JP2005351742A - 耐力要素及びその劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、別部材を設けることなく劣化診断が容易に出来る耐力要素、或いは耐震要素、及びその耐力要素の劣化診断方法を提供することを可能にすることを目的としている。
【解決手段】 外力によるエネルギー吸収部６の累積損傷量と、該エネルギー吸収部６の表面に塗装された塗料の剥離量との間に所定の相関関係を有する塗料を該エネルギー吸収部６の表面に塗装したことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、構造体に取り付けられる耐力要素、更には鉄骨建物に取り付けられる耐震要素及びその劣化診断方法に関するものである。

従来、住宅の地震災害による復旧指標は殆ど無く、即ち被災状況から、どの程度復旧すれば良いかその指針になるものが提案されていないのが現状である。

例えば、財団法人 日本建築防災協会により発行された「震災建築物の被災度区分判定基準および復旧技術指針」（非特許文献１）では、さび止め塗料の剥離状況とひずみ度が写真により掲載されており、さび止め塗料の剥離状況により鉄骨部材の受けたひずみ量を評価することが出来れば復旧設計の際に復旧すべき範囲を決定する上でも役立つと示唆されている。

また、社団法人 日本建築学会・近畿支部 鉄骨構造部会により発行された「1995年兵庫県南部地震 鉄骨造建物被害調査報告書」（非特許文献２）では、梁端部の塗料の剥離が写真により掲載されており、２階床梁端部の塗料が剥離して塑性化の痕跡が認められることが記載されている。

一方、特開平11-125568号公報（特許文献１）には建物の架構内に組み込んだ履歴型ダンパの累積変位量を実測して、履歴型ダンパの制振機能の劣化状況を評価し、交換時期等の判断を行うことが記載されている。

本出願人は、特許第3256025号公報（特許文献２）により架構体の降伏する場所を容易に設定し、破損後の復旧も容易に行うことが出来る架構体の弾塑性エネルギー吸収体を提供し、更には特許第3256026号公報（特許文献３）により所定値を越える外力によって降伏し、塑性変形する塑性体を備えた弾塑性エネルギー吸収パネルを取り付けた弾塑性エネルギー吸収架構体を提供し、更には特許第3294495号公報（特許文献４）により地震等で破損した場合に容易に短時間で安価に復旧できる弾塑性エネルギー吸収体を提供している。

２００１年９月１日 財団法人 日本建築防災協会発行、国土交通省住宅局建築指導課監修「震災建築物の被災度区分判定基準および復旧技術指針」ｐ.157〜ｐ.158 １９９５年５月８日 社団法人 日本建築学会・近畿支部 鉄骨構造部会発行（編集・著作人）「1995年兵庫県南部地震 鉄骨造建物被害調査報告書」ｐ.55 特開平１１−１２５５６８号公報 特許第３２５６０２５号公報 特許第３２５６０２６号公報 特許第３２９４４９５号公報

しかしながら、前述の従来例において、非特許文献１の技術では、地震発生後の建物のさび止め塗料の剥離箇所を容易に特定することが出来ず、特定した箇所も種々の構造形態があり得るため、さび止め塗料の剥離状況とひずみ度との相関関係が個々の構造形態で異なるため評価が困難である。また非特許文献２では、２階床梁端部の塗料が剥離して塑性化の痕跡が認められることが記載されているのみであって、２階床梁端部の劣化の評価については言及されていない。

また、特許文献１の技術では、該特許文献１の明細書第３頁の〔００１９〕欄に「上記累積変位量測定機構で測定される累積変位量は、大部分は塑性変位に基づくものであるが、弾性変位をも測定されるため弾性変位量を含んだ累積変位量となる」と記載されたように、塑性変位量以外に弾性変位量が累積されるため履歴型ダンパの制振機能の劣化状況の評価誤差が大きくなり、早期の交換を余儀なくされるという問題がある。また相対変位時の一方向の変位量にのみ応じた距離を移動する回転体等の移動体と、該移動体の移動距離を累積表示させる累積変位量表示部材を別途設ける必要があるためコストがかかるという問題がある。

