形が形成されてしまう。

私が研究施設にいたのは１０年位前ですが、実務上耐震壁の扱いは、
難しいです。
その、耐震壁のせん断剛性低下率がうまくモデル化されるとありがたいのですが。
期待しております。

回答No.2

jirounonus

なるほどです。
ＲＣ耐震壁、正負繰り返し載荷ということですね。

私は、今までに
・ＲＣ　柱梁接合部せん断
・ＲＣ　短柱繊維補強せん断
・ＳＲＣ　柱脚曲げ
等々の載荷実験の経験がありますが、
確かに、初期剛性（計算値）＞（実験値）
になりました。

ひび割れが発生するまでの剛性＝初期剛性　の定義として、
試験体の歪計測を行いながら剛性評価したことがありますが、
計算値では表現できない、（考慮されない）
コンクリートの歪があったのではないでしょうか？

コンクリートゲージをせん断変形方向に貼り付けて、載荷した場合、せん断ひび割れ応力（変形量からの変換値）よりも高い応力までひび割れが発生しなかったです。

＞RCの場合のみはせん断剛性も考慮しなければいけないということでしょうか？
この件については、せん断力が支配的になる部材では、ＳでもＲＣでも考えないわけにはいかないと思います。
構造設計に応用させるのであれば、地震力による部材への入力せん断力により例えば接合部の回転変形を算出、耐震壁であれば、せん断系の破壊は望ましくないでしょうから、同様にせん断剛性を評価する必要があるかと存じます。

＞（入力せん断力／せん断変形）では実験値からしか求められないのではないのでしょうか？
これは、意見が分かれるところかもしれません。材料特性から算出されるポアソン比から、せん断剛性は計算できるかと思いますが、ところが、実際実験に供してみると、計算値を過小・過大評価することがある。そこで、仕方なく？各種耐力推定式では、部材形状・応力条件（軸力等）に応じ係数を掛けているのでは？

＞（入力せん断力／せん断変形）はP=kδのkになってしまい、それは初期剛性になってしまうのではないのでしょうか？
でも、載荷ＳＴＥＰ進行に従い、当然剛性は落ちてくるかと思います。実験では、剛性低下は、なだらかなカーブを描く傾向になるかと思います。しかしこれでは、モデル化は到底出来ないので、ｋは、初期ひび割れまで、主筋降伏まで、最大変形までの３つに剛性を分ける（トリリニア）とかで、評価せざるを得ないのではないでしょうか。
つまり、
P=kδのk　のｋは
初期剛性でもあり、ひび割れ後剛性でもあり、終局時剛性でも有るのでないでしょうか。

補足

丁寧な説明ありがとうございます。

＞コンクリートゲージをせん断変形方向に貼り付けて、載荷した場合、せん断ひび割れ応力（変形量からの変換値）よりも高い応力までひび割れが発生しなかったです。

すみません。ここの部分の意味がよくわからなかったので、もう少し噛み砕いて説明お願いできますでしょうか？本当にすみません。

あと、初期剛性の算定式というものはないのでしょうか？
曲げ剛性はEIで表すことができます。せん断剛性は曲げ剛性の様に式では表せないのでしょうか？また、

初期剛性＝曲げ剛性+せん断剛性

と言った具合に単純には表せないのでしょうか？？

いまいちわかってなくてすみません。

回答No.1

jirounonus

何の、どのような実験なのかがわかりませんが、何らかの部材の載荷試験（Ｓ、ＲＣ、ＳＲＣ？？）ということでよろしいでしょうか。曲げ剛性を初期剛性にしているのだから、Ｓ梁なのでしょうか。

初期剛性について
>実験するにあたって初期剛性を実験地と計算値で比較するのですが、なぜ計算値のほうが大きい値になるのでしょうか？？
測定機器が何を使用されているかわかりませんが、ストレインゲージか何かでしょうか？
載荷にあたり計算による剛性と、実験値とが相違することは、私も経験してきました。載荷当初は、実験対象部材以外の変形が進むためではないかと思われますが、どうでしょうか？

ＥＩは確かに曲げ剛性です。
しかし、これが初期剛性とは限りません。ＲＣであれば、初期せん断ひび割れまでを通常初期剛性として評価します。

んー。
せん断剛性も考慮必要です。
せん断剛性ならば、
（入力せん断力／せん断変形）でよいのではないでしょうか。

すいません。
回答を試みたものの、いまいち回答になっていません。

補足

RCの正負交番繰り返し水平荷重を加える実験です。（耐震壁）
しかし建築学会の論文を見る限りでは、SもCFTもすべて計算値のほうが大きい値でした。

RCの場合のみはせん断剛性も考慮しなければいけないということでしょうか？

（入力せん断力／せん断変形）では実験値からしか求められないのではないのでしょうか？
（入力せん断力／せん断変形）はP=kδのkになってしまい、それは初期剛性になってしまうのではないのでしょうか？