4.レ66
4. マイクロクラック巾の規制に関する検討方針をまとめた。
技 術 基 準 改 訂 ゛ に 反 映 さ れ た 。
1 。従来の設計方法の考え方を外から見えるものとした。
4 。2 . 2 設 計 方 法
現場 で行われている設計方法を分析し て、改善すべき点 を明かにし、改善案を 作成し て、
実際のプ ロ ジェ クト を対象に試設計を行う。
（1 ） コン クリート形状
ロ ーラからの荷重 によりコン クリート に生じ る応力の分布はコン クリート 形状により 大 き く異な るので、対象となる形状を明 かにする必要があ る。図4.2 −1 は典 型的に異な る二つ の例を示す。 a . は放流管や取水管の呑みロ 上流面 に設置さ れた ゲート で、 発生応
a 。 呑 み ロ 上 流 面
荷重ド
図4 ．2
b . 戸 溝 内
‑ 1 コ ン ク リ ー ト 形 状
ベ ー﹇レ几︑ ご
lj：゛1｀ji1：︱ ︷
力 は荷重点 直下の荷重方向（点 線）の断 面で引張り 応力 が最 大とな る点 に特 徴があ る。こ の 様な応力 分布では、コンクリートの破断 はこ の断面に沿っ た分離か、この面 から若干傾 斜し た面 での剪断 であること が予想さ れる。 b . は戸湾内に設 置され たゲート で、発生応 力は戸溝 コーナを 含み荷重方 向よりも外 側に向い た面内（点 線）で引張り応力が最大とな る点 に特 徴があ る。こ の様な応力分布 では、コン クリート の破断はこ の断面に沿っ だ分離 であ ること が予想さ れる。戸溝は導水路内、 ダム クレ スト 沿い、堰 柱側面等に 設け られる。
ロ ーラ荷重 による戸 溝の変形は戸溝が設と されるコン クリ ート 周造物 の形、寸法、 設 置条 件などによ り異なるの で、コーナ付近の引張り応力の方向と 大きさも影 響を受け るが、そ の程度は量 の差であり、質的 には変わらないものと考えら れる。
4.2‑ 7
（2 ） 設計方法 の分析
戸溝か堰柱に設けられる場合を中心に論し、必要に応じて他の場合に言及する。図4 ．2
−2 は一般的な堰柱形状及びその断面を示す。図4.2 −3 はローラ荷重が戸当たりフ レームを介してコンクリート構造の中に分散して行く様子を示す。ローラとレールの接触
ダ
(i ）K 状
図4 . 2‑2 堰 柱 形 状 図4.2 −3 荷 重 の 分 散
面を通して戸当たり側に入った荷重は、（a) の水平面内では、戸当たりフレームのウェブ に向かってほぼ4 5 度の角度で集中度を高めながら進むが、一方、 （b）の垂直面内では同 じ角度で上下方向に分散するので、ウェブに到達した時点ではぞの集中度はウェブ材の降 伏点以下となっている。荷重は更にウェブの中を進行するが、戸当たりフレームがコン ク リートの柔軟性で荷重方向に挑むので、ウェブの剪m 剛性が圧縮剛性より大きくなり、結 局、荷重のほとんどが下流側フランジに到達する前にウェブのm 断力として上下方向に伝 達されるものと考えられる。ウェブの剪m 力は伝達途中で徐々に上下流フランジに吸収さ れ、フランジ裏面からコンクリート中に分散される。フランジのベアリング圧力は一般的
乱2‑ 8
に10〜30Kg/cn'程度である゛。コンクリート構造の強度設計はフランジのベアリング圧力 を設計荷重として行われる。幾つかの方法が現場に流れていて、荷重の大きさや最終需要 家のエンジニヤリング思想などにより選択されている。
①コンクリートの剪断応力を許容値以下に押さえる方法
図4.2 −4 はこの方法の説明図である。仮定した剪断滑り面上の剪断応力が許容値の 範囲に入るよう諸元を決定する方法である。設計作業は次のステップで進められる。
(1) 考えられる剪断破壊モード をリスト アップ する。
滑り面は荷重方向に平 行か図示の様に4 o 度傾斜 とす ることが多 い。二 次コンクリート が一 次コン クリ ードから剥離し た状 態も 含め る。