また特許文献２〜４の技術では、所定値を越える外力によって降伏し、塑性変形する弾塑性エネルギー吸収体を設けた耐力要素を建物に設置することで、地震発生後の建物の降伏する場所を容易に設定し、破損後の復旧も容易に行うことが出来るものであるが、破断に至る前の耐力要素の交換時期を予測することが出来ないという問題があった。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、別部材を設けることなく劣化診断が容易に出来る耐力要素、或いは耐震要素、及びその耐力要素の劣化診断方法を提供せんとするものである。

前記目的を達成するための本発明に係る耐力要素は、構造体に取り付けられる耐力要素であって、前記耐力要素は弾塑性体のエネルギー吸収部を有し、外力による前記エネルギー吸収部の累積損傷値と、該エネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離量との間に所定の相関関係を有する塗料を、前記エネルギー吸収部の表面に塗装したことを特徴とする。

また、本発明に係る耐震要素は、鉄骨建物に取り付けられる耐震要素であって、前記耐震要素は地震エネルギーを吸収する弾塑性体のエネルギー吸収部を有し、地震による前記エネルギー吸収部の累積損傷値と、該エネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離量との間に所定の相関関係を有する塗料を、前記エネルギー吸収部の表面に塗装したことを特徴とする。

また、本発明に係る耐力要素の劣化診断方法は、弾塑性体のエネルギー吸収部を有する耐力要素の劣化診断方法であって、外力による前記エネルギー吸収部の累積損傷値と、該エネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離量との間の相関関係を別途求めておき、外力発生後に該エネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離量から該エネルギー吸収部の劣化を診断することを特徴とする。

本発明に係る耐力要素によれば、該耐力要素のエネルギー吸収部の表面に塗装した塗料の剥離量から該エネルギー吸収部の累積損傷値を推定して該耐力要素の劣化診断が容易に出来る。しかも外力により降伏する部分が耐力要素の中で予め決めた箇所、即ちエネルギー吸収部に設定することで、劣化診断箇所を容易に特定することが出来、破損後の復旧も容易に行うことが出来る。また別部材を設けることなく劣化診断が容易に出来るのでコスト削減が出来る。

本発明に係る耐震要素によれば、該耐震要素のエネルギー吸収部の表面に塗装した塗料の剥離量から該エネルギー吸収部の累積損傷値を推定して該耐震要素の劣化診断が容易に出来る。しかも地震時に降伏する場所を耐震要素を設けた箇所に設定することで、劣化診断を容易に特定することが出来、破損後の復旧も容易に行うことが出来る。また別部材を設けることなく劣化診断が容易に出来るのでコスト削減が出来る。従って、５０年以上の長寿命化したロングライフ住宅の過剰メンテナンスを避けることが出来、経済的にも有利である。

通常、耐震要素は壁の内部に納まるので地震発生後の診断時において全壁を剥がさないで診断を済ませたいという要望がある。そこで、耐震要素のエネルギー吸収部の取付け位置を予め決めておくことで、該エネルギー吸収部の位置に対応する部位の壁の一部を剥がすだけで診断できるため診断効率が向上する。更に交換も容易になり復旧も早くできる。

本発明に係る耐力要素の劣化診断方法によれば、外力発生後に該耐力要素のエネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離量から該エネルギー吸収部の累積損傷値を推定して該耐力要素の劣化診断が容易に出来る。

図により本発明に係る耐力要素、或いは耐震要素、及びその耐力要素の劣化診断方法の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る耐力要素の一例として柱、梁からなる鉄骨軸組建物に設けられる耐震要素の構成を示す図であって、（ａ）は静止状態を示す図、（ｂ）は変形した様子を示す図、図２は所定の振幅を付与して耐震要素のエネルギー吸収部が破断するまでの変位と荷重の変化の過程を示す図、図３〜図５は耐震要素の弾塑性体のエネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離状態を示す図である。

図１、図３〜図５に示す弾塑性体のエネルギー吸収部６は塗料で塗装されている。このエネルギー吸収部６が力を受けて塑性変形が始まると、該エネルギー吸収部６は損傷し始める。損傷が累積していくと塗料の剥離も進む。このエネルギー吸収部６の累積損傷値と、塗料の剥離量との間には所定の相関関係があることが本発明者等が行った実験により確認された。

図１（ａ），（ｂ）において、Ａは構造体に取り付けられる耐力要素の一例として、住宅等の鉄骨建物に取り付けられる耐震要素である。１は上下梁であり、２は上下梁１間に立て付けられた左右柱である。３は上下梁１間に左右柱２に添え付けて立て付けられた主枠体であり、４は主枠体３間の中央部に水平に設置された連結枠材である。

