軸力・二軸曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の弾 塑性解析方法
著者 松本 進
雑誌名 鹿児島大学工学部研究報告
巻 26
ページ 171‑184
別言語のタイトル Analytical study of reinforced concrete
members subjected to axial forces and bi‑xial bending moments
URL http://hdl.handle.net/10232/11261
軸力・二軸曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の弾 塑性解析方法
著者 松本 進
雑誌名 鹿児島大学工学部研究報告
巻 26
ページ 171‑184
別言語のタイトル Analytical study of reinforced concrete
members subjected to axial forces and bi‑xial bending moments
URL http://hdl.handle.net/10232/00004550
弾塑性解析方法
松 本 進 (受理昭和59年5月31日)
ANALYTI('ALSTn)YOFREIIW()R(、EI)('(((、RETEMEMBERSsIBJE(、TEI)T()
AXIALFOR(ESA刑)Bl−AXIALBENI)IMiMOMEXTS
SusumuMATSUMOTOInthispaperananalyticalmethodfordeterminingandthenumericalresultsontheaxialforce a n d b i ‑ a x i a l b e n d i n g m o m e n t o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e m e m b e r s w e r e s t u d i e d ・ F i r s t , a c o m p u t e r p r o g r a m w a s d e v e l o p e d b a s e d o n t h e e l a s t o ‑ p l a s t i c t h e o r y u s i n g t h e e q u i l i b r i u m e q u a t i o n s o f h o r i ‐ zontalforcesandbendingmoments・Secondly,themechanicalcharacteristicsofthemembers wereexaminednumericallybytheabovecomputerprogramundervariousfactors・Fromthere‐
sultsobtainedbythisanalysis,themechanicalcharacteristicsofreinforcedconcretememberscan b e b e t t e r u n d e r s t o o d , b o t h q u a l i t a t i v e l y a n d q u a n t a t i v e l y .
1 . 緒 言
鉄筋コンクリート構造物が任意の方向から地震外力 を受けると,一般的にはこの種の問題は軸力・二軸曲 げの問題となる。この種の研究としては,1950年代頃 から鉄筋コンクリート柱の耐力に関する研究等で数多 く行なわれており,欧米においてはこれに対する設計 方法が実用的に確立されている。しかしながら,これ らの研究は常時荷重を念頭においたものであって,地 震荷重を対象にしたものではなかった。また,比較的 最近発生したサンフェルナンド地震や十勝沖地震によ って,軸力・二軸曲げが原因と考えられる鉄筋コンク リート柱の破壊が多数見受けられ,これが引金となっ てここ10年の間に軸力・二軸曲げを受ける鉄筋コン クリート部材の実験・研究がかなり活発に行なわれる よ う に な っ て き た 。
軸力・二軸曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の解 析で一番大きな問題点としては,外力の作用方向と中 立軸を結ぶ線が必ずしも一致しないことや軸力・二軸 曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の破壊曲面が軸 力・一軸曲げから得られる破壊曲面の回転曲面とはな らないことが挙げられる。この様な問題に対して多く
の研究者が研究を行い,それぞれに良好なる成果を収 めているものの,現在までの所統一された成果を出す までには至っていないように見受けられる。
本研究では,上記の事1盾に鑑み最近手軽に利用が可 能となってきたマイコンを利用して,まず軸力・二軸 曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の弾塑性領域まで を含めた解析プログラムを作成し,さらにこの解析プ ログラムによって軸力・二軸曲げに及ぼす諸要因につ いて詳細に検討を行い,鉄筋コンクリート部材のこの 種の力学的特性を解析的に明らかにするものである。
2.解析方法
2.1解析に用いた仮定
解析をするに当っては以下の仮定を用いた。
(1)鉄筋とコンクリートには平面保持が成立する。
(2)コンクリートの引張応力は無視する。
(3)コンクリートの応力・歪曲線は図−1に示す ような2次曲線と直線から成るものを用いた。
(4)鉄筋の応力・歪曲線は図−2に示すようなパ
イ・リニヤ型のものを用いた。
2 . 2 解 析 方 針
鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 2 6 号 ( 1 9 8 4 )
る。最終的には,鉄筋およびコンクリートのそれぞれ の内力ならびに曲げモーメントを計算し,内力による 偏心量が外力による偏心量eに等しくなるまで,中 立軸Jcを適当に変えて計算を繰返し,等しくなれば
この時の軸力と曲げモーメントが偏心量eおよびコ ンクリート歪Eccとなる場合の求める軸力と曲げモー メントになるわけで,この様な方法を繰返し計算する ことによって解析することにする。
一般に,鉄筋コンクリート部材に軸力・二軸曲げが 作用すると,軸力の大きさならびに二軸曲げの比率に よって中立軸が図−3に示した様に断面主軸に対し てある角度αを有することになる。そこで,まず任 意の中立軸の角度αを設定し,次に中立軸垂直方向 に偏心量eを与える。さらに,内力の大きさを決定 するためにコンクリートの最外縁の圧縮歪EC、を与え