(2) リスト アップ された滑 り面 の剪断応力 を算 出する。
剪断応力は全断面 に沿っ て等しい と仮定す る。滑 り面の長さを単純 に合計し て剪断応力 を出すこと が多 い。
次 コ
A
図4.2 −4
B
B ,人 コ
(3) 算出さ れた剪断応力の最大値 が許容応 力の範囲に入るよう に諸 元を調整する。 許容応 力とし ては純剪断ないし引張りに対する値を用いる。
こ の方法は設計荷重 が小さい小形 ゲートに適用されること が多い 。引張 り応力が小さく、
特別の対応 を必要としないことが暗黙の前提となっている。無筋コン クリート の短期荷重 による破壊モードには剪断と分離があ る。剪断強度はコン クリ ート の結合力(cohei sion)及 び 摩擦力(friction) で構成されるとする考え方が一般的であり、破壊 が発生す る条件は滑 り 面上の剪断 応力T S及び垂直応力o nを使用し て次の式で表すことが できる 。式 から明か な様に剪 断強度は 材質に固有のものであ ると同時に圧縮応力の関数 であ る。戸 当たり荷重 の下 流側は圧縮応力が大きいので剪断強度的に有利 であ るこ とに注目する必要がある。
こ ミ フ ラ ン レ こしF・1 こ 戻べ ． フ ラ し二 て・衣 絹 庖 つ・リ: ここ 言r‑; ‑ 戈ぺ 凋 ご ■ ‑> マ Ξ ワ バ ・ 矩 つ と 考 え こ こn か 多y. っ 冥',*' ;こニyFI フ ラ ン ケ ．ン; 即 亨n る ち'■'' c '"^六 万 に 乱
4.2 − 9
r ‑ ご , ‑ ー , I ． j y ご y フ ― } 卜 : r。／ つ く し 宍 卜 ？ i ' ‑ ‑ 三 け
ノ ／ ／ ゛ ／ g ‑ 〆 二 I ．
゛ f ¥ ゝ S
てS＝C 十μa n
但し、C : 結合定数 ゛≒0.44 けc u ) μ: 摩擦定 数≒0.8 〜1.0 ff n: 圧縮の場合が正 値
‥ ‥(1)
これに対して分離に対する強度は材質だけに固有のものであり、破壊が発生する条件は分 離面の垂直応力a n を使用して次の式で表すことができる。二つの条件式は剪断応力r xy
a n ＝引張 り破断強度 2≒ −0.22(f 。。)'.''＝−C ÷2 但し、C : 式(1) と同一定義
‥ ‥(2)
と圧 縮応力a X を用いて同一図面上に表 すことができる 。7 xy 、ax.t s、G nが図4 . 2C) に示す関 係にあ るものとし て、T s、an を7 xy 、a Xに置き換 え、r xy が極小 となる様 に図 に示した傾斜角φを設定する と、二 つの条件式は次 の様に書き かえられる 。図4 . 2
−6 は、μ＝1.0 に於け る、 両式の7 xy とa Xの関係を示し ている。
剪 断 破 壊 7 xy ＝C √l −（1 −a x／2C 卜 ÷（1 十μn
破
‥ ‥O ）
‥ ‥(4)
応力はC との比率で表されていて、C の大きさは、例えば圧縮強度がシリンダー状の試験 片で210Kg/cn^の場合は、18Kg/cド 程度である。二つの応力で定まるグラフ上の点が二つの
曲線と横軸で囲まれた領域にあれは破壊は起こらず、周辺に近付いて最初に接した曲線が どちらであるかにより破壊モードが決まる。コンクリート中の応力分布が算出されていれ ば、式(1)及び(2)、又は、式(3)及び(4)の値から定まる許容応力度に対して設計を行うこ とができる。今述べている剪断応力による設計法では、応力分布を弾性的に算出する代わ りに、コンクリートが剪断モードで破壊するとし て滑り面を仮定し、この面に沿つだ剪断
11 文ii 二 丿 」 つΞ7 耳 。 凪 、jl ￡と 心1一万F 。ヱ μ ぐ つ 汪Ti§強 溌" こ よi 。 ン‥. レ,' ait 斜 片 の 強 温 か コ" ノグ しに 一r‑ ご Ξs^^ 引 割 こ 近‑. : うr, 強 厦 ぶ 二三さ こ 捉 莱 こづト ここ・ 哩 人 き な!ia を 示 す 。J')
