二軸載荷下の RC 柱における軸方向筋の座屈抑制手法 - 愛知工業大学

二軸載荷下の RC 柱における軸方向筋の座屈抑制手法に関する
実験的研究
An Experimental Study on the buckling suppression technique for rebar of the RC pillar under biaxial loding
水野憲司✝,鈴木森晶✝✝,水野英二✝✝✝
Kenji MIZUNO,
Moriaki SUZUKI
Eiji MIZUNO
Abstract In the present paper, the bi-axial cyclic loading tests of four types of RC pillar under the
two type of loading histories have been performed.
Four types of RC pillar are
respectively RC pillar SFRC column and RC pillar with the intermediate reinforcements.
The flexural strength and ductility of four types of RC pillar have been examined in
details in the post-peak loading area.
Furthermore, the energy absorption capacities, the
buckling behavior of re-bar have been discussed during cyclic loading.
It has been
found that the use of intermediate reinforcements and SFC may be effective to make the
plastic hinged zone of column more ductile, particularly for the column with wide interval
of hoop tie, i.e., the interval of 120 mm in the present study.
劣化特性ならびに軸方向筋の座屈発生前後の耐荷特性を
1.はじめに
明確にすることを目的に研究を行なってきた 11)~13).そ
1995 年に発生した兵庫県南部地震では,古い基準で設
れらの結果により,軸方向筋の座屈挙動は,
「横拘束筋間
計された鉄筋コンクリート(RC)橋脚や RC 構造の柱が
隔」および「載荷経路」が大きな影響を与えることが分
大きな被害を受けた.震災後の被害分析から,横拘束筋
かっている.
の配筋量および定着状態が RC 構造物の保有する最大耐
そこで本研究では,これまでに扱った「横拘束筋間隔」
力に達した後(以下,ポストピーク領域)における変形
性能に大きな影響を与えることが分かってきた
および「載荷経路」に加え,軸方向筋の座屈現象を抑え
1)
.これ
るため「コンクリートの材料特性」および「中間補強筋
以降, RC 構造物の耐震性能の向上ならびにポストピー
の配置形状」を要因として,一定軸力下での二方向繰り
ク領域での力学的挙動の解明を目的とした実験的ならび
返し曲げ載荷実験を実施した.「コンクリートの材料特
に解析的研究が精力的に行われ,耐震設計基準も改訂さ
性」として,かぶりコンクリートの剥落を抑制し,軸方
れてきた.これらより,軸方向筋の座屈が RC 構造物の
向筋の拘束効果を高める鋼繊維補強コンクリート(SFC)
ポストピーク領域での挙動に大きな影響を与えることが
を採用した.
「中間補強筋の配置形状」としては,軸方向
2)
筋を直接拘束して,座屈を抑制するため,軸方向筋を結
示されてきた .
一般に合理的な安全率を有する RC 構造物を設計する
ぶように十字型および X 字型の 2 種類の配置形状を選定
場合,地震動などによる多方向からの外力に対して,ポ
した.
「載荷経路」としては,斜め載荷および矩形載荷を
ストピーク領域における,急激な耐力の低下を生じない
用いた.これらの実験結果より,二方向曲げ載荷でのコ
ような配慮を行うことが望ましい 2)~3).
ンクリートの繰り返し劣化性状および軸方向筋の座屈挙
動が SFRC 柱および中間補強筋付きの RC 柱のポストピ
これまで,「横拘束筋間隔」,
「コンクリート圧縮強度」
および「載荷経路」を要因とした,一方向および二方向
ーク領域における耐荷特性に与える影響についてエネル
繰り返し曲げ実験を基に,RC 柱のコンクリートの強度
ギー吸収能および破壊進展の観点から検証する.
†
愛知工業大学大学院
††
愛知工業大学
†††
中部大学
建設システム工学専攻
都市環境学科
工学部
土木工学専攻
都市建設工学科
287
2.実験概要
供試体概要
本研究で使用した供試体の断面形状ならびに配筋
の一例を図-1 に示す.実験には,断面寸法 200×200
載荷履歴
2.1
表-1
mm,柱有効高さ 1000 mm, RC 柱供試体 24 本と
げ破壊先行型となるようにせん断スパン比を 5 に設
筋には D6(SD295A)を柱基部より 2D 区間(D:柱
矩形載荷
定し,軸方向筋には D10(SD295A)を 8 本,横拘束
斜め載荷
SFRC 柱供試体 8 本の計 32 本を用いた.供試体は曲
コンクリート
設計基準強度
60 [MPa]
横拘束
筋間隔
s
RC
SF
[ mm] 補強筋
RC
なし
65
90
105
120
62.6
64.0
64.5
61.8
62.6
64.0
65
90
105
120
61.6
61.7
65.3
63.8
61.6
61.7
材料定数
軸方向筋
D10 (SD295A)
RC
補強筋
あり
降伏強度
[ MPa ]
載荷軸力
[ kN ]
横拘束筋
D6 (SD295A)
引張強度
[ MPa ]
降伏強度
[ MPa ]
引張強度
[ MPa ]
RC
RC
SF
RC
RC
RC
RC 補強筋 RC 補強筋
RC
RC
RC
RC
なし
あり
補強筋
補強筋
補強筋
補強筋
SFRC
SFRC
SFRC
SFRC
あり
あり
あり
あり
55.1
61.3
62.6
62.3
130
136
342
55.1
61.3
62.6
62.5
403
519
608
373
426
583
583
131
134
131
132
138
136
131
132
118
131
133
118
131
133
幅)において間隔 s = 65, 90, 105 および 120 mm(4
水準)でそれぞれ配筋した.