図１、図３及び図４に示す耐震要素Ａは主枠体３、連結枠体５、エネルギー吸収部６、連結部材７、及び斜め枠体８からなり、連結枠材４は、主枠体３に接続される左右の連結枠体５と、中央に配置される弾塑性体からなるエネルギー吸収部６とが連結部材７によって連結されており、該連結部材７には、前記左右の主枠体３に一端が接続されて斜めに設置される複数の斜め枠体８が接続されている。

本実施形態では、例えば、上下梁１及び主枠体３をＨ形鋼（例えば、ＳＳ４００）、左右柱２を角形鋼管、連結枠体５を角形鋼管（例えば、ＳＴＫＲ４００）、エネルギー吸収部６を角形鋼管（例えば、ＳＴＫＲ４００）、連結部材７を鋼板（例えば、ＳＳ４００）、斜め枠体８を丸形鋼管（例えば、ＳＴＫ４００）等により構成されており、互いに溶接によって一体的に組み立てられている。

図３及び図４に示す実施形態では、例えば、エネルギー吸収部６を角形鋼管（例えば、ＳＴＫＲ４００）により構成し、板厚２．３mm、高さ５０mm、幅３０mm、両連結部材７との溶接部位の最短距離５２.２mm、溶接部位の曲率半径２３．８mmで構成されている。

このような構成において、鉄骨建物が大きな地震力を受けると、先ず、エネルギー吸収部６が降伏点に達して塑性変形し、他は殆ど損傷されないで済む。交換する場合には塑性変形等したエネルギー吸収部６を有する耐震要素Ａを左右柱２から取り外し、新しいエネルギー吸収部６を取り付けた耐震要素Ａを左右柱２に固定するだけで鉄骨軸組を当初の状態に容易に復帰させることが出来る。

図５に示す低降伏点鋼板（高延性熱延軟鋼板）からなるエネルギー吸収部６と連結部材７とは、トルシア型高力ボルト９（例えば、Ｍ１６（Ｓ１０Ｔ））等により固定されている。

図５に示す実施形態では、例えば、エネルギー吸収部６を高延性熱延軟鋼板を断面コ字形状で図５に示す形状にプレス加工して成形されており、板厚４．２mm、全長２００mm、両端部の幅１１０mm、中央部のくびれの幅３３．４mm、起立片の高さ１４mmで構成されている。またくびれの両端拡張部には拘束部材10がトルシア型高力ボルト９等により固定されており、エネルギー吸収部６のくびれの中央部に集中して塑性変形が起きるように構成されている。

前記エネルギー吸収部６の素材となる低降伏点鋼材は、一般には、鉄と炭素、その他の微量のマンガン、ニッケル、リン、イオウ等の元素の合金で構成され、炭素を始め、鉄以外の元素の含有量を減らし、純鉄に近づけたり、結晶の粒子を大きくしたり、ニオブ（Ｎｂ）等の特殊な元素を微量添加することで、低降伏点鋼材を作ることが出来る。

一般の鋼材と比較した低降伏点鋼材の機械的性質は、降伏点が半分程度低められ、伸び能力を高めて、引っ張り強さを低めている。そして、一般の鋼材と同じ高い剛性を有しながら、降伏点が低いので同じ力に対して少ない変形段階から降伏するので、一般の鋼材が弾性変形にとどまる変形量において、塑性歪みエネルギーで振動エネルギーを吸収することが出来る。従って、低降伏点鋼材は、小変形時のエネルギー吸収量が一般の鋼材よりも大きくなる。

一方、一般の鋼材を用いた構造と同じ強度になるだけ鋼材の使用量を増して、低降伏点鋼材を用いて構造体を作ると、伸び能力の高い分だけ破壊までの塑性歪みエネルギーが増すので大地震時の耐震性が向上する。

従って、連結枠材４を左右の連結枠体５と、中央のエネルギー吸収部６とを接続して構成することで、力学的性質の大きく異なる一般の鋼材と、低降伏点鋼材を組み合わせて使い分けることで構造物としての力学的挙動を設計者の意図通りコントロールすることが可能となる。