図3軸力・二軸曲げを受ける場合の歪および内力 6 。
つ C 二 〔 > ⑤
いい山匡﹄の
O C 二 D C
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STRAIN
E ィ
図 − 2 鉄 筋 の 応 力 ・ 歪 曲 線 図 − 1 コ ン ク リ ー ト の 応 力 ・ 歪 曲 線
172
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図 − 4 鉄 筋 の 内 力
2 . 3 解 析 方 法
(1)鉄筋に作用する内力および曲げモーメント 図−4に示した様に,断面内にある鉄筋に1.…
72の番号をつけ,断面の右上隅を原点としたXY座 標系を考え,各鉄筋位置は(jcj,Z/ )で与えられてい るものとする。いま,コンクリートの最外縁の歪Ecc と任意の〃は与えられているものとすると,中立軸 が X 軸 お よ び Y 軸 と そ れ ぞ れ を き る 切 片 の 大 き さ GZAIおよびIHTAは図形の性質から簡単に求まる。
そこで,任意点にある鉄筋の歪ES ならびに軸力Ns はこのgcc,GZAIおよびIHTAを使えば次式の様に
表わせる。. " =" × ( ' 一 百 芸 画 一 耐 ; f 7 r ) − ①
N s = A s × E S × E S 一 ② 従って,鉄筋による総軸力N$はこれらの総和であ るので,次式となる。
N s = z N s
Z=1③
次 に , 図 心 に お い て X 軸 お よ び Y 軸 ま わ り の 鉄 筋 の曲げモーメントをMsxおよびMsyとすると,Msx およびMsyは次式で求められる。
M霞x=妻N鋤*(号‑")−④
M鋤=妻M(号一難)一J⑤
よって,任意のXY方向の鉄筋の曲げモーメント Msxyは④と⑤から簡単に求められる。
Msxy=,/而宝7辛而冒了−−⑥
(2)コンクリートに作用する内力および曲げモーメ
ント
図−5に示した記号に従って,コンクリートの内 力NCを求めると,一般的には次式で表わせる。
N・=ノrb…山=剤…町ルルー⑦
次に,圧縮縁からN・の作用位置までの距離をZ/
とすると,次式で求まる。
‐(妾)鯉Jr""ルル"。
Z/=〃一
一⑧
NC
X
蕉
今でP 丞三
妙
図−5コンクリートの内力
また,コンクリートカNCの作用位置は中立軸に平 行 で あ り , 図 − 5 中 の 線 分 7 而 上 に 分 布 し て 作 用 す るとすると,その合力の作用位置GXYはJc,z/なら び に α を 使 う こ と に よ り 幾 何 学 的 に 求 ま る 。 そ の 重 心位置を(GX,GY)とすると,図心におけるX軸 およびY軸まわりの曲げモーメントMcxおよびMcy は次の様に与えられる。
M 、 x = N ・ × ( 号 ‑ G Y ) ⑨
174 鹿児島大学工学部研究報告第26号(1984)
M " = N ・ * ( 号 一 G X ) 一 一 一 一 一 ⑩ 従って,XY方向のコンクリートの曲げモーメント Mcxyは次のように求められる。
M c x y = , / 応 冒 手 而 E ア
、
−−−−⑪
r l u
[ASE1
桑 J , 、 平
〔ASE3 N[Z
〃尋ミ</25
〔ASE2
〔 1
拳
〔 A S E 喪
FT 〔 A § 砦 x L 、 順
、
、
図−6コンクリート内力の計算ケース
上記したコンクリートの内力ならびに曲げモーメン トの求め方は中立軸がX軸およびY軸と切る切片 GZAIおよびIHTAがそれぞれ断面の幅Bおよび高 さHよりも小さい場合にのみ適用可能のものである。
実際には,軸力の大きさと中立軸の角度αによって,
図−6に示したように5ケースの計算組合せができ ることになる。従って,コンクリートの内力の計算に おいて,各ケースに応じてコンクリートの内力を正確 に求めねばならず,この点が実際上極めて繁雑となり,
軸力・二軸曲げの解析を難しくしている点でもある。
例えば,CASE2の場合についてコンクリート内力を 求める手順を図−7を参考にして,示してみると,
険
ミ ミ 病 ; f
フq710 匂
計算ケースの一例
同図より明らかなようにコンクリートの内力NCは
△OBDに作用するコンクリート内力NCCから
△ABCに作用すると考えられるコンクリート合力 Nclを差引けば求められる。従って,各三角形に作用 する合力,作用位置ならびに曲げモーメントは基本的 には⑦⑧⑨⑩式を使うことが可能となる。なお,この 場合△ABCの合力Nclを求めるに当ってはA点の 歪Eclが判っておく必要があるが,これについてはA 点の座標がX−Y座標系でみれば(B 0)であるの で,①式の考えを利用すると,次式のように求められ
る。
"=喧嘩×(,一命‑市)−⑫
従って,他のケースについても基本的にはそれぞれ に応じて三角形に作用するコンクリートの内力の組合
せ か ら 正 し く コ ン ク リ ー ト の 内 力 N C を 求 め る こ と ができることになる。なお,曲げモーメントの求め方に ついても,内力同様にして⑨⑩⑪式を用いて求めるこ
とができる。
2 . 4 解 析 手 順
図−8は軸力・二軸曲げを受ける鉄筋コンクリー
ト部材のフローチャートを示したものである。基本的
には中立軸の角度α,外力による偏心量eおよび任
意のコンクリート歪Eccに対して,まず中立軸gcを
適当に仮定する。なおこの最初のgcの設定について
は外力の偏心量eの大きさによって適当に設定して
やる必要がある。そこで,このどccと工を仮定した
上で鉄筋ならびにコンクリートの軸力および曲げモー
メントを2.3で述べた方法により計算し,内力によ
る偏心量e2を求めてやり,この値が設定した外力の
偏心量eにある精度で等しくなるまで,中立軸〃の
・ ・ 軸 の 角 展 の設定
L<夢〉
寒参
NO
mJN2 趨 践
YES図 − 8 フ ロ ー チ ャ ー ト
大きさを変えて計算し,等しくなればこれがこの場合 の求める答えとなる。以下,同様にしてEccを変えた 場合,外力の偏心量eの設定仕直しならびに中立軸 の角度αの設定を仕直した場合について,上記の手 順を同様に繰返し計算すればよい。本解析で用いたマ イコンはパナソード社のM343であり,本研究で開 発されたプログラムを一般に開放するために巻末に付
録としてのせる。2 . 5 記 号 の 説 明
文中ならびに図中に使用した記号の説明を以下に示