鉛直力
中間補強筋を配筋する供試体には D6(SD295A)を横
X
一定軸力
拘束筋間隔の中央部に配筋した.中間補強筋の配置形状
50
繰り返し荷重
Y
繰り返し荷重
1000
200
:ひずみゲージ
貼付位置 G
G
G
設計基準強度 f'ck = 60 MPa を有する普通コンクリートを
鋼製冶具
柱と同等の設計基準強度を有する鋼繊維補強コンクリー
[単位:mm]
60
200
トを用いた.
(a)供試体配筋図
載荷装置
20
20
断面積 0.302 mm2)を 1.5%(体積比率)混入させ,RC
200
[email protected]=750
SFRC 柱には.鋼繊維(直径 0.62 mm,長さ 30 mm,
180
写真-1
用いた.
180
よび中間補強筋を有する RC 柱の打設コンクリートには,
[email protected]=540
下,十字型 RC 柱および X 字型 RC 柱).通常の RC 柱お
200
20 180
供試体断面図
200
および隅角部の軸方向筋を繋いだ X 字型を設定した(以
供試体
[email protected]=350 60
鋼板
を図-1(b)に示す.中央部の軸方向筋を繋いだ十字型
200
[単位 : mm ]
(b)中間補強筋配置図
鉄筋およびコンクリートの材料定数を JIS 規格で定め
られる材料試験法により求め,表-1 に示す.
図-1
は,X 方向および Y 方向の変位を,それぞれ< 0 → +4δy
2.2 載荷装置
→ -4δy → +8δy → -8δy → +8δy → -16δy → +16δy → 0>の
実験に用いた載荷装置と供試体の全景を写真-1 に示
順に交互に変化させ実験を実施した.ここで,図中の「δy」
す.供試体を鋼製冶具に挿入し,高力ボルトにより完全
は初期載荷での引張側軸方向筋の初期降伏時における柱
固定の条件となるように,供試体を固定した.供試体頂
頭での水平変位 δy(本研究では,軸方向筋のひずみが
部に鉛直ジャッキにより軸力を作用させ,同時に,X お
よび Y 方向からの水平変位を柱頂部に与えることにより,
二方向繰り返し曲げ載荷実験を実施した.軸力は上部構
2,000μ に達した時の水平変位)を意味する.なお,RC
供試体を用いた一方向載荷の予備実験により,斜め載荷
では δy= 5.35 mm を得た.矩形載荷では δy= 6.0 mm を得
造重量を想定し,累加軸耐力の 5 %(118kN-138kN)を
た.
載荷して,次節の載荷経路に基づき変位制御により水平
荷重を作用させた.
3. 座屈抑制効果の検証
2.3 載荷経路
3.1 水平耐力-水平変位関係
本研究では,図-2 および 3 に示すように(1)45°方
SFC および中間補強筋による耐荷特性の向上を検証す
向の斜め載荷,(2)矩形(正方形)載荷の 2 種類の異な
るため,一例として 4 種類の供試体での s = 65mm に対
る載荷経路を設定し,柱頂部を二方向(X および Y 方向)
する斜め載荷および矩形載荷での水平耐力-水平変位関
からの水平変位により制御した.
係を図-4 および 5 に示す.また,すべての図において,
斜め載荷(図-2)では,X-Y 軸に 45°傾けた方向に
縦軸は水平耐力,横軸は水平変位をとってある.
同時に同一変位を与えることにより,< 0 → +4δy → -4δy
→ +8δy → -8δy → +8δy → -16δy → +16δy
供試体概要
(1)斜め載荷
→ -16δy >の
順に実験を実施した.また,矩形載荷(図-3)において
288
Y
-16
-8 -4
Y
Y
X
16
(×δy)
4 8
-4
-16
X
8
(×δ y)
X
8
(×δ y)
(b) 0→8δy→-8δy→0
(a) 0→4δy→-4δy→0
図-2
-8
X
4 8
Y
Y
斜め載荷(45°)
-16
4 8
(×δ y)
(c) 0→8δy→-16δy→0
図-3
-8 -4
(d)
X
16
(×δ y)
矩形載荷全体図
矩形載荷
Y 方向の水平耐力-水平変位関係については,X 方向
-4 および図-5)を構成する除荷・再載荷曲線の開始点
の履歴と概ね一致していたため,ここでは割愛する.4δy
を基準として整理した「耐力-変位曲線」の考え方を用
までの初期載荷で,普通コンクリートおよび鋼繊維補強
いる.
