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設計因子を変数とした柱梁接合部曲げ終局モーメントの多変数解析

本章で柱梁接合部の曲げ終局モーメントMjuに影響を与える因子(梁のPC鋼材量、柱主筋量、柱軸力および接合 部横補強筋)を変数として Mjuを計算し、柱・梁部材の曲げ終局耐力の計算値と比較することで、柱梁接合部降伏 破壊の発生有無の可能性を理論的に検討した。検討対象は平面試験体PCJ07とPCJ08とした。柱曲げ終局耐力Mcu

はソフトウェア Response-2000 を用いて平面保持を仮定した断面解析により算出した。梁曲げ終局モーメント Mbu

は平面保持を仮定した断面解析によって算出した。その際、PC 鋼材とコンクリートとのあいだのひずみ適合係数

F 値)は0.1 とし、PC 鋼材およびコンクリートの応力度-ひずみ関係には材料試験結果を用いた。

第 1 節 梁の PC 鋼材量

表 4-1-1は試験体PCJ07及びPCJ08 と同じ柱配筋を有し、各々の梁PC鋼材量を変数とした仮想試験体に おける各部材の曲げ終局耐力の計算結果を示す。仮想試験体はPC鋼材降伏点荷重の0.8倍の力を初期張力と し、上下のPC 鋼材に導入した。各PC鋼材の弾性限界時の応力度は,φ23の実験結果と同一の949MPaとし た。

梁内のPC鋼材径が約57%を増大すると、梁曲げ終局耐力が約92%を増やし、柱梁曲げ耐力比が約48%を減

少し、PCJ07を基準として仮想試験体の接合部曲げ終局耐力が約12%増加し、PCJ08を基準として仮想試験体

の接合部曲げ終局耐力が15%増加する。接合部曲げ終局耐力の増分梁曲げ終局耐力の増分より小さいので、接 合部降伏破壊が発生する可能性が高くなると考える。

表 4-1-1 PC 鋼材量を変数とした場合各部材終局耐力の計算結果 (a) PCJ07を基準

(b) PCJ08を基準

φ23 φ26 φ29 φ32 φ36

At [mm2] 415.5 530.9 660.5 804.2 1018

σel [N/mm2

Tel [kN] 394 504 627 763 966

Tb1 [kN] 394 504 627 763 966

Tb2 [kN] 394 504 627 763 966

ΣMcu′[kNm] 642 642 642 642 642

ΣMbu′[kNm] 307 378 443 518 589

min (ΣMcu′,ΣMbu′) [kNm] 307 378 443 518 589

柱梁曲げ耐力比 2.09 1.70 1.45 1.24 1.09

Mj0 [kNm] 203 225 244 259 268

⊿Mj1 [kNm] 110 106 101 96 88

⊿Mj2 [kNm] 41 41 41 41 41

Mju [kNm] 354 372 386 396 398

Mju/min (ΣMcu′,ΣMbu′) 1.15 0.98 0.87 0.76 0.68

破壊モード 梁曲げ破壊 接合部降伏破壊 接合部降伏破壊 接合部降伏破壊 接合部降伏破壊

949

φ23 φ26 φ29 φ32 φ36

At [mm2] 416 531 661 804 1018

σel [N/mm2

Tel [kN] 394 504 627 763 966

Tb1 [kN] 394 504 627 763 966

Tb2 [kN] 394 504 627 763 966

ΣMcu′[kNm] 415 415 415 415 415

ΣMbu′[kNm] 306 378 443 518 589

min (ΣMcu′,ΣMbu′) [kNm] 306 378 415 415 415

柱梁曲げ耐力比 1.36 1.10 0.94 0.80 0.70

Mj0 [kNm] 157 179 198 214 224

⊿Mj1 [kNm] 114 110 105 100 93

⊿Mj2 [kNm] 42 42 42 42 42

Mju [kNm] 313 331 346 356 359

Mju/min (ΣMcu′,ΣMbu′) 1.02 0.87 0.83 0.86 0.86

破壊モード 梁曲げ破壊 接合部降伏破壊 接合部降伏破壊 接合部降伏破壊 接合部降伏破壊

949

第 2 節 柱主筋量

表 4-1-2は試験体PCJ07及びPCJ08 と同じ梁配筋を有し、柱主筋量(本数)を変数とした仮想試験体に おける各部材の終局耐力の計算結果を示す。

PCJ07を基準として仮想試験体(4-D22)柱主筋が1.5倍に増やし、柱梁曲げ耐力比が約54%を増加し、

接合部曲げ終局耐力が約 9.8%しか増やさない。PCJ08 を基準として仮想試験体(8-D13)柱主筋が0.75倍 に増やし、柱梁曲げ耐力比が約23%を増加し、接合部曲げ終局耐力が約18%しか増やさない。以上のことよ り、柱主筋が接合部曲げ終局耐力に与える影響が小さいと考える。