す。α:中立軸が勿軸となす角度 Ecc:コンクリートの最外縁の歪 ES :j番目の鉄筋の歪 Nsj:j番目の鉄筋の内力 As :j番目の鉄筋の断面積 ES :j番目の鉄筋の弾性係数 Ns:鉄筋内力の総和
Msx,Msy,Msxy:鉄筋の図心におけるX軸,Y 軸 お よ び X Y 軸 ま わ り の 曲 げ モ ー メ ン ト
NC:コンクリートの内力の総和
NCC,NCI,Nc2,Nc3:図−6中の各ケースに対応 する内力
ぴcシ:中立軸から任意の距離z/におけるコンクリー
トの応力bg:任意の距離z/におけるコンクリートの幅 Ecg:任意の距離z/におけるコンクリートのひずみ z/:コンクリートの最外縁からコンクリート内力の
作用位置までの距離
Mx,Mcy,Mcxy:コンクリートの図心におけるX 軸,Y軸およびXY軸まわりの
曲げモーメントB,H:鉄筋コンクリート断面の幅および高さ GZALIHTA:中立軸がX軸およびY軸ときる
切片の長さ
e,e2:外力および内力による偏心量
3.解析結果
3 . 1 概 説2章で開発した軸力・二軸曲げの解析プログラムに よって,本章では軸力・二軸曲げに及ぼす種々の要因
(破壊曲面,鉄筋比,コンクリート強度,配筋方法)
の下で,それぞれについて数値計算を行い,軸力・二 軸曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の力学的特性を
明らかにするものである。N
1−F
Nb,Nb)
図 − 9 破 壊 曲 面
176 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 2 6 号 ( 1 9 8 4 )
3 . 2 破 壊 曲 面 お よ び 釣 合 い 破 壊 に つ い て
図 − 8 は 軸 力 ・ 二 軸 曲 げ を 受 け る 鉄 筋 コ ン ク リ ート部材の破壊曲面の一例を概念的に示したものである。
同図は縦軸に軸力,横軸に〃軸ならびにz/軸まわり の曲げモーメントをとり,三次元的に表現したもので ある。一般的には,軸力が零の場合のMr−Mg面上 の曲線が二軸曲げ破壊曲線となり,N−Mcまたは N−M遡面上の曲線が軸力・一軸曲げ破壊曲線となり,
この二軸曲げ破壊曲線と軸力・一軸曲げ破壊曲線の間 にある無数の曲線群が軸力・二軸曲げ破壊曲面を構成 することになる。この破壊曲面はつりあい破壊曲線を 境にして圧縮破壊と引張破壊に分れることになる。軸 力・二軸曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の設計や 解析において,上述したつりあい破壊曲面が極めて重 要なものとなる訳で,緒言でも述べた様にこの曲線は 軸力・一軸曲げ破壊曲線の回転曲線上にはのらず,
M工とMgの比率が1の場合にMェ2+Mg2=MEg2を成 立させる円よりも一般には小さくなり,この小さくな る低下割合は図中でも示しているように,つりあい軸 力上で一番大きくなる。そこで,この低下割合につい て更に詳しく数値計算によって検討した一例が図−
10である。図中,点線はM垂2+Mg2=Mェy2を成立さ せる破壊曲線を示しており,実線は本解析によって得 られた破壊曲線である。同図より,明らかにM露/Mg が1に近い程低下の割合いが大きくMc/M勘がOに 近づくにつれて低下の割合が小さくなってくる。この
0 , 1 5
垂 0 . ' 0
m
、
× ヱ
0.05
0
0.0520.10 Hy/BHf[
0.15
図−10釣合い破懐時におけるMx,Myの相関
場合の最大の低下割合を調べてみると約15%程度で あり,この値はFergusonによって指摘された値と
ほぼ同じ値となった。
3 . 3 鉄 筋 比 の 影 響
土木学会基準では鉄筋コンクリート柱の鉄筋比とし ては,0.8%〜6%程度の鉄筋比になる様に規定され ているので,鉄筋比の影響を検討する目安の鉄筋比と しては,2,4,6%の鉄筋比を有する鉄筋コンクリー ト柱について数値計算を行った。図−11はこの計算 結果の一例を示したものであって,同図には釣合い軸 力時のM麺およびMシの相互作用図,軸力の作用して いない場合のMcおよびM3,の相互作用図および Mc/Mg=1の場合の軸力・曲げの相互作用図をのせて いる。同図(a)より釣合い破壊時のM錘,Mシの相関は 鉄筋比が大きくなるにつれて,曲げに対する抵抗も増 え,さらに相互作用を円とした場合からの低下率は同 様に鉄筋比が大きくなるにつれて大きくなる傾向が認 められる。同図(b)では軸力が作用していない場合のも ので釣合い破壊時の相互作用に比べると,かなり様相 が異っており,鉄筋比の大きさによっては相互作用を 円とした場合よりも大きくなる場合もあり,小さくな る場合もあることが見受けられる。同図(c)では鉄筋比 の増大に伴い軸方向耐力も大きくなると同時に曲げ耐 力も大きくなる傾向が明らかに認められる。また,鉄 筋比によって釣合い軸力も変化しているのが現われて
いる。3 . 4 コ ン ク リ ー ト 強 度 の 影 響
図−12はコンクリートの圧縮強度を200,300, 400kg/cm2の三種類に変化させた場合の数値計算結 果を示したものである。同図(a)よりコンクリートの圧 縮強度が大きくなるにつれて曲げ耐力も大きくなり,
同時に釣合い破壊に達するときの軸力も大きくなる傾
向が認められる。一方,軸力のないMc,M型の相互
作用は同図(b)よりコンクリート強度によって若干の差
があるもののほぼ同じであるとみられ,コンクリート
強度が鉄筋コンクリート部材の軸力・二軸曲げに及ぼ
す大きな影響は同図(c)よりも明らかな様に圧縮破壊領
域において著しく,軸方向耐力に大きな影響を及ぼし
ていることが認められる。なお,コンクリート圧縮強
度に応じてコンクリートの破壊歪の影響についても検
討してみたが,破壊歪による大きな相違はみられなか
った。
0 . 2 N y / E f H f 〔 0 . 4
0
(a)釣合い破壊時における
図 − 1 1 鉄 筋 比 の 影 響 0.4 ー
0.4
〜 へ
へ
、
、 5
Nb二56↑
f〔二400kq/〔、2
、 P ↑ 二 6 %
9/(;、ノーー
一 一 〔 二
ミ ー ミ X エ ミ ム
〜 へ
、
、
、
、
、
Nb f
〔
二48十
二300kq/〔nf
20
︺一律エ⑩︑×ヱ
知 邸、 ︑︑主 〜 KIuKIu
IIII
E︑↑︶×二 易 1 1 9 泳
Z
0 Hyけ.、) 5
(3)釣合い破壊時における M x , M y の 相 関
0 0 . 1 0 . 2
(〔)軸力,曲げの相関
、 、
!