「耐力-変位曲線」は,図-6 の概念図に示すような
コンクリートの圧縮強度は 55~65MPa の範囲に収まっ
ているが,最大耐力について比較を行うと,斜め載荷に
3 種類の曲線,すなわち,(1)図中の限界曲線(RC 柱
おいて SFRC は RC に比べ約 1.3 倍の耐力を示した.こ
の P-δ 曲線)に漸近するように,耐力が上昇・下降する
れは,鋼繊維補強コンクリートの引張強度が普通コンク
挙動(曲線 A),
(2)一旦,耐力が一定または減少した後
リートよりも高いことが考えられる.一方,中間補強筋
に,再度上昇し,限界曲線と同様な勾配で下降する挙動
を有する供試体では.RC 柱と同等の耐力を示した.こ
(曲線 B)に分類できる.軸方向筋の座屈発生により,
のことより中間補強筋は,ほとんど曲げ耐力に影響を与
曲線 A は曲線 B へと移行すると考えられる.一例とし
えていないことが分かる.これらのことは横拘束筋間隔
て図-4(a)に曲線 A(太線)および B(破線)を示す.
が異なる場合でも,同様な傾向を示した.
以下に,4 種類の RC 柱(RC 柱,SFRC 柱および中間補
(2)矩形載荷
強筋付き RC 柱)の「耐力-変位曲線」を用いて,これ
Y 方向の水平耐力-水平変位関係についてはここでは
ら RC 柱の耐荷特性に関する検討を行う.
割愛する.
斜め載荷と同様に圧縮強度に多少差があるが,
最大耐力については同程度(28kN~29kN)となった.横
3.2.1 斜め載荷
拘束筋間隔が異なる場合でも同じ傾向となった.
横拘束筋間隔 s = 65 ,90,105 および 120mm を有す
る 4 種類の供試体(計 16 本)の斜め載荷下での二方向曲
げ載荷実験での結果より得られた耐力-変位曲線をそれ
3.2 除荷および再載荷点を基準とした耐荷特性の比較
本節では,中間補強筋付き RC 柱のポストピーク領域
ぞれ供試体の種類ごとの比較を図-7(a)~(d)に示す.
での耐荷性能を RC 柱および SFRC 柱の耐荷性能と詳
なお,図中の丸数字(①~⑦)の奇数は徐荷曲線,偶数
細に比較・考察するため,水平耐力-水平変位関係(図
は再載荷曲線を意味し,左側は低変位での載荷履歴であ
0
-40
-100
開始点
-50
曲線A
0
50
100
20
0
-20
-40
-100
-50
0
50
(a) RC 柱(X 軸成分)
-20
-40
-100
0
50
水平変位(mm)
(a) RC 柱(X 軸成分)
100
0
-40
-100
-40
-100
100
0
50
100
水平変位(mm)
(b) SFRC 柱(X 軸成分)
図-5 矩形載荷
0
50
40
100
X字型RC柱
s = 65 mm
20
0
0
-20
-20
-50
-50
水平変位(mm)
20
-20
-20
50
-20
十字型RC柱
s = 65 mm
水平耐力(kN)
水平耐力(kN)
0
0
40
SFRC柱
s = 65 mm
20
20
-50
-50
0
(c) 十字型 RC 柱(X 軸成分)
(d) X 字型 RC 柱(X 軸成分)
水平耐力-水平変位関係(s=65 ㎜:X 軸)
40
RC柱
s = 65 mm
水平耐力(kN)
0
X字型RC柱
s = 65 mm
20
水平変位(mm)
(b) SFRC 柱(X 軸成分)
図-4 斜め載荷
40
-40
-100
100
20
水平変位(mm)
水平変位(mm)
40
十字型RC柱
s = 65 mm
水平耐力(kN)
-20
40
SFRC柱
s = 65 mm
水平荷重(kN)
曲線B
水平荷重(kN)
水平荷重(kN)
20
40
RC柱
s = 65 mm
開始点
水平荷重(kN)
40
-40
-100
-50
0
50
100
-40
-100
(c) X 字型 RC 柱(X 軸成分)
0
50
100
(d) 十字型 RC 柱(X 軸成分)
水平耐力-水平変位関係(s=65 ㎜:X 軸)
289
-50
水平変位(mm)
水平変位(mm)
では,軸方向筋の
図-7 から分かるように供試体の種類によらず,載荷
破断による耐力の
経路③までは図-6 に示す限界曲線に漸近するような挙
急激な低下がみら
動(曲線 A)を示すが,+8δy から-16δy までの載荷経
れ,耐力の上昇は
限界曲線
水平耐力 [kN]
り,右に移行するほど大変位での載荷履歴となっている.