上述のように、連結枠材４の中央部に配置されたエネルギー吸収部６は、地震等により鉄骨軸組に作用する所定値を越える外力を受けると、他の部位よりも先に降伏し、塑性変形するように設計された塑性体で構成されている。そして、このエネルギー吸収部６の材質，長さ，形状等を適当に変える等してエネルギー吸収量が明確になるように降伏耐力が設計されている。

また、このエネルギー吸収部６を新しいものに交換する場合には、高力ボルト９を外して地震等の外力により塑性変形し、或いは破断したエネルギー吸収部６を連結部材７から取り外し、新しいエネルギー吸収部６を高力ボルト９によって連結部材７に固定するだけで耐震要素Ａ及び鉄骨軸組を当初の状態に容易に復帰させることが出来る。

図１、図３及び図４に示す耐震要素Ａは主枠体３、連結枠体５、エネルギー吸収部６、連結部材７、及び斜め枠体８からなり、図５に示す耐震要素Ａは更に拘束部材10を含んで一体的に組み立てられ、その後、エポキシ樹脂系カチオン型電着塗料により単層で２０μｍ以上程度の塗膜厚で電着焼付け塗装される。本実施形態ではエポキシ樹脂系カチオン型電着塗料として、例えば関西ペイント株式会社製のエレクロンKG400を採用したものである。

塗膜厚は電磁式膜厚計にて測定される（JIS K5400）。塗膜の硬度は塗膜の硬さを鉛筆引っ掻き試験機により試験して鉛筆の濃度Ｈ以上である（JIS K5400）。密着性は試験片の塗膜を貫通して素地面に達する切り傷を碁盤目状に付けた時に生じる塗膜の付着状態を目視にて確認した際に１００／１００（カッター１mm目）である（JIS K5400）。

また耐食性は試験片を塩水噴霧試験装置内に５００時間保持し、塩水による錆及び塗膜の膨れ・剥がれの発生有無を確認した際に錆幅片側３mm以下である（JIS K5400）。耐衝撃性はデュポン式硬度計にて、塗膜の表面に５００ｇの重錘が高さ５０cmから落下し衝突したときの塗膜の割れ・剥がれの有無を確認した（JIS K5400）。

エポキシ樹脂系カチオン型電着塗料を電着塗装した耐震要素Ａは塑性変形する以前の正常な弾性変形の範囲では塗装が弾性変形に追従することが出来、剥がれることがない。

本発明者等はこのようなエポキシ樹脂系カチオン型電着塗料を地震エネルギー等を吸収する弾塑性体のエネルギー吸収部６の表面に塗装した耐震要素Ａにおいて、地震等の外力によるエネルギー吸収部６の累積損傷値と、該エネルギー吸収部６の表面に塗装された塗料の剥離量との間に所定の相関関係が成立することを実験により検証し本発明を完成させたものである。

ここで、エネルギー吸収部６の累積損傷値を求めるに当たり、先ず、エネルギー吸収部６が１回で変形する限界振幅を求め、その限界振幅よりも小さい範囲の所定の振幅で何回かかってエネルギー吸収部６が変形するかを求める。

例えば、図２は、所定の振幅δを付与してエネルギー吸収部６が破断するまでの変位と荷重の変化の過程を示す。図２（ａ）はδ＝Ａmm、図２（ｂ）はδ＝Ｂmm、図２（ｃ）はδ＝Ｃmm、図２（ｄ）はδ＝Ｄmm、図２（ｅ）はδ＝Ｅmmであり、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅの関係を持つ。

また、図２（ｆ）は振幅δを１３．１mm→２６．２mm→３７．４mm→Ａmm→Ｃmm→Ｄmmの順に１周期毎に振幅δを大きくした後、δ＝Ｄmmの定振幅でエネルギー吸収部６が破断するまでの変位と荷重の変化の過程を示す。

共立出版により発行された「鋼構造の性能と設計（桑村仁・著）」によると、疲労寿命の推定にはマイナー則に基づき、式：Ｄ＝Σ（ｎ／Ｎ）で定義される累積損傷値で評価し、Ｄ＝１で破断とすることが記載されている。累積損傷値を求めるためには累積損傷値を求めるエネルギー吸収部６の試料を数本用意し、予め、異なる振幅での定振幅載荷を行って調べておく。

