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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

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(1)

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

(2)

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

(3)

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

SusumuMATSUMOTO

Inthispaperananalyticalmethodfordeterminingandthenumericalresultsontheaxialforce 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。

(4)

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

0 E o

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

妬叱岬

︑露

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、 S , ノ 、 、 Q s 誰

(5)

三 二

: f s < ラ ミ 琴

2℃

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=1

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

今でP 丞三

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 )

(6)

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

[ASE1

桑 J , 、 平

〔ASE3 N[Z

〃尋ミ</25

〔ASE2

〔 1

〔 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,

ミ ミ 病 ; f

フq710

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

(7)

・ ・ 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。

1−F

Nb,Nb)

図 − 9 破 壊 曲 面

(8)

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

× ヱ

0.05

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。

(9)

0 . 2 N y / E f H f 〔 0 . 4

(a)釣合い破壊時における

図 − 1 1 鉄 筋 比 の 影 響 0.4

0.4

、 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

Nb f

二48十

二300kq/〔nf

20

︺一律エ⑩︑×ヱ

知 邸

︑︑主

KIuKIu

E︑↑︶×二

1 1 9

0 Hyけ.、)

(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(↑.、)

JOkrl

︵E↑︸×工

P ↑ 言 4 9 X 、

JOko

20︺竺四へ×工

↑二6%

00km

〜ヘ、

P↑二2%

I

1 1

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

Nb

f 〔 = 2 0 0 k 9 / ㎡

一一一ヱ

(10)

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 1

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

。 。 。 ◎

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

(11)

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 0.0035

4×D13 3m

図−10

20×20cm

図−11

20×20

図−12

20×20

図−14

22×22

4×D13

4×D13

4×4.84cd

8×2.42 12×1.61 24×0.81

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

(12)

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

280PrintmO‐EPSO=。;EPSOo・EPSU=。;EPSUo画EPSY=‐;EPSY,‐ES=‐;ES 2 9 0 D a t a 0 . 0 0 2 0 0 . 0 0 3 8 , 0 . 0 0 2 1 , 1 8 0 0 0 0 E 1

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 )

(13)

/ 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

/ ● ● ● ●

'・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

(14)

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

L e t N C 3 = O L c t N C = O

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=‐

/・・・・CAL、OFARrlLENGTHOFCONCRETEFORCES・・・・

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 ・ ・ ◆ ・ ( 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

(15)

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

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

/ 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。・・・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・・・・(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

(16)

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 n

3 7 9 0 E n d 3 8 0 0 /

参照

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