M x , M y の 相 関
00.2Hy/Eh‑{f〔0.4
(b)軸力零時のMx,My
Hx1Hy(↑.、)
4 JOkrl
2
︵E↑︸×工
P ↑ 言 4 9 X 、
JOko20︺竺四へ×工
¥
↑二6%00km
〜ヘ、
P↑二2%
い I、 I
1 1
0
2 4(b)軸力零時のMx,My
の 相 関
f E 二 3 0 0 k 9 / 〔 m 2
斜 銑
100 1 5 0
0 5
(〔)軸力,曲げの相関
図−12コンクリート強度の影響 の 相 関
丘 = 4 0 0 k 9 / 〔 m 2
P↑二2%
−
2ナニ4%
Pナニ6%
←1 O
ー=
Nb
f 〔 = 2 0 0 k 9 / ㎡
印
一一一ヱ
b
3 . 6 解 析 に 用 い た 諸 元 に つ い て
178
0 0 . 1 0 . 2
(b)軸力零時のMx,My
本章の解析で用いた諸元をそれぞれの場合について 表−1に一括して示す。
3 . 5 鉄 筋 の 配 筋 の 影 響
0.3︑
︑
一一
鉄筋コンクリート構造物を設計する場合に,鉄筋量 が同じ場合であっても,コンクリートの打込みや施工 の関係から,鉄筋1本の大きさと本数の組合せに対 して同一の鉄筋量であってもかなり多くの組合せが考 えられる。本節ではこの問題を検討するために,図−
13に示した様に,鉄筋の中心とかぶりコンクリート の間隔を一定にしておいて,総鉄筋量が同一になる様 に鉄筋本数を4本,8本,12本,24本になる様に断 面を与えた場合の軸力・二軸曲げの解析を行った。図
−14は図中(a),(b),(c)いずれの場合も鉄筋本数を8 本以上にしておけば釣合い破壊時のM垂,Mシ相互作 用,軸力零時のMc,M,の相互作用ならびに軸力・
曲げの相互作用ともに大して差がないことが知れる。
なお,4本配筋断面に対して8本以上の配筋断面の方 が軸耐力ならびに曲げ耐力が低下する理由としては,
8本以上の鉄筋の配筋の場合にそれぞれの鉄筋を4等 分して断面の四隅でしかも鉄筋の重心位置に移した場 合を考えると,それぞれの重心位置は4本配筋の鉄 筋の重心位置より断面中心側に移行するからであると 考えられる。
の 相 陛
2100
︺ナエ︑︑×工
、 ! 、
0 0 . 1 Q 2
(a)釣合い破壊時における
Mx,Myの相関0.3
○ ○ ○
︾
一﹄︾
21
0J↑萄孟へ×工
二 s ミ 、 、
、
、
三 梯 M 、 1 I
鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 2 6 号 ( 1 9 8 4 )
N o . 1
NC,2図 − 1 4 配 筋 の 影 響
← ー
=
。 。 。 ◎
0 .
As二1.61
。(〔m2)。
◎ 。 ◎ 。
0 0 1 0 . 2
(〔)軸力,曲げの相関
N C , 3 N o . 4
oReinfordn9bQr
1.0
OAS二2.42○
k m 2 )
○ ○ ○
図−13鉄筋の配置
0,5
づH↑[
。 O 0 0 . 0 0
0 0
。 ◎
OAS二0.807。
:に、2):
。 ◎ 0 . . 0 0
表−1.解析に用いた諸元
雲 示 芸 引 弄 同 蘇 直 i W 粟
鉄筋量 ,t
図面番号
断面
3 7 8 0 k 9 / c 別 3 0 0 k 9 / 誠
0.002 0.00354×D13 3m
図−10
20×20cm図−11
20×20図−12
20×20図−14
22×224×D13
4×D13
4×4.84cd
8×2.42 12×1.61 24×0.813
3
2
4 . 結 言
本研究では,まず軸力・二軸曲げを受ける鉄筋コン クリート部材の解析プログラムを弾塑性領域まで含め た場合の水平力の釣合いとモーメントの釣合いから求 め,この解析プログラムによって鉄筋コンクリート部 材のこの種の力学的特性を種々の要因の下で検討を行 ったものである。本研究の解析の範囲で得られた結果 を以下に示す。
(1)釣合い破壊時の曲げ耐力Mc卿はM露,M創面上 の楕円と相似な形で表わされ,M瞳/Mツー1の場合で,
しかも通常使用される鉄筋比の範囲ではM"gの相関 をMc2十M3,2=M璽幽2の円とする場合に比べて,曲げ耐 力は最大で約15%程度低下する。
(2)軸力・二軸曲げに及ぼす鉄筋比の影響は極めて 大きく,鉄筋比が大きければ,曲げ耐力ならびに軸耐 力も鉄筋比に応じて大きくなるといえる。
(3))コンクリートの強度の影響は釣合い破壊軸力 よりも小さい場合にはほぼ影響が認められないが,釣 合い破壊軸力よりも大きい場合には顕著にその影響が 現われ,特に軸耐力に及ぼす影響は著しい。
(4)鉄筋の配筋の影響について検討した結果,一断 面当り鉄筋を8本以上配置した場合には配筋の影響 はほとんど認められず,実際問題として矩形断面を有 する鉄筋コンクリート部材で鉄筋を4本配筋するこ とは稀であるため,実用上は配筋の影響については考 慮しなくても良いものと考えられる。
300
200 300 400
300
0.002 0.0035 4410
2.1×106
0.002 0.0035 3780
1.8×106
0.002 0.0035 3780
1.8×106
謝 辞
本研究は,本学科学生山田昭浩君が昭和58年度に卒 業論文として取上げたものの一部を加筆訂正して仕上 げたものであり,計算結果の取りまとめには尽力して 頂いた。ここに,厚く謝意を表します。また,本学技 官前村政博氏には図面作製に多くの労力をさいて頂い た。文中にて謝意を表します。
参 考 文 献
l)岡村甫:コンクリート構造の限界状態設計法,共 立出版,昭和53年
2)小阪,森田:鉄筋コンクリート構造,丸善 3)岡田清:鉄筋コンクリートエ学,朝倉書店 4)嶋津孝之:鉄筋コンクリート柱の二軸・曲げせん 断耐力,コンクリートエ学,VoL21
5)R・PARK,T、PAULAY:Reinforced ConcreteStructures,JohnWiley&Sons,
1974
0)P.M、Ferguson:ReinforcedConcrete Fundamentals,AWileylntemationalEdi‐
tion,ThirdEdition
180
付 録
鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 2 6 号 ( 1 9 8 4 )
100/nN公LYSISOFBI−AX1QLBENOlNGRa弓ENYnNOnXmLFORCf l l O α T e r r o r g o t o ユ う 1 0
1 2 0 O p e n ■ L P : ‐ f o r o U t P u t a s f i l e l