エネルギー吸収部６の累積損傷値を求めるためには、累積損傷値を求めるエネルギー吸収部６の試料を数本用意し、図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、予め定振幅載荷試験を行い、塑性ひずみ振幅δと破断までの繰り返し回数Ｎの関係を調べておく。一例として、予め行った定振幅載荷試験結果が以下の表１に示す通りとして、これをもとに累積損傷値について説明する。

上記表１の試験結果から、１サイクル当たりに受けるエネルギー吸収部６の損傷値を計算する。即ち、損傷値はエネルギー吸収部６が破断するまでの繰り返し回数Ｎの逆数で表される。例えば、表１の試験体５において、振幅δ＝１５mmで１０サイクル加力した耐震要素Ａのエネルギー吸収部６の累積損傷値は、０．０２（１サイクル当たりの損傷値）×１０（サイクル）＝０．２０（累積損傷値）として求めることが出来る。

また、図２（ｆ）及び以下の表２に示すように、ランダム波による加力を受けたエネルギー吸収部６の累積損傷値を求める場合には、そのランダム波を上記の塑性ひずみ振幅δに分解する。

そして、各振幅δ毎の１サイクル当たりの損傷値（１／Ｎ）と、ランダム波に含まれる各振幅δ毎の波の数ｎとの積を求めてランダム波の各振幅δ毎の損傷値を求める。そしてランダム波の各振幅δ毎の損傷値を合計して累積損傷値を求めることが出来る（０．５＋０．４＋０．２＋０．１＋０．０＝１．２）。

尚、上記表１、２に示す１サイクル当たりの損傷値（１／Ｎ）の数値は小数点以下３桁を四捨五入した値を小数点以下２桁で示し、ランダム波の各振幅δ毎の損傷値の数値は小数点以下２桁を四捨五入した値を小数点以下１桁で示したものである。

しかし、定振幅載荷試験は予め設定した振幅でしか試験を行っていないため、地震等のランダム波を本例のように塑性ひずみ振幅δ＝７０，４５，３０，２０，１５の定振幅に分解することは不可能なので、上記表１に示す定振幅の結果から、以下の表３に示すように、破断までの繰り返し回数Ｎ−塑性ひずみ振幅δの関係を近似曲線で表現し、近似式；δ＝Ｃ×Ｎ^-k（Ｃ，ｋは実験で求められる定数）を用いて数学的に処理することが出来る。

実際に累積損傷値を計算する場合にはコンピューターを利用してランダム波を分解し、上記の近似式；δ＝Ｃ×Ｎ^-k（Ｃ，ｋは実験で求められる定数）からその波の各振幅δに対応するＮを求め、その全てをＤ＝Σ（ｎ／Ｎ）の式に当てはめて累積損傷値を求めることが出来る。

図３〜図５は耐震要素Ａの弾塑性体のエネルギー吸収部６の表面に上述したように電着塗装されたエポキシ樹脂系カチオン型電着塗料の剥離状態を示す。図３（ａ），図４（ａ），図５（ａ）に示す各エネルギー吸収部６は通常の弾性変形範囲内で、塗装の剥がれは目視できず該エネルギー吸収部６の累積損傷値は０であった。

図２（ｅ）に示すように、δ＝Ｅmmの定振幅における階高Ｌ（２６２０mm）の２００分の１の変位（１３．１mm）状態、図２（ｆ）に示す振幅δを増加させた０．５サイクル状態においても図３（ａ），図４（ａ）に示すようにエネルギー吸収部６の塗装の剥がれは目視できず該エネルギー吸収部６の累積損傷値は０．００であった。

図２（ｅ）に示すδ＝Ｅmmの定振幅における階高Ｌ（２６２０mm）の１００分の１の変位（２６．２mm）状態、図２（ｆ）に示す振幅δを増加させた１．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．００で、図４（ｂ）に示すように、溶接部位11の縁から該溶接部位11に沿って塗装剥離部位12の幅が４mm程度の塗装の剥がれが目視された。

図２（ａ）に示すδ＝Ａmmの定振幅で０．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０１で、図３（ｃ）に示すように、溶接部位11の縁から該溶接部位11に沿って塗装剥離部位12の幅が８mm程度の塗装の剥がれが目視された。