路④以降では,一度,耐力が減少した後に,再度上昇す
みられなかった.
る挙動(曲線 B)を示した.ただし横拘束筋間隔の小さ
これは,中間補強
な場合や X 字型 RC 柱および SFRC 柱では,顕著な耐力
筋により軸方向筋
低下はみられなかった.
の座屈が抑えられ,
曲線A(座屈発生前)
③
①
②
曲線B(座屈発生後)
①
②
③
●
水平変位 [mm]
図-6 耐力-変位曲線の概念図
耐力の低下を抑え
4 種類の供試体において,文献 11)と同様に,横拘束
座屈曲線-上昇域最大耐力
座屈曲線-下降域最低耐力
座屈曲線-再上昇域最大耐力
累積吸収エネルギーの抽出位置
図-8
矩形載荷経路(2 種類)
筋間隔が大きくなるに従い,各徐荷および再載荷での耐
ることができたが,
力低下が大きくなる傾向が確認された.中間補強筋を配
そのため軸方向筋の損傷が集中したためであると考えら
筋した場合でも,同様の結果が得られた.ただし SFRC
れる.
柱に関しては,他の供試体よりもその差は少なかった.
図-7(d)に示す X 字型 RC 柱では,十字型 RC 柱と
図-7(c)に示す十字型 RC 柱では,すべての横拘束
同じく耐力の上昇がみられた,しかし上昇の幅は約 1.2
筋間隔において,
載荷経路④までは配筋されていない RC
倍と十字型 RC 柱よりも高く,s = 65 mm では軸方向筋の
柱よりも約 1.1 倍の耐力を示した.しかし横拘束筋間隔
破断はみられなかった.
図-7(b)に示す SFRC 柱では,載荷経路④まではす
除荷・再載荷点からの耐力 (kN)
が最も密に設定してある s = 65 mm では載荷経路⑤以降
70
70
70
70
70
70
70
60
60
60
60
60
60
60
50
50
50
50
50
50
50
40
40
40
40
40
40
40
30
30
30
30
30
30
30
20
20
20
20
20
20
20
10
10
10
10
10
① (+4δ y→-4δy)
0
0
② (-4δ y→+8δy)
0
50 0
③ (+8δ y→-8δy)
0
0
1
50
50
50
100
50
100
0
200
0
150
⑥ (+16δ y→-16δ y)
50
100
150
200
0
0250
70
70
70
70
70
70
60
60
60
60
60
60
60
50
50
50
50
50
50
50
40
40
40
40
40
40
40
30
30
30
30
30
30
30
20
20
20
20
20
20
20
0
0
10
10
① (+4δ y→-4δy)
50
0
0
② (-4δ y→+8δy)
50
0
0
100
10
③ (+8δ y→-8δy)
50
100
100
④ (-8δ y→+8δy)
50
100
0
0
⑤ (+8δ y→+16δy)
50
0
200
150
100
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
10
10
10
0
150
0
50
150
200
250
RC 柱の耐荷特性の比較
70
10
⑦ (-16δ y→*16δ y)
除荷・再載荷点からの変位 (mm)
(a)
除荷・再載荷点からの耐力 (kN)
0
10
RC柱
斜め載荷
10
10
⑤ (+8δ y→+16δy)
④ (-8δ y→+8δy)
0
100 0
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
⑥ (+16δ y→-16δ y)
50
100
150
200
SFRC柱
斜め載荷
⑦ (-16δ y→*16δ y)
0
0250
50
100
150
200
250
除荷・再載荷点からの変位 (mm)
除荷・再載荷点からの耐力 (kN)
(b)
SFRC 柱の耐荷特性の比較
70
70
70
70
70
70
70
60
60
60
60
60
60
60
50
50
50
50
50
50
50
40
40
40
40
40
40
40
30
30
30
30
30
30
30
20
20
20
20
20
20
20
10
10
10
10
10
10
① (+4δ y→-4δy)
0
0
② (-4δ y→+8δy)
0
50 0
50
③ (+8δ y→-8δy)
0
0
100
50
100
50
0
100 0
50
100
150
0
0
200
十字型RC柱
斜め載荷
10
⑤ (+8δ y→+16δy)
④ (-8δ y→+8δy)
0
0
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
⑦ (-16δ y→*16δ y)
⑥ (+16δ y→-16δ y)
50
100
150
200
0
0250
50
100
150
200
250
除荷・再載荷点からの変位 (mm)
除荷・再載荷点からの耐力 (kN)
(c)
十字型 RC 柱の耐荷特性の比較
70
70
70
70
70
70
70
60
60
60
60
60
60
60
50
50
50
50
50
50
50
40
40
40
40
40
40
40
30
30
30
30
30
30
30
20
20
20
20
20
20
20
10
10
10
10
10
10
① (+4δ y→-4δy)
0
0
0
50 0
② (-4δ y→+8δy)
50
0
100
③ (+8δ y→-8δy)
50
100
0
0
50
(d)
図-7
100
0
0
50
100
150
⑥ (+16δ y→-16δ y)
0
200
50
除荷・再載荷点からの変位 (mm)
X 字型 RC 柱の耐荷特性の比較
斜め載荷での耐荷特性の比較
290
X字型RC柱
斜め載荷
10
⑤ (+8δ y→+16δy)
④ (-8δ y→+8δy)
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
100
150
200
0
0250
⑦ (-16δ y→*16δ y)
50
100
150
200
250
べての供試体で高い耐力を示しているが,載荷経路⑤と
うため,軸方向筋
⑥においてすべての供試体で軸方向筋の破断により,急
の破断が生じ,急
激な耐力の低下がみられた.これは,普通コンクリート
激な耐力の低下が
より鋼繊維補強コンクリートの方が引張強度が高く,
みられた.上記を
SFRC 柱の方が,かぶりコンクリートの剥落する量が少
考慮し,特に高い
なくなったため,軸方向筋の座屈に対して抑制効果が発
耐力特性が X 字型
揮されたと考えられる.
