学位の種別: 課程博士審査委員会委員 : （主査）東京大学教授 稲山 正弘, 東京大学准教授 青木 謙治, 東京大学教授 信田 聡, 東京大学准教授 恒次 祐子, 関東学院大学専任講師 神戸 渡University of Tokyo(東京大学

Ochiai Yo

落合 陽

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［ 別 紙 ２ ］ 
 
論 文 審 査 の 結 果 の 要 旨 
 
 
申請者氏名 
 
本研究は、木材の割裂破壊について、そのメカニズムの解明や耐力推定手法を提案する
ことを目的とした。割裂破壊は“木材が横引張応力やせん断応力により、繊維に沿って裂か
れる破壊”と定義できる。本研究は 6 章構成とし、第 1 章で問題提起を行い、第 2・3 章で
横引張力による割裂、第 4・5 章  でせん断応力による割裂を対象に考察を行い、第 6 章で
まとめを行った。 
 
 第 1 章では、割裂破壊についての国内外での設計手法と研究のレビューを行い、現状の
課題を洗い出し、本研究の位置づけを示した。 
 
 第 2 章では、木材の繊維直交方向に横引張力を加えた際に発生する割裂破壊について応
力分布や変形性状を明らかにし、耐力を推定する手法を提案した。そのために、スギ製材
を用いてコンパクトテンション試験（以下、CT 試験）を実施した。CT 試験は中央にスリ
ットを設けた試験体に、横引張力を加えることでき裂を発生させる試験法である。CT 試
験ではスリット長が耐力に与える影響が大きいが、本章ではスリット長を変化させて、割
裂破壊への影響を観察した。その結果、モーメントの影響が大きいスリット長が長い試験
体ほど割裂耐力が低下する傾向が見られた。その後、CT 試験について有限要素法解析を
行い、割裂発生時の応力分布や変形性状を解析的に測定した。その結果を基に、エネルギ
ー量の釣り合いから割裂耐力の推定式を提案した。 
 
 第 3 章では、横引張力による割裂破壊について、更に樹種による影響を観察するため、
建材として一般的であるスギ・ヒノキ・カラマツ・ベイマツの製材を用いて CT 試験を行
った。それによって、それぞれの樹種の割裂破壊定数を測定し、第 2 章で提案した割裂耐
力推定式を用いて耐力の推定を行った。推定値は、スギ・カラマツでは実験値と概ね一致
し、ヒノキ・ベイマツについても安全側に評価することが出来た。この結果より、第 2 章
で想定した割裂メカニズムと耐力推定式は妥当であったと考えられた。 
 
第 4 章では、木材の繊維方向にせん断力を加えた際に発生する割裂破壊（以下、縦割裂）
について、縦割裂試験を実施し、試験体寸法が割裂耐力に与える影響を実験的に観察した。
縦割裂試験は鋼板添え板ドリフトピン接合部に、繊維方向にせん断力を加え、ドリフトピ
ン直下から割裂破壊を起こすという試験法である。試験体は樹種・接合具径・端距離・縁
距離・材厚を変化させ、組み合わせた計 100 種類とした。試験結果より以下の知見が得ら
れた。 
①樹種について、ベイマツはスギの耐力の約 1.2 倍となり、第 3 章で測定した割裂破壊
落合 陽 
定数の樹種による比率とほぼ等しくなった。 
②接合具径について、材厚が厚い試験体ではドリフトピン径が φ16 の試験体 φ12 の約
1.45 倍となった。材厚が薄くドリフトピンの曲げ変形が小さい試験体では φ16の試験体に
対する φ12の比が 1.29 倍となり、純粋な接合具の投影面積の比と近い値になった。 
③端距離について、短い場合はせん断破壊となり、せん断面積に比例して耐力が上昇す
るが、割裂破壊に完全に移行する 7d 以上では耐力が概ね一定値となった。 
④縁距離について、材厚が薄い試験体では縁距離が割裂耐力に与える影響はほぼなかっ
たが、材厚が厚い試験体では、縁距離が長くなることによって、耐力が 1～2 割上昇した。 
⑤材厚について、厚くなるにつれ縁距離が短い試験体以外では耐力は概ね比例関係で上
昇した。ただし、縁距離が短い試験体は材厚が確保できていても割裂耐力が低くなり、材
厚と線形比例にはならなかった。 
⑥破壊性状について、端距離の長くなるにつれ、せん断から割裂破壊へ移行し、材厚が
厚くなるにつれ、割裂の範囲が全幅(Full width splitting)から部分的(Partial width splitting)に
変化した。 
 
第 5 章では、縦割裂のメカニズム解明のため、ドリフトピンが母材に与える支圧応力度
を、弾塑性フレーム解析を行い、算出した。縦割裂はドリフトピンが母材に与える支圧応
力度がある一定の値に達した時に発生すると考えたためである。その結果より、縦割裂破
壊は、①最大支圧応力度が支圧強度に達した時点で初期き裂が発生し、②割裂破壊の進展
とともに応力の再分配が起こり、支圧面全体の応力度が上昇する。その後、③支圧面全面
の支圧応力度が支圧強度に達した時点で割裂が全厚に渡って伝播する。④割裂の伝播とと
もに母材が開き、接合具が母材で支持できなくなるため、荷重が低下する、というメカニ
ズムによって起きている現象であると考えられた。 
そのメカニズムを基に、計算式および解析による耐力推定手法を提案した。どちらの方
法においても、縦割裂耐力を高い精度で推定することが可能であった。 
 
第 6 章では、本研究により得られた知見をまとめた。 
 
以上、本研究は、木材の横引張力による割裂破壊について応力分布や変形性状を明らか
にし、エネルギー量の釣り合いから割裂耐力の推定式を提案し、CT 試験を行って割裂破
壊定数を測定したうえで、提案した耐力推定式の妥当性を確認した。さらに、数百体に及
ぶ木材の縦割裂試験を実施して、接合具径・端距離・縁距離・材厚などの及ぼす影響を明
らかにした上で、弾塑性フレーム解析を行い、縦割裂の発生メカニズムを解明し、そのメ
カニズムに基づく縦割裂耐力推定手法を提案した。これらの割裂破壊メカニズムの解明と
耐力推定式の提案は、木質構造分野において、学術上、応用上の貢献するところが少なく
ない。よって審査委員一同は、本論文が博士（農学）の学位論文として価値のあるものと
認めた。 
 


木材の割裂破壊耐力推定のための基礎的研究

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木材の割裂破壊耐力推定のための基礎的研究

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