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円形スパイラル筋を有するプレストレスト鉄筋コンクリート円形柱の力学性質 : その1 破壊性状および荷重-変形関係

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(1)

【論  文】 UDC :624

.

075

.

2

.

012 :624

.

012

.

46 ;624

.

04 日本 建 築学 会構 造 系 論文 報告 集 第 383 号

・

昭 和 63 年 1 月

円 形

ス

パ

イ

ラ

ル

筋

を

有

す

る

プ

レ

ス

ト

レ

ス

ト

鉄

筋

コ

ン

ク

リ

ー

ト

      

円

形柱

の

力

学性 質

その

1

 破

壊性

状

お よ び

荷重

一

変形 関係

正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員

鈴

中

蔡

中

白

木

塚

田

沢

卜

昌

宇

口

浩

吉

夫

*

佶

* *

健

* * *

之

* * **

衛

* * ** *  

1.

まえ がき  現 在の コ ンクリ

ー

ト構 造物の耐 震 設 計で は

,

構 造 物の 塑 性 域に おけるエ ネル ギ

ー

吸収 能力 を考 慮に 入 れ た設 計 が, 不 十 分で はある が可能と なっ て いる。 し か し

,

同 構 造 物で は, もろい破 壊を起こすコ ン クリ

ー

トをそ の まま 主構 成 材 料とし てい る ため

,

耐 震 性に必要に し て十 分な 変 形 能 力 を 確 保す る点で今

一

つ十分 な信 頼 性が得ら れて い ない。 そ れ故

,

特に最 近の コ ン ク リ

ー

ト構造 物の高 層 化の傾 向お よびコ ン ク リ

ー

トの高 強 度 化 と相まっ て

,

必 要 十 分な靱 性 を確 保するた めの構造技術と設 計 法の確 立 の重 要 性は

一

層 増 大 している

。

 コ ン ク リ

ー

ト柱の変 形 能 力に関す る研 究は

,

主と し て 鉄 筋コ ン ク リ

ー

ト (以 下

RC

と略 記 )柱の せ ん断 破 壊 に注 目し た形で

,

す な わ ち, 柱の せ ん断破 壊を防止 し

,

変 形 能 力を確 保する ための せん 断 補 強 とい う観 点か ら の 研 究が多 く行 われ て き てい るIL2) 。 そ れ故

,

近 年 注 目 さ れて き た

,

極めてすぐれ た靱 性な ら びに繰り返し荷 重に 対する安 定 性 (繰 り 返 し荷 重に対する耐力の低 下が小さ い性 状 )な ど を特 徴と す る , コ ン ファイン ドコ ンク リ

ー

ト を有 効に利 用 する方 法によっ て

,

コ ンク リ

ー

ト曲げ部 材 の変形能力を改 善し

,

そ れ によっ て コ ンク リ

ー

ト構 造 物 に大 変 形 能 力 を付 与する ことを, さ ら に は構造 特 性 係 数 と実際 部 材 断 面

,

したがって

,

実 構 造物の変形 能 力の正 確な評 価を可 能と する こ と など を目的と し た研 究は極め て少ない3

7}。 R

.

 Park らの研 究に おい て も

,

横 補 強 筋 量 の範囲 が せ ま く限 定さ れて お り

,

ま た繰り返し載 荷 回  本 論 文の概 要は日本 建 築 学 会近畿 支 部 研 究 報 告 集 〔S60

,

 S 61) お よ び 日 本 建 築学会 大会 学 術 講 演 梗概 集 (S60

,

 S 61}に発表 済

。

    準 大 阪 大 学  教授

・

工博    # 大 阪 大 学   助 手

・

工 修   * * * 大 阪 大 学 大 学 院生

・

工修  

*

*

#

奥村 組 建 築 設 計 部  *# # 大 阪 大 学 大 学 院 生       〔昭和62年3月 10 日 原稿 受 理1 数 も 少な く, さらに対象が

RC

部 材に限ら れて い る な どの点に不十 分 さ を 有 しいる

。

 

一

方

,

地 震 後の構 造物変形の復 元 性は

,

省 資 源 的な面 か ら

,

今 後 より

一

層 重 要な課題 に な る と考え ら れる

。

す な わ ち

,

地 震 後におい て も 建物を再 使 用で き る ために は, RC 構 造 物の ように大き な残 留 変 形を生じ るこ とは望 ま し く ない

。

これに対し

,

プレ ス トレス トコ ン ク リ

ー

ト(以 下

PC

と 略記 ) 構 造 技 術を用いれ ば, こ の 復 元 性を計 画 的に与え るこ とも容 易である

。

す な わ ち

,

中程 度の地 震に対し て は

,

地震 終 了 後に架 構はほ ぼ完 全に も との状 態 (位 置 )に復元 し

,

大 地 震に対して は

,

地 震 後の わず かな補修工事によっ て再 使 用で き る よ う な高復 元 性を構 造物に付与す ること が可 能にな る5

−

fi)