RC 柱の s = 65 mm
経路 A
で得ることができ
経路 B
以上より,横拘束筋間隔が小さい供試体および RC 柱
Y
X
た.
以外の供試体では,軸方向筋の座屈長が短くなるため,
図-8
耐力特性を向上させることが確認できた.しかし,座屈
矩形載荷経路(2 種類)
)
50
50
50
(
除荷・再載荷点からの耐力 (kN)
を過度に抑えることで,軸方向筋の損傷が集中してしま
40
40
40
30
30
30
30
30
20
20
20
20
20
20
10
10
10
10
10
10
0
0
0
-10
150
-10
20
0
50
50
50
40
40
40
30
30
20
10
0
0 ② Y 軸方向
① X 軸方向
(+4δ y→-4δ y)
-10
0
50
-10
0
0
(-4δ y→+8δ y)
-10
50 0
0
③ X 軸方向
(+8δ y→-8δ y)
50
④ Y 軸方向
-10
1000
(-8δ y→+8δ y)
50
⑤ X 軸方向
50
⑥ Y 軸方向
(-16δ y→+16δy)
50
100
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
RC柱
矩形載荷
⑦ X 軸方向
(+16δ y→-16δy)
(+8δ y→-16δy)
-10
1000
40
50
100
150
50
100
150
200
250
除荷・再載荷点からの変位 (mm)
30
30
20
20
10
10
0 ① X 軸方向
0
50
50
50
50
40
40
40
40
30
30
30
30
30
20
20
20
20
20
10
10
10
10
0
0
)
40
RC 柱の耐荷特性の比較
50
(
50
40
)
50
40
耐力 (
⑥ Y 軸方向
② Y 軸方向
0
(-4δ y→+8δ y)
(+4δ y→-4δ y)
-10
50 0
-10
0
除荷 再載荷点
除荷・再載荷点からの耐力 (kN)
(a)
50
-10
0
10
0
③ X 軸方向
0
④ Y 軸方向
⑤ X 軸方向
(-8δ y→+8δ y)
(+8δ y→-8δ y)
-10
1000
50
(-16δ y→+16δy)
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
⑦ X 軸方向
(+16δ y→-16δy)
(+8δ y→-16δy)
-10
1000
50
50
100
-10
150
50
100
150
-10
0
200
SFRC柱
矩形載荷
50
100
150
200
250
除荷・再載荷点からの変位 (mm)
30
30
20
20
20
10
10
10
0 ① X 軸方向
0
0
40
50
40
40
30
30
30
30
20
20
20
20
50
50
40
⑥ Y 軸方向
② Y 軸方向
(-4δ y→+8δy)
(+4δ y→-4δy)
-10
50 0
50
-10
0
10
0
-10
1000
10
0
0
-10
150
0
-10
0
200
(c)
50
100
30
20
20
20
20
20
10
10
10
10
10
10
0
0
0
0
0
0
30
20
20
載荷
30
除荷
(+4δ y→-4δ y)
-10
0
② Y 軸方向
-10
50 0
(-4δ y→+8δ y)
50
-10
0
③ X 軸方向
(+8δ y→-8δ y)
50
)
(
④ Y 軸方向
⑤ X 軸方向
(-8δ y→+8δ y)
-10
100
50
(d)
図-9
⑥ Y 軸方向
)
30
)
30
(
30
30
50
十字型RC柱
矩形載荷
⑦ X 軸方向
(+16δ y→-16δy)
50
100
150
200
250
十字型 RC 柱の耐荷特性の比較
40
40
0 ① X 軸方向
150
40
40
10
100
50
50
40
40
50
50
50
50
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
(+8δ y→-16δy)
-10
100
0
50
10
⑤ X 軸方向
(-8δ y→+8δy)
(+8δ y→-8δy)
50
0
④ Y 軸方向
(-16δ y→+16δy)
50
(
-10
0
10
③ X 軸方向
除荷・再載荷点からの変位 (mm)
除荷・再載荷点からの耐力 (kN)
)
30
50
(
40
)
50
40
SFRC 柱の耐荷特性の比較
(
50
40
)
50
(
除荷・再載荷点からの耐力 (kN)
(b)
40
(-16δ y→+16δy)
50
100
-10
0
150
50
除荷・再載荷点からの変位 (mm)
X 字型 RC 柱の耐荷特性の比較
矩形載荷下での耐荷特性の比較
291
X字型RC柱
矩形載荷
⑦ X 軸方向
(+16δ y→-16δy)
(+8δ y→-16δy)
-10
100
0
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