図２（ｅ）に示すδ＝Ｅmmの定振幅における階高Ｌ（２６２０mm）の６０分の１の変位（４３．７mm）状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０１で、図２（ｆ）に示す振幅δを増加させた２．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０２で、図４（ｃ）に示すように、溶接部位11の縁から該溶接部位11に沿って塗装剥離部位12の幅が８mm程度の塗装の剥がれが目視された。

図２（ｂ）に示すδ＝Ｂmmの定振幅で０．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０２で、図３（ｄ）に示すように、溶接部位11の縁から該溶接部位11に沿って塗装剥離部位12の幅が１２mm程度の塗装の剥がれが目視された。

図２（ｅ）に示すδ＝Ｅmmの定振幅における階高Ｌ（２６２０mm）の５０分の１の変位（５２．４mm）状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０２で、図４（ｄ）に示すように、溶接部位11の縁から該溶接部位11に沿って塗装剥離部位12の幅が１２mm程度の塗装の剥がれが目視された。

図２（ａ）に示すδ＝Ａmmの定振幅で１．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０７で、図２（ｆ）に示す振幅δを増加させた３．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０８で、図３（ｅ）に示すように、溶接部位11の縁から該溶接部位11に沿って塗装剥離部位12の剥離量が正面に露出したエネルギー吸収部６表面全体の４０％程度の塗装の剥がれが目視された。

図２（ａ）に示すδ＝Ａmmの定振幅で１．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．１２で、図２（ｃ）に示すδ＝Ｃmmの定振幅で０．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０４で、図３（ｆ）に示すように、溶接部位11の縁から該溶接部位11に沿って塗装剥離部位12の剥離量が正面に露出したエネルギー吸収部６表面全体の８０％程度の塗装の剥がれが目視された。

図２（ａ）に示すδ＝Ａmmの定振幅で２．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．１７で、図２（ｂ）に示すδ＝Ｂmmの定振幅で１．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．１１で、図２（ｃ）に示すδ＝Ｃmmの定振幅で１．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．２３で、図２（ｄ）に示すδ＝Ｄmmの定振幅で０．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０６で、図２（ｅ）に示すδ＝Ｅmmの定振幅における階高Ｌ（２６２０mm）の４０分の１の変位（６５．５mm）状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０３で、図２（ｆ）に示す振幅δを増加させた４．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．２３で、図３（ｇ）に示すように、塗装剥離部位12の剥離量が正面に露出したエネルギー吸収部６略全面の塗装の剥がれが目視された。

また、図５に示すエネルギー吸収部６においては、図２（ｂ）に示すδ＝Ｂmmの定振幅で１．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０３で、図２（ｃ）に示すδ＝Ｃmmの定振幅で０．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０１で、図２（ｄ）に示すδ＝Ｄmmの定振幅で０．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０１で、図２（ｅ）に示すδ＝Ｅmmの定振幅で０．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０２で、図２（ｆ）に示す振幅δを増加させた４．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０４で、図５（ｂ）に示すように、くびれ部の剥離量が正面に露出したエネルギー吸収部６表面に数点の塗装の剥がれが目視された。

図２（ｂ）に示すδ＝Ｂmmの定振幅で２．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０６で、図２（ｃ）に示すδ＝Ｃmmの定振幅で１．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０５で、図２（ｄ）に示すδ＝Ｄmmの定振幅で１．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０７で、図２（ｅ）に示すδ＝Ｅmmの定振幅で１．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．１０で、図２（ｆ）に示す振幅δを増加させた５．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．１０で、図５（ｃ）に示すように、くびれ部の剥離量が正面に露出したエネルギー吸収部６表面全体の３０％程度の塗装の剥がれが目視された。

図２（ｂ）に示すδ＝Ｂmmの定振幅で７．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．２２で、図２（ｃ）に示すδ＝Ｃmmの定振幅で２．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．１５で、図２（ｄ）に示すδ＝Ｄmmの定振幅で１．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．０７で、図２（ｅ）に示すδ＝Ｅmmの定振幅で１．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．１７で、図２（ｆ）に示す振幅δを増加させた７．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．２８で、図５（ｄ）に示すように、くびれ部の剥離量が正面に露出したエネルギー吸収部６表面全体の６０％程度の塗装の剥がれが目視された。