l30D限ハS《ム)oDISx(ム),DISY(4)OEPSS(4)oEPSS1〈/0)ONS(ム)ORYNS(ム),R×NS(ム)
l ム 0 /
1ラOPrmtB10p●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●・●●●●●●●●・●・●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●‐
160Printglo■・・・・ANALYSISOF8I−AXIAL8ENOlNGF⑥可ENT のA×【QLFαそCE●●・●‐
1 7 0 P r i n t ロ 1 9 ■ ・ ・ ● 。 P R O G R A H N F m E − − F A 1 : 〔 R C 】 2 J 1 K 門 v 一 一 ● ・ ・ ・ P 1 8 0 P r i n t ロ 1 0 m ● ・ ・ ・ P R O G R A F m E D B Y S ・ H A T 虫 j F m T O ● ● ● ● 口 190Print■10画●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●■
2 0 0 P r i n t g l o 2 1 0 P r l n t m O 口 画 220/・・・・I卜PuTDIF医NSION●●●●
2 3 O R e a d B o H D F C o K 3
2 ム O P r i n t Q 1 0 B = ‐ ; B p 陣 H = ■ ; H , 画 F C = ‐ ; F C C ‐ K 3 = ‐ 6 K 3 2 ラ O D a t a 2 0 9 2 0 0 3 0 0 0 0 . 8 ラ
2 6 0 /
2 7 0 R ⑧ a d E P S O o E P S U o E P S Y D E S
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3 0 0 /
3 1 0 F o r J J 垂 1 t o ム ReadAS(JJ)
320,、 P r i n t m O ■ A S ( 画 ; J J ; 。 ) 工 。 ; A S ( J J ) ; 3 3 0 N e x t J J
3 ム O D a t a 1 . 2 6 7 0 1 . 2 6 7 , 1 . 2 6 7 0 1 . 2 6 7 コ ラ O P r i n t m O ■ ■
3 6 C /
3 7 0 F o r J = 1 t o ム ReadDISX(J)
3 8 0 P r i n t ロ 1 0 口 D I S x 《 ■ ; J ; ■ ) = ; D I S x ( J ) ; 3 9 0 N e x t J
ム O O D a t a 3 0 1 7 0 3 0 1 7 4 1 0 P T 1 n t ■ 1 0 毎 口 4 1 5 /
4 2 0 F o r J = 1 t o ム ム 3 0 R e a d O I S Y ( J )
ム ム O P r l n t ロ 1 0 画 D I S Y ( ■ ; J ; ● ) = 画 ; 、 I S Y ( J ) ; ム ラ O N e x t J
4 6 0 D a t a 3 0 3 0 1 7 0 1 7
& 6 ラ P r i n t q l D ■ ■ 4 7 0 ノ
ム 9 0 P r i n t ロ 1 0 . 画 ラ 0 0 ノ
ラ10/・・・・PREPQRATIONBEF唖ぞECALCULATIaW●●●●
う 1 ラ ノ
ラ 2 0 I n p u t ■ E × = ■ ; E x D ■ E Y = ⑤ ; E Y
5 2 ラ I f E x = o r 歴 n 画 、 d
ラ 2 7 /
5 3 0 L e t E x Y = s q r ( E X A 2 ◆ E Y へ 2 ) ラ ム O L e t B E T A 工 a t 、 ( E Y / E x ) ララ0/LetECCENO韓ExY●sln《ALPHA◆BETA〉
ラ ラ ラ L e t E C C E 卜 幻 室 2 5 6 0 L e t G Q r W 9 A 鱈 s t n ( H / 8 ) 5 7 0 L E t D I A G 垂 s q r ( H へ 2 ◆ B へ 2 ) ラ ア ラ /
5 9 0 P r i n t ロ 1 , p E X = ■ ; E x 0 画 E Y = ロ ; E Y 9 p E x Y = ロ ; E x Y ラ 9 ラ P r l n t q l O ■ 画
6 0 0 / 6 1 0 ′
620/●●・・●CFL.0F$圧UTRALAXIS●●●●●
6 3 0 ′
6 ム O F o r I = ム ラ t o ム ラ s t e p 1 0 6 ラ 0 /
6ララ/・●・●JUOGERENTOFト蛭UTRALAXIS●●●●
6 6 0 L e t N 唾 1
( , 7 0 1 1 1 号 × Y 〈 = ト { / 6 t h ど n g o t o 6 8 ン 6 7 2 I f E x Y 〈 = I 1 t h e n 9 o t n 6 9 0 6 7 ム ′ ・ ・ ・ ・ l N C n S E O 1 , E x Y > H ・ ・ ・ ・ 6 7 6 L c t × = H / 7 6 7 8 L e t × 1 = H ノ フ 6 8 0 G o t o 7 1 0
6 8 ? / ・ ・ ・ ・ I N C A S F O F E X Y 〈 = H / 6 . ・ ・ ・ 6 8 ム L G t × = 5 ・ H
6 8 6 L e t × 1 = ラ ● H 6 8 8 G o t o 7 1 0
6 9 0 / o o o o I N C A S E O F H / 6 〈 E X Y 〈 H ・ C o o 6 9 2 L e t × = z o H
6 9 4 L e t × 1 = 2 . H 7 0 0 /
710ForHZIvl=O・OO38tnO・OO38StepO,OOO1 7 2 0 /
730/・・・・INITIALVALUES●・・・
7 ム 0 /
7 ラ O L e t E P S C = H Z r I 7 6 0 L e t A L P H A = I ・ P i / 1 8 0 7 7 Q /
7 8 0 /
7 9 0 L e t G Z A I = × / s i n ( Q L P H Q ) 8 0 0 L e t I H T A = G Z A I ・ t a n ( A L P M A )
/
/