100
150
-10
20
0
50
100
150
200
250
10000
5000
0
0
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
1000
2000
累積変位(mm)
(a) RC 柱
15000
10000
1000
累積変位(mm)
(c) 十字型 RC 柱
累積吸収エネルギー ( kN・mm )
20000
累積吸収エネルギー ( kN・mm )
図-10
20000
2000
1000
累積変位(mm)
(a) RC 柱
図-11
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
5000
0
0
2000
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
1000
累積変位(mm)
(c) 十字型 RC 柱
2000
10000
20000
10000
0
0
1000
累積変位(mm)
(b) SFRC 柱
15000
2000
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
15000
5000
0
0
20000
10000
0
0
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
5000
1000
累積変位(mm)
(d) X 字型 RC 柱
2000
斜め載荷下でのエネルギー吸収量
15000
5000
10000
累積吸収エネルギー ( kN・mm )
0
0
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
20000
15000
累積吸収エネルギー ( kN・mm )
5000
累積吸収エネルギー ( kN・mm )
累積吸収エネルギー ( kN・mm )
20000
15000
20000
累積吸収エネルギー ( kN・mm )
累積吸収エネルギー ( kN・mm )
20000
15000
10000
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
5000
0
0
1000
累積変位(mm)
(b) SFRC 柱
2000
15000
10000
s = 65 mm
s = 90 mm
s = 105 mm
s = 120 mm
5000
0
0
1000
累積変位(mm)
(d) X 字型 RC 柱
2000
矩形載荷下でのエネルギー吸収量
(2)経路 B(実線):これは,始点と終点が同じであ
3.2.2 矩形載荷
る斜め載荷の再載荷に相当する.以下では,経路 A およ
図-8 に示すように,矩形載荷の 1 サイクルは 2 種類
び経路 B の耐荷特性の比較を行う.
の載荷経路の組み合わせであると考えられる.
(1)経路
図-9(a)~(d)に検討結果を示す.矩形載荷では,
A(破線)
:これは,始点と終点が同じである斜め載荷の
載荷経路②までは図-6 に示す曲線 A を示すが,載荷経
除荷に相当する.
292
路③以降では,曲線 B を示した.斜め載荷と同様に横拘
X 字型 RC 柱において,斜め載荷(図-10(d))では,
束筋間隔が大きくなるに従い,各徐荷および再載荷での
横拘束筋間隔の違いによる差異がそれほど無いが矩形載
耐力低下が大きくなる傾向が確認され,X 字型 RC 柱お
荷(図-11(d))では,RC 柱と同様に累積変位が約 700
よび SFRC 柱では,顕著な耐力低下はみられなかった.
mm (載荷履歴<+8δy→-16δy>)までの挙動は概ね一致し
図-9(c)に示す十字型 RC 柱では,すべての横拘束
ている.それ以降の大変位レベルにおいて,横拘束筋間
筋間隔において載荷経路⑤までは配筋されていない RC
隔の違いにより徐々に吸収エネルギーに差異が生じ始め
柱よりも高い耐力を示した.しかし,載荷経路⑥以降で
る.
SFRC 柱において,全体的に高いエネルギー吸収量(図
は RC 柱と同等であった.
-10(b)および図-11(b))を示しており,横拘束筋間
図-9(d)
に示す X 字型 RC 柱では,横拘束筋間隔 s =90,
隔の違いによる差異がそれほど見受けられない.
105 ,120 mm において 載荷経路④までは十字型 RC 柱よ
りも高い耐力を示したが,載荷経路⑤以降では耐力が低
斜め載荷下での 4 種類の RC 柱の累積吸収エネルギー
下した.しかし,s = 65 mm では載荷経路⑤以降でも高
-累積変位関係(図-10)では,RC 柱(図-10(a))
い耐力特性を示した.
図-9(b)に示す SFRC 柱では,すべての横拘束筋間
はおおよそ累積吸収エネルギー5,000 kN・mm から分岐
隔において,載荷経路③までは高い耐力を示すが,載荷
し始めている.これは,横拘束筋間隔の違いにより,コ
経路④以降では,軸方向筋の破断が多くみられ耐力が安
ンクリート基部の軸方向筋が座屈を始めたと考えられる.