図２（ｂ）に示すδ＝Ｂmmの定振幅で２５．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．８２で、図２（ｃ）に示すδ＝Ｃmmの定振幅で４．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．２５で、図２（ｄ）に示すδ＝Ｄmmの定振幅で２．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．２１で、図２（ｅ）に示すδ＝Ｅmmの定振幅で３．０サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．３９で、図２（ｆ）に示す振幅δを増加させた１０．５サイクル状態ではエネルギー吸収部６の累積損傷値は０．７２で、図５（ｅ）に示すように、くびれ部の剥離量が正面に露出したエネルギー吸収部６表面全体の７０％程度の塗装の剥がれが目視された。

上記地震等の外力による各エネルギー吸収部６の累積損傷値と、該エネルギー吸収部６の表面に塗装された塗料の剥離量との間の相関関係は以下の表４の通りである。

このように、地震等の外力による各エネルギー吸収部６の累積損傷値と、該エネルギー吸収部６の表面に塗装された塗料の剥離量との間に所定の相関関係を有する塗料を、該エネルギー吸収部６の表面に塗装しておくことにより、弾塑性体のエネルギー吸収部６を有する耐力要素である耐震要素Ａの劣化診断を容易に行うことが出来る。

即ち、図３〜図５に示して前述したように、外力によるエネルギー吸収部６の累積損傷値と、該エネルギー吸収部６の表面に塗装された塗料の剥離量との間の相関関係を別途求めておき、外力発生後に該エネルギー吸収部６の表面に塗装された塗料の剥離量から該エネルギー吸収部６の劣化を診断することが出来る。

また地震等で耐震要素が損傷を受けた場合には、クロス等の内装材や外壁も損傷を受ける。その損傷の程度は建物が変形した振幅の大きさと相関があることが分かっている。よって、内装材や外壁の損傷状態から建物の最大振幅を推定し、それに対応した試験結果のみを用いることで、耐震要素の劣化診断の精度を高めることが出来る。

本実施形態では鉄骨軸組構造に用いる耐力要素について例示したが、ブレース構造のブレース材、ラーメン構造の柱梁、木造建物の接合金物等についても塑性化によりエネルギーを吸収するエネルギー吸収部を予め決めておくことが出来、その部分が塗装可能であれば本発明の応用は可能である。

本発明の活用例として、ビルや車両の構造体に取り付けられる耐力要素、更には鉄骨建物に取り付けられる耐震要素及びその劣化診断に利用することが出来る。

本発明に係る耐力要素の一例として柱、梁からなる鉄骨軸組建物に設けられる耐震要素の構成を示す図であって、（ａ）は静止状態を示す図、（ｂ）は変形した様子を示す図である。 所定の振幅を付与して耐震要素のエネルギー吸収部が破断するまでの変位と荷重の変化の過程を示す図である。 耐震要素の弾塑性体のエネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離状態を示す図である。 耐震要素の弾塑性体のエネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離状態を示す図である。 耐震要素の弾塑性体のエネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離状態を示す図である。

符号の説明

１…上下梁
２…左右柱
３…主枠体
４…連結枠材
５…連結枠体
６…エネルギー吸収部
７…連結部材
８…斜め枠体
９…高力ボルト
10…拘束部材
11…溶接部位
Ａ…耐震要素（耐力要素）

Claims (3)

1. 構造体に取り付けられる耐力要素であって、
   前記耐力要素は弾塑性体のエネルギー吸収部を有し、
   外力による前記エネルギー吸収部の累積損傷値と、該エネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離量との間に所定の相関関係を有する塗料を、
   前記エネルギー吸収部の表面に塗装したことを特徴とする耐力要素。
2. 鉄骨建物に取り付けられる耐震要素であって、
   前記耐震要素は地震エネルギーを吸収する弾塑性体のエネルギー吸収部を有し、
   地震による前記エネルギー吸収部の累積損傷値と、該エネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離量との間に所定の相関関係を有する塗料を、
   前記エネルギー吸収部の表面に塗装したことを特徴とする耐震要素。
3. 弾塑性体のエネルギー吸収部を有する耐力要素の劣化診断方法であって、
   外力による前記エネルギー吸収部の累積損傷値と、該エネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離量との間の相関関係を別途求めておき、
   外力発生後に該エネルギー吸収部の表面に塗装された塗料の剥離量から該エネルギー吸収部の劣化を診断することを特徴とする耐力要素の劣化診断方法。
   

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