/ C O o o n O n E N T D U E T O S T E E L o o ・ ・ ・
/
F o r I I = 1 t o ム
Let門×NS(11)=NS(11)。(H/2−0ISY(11))
LetRYNS(11)=NS(11)。(Bノ2−DIS×(11))
N e x t I I L e t r l x A L N S = O L e t n Y A L N S = O F o r L = 1 t o ム
LetF1xALNS=nxALNS◆、×NS(L)
LetrlYALNS=RYALNS十門YNS(L)
N e x t L
/PrintH1, ALPHA=‐;1,国EPSC=・;EPSC,‐×=‐
/PrintO810 EPSS1o20304=.。;EPSS(1),EPSS(2),
ノPrint村1,..NS1,20304二画;NS(1),IVS(2),NS(3)
Print‐門xALNS=画;nxQLNS,‐rlYALNS=‐;
/
×,。.GZAI=・・66ZAI EPSS(3),EPSS(4)
ONS(ム〉
AxIQLFORCEOFSTEEL・・・・
P r i n t 配 X = 画 ; × ; F o r L = 1 t o ム
LetEPSS(L)=EPSCo(1−(DIS×(L)/GZAI〉一(D1SY(L)/IHm》)
LetEPSS1(L)=EPSS(L)
IfEPSS(L)〈Othen9oto900 I f E P S S 1 ( L ) > = E P S Y t h e n
L e t E P S S 1 ( L ) = E P S Y G o t o 9 1 0
Ifabs(EPSS1(L))>=EPSYthen LetEPSS1(L)=一EPSY LetNS(L)=AS(L)・ES・EPSS1(L)
N e × t L
0000000000000000 005OOOOOOOOOOOOOOOOO123ムラ67890123ムラ 233ムラ67890123ムラ67890000000000111111 88888888899999999991111111111111111
/ ● ● ● ● ノ
'・IHTA二・.;IMTA
rlYALNS
/
/・・・・。AxIALFORCEOFCONCRETE。。・・・
/
L c t N C = O L e t N C 1 = O L e t N C 2 = O L e t N C 3 = O L e t N C ム ニ O
/ ・ ・ ・ ・ ( O ) A x I A L F O R C E N C O 。 ・ ・ ・ O
/
L e t E P S x = E P S C L e t X x = x
LetTEI1二GZAl/COS(ALPHA)
I f E P S C > E P S O G o s U b 3 6 3 0 l f E P S C 〈 = E P S O
Gosub3う60
/
L e t N C O = N C L e t N C = O
/
/ ・ ・ ・ ・ ( 1 ) A × I A L F O R C E N C 1 ・ ・ ・ ・ ・
/
I f G Z Q I − B > O G o t o l 3 2 0 L e t N C 1 = O G o t o l ム ム O
LetEPSC×1=EPSCo(1−8/GZQI)
LetEPSx=EPSC×1
Let××=(GZAI−B)・sin(ALPHA)
LetTEI1=(GZAI−B)/COS(QLPHA)
IfEPSCx1>EPSO Gosub3630 IfEPSCx1〈=EPSO
Gosubコラ60
/
L e t N C 1 = N C L e t N C = O
/
/CoCo(2)AxIQLFORCENC2。・・・
/
I f I H T A − H > O Gotol4o70 L e t N C 2 = O G o t o l ラ 6 0
LetEPSCx2=EPSCo《1−H/IHTA)
LetEPSx=EPSCx2
Let××=(IHTA−H)・COS(QLPHA)
LetTEI1=(IHTA−H)/sin(ALPHA)
IfEPSCx2>EPSO Gosub3630 IfEPSC×2〈=EPSO
Gosubコラ60 L e t N C 2 = N C L e t N C = O
/
0000000000000000000000000000000000000000 67890123ムラ67890123ムラ67890123ムラ67890123ムラ −11122222222223333333333ムムムムムムムムムムララララララ ー111111111111111111111111111111111111111
182
TOTALN
/・・・・(3)Q×IALFORCENC3。・・・。
/
If×<=DIQG・sin(GAnnA◆ALPHA》thengotol680
/
LetEPSCx3=EPSC。(1−8/GZAI−H/IHTA)
LetEPS×=EPSCx3
Let××=((GZAI−B》●tan(ALPHA)一H)・COS(ALPHA》
LetTEI1=((GZAI−B)・tan(QLPHA)−H)/Sin(QLPHA)
IfEPSC×3>EPSOthen GoSub3630 IfEPSCx3〈=EPSOthen
GosL心3560 L e t N C 3 = N C Gotol710
J
〃
L e t N C 3 = O L c t N C = O
ノ
ノPrint目1,..NC0,102,30ムー.。;NCO,仇に1,NC2,NC3pNC4
/
/・・・・TOTALOFAxIQLFORCE;NSoNC
/
L e t S U r l N S = O F o r L = 1 t o ム
LetSUrlNS=SUFWS◆NS(L)●
N e ) K t L
/
LetSUnNC二NCO−NC1−NC2◆NC3
/
LetTOTpLN=SUnNS◆SLmNC IfTOTALN〈=Othen9oto3180
/
Print,、SUnNS=。。;SUrWS,pSUnNC=。。;SUnNC, TOTALN=‐
ノ
ノ 、
/・・・・CAL、OFARrlLENGTHOFCONCRETEFORCES・・・・
ノ
ノ・・・・(O)ARnLENGTHOFNCO・・・●
/
L e t E P S x x = E P S C L e t T A K A S A 二 X
LetTEI=GZAI/COS(QLPHA)
L e t N C = N C O I f E P S C 〈 = E P S O
G o s u b 3 7 0 0 I f E P S C > E P S O