゛2 ニ'rat づ ヤ」ジ 殺
4.2‑ 10
応 力を算 出し て、その値を純剪断 乃至引張りに対する許容応力値で 照査し ている 。荷重 方
→ 「
図4.2 −5
器ごっこ '＾ OJ ︱ ︱ ■7>I1
− ２
0.8
[^ Tj li> ‑rr C＾ . ＼i
■zg Q CD ca (3 <:3 o
9
ロ ン グ リ ート のに: ゑ条 将
（u ＝I . 0)
1
垂M 応力 ／C
‑ 剪断居 嗜 ・・‑う 遥SJがO 図4.2‑6
5
向の滑り面は式(1) に於いてa n ＝0、即ち、剪断強度が最も弱い面に近く、45度方向の滑 り面は単純な軸圧縮状態で剪断応力が最大となる面である。剪断応力の簡略化した算出方 法は安全側の結果を与える。応力照査に用いる純剪断の許容応力は式(1) に於いてa n に よる剪断強度の上昇を期待しない場合に相当する。引張りに対する許容応力は純剪断応力 状態での引張り応力が剪断応力に等しいことに対応している。従って、この設計法は非常 に安全側の結果を与える可能性が高いが、一方、前提としている破壊モードが必ずしも実 際と一致しないと言う大きな矛盾がある。剪断応力による設計法は、発生応力が小さい場 合の簡便法としての価値はあるものの、負荷能力の限界を見極める為の工学的手段とはな り得ない。
つ 引 張 り 応 プJを ア ン カ ー ボ ル ト ／ 鉄 筋 が 受 け 持 つ 方 法
［⊇ −1 ］戸溝内ゲートの場 合（図1 b)
図4 . 2 −7 はこ の方法の説明図である。ローラ位置を実績式 で決 めることによりコン クリ ート 応力の大きさ を抑 制し、!
。
次コンと2 次コンの境界に 沿っ た引張り応力を アンカ ーボルト で受け持たせる方法 である（ 。設 計作業 は次の ステップで進められる。≫ ご ゝ
‑・ 心 i 〃 J j ・
ミ
＝ 1 〃 〃
き ー．・ −一 一 へ y
4.2‑ ロ
(1) 戸溝内 のローラ位置を、荷重 の大きさ にも とづいて、 次の式で決める。
b ＝20 十〇。lp
但し 、b ： 堰柱側面からローラ荷重中心迄 の距離
（en ）
P: ローラ荷重（トン）
（2）1 次コン クリートと2 次コン クリ ート の境 界線 に 沿っ た引張り応力 の積分値に 見合っ た断面を持つ アンカーボルトを配置する（図7 参照）。積分値 は、実績から、15 〜20トン／m 程度とし てよいこと がわ かっ ている。もし コ ―ラ位置が式（5 ）の値か らずれ ている場合は、設計荷重と コ ―ラ位置に対 応する荷重の比を上述の実績値に乗じ る。
図4.2 −7
… ・(5)
二 次 コ ン
／= ￣
一 次 コ ン マ
(3)荷重点下流側の剪断強度の吟味は省略できる。但しローラ位置が式(5) と著しく異な る場合は応力解析を行い、式(1)乃至(3)を用いて照査する。
この方法は広い範囲の荷重に対して適用でき、設計現場で最も広く使用されている。式(5) は実績式であり、ローラ位置がこの範囲にあれは戸当たりフレーム位置及びコンクリート の打ち継ぎ線上の応力値に大きな差が無く、応力の積分値が上に示した範囲内にあること が確かめられている。荷重点下流の応力分布についても詳細な解析を2 例行い、剪断強度 に余裕があることを確認している。コンクリートの内継ぎ線に沿ったアンカーボルト配置 はこの線上でマイクロクラックが発生することが前提にあると理解すべきである。この方 法を負荷能力の向上と言う長期的な視点から見直した場合、アンカーボルトを使用してい ること及び実績式であることが本質的制約であ る考えざるを得なく、叉、その前提が実際 の破壊モードと必ずしも一致しない矛盾点を持っている。
［:ふ一2 ］呑 み口上 流面ゲート の場合（ 図1 a ）
クラッ クが 発生す ると考えられる荷重直下の断 面の引張り応力を 鉄筋 で受け 持たせる方
4.2‑ 12