定しない曲線となった.
しかし,補強を施した供試体では,横拘束筋間隔の違い
以上より,斜め載荷と同様に軸方向筋の座屈を抑える
による差異はそれほどみられなかった.これは,横拘束
ことで耐力特性を向上させることが確認できた.しかし
筋間隔に関係なく,コンクリート基部の軸方向筋は RC
矩形載荷では,斜め載荷と到達する点は同一であるが,
柱と比較して大きな座屈を生じていないことを示してい
異なる載荷軌跡であるため,耐力の低下がより早い経路
る.
で生じている.特に SFRC 柱では,不安定な耐力の挙動
矩形載荷下での 4 種類の RC 柱の累積吸収エネルギー
を示した.上記を考慮し,矩形載荷では通常の RC 柱の
-累積変位関係(図-11)では,RC 柱(図-11(a))は
s = 65 mm および X 字型 RC 柱の s = 65 mm で高い耐力特
おおよそ累積吸収エネルギー7,000 kN・mm から分岐し
性を得ることができた.
ている.X 字型 RC 柱(図-11(d))では,11,000 kN・
3.3 累積吸収エネルギー-累積変位
mm から分岐しており,RC 柱に比べて累積エネルギーの
斜め載荷ならびに矩形載荷下での 4 種類の供試体(そ
差は多かった.SFRC 柱および十字型 RC 柱では,横拘
れぞれ 4 体)での,累積吸収エネルギー-累積変位関係
束筋間隔に関係なく,同様の傾向を示す.
を図-10 (a)~(d) ならびに図-11 (a)~(d) 示
す.
3.4 破壊性状
4 種類の供試体に共通して,累積変位が約 500mm(図
一例として,斜め載荷および矩形載荷でのコンクリー
中の点線)において,横拘束筋間隔の差が少なく,斜め
トの剥落や軸方向筋の座屈などにより破壊性状が異なる
載荷よりも矩形載荷での累積吸収エネルギー量が多く,
と考えられる-16δy 時点での 4 種類の RC 柱(s = 65 およ
累積吸収エネルギー量は軸方向筋の補強よりも載荷経路
び 120 mm)の破壊状況(+X 方向からの状況)を写真-
による依存性が高いことが分かる.
2,3 および写真-4,5 に示す.4 種類の RC 柱すべてに
RC 柱において,斜め載荷(図-10(a))では累積変
おいて,斜め載荷(写真-2,3)では,コンクリートの破
位が約 400mm(載荷履歴<-8δy→+8δy>),矩形載荷(図-
壊領域は,載荷方向に沿った隅角部に集中して生ずる.
11(a))では約 700mm(載荷履歴<+8δy→-16y>)付近ま
矩形載荷(写真-4,5)では,載荷方向が X 方向および Y
での挙動は概ね一致しているが,それ以降の大変位領域
方向と様々であるため,全面のかぶりコンクリートが剥
では,横拘束筋間隔の違いにより徐々に吸収エネルギー
落し,斜め載荷に比べ破壊域が広くなった.
RC 柱および中間補強筋を配筋した RC 柱では,矩形載
に差異が生じ始める.すなわち,横拘束筋間隔が短いも
荷の方がコンクリートの損傷が大きいが,SFRC 柱では,
のほど累積吸収エネルギー量が大きい.
十字型 RC 柱において,斜め載荷(図-10(c))およ
斜め載荷も矩形載荷も基部での剥落で留まっている.ま
び矩形載荷(図-11(c))では,横拘束筋間隔の違いに
た,かぶりコンクリートの剥落領域については,横拘束
よる差異がそれほどみられない.
筋間隔の違いによる差異は顕著ではなかった.
293
(a) RC 柱
(b) SFRC 柱
(c) 十字型 RC 柱
写真-2 斜め載荷での破壊状況( s = 65 mm ; -16δy)
(b) SFRC 柱
(a) RC 柱
写真-3
(a) RC 柱
(a) RC 柱
(d) X 字型 RC 柱
(d) X 字型 RC 柱
(c) 十字型 RC 柱
斜め載荷での破壊状況( s = 120 mm ; -16δy)
(b) SFRC 柱
(c) 十字型 RC 柱
(d) X 字型 RC 柱
写真-4 矩形載荷での破壊状況( s = 65 mm ; -16δy)
(b) SFRC 柱
(c) 十字型 RC 柱
(d) X 字型 RC 柱
写真-5 矩形載荷での破壊状況( s = 120 mm ; -16δy)
RC 柱では,ほとんどの軸方向筋で座屈が確認された.