4-D22 6-D22 8-D22 10-D22

Tc1 [kN] 348 348 521 695

Tc3 [kN] 348 348 521 695

ΣMcu′[kNm] 483 542 642 743

ΣMbu′[kNm] 306 306 306 306

min (ΣMcu′,ΣMbu′) [kNm] 306 306 306 306

柱梁曲げ耐力比 1.58 1.77 2.10 2.43

Mj0 [kNm] 189 180 203 220

⊿Mj1 [kNm] 104 114 110 105

⊿Mj2 [kNm] 42 41 41 42

Mju [kNm] 334 335 354 367

Mju/min (ΣMcu′,ΣMbu′) 1.09 1.10 1.16 1.20

破壊モード 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊

柱断面

8-D13 10-D13 14-D13

Tc1 [kN] 140 187 281

Tc3 [kN] 140 187 281

ΣMcu′[kNm] 385 415 473

ΣMbu′[kNm] 306 306 306

min (ΣMcu′,ΣMbu′) [kNm] 306 306 306

柱梁曲げ耐力比 1.26 1.36 1.55

Mj0 [kNm] 148 157 174

⊿Mj1 [kNm] 115 114 112

⊿Mj2 [kNm] 42 42 42

Mju [kNm] 304 313 328

柱断面

表 4-1-2 柱主筋量を変数とした場合各部材終局耐力の計算結果 (a) PCJ07を基準

(b) PCJ08を基準

第 3 節 柱軸力

表 4-1-3は試験体PCJ07及びPCJ08 は柱・梁ともに同じ配筋を有し、柱軸力を変数とした仮想試験体に おける各部材の終局耐力の計算結果を示す。

PCJ07を基準として柱軸力が800kNから0までに減少し、柱梁曲げ耐力比が約25%を減少し、接合部曲

げ終局耐力が約6%減少する。PCJ08を基準として柱軸力が0までに減少し、柱梁曲げ耐力比が約47%を減 少し、接合部曲げ終局耐力が約 21%減少する。以上のことより、柱軸力が接合部曲げ終局耐力に与える影響 が小さいと考えられる。

Nc [kN] 0 262 524 800

軸力比 0 0.05 0.1 0.15

ΣMcu′[kNm] 482 542 601 642

ΣMbu′[kNm] 306 306 306 306

min (ΣMcu′,ΣMbu′) [kNm] 306 306 306 306

柱梁曲げ耐力比 1.57 1.77 1.96 2.10

Mj0 [kNm] 203 209 209 203

⊿Mj1 [kNm] 84 97 106 110

⊿Mj2 [kNm] 46 44 43 41

Mju [kNm] 332 350 358 354

Mju/min (ΣMcu′,ΣMbu′) 1.08 1.15 1.17 1.16

破壊モード 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊

Nc [kN] 0 265 530 800

軸力比 0.00 0.05 0.10 0.15

ΣMcu′[kNm] 220 281 350 415

ΣMbu′[kNm] 306 306 306 306

min (ΣMcu′,ΣMbu′) [kNm] 220 281 306 306

柱梁曲げ耐力比 0.72 0.92 1.14 1.36

Mj0 [kNm] 137 147 153 157

⊿Mj1 [kNm] 66 85 101 114

⊿Mj2 [kNm] 44 43 43 42

Mju [kNm] 247 275 297 313

Mju/min (ΣMcu′,ΣMbu′) 1.12 0.98 0.97 1.02

破壊モード 柱曲げ破壊 接合部降伏破壊 接合部降伏破壊 梁曲げ破壊

表 4-1-3 柱軸力を変数とした場合各部材終局耐力の計算結果 (a) PCJ07を基準

(b) PCJ08を基準

第 4 節 接合部横補強筋

表 4-1-4は試験体PCJ07及びPCJ08 は柱梁曲げ耐力が一定の場合、接合部横補強筋を変数とした仮想試 験体における各部材の終局耐力の計算結果を示す。

試験体PCJ07を基準として、接合部横補強筋7.6倍に増加すると、接合部曲げ終局耐力が21%しか増加し

ない。試験体PCJ08を基準として、接合部横補強筋7.6倍に増加すると、接合部曲げ終局耐力が24%しか増 加しない。以上のことより、接合部横補強筋が接合部曲げ終局耐力に与える影響が小さいと思う。

表 4-1-4 柱軸力を変数とした場合各部材終局耐力の計算結果 (a) PCJ07を基準

(b) PCJ08を基準

Thy [kN] 147 263 412 401 717 1124

接合部横補強筋比 [%] 0.284 0.508 0.796 0.284 0.508 0.796

σy [N/mm2

ΣAt [mm2 426 762 1194 426 762 1194

ΣMcu′[kNm ΣMbu′[kNm

min (ΣMcu′,ΣMbu′) [kNm]

柱梁曲げ耐力比

Mj0 [kNm 166 162 156 157 146 131

⊿Mj1 [kNm] 78 95 115 114 149 182

⊿Mj2 [kNm] 42 42 42 42 42 42

Mju [kNm 286 299 313 313 337 356

Mju/min (ΣMcu′,ΣMbu′) 0.94 0.98 1.02 1.02 1.10 1.16

破壊モード 接合部降伏破壊 接合部降伏破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊

941

415 306 306 1.36 345

Thy [kN] 147 263 412 401 717 1124

接合部横補強筋比 [%] 0.284 0.508 0.796 0.284 0.508 0.796

σy [N/mm2

ΣAt [mm2 426 762 1194 426 762 1194

ΣMcu′[kNm ΣMbu′[kNm

min (ΣMcu′,ΣMbu′) [kNm]

柱梁曲げ耐力比

Mj0 [kNm 212 208 203 203 192 177

⊿Mj1 [kNm] 74 91 111 110 145 177

⊿Mj2 [kNm] 41 41 41 41 41 41

Mju [kNm 328 340 355 354 378 396

Mju/min (ΣMcu′,ΣMbu′) 1.07 1.11 1.16 1.16 1.24 1.29

破壊モード 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊 梁曲げ破壊

2.10

345 941

642 306 306

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