G o s u b 3 7 6 0 L e t A R n O O = A R n l ノ
ノ・・・・(1)QRnLENGTHDUETONC1。・・・
/
I f G Z A I > B G o t o 2 0 う O L e t A R n l l = O G o t o 2 1 3 0
LetTAKASA=(GZAI−B)・sin(ALPHA)
LetTEI=(GZQI−B)/COS〈ALPHA)
L e t N C = N C 1 L e t E P S × × = E P S C x 1
I f E P S C x 1 < = E P s O Gosub3700 I f E P S C x 1 > E P S O
G o S u b 3 7 6 0 LetARn11=QRF11 ノ
ノ ● ・ ● ● ( 2 ) A R n L E N G T H O F N C 2 。 ・ ・ ・
/
I f l H T A > H G o t o 2 1 8 0 L e t Q R r l 2 2 = O G o t o 2 2 ム O
LetTAKASQ=(IHTA−H)・sin(pi/2−ALPHA)
LetTEI=(IHTQ−H)/COS(pi/Z−QLPHA)
L e t N C = N C 2 I f E P S C × 2 〈 = E P S O
Gosub3700 I f E P S C x 2 > E P S O
GOsub3760 LEtQRrl22=QRIU11 ノ
ノ
ノ ・ ・ ◆ ・ ( 刃 ) A R n l − F N G T H O F N C ] ・ ・ ・ ・
/
If×〈二DIAGo察in(GJ判弼n・A4PHQ)thenQoto2コ90
/
LetTAKASA=(《GZAI−8)・tan(ALPHハ)一H)・COS(ALPHA》
LetTEI=((GZAI−R)・tan(ALPHQ》−H)/sin(ALPHA)
L e t N C = N C 3 LetEPSxX=EPSC×3
IfEPSCx3〈=EPSOthen
000000000O000QOnOOOOOOOOOOOO5OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO67890123ムラ67890123ムラ678901233ムラ67890123ムラ67890123ムラ67890123ムラ67890123ムラ67890123ムララララ66666666667777777777888888888889999999999000OOOOOOO1111111111222222フフフ23333311111111111111111111111111111111111111111111122222222222222222222222222ァZ7222222
松本:軸力・二軸曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の弾塑性解析方法
G o t o 2 7 6 0 L e t G x 3 = O L e t G Y 3 = O
/ ノ
ノPrint0$1, G×091,2,3二・.;GxOoGx10Gx29G×3
/PT−intul, GYOo1,2,3二・・;GYOoGY1,GY2,GY3
/
/CAL・OFNOrlENTDUETOEACHCONCRETEFORCES
/
LetR×NCO=(H/2−GYO)●NCO LetrlYNCO=(B/2−G×O)・NCO
/
LetR×NC1=(H/2−GY1)・NC1 LetrlYNC1=(B/2−Gx1)・NC1
/
LetRxNC2=(H/2−GY2)●NC2 LetF1YNC2=(、/2−Gx2)・NC2 ノ
LGtF1xNC3=(H/2−GY3)oNC3 LetRYNC3=(8/2−6×3)CNC]
/
Print。、F1XNCOo10203=・・;F1×NCOonxNC1,rIxNC20n×NC3 PT、int・・nYNCO,1,2,3二・・;nYNCO,FIYNC10HYNC2,rlYNC3
ノ
ノCAL・OFTOTALnOnENT
LetnxALL=rlxALNS・nxNCO−nxNC1−rlxNC2◆rIxNC3 LetRYALL=rlYALNS◆nYNCO−IwlYNC1−IvlYNC2+nYNC3 LetFlHxxYY=HxALLonxALL◆IvlYALLonYALL LetRXYALL=sqr(nIu1XXYY)
/
/Printw10 rlxALL= ;nxALLO.・nYQLL=・・;rlYハLL0.・nxYALL=‐;rIxYALL
/
/・・・・JUDGEnENTOFECCENTRICITY・・・・
/
LetECCEN=nXYALL/TOTALN、
Print画ECCEN=図;ECCEN,.・ECCENO=‐;ECCENO ノ P r i n t ロ 1 0 画
/ P 7 、 i n t H 1 0 輯 菌
Ifabs(ECCENO−ECCEN)/ECCENO〈=O、OO1then9oto3230 IfECCEN>ECCENOthengoto3180
/・・・・INCASEOFECCENO〈ECCEN●・●・
LetX=X−X1ノ(2へN)
L e t N = N ◆ 1 G o t o 7 8 0 ノ
G O S u b J 7 0 0 I f E P S C × 3 > E P S O t h e n
G o s u b J 7 6 0 LetARrl33=ARnl G o t o 2 ム 1 0
/
L e t A R r l 3 3 二 O
/
/Printロ1, ARrlOO,11022,33二 iARnOO,口Rn110ARrl220ARn33
/ ノ
ノ。・・・CENTEROFCONCRETEFORCES.・・・
/
/・・・・(O)CENTEROFCONCRETEFORCEoNCO LetGxO=O、ラ・(x−ARrIOO)oGZAI/x
LetGYO=O・ラ・(x−QRrlOO)・tan(ALPHA)・GZAI/×
/
/●・●●(1)CENTEROFCONCRETEFORCE,NC1 I f G Z A I > B
G o t o 2 ラ 6 0 L e t G x 1 = O L e t G Y 1 = O G o t o 2 ラ 9 0
/
LetGx1=0.ラ。((GZAI−B)・Sin(QLPHA)一QRrlll)/Sin(ALPHA)+B LetGY1=O・う°((GZAI−8〉ogin(ALPHA)一QRrnl)/COS(ALPHA)
ノ
ノ・・・・(2)CENTEROFCONCRETEFORCE7NC2 I f I H T A − H > O