斜め載荷および矩形載荷ともに中間補強筋を配置し
た RC 柱のコンクリート破壊領域は,RC 柱よりも大きく
なく,中間補強筋の配筋された部分では,軸方向筋の座
4.まとめ
屈を確認することができなかった.しかし,SFRC 柱で
は基部のひび割れのみが大きくなっていく結果が得られ
1) SFC にはかぶりコンクリートの剥落を抑制する効果
た.これは,SFC は引張強度が高く,SFRC 柱の方が RC
があるため,RC 柱に比べ SFRC 柱の軸方向筋の座屈
柱に比べてひび割れが分散することなく基部付近に損傷
抑制効果は向上した.しかし,SFRC 柱供試体では,
が集中したためと考えられる.
軸方向筋の座屈を確認する前に破断する場合が多か
った.
軸方向筋の座屈状況としては,斜め載荷下では,中間補
強筋を配筋した RC 柱および SFRC 柱ともに載荷方向の軸方
2) 中間補強筋を配筋した場合,大変位領域である 8δy
向筋のみで座屈が生じた.RC 柱ではそれ以外の座屈も確
の繰り返しにおいて耐力の増加がみられたが軸方向
認された.一方,矩形載荷下では,SFRC 柱を除く 3 種類の
筋の座屈も確認できた.SFRC 柱と同様に軸方向筋の
294
破断が多くみられた.
11)亀田好洋・鈴木森晶・水野英二:ポストピーク領域に
3) SFRC 柱供試体では,SFC の引張強度が普通コンク
おける鉄筋コンクリート柱の繰り返し耐荷特性に関
リートよりも 2~3 倍程度と高いため,基部付近にの
する実験的研究,コンクリート工学年次論文集,Vol.33,
み損傷が集中した.また,載荷経路による破壊状況
No.2, pp.199-204, 2011.7.
12)鈴木森晶,水野英二:繰り返し曲げを受ける RC 柱の
への影響は RC 柱供試体ほど顕著に現れなかった.
鉄筋座屈特性に関する実験的ならびに解析的研究,応
4) 中間補強筋を配した供試体では,軸方向筋の座屈を
用力学論文集, Vol.13, pp.331-342, 2010.8.
抑えるため,コンクリートの破壊進展を遅らせるこ
とができた.
13)鈴木森晶・水野英二:二方向繰り返し力を受ける RC
5) SFRC 柱では,ポストピーク領域にまで至る,コンク
柱の載荷履歴が変形性状に及ぼす影響に関する実験
リートの劣化特性および軸方向筋の座屈特性は横拘
的研究,土木学会論文集 A2(応用力学),Vol. 67,No.2
束筋間隔にそれ程影響されないため,横拘束筋間隔
(応用力学論文集 Vol.14),I_313-I_320, 2011.9.
が大きな柱の塑性ヒンジ化する部分の補強には有効
(受理
である.
6) 軸方向筋の座屈を抑制することでポストピーク領域
の急激な耐力の低下を抑えることができるが,過度
に抑えることで,軸方向筋の破断が生じる場合があ
る.
参考文献
1) 島弘,伊藤圭一,水口裕之:曲げ破壊型 RC 橋脚における
鉄筋座屈モデルによる靭性解析,コンクリート工学年次
論文集,Vol.12-2,pp.741-746,1990.
2) 水野英二,神戸篤士,畑中重光:各種構成モデルを用
いた RC 構造部材の繰り返し変形挙動解析,コンクリ
ート工学年次論文集,Vol.23,No.3,2001
3) 中村光,野口博,田辺忠顕:コンクリート構造物のポ
ストピーク挙動解析研究委員会報告,コンクリート工
学年次論文集,Vol.23,No.1,2001
4) 日本コンクリート工学協会編:コンクリート構造物の
ポストピーク挙動評価と設計への応用,2003.
5) 西垣太郎,水畑耕治:鋼繊維補強鉄筋コンクリート柱
の低サイクル疲労に関する実験的研究,日本建築学会
論文報告集,第 399 号,pp.20-32,1984.5
6) 社会法人,鋼材倶楽部,スチールファイバー委員会:
スチールファイバーコンクリートの手引(第 3 版),
1998.10
7) 例えば,須田久美子ら:交番繰返し荷重下における柱
筋の座屈挙動,コンクリート工学年次論文報告集,
Vol.16, No.2, pp.467 – 472, 1994.
8) 例えば,木村秀樹ら:鋼繊維を混入した高強度コンク
リート RC 柱に関する実験的研究,コンクリート工学
年次論文報告集,Vol.25, No.2, pp.235 – 240, 2003.
9) 亀田好洋ら:一方向繰り返し曲げを受ける鉄筋コンク
リート柱の変形特性に関する実験的研究,コンクリー
ト工学年次論文集,Vol.31, No.2, pp.139 - 144, 2009.7.
10)鈴木森晶・水野英二:繰り返し力を受ける RC 柱の破
壊領域での軸方向筋座屈性状に関する研究,コンクリ
ート工学年次論文集,Vol.32, No.2, pp.151 - 156,2010.7.
295
平成 25 年 3 月 19 日)