G o t o 2 6 ラ O L e t G x 2 = O L e t G Y 2 = O G o t o 2 6 8 0
/
LetGx2=O、う●((IHTA−H)・COS(ALPHA)一ARrl22》/Sin(ALPHA)
LetGY2=0.5。((IHTA−H)・COS(ALPHA)一ARn22)/COS(ALPHA)◆H ノ
ノ・●・●(3)CENTEROFCONCRETEFORCE0NC3
If×〈=DIlqG・sin(GQrlrIA+ALPHA)thengoto27ムO
/
LetGx3=0.5●(((GZAI−B)otan(ALPHA)一H》CCCS(ALPHA》一QRrl33)/sin(ALPHA)+B LetGY3=O、ラ。(((GZAI−B)・tan(ALPHA)−H)・COS(QLPHA)−ARrl33)/COS〈ALPHQ》+H
00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 う67890123ムラ67890123ムラ67890123ムラ67890123ム567890123ムラ67890123ムラ67890123ムラ67890123ムラ67 J3333ムムムムムムムムムムララララララララララ6666666666777777777788888888889999999999000000000011111111 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222333333333333333333
184 松本:軸力・二軸曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の弾塑性解析方法
3180/ooooINCQSEOFECCENO>ECCEN・ooo J 1 9 0 L e t × = × + X 1 / ( 2 W ) 3 2 0 0 L e t N = N ◆ 1 3 2 1 0 G o t o 7 8 0
3 2 2 0 /
3230/・●ooENDOFCALCULATIONANDOUTPUTOFRESILTS・・・・
3 2 ム 0 /
32ラOPrintOO1, ALPHA= 61,‐EPSC=‐;EPSC, X= ;×
3253Print甘1,..EPSS12,3,4=画;EPSS(1),EPSS(2),EPSS(3)OEPSS(ム)
3256PrintN1,..NS11203,4=‐;NS(1),NS(2),NS(3),NS(4)
32ラ9Printロ19 門×ALNS=画;RxALNS, nYALNS= ;RYALNS
3 2 6 0 /3262Printoォ1,.・NC0,1,2,3=重;NCOoNC1,NC2,NC3
コ 2 6 5 P r i n t q 1 , . ・ S U r w S = 画 ; S U n N S , 画 S U n N C =; S U n N C , ・ ・ T O T A L N = o ・ ; T O T A L N 3268PrintH19..門×NC0,1,2,3=,.;HxNCO,nxNC1,nxNC29nxNC3
3 2 7 0 /
3271PrintH10 HYNCO 1,2,3= ;HYNCO,nYNC1,nYNC2,rlYNC3
327ムPrintロ19nxALL=鐘;HxALLD画HYALL=;HYQLLo・・同XYALL=蝉;nxYALL
3 2 7 ラ /
3 2 7 7 P r i n t h 1 9 . . 3 2 8 0 P r i n t 廿 1 0
3 3 6 0 / 3 3 7 0 /
3380/・・・・PREPQRATIONOFNExTCALCULATION●●●。
3 3 9 0 L e t A R r l O O = O
L e t A R m 1 = O LetARrl22=O LetARrl33=0
J 4 O O L e t G x O = O
L e t G x 1 = O L G t G x 2 = O L ⑧ t G x 3 = 0
。 ] ム 1 0 L e t G Y O = O
L e t G Y 1 = O L e t G Y 2 = O L e t G Y 3 = 0 3 ム 2 0 ノコ ム 3 0 /
3 ム ム O N 燈 x t H Z n 3 ム ラ 0 ノ
3 4 6 0 N E x t l 3 ム 7 0 ノ
ュム80/・・・・CAL・OFANOTHERECCENTRICITY・・・・
3 ム 9 0 G o t o う 1 0 コ ラ O O ノ
ュラoラ/・oooENDOFCALCuLATIONoo●。
コラ10Printロ10..ERRL= ;eTrlO‐ERR二・.;err コ ラ 2 0 C l o s e l
3 5 3 0 E n d コ ラ ム 0 / 3 ラ ラ 0 /
コラ60/SUBROUTINE・・・CAL.OFNC;EPS×〈=EPSOOoo
巧70LetNC=××・K3oFC・TEI1.((EPS×/EPSO)/3−((EPS×/EPSO》へ2)/12)
3ラ80/Printロ10 NC(1ラ15)= ;NC 巧 9 0 R e t u r n
3 6 0 0 E n d 3 6 1 0 / 3 6 2 0 /
3630/SUBROUTINE・・・CAL.OFNC;EPS×>EPSO●・●
36ムOLetNC=xxoK3・FC・TEI1o(0.5−(EPSO/EPS×)/3◆((EPSO/EPS×)へ2)/12)
3650/PrintH1,画NC=毎;NC 3 6 6 0 R e t u r n
3 6 7 0 E n d 3 6 8 0 / 3 6 9 0 ノ
コ700/SUBROUTINE・・・CAL・OFARnLENGTH;EPSxx<=EPSO●.●
371OLetARnl=(TQKASAへ2)・K3・FC・TEI。((EPSxx/EPSO)/6−((EPS××/EPSO)へ2)/20)/NC
3 7 2 0 R e t u r n 3 7 3 0 E n d 3 7 ム 0 / 3 7 ラ 0 /
3760/SUBROUTINE・・・CAL・OFARrlLENGTH;EPS××>EPSO●●●
3770LetARrll=〈TAKASAへ2)●Kz●F亡●TFI●《1〃久一 Fp<n〃FpロhfY1へっ、(っ今"亡DC、"仁。@,ハハヘで、〃.
』〃OLetARrll=〈TAKASAへ2)・K3・FC・TEI。(1/6−((EPSO/EPS××)へ2)/12◆((EPSO/EPSxx)へ3)/30)/NC
3 7 8 0 R e t u r n3 7 9 0 E n d 3 8 0 0 /