。

 本 研 究 は

,

円 形ス パ イラ ル筋 を 用い たコ ン フ ァイン ド コ ン ク リ

ー

トによっ て高 靱 性 を, ま たプレ ス トレ ス の利 用に よっ て高復元性を付 与しよ うとす るプレ ス トレ ス ト 鉄 筋コ ン ク リ

ー

ト (以 下PRC と略 記)円 形 柱 部 材に関 する もの で

,

以 下に述べ る点 を基本方針と して い る。 す な わ ち

,

 

1) 少ない補 強量で大き な効 果が期待でき る円 形ス パ イラ ル筋を用い たコ ンフ ァ イン ドコ ン ク リ

ー

トを利 用す る こと に よっ て

,

大き な靱 性 を容 易に確保す る。

 

2) コ ンフ ァ イン ド補 強に よっ て得ら れ る大 変 形 塑 性 域で の繰 り返 し荷重 に対 する安 定 性 をよ り所と して

,

地 震 荷 重に対し て 塑性 域を積 極 的に利 用す る

。

そ れ故

,

本 実 験に おい て は

,

強 震時の主 要 動の少な く と も数 十 波な い し百 波 程 度の地 震 波をこ の 塑性 域で安 全に処理で き る か ど う か を明らか にす る た め に

,

変位 角1/100か ら 1/10までの軟 化 域も含む範囲 を 6段階に分け

,

各 変 位 角で 10回ずつ

,

合 計 数 十回か ら百 余回の正負 交 番 繰り 返し載 荷 を行う とい う, これ まで に見ら れ な いき び しい 載荷 条 件で試 験を行っ て いる

。

一

69

一

(2)

 

3

) プレス ト レス の程 度を変え得る

PRC

柱と す るこ とによっ て柱材の復 元性 状 を 明ら かに し

,

架構に計画 的 な復元 性を与え る復元性設計法の確立を計る

。

 な お, 柱 材にプレス ト レス を導入 す ること は, コ ン ク リ

ー

トの許 容 圧 縮 応 力 度 を割り引くことに なっ て

一

面 不 利にな る と考え ら れ る。 し か し, コ ンフ ァ イン ドコ ン ク リ

ー

トの強 度は, わずか な補 強 量で もプレ

ー

ンコ ン ク リ

ー

トの それ の 1

.

5倍 程 度に な るの で

,

こ の強 度 増に よ る許 容応力度の割 り増しが見 込め るな ら ば

,

経済 的 な

PRC

柱の設 計 も可 能と な るであ ろう。 ち なみ に, こ の 割り増しは かつ て の日本 建 築 学会の

RC

規準8)に おいて は認め られ て お り, また米 国に おい ては The 

State

 of

the 

Art

 

Report9

}でこ の強 度 増 加 を与え る式が示さ れて

い る

。

し たがっ て将 来は

,

何ら か の形で この許容応 力度 の割り増し分 を考慮に い れ て プレ ス トレス を 与 え る とい う考え方が可 能 とな ろ う

。

 

本 論 報 (その

1

)で は

,PRC

円形 柱に関 する研 究結 果の うち

,

その破壊性 状, 荷重

一

変 形 関 係に及ぼ す繰り 返 し載荷回 数, 横補 強 筋 量, 軸 力お よび終 局 プレ ス トレ ス率などの 影 響に関する実 験 結 果の要 約を報告す る

。

(そ の

2

)以 下では, こ れ らの結 果に対 し

,

解 析 的な考 察と 各種耐 力等の算定 式の誘 導 を 行 う。  2

.

実験概要  2

.

1  試 験 体お よ び使 用 材 料   本研究で は

,

十分な横 補 強 筋を有する円形 柱が柱 脚 部 で曲 げ破 壊する場 合の力 学 的 性 質を明ら か にする こと を 目 的 として い る。 それ故

,

試 験 体は

,

シア ス パ ン比 LID (L :円 柱の せ ん断ス パ ン

,

  D :円 柱の 直 径 )を 2

.

57とし た試 験 円 柱 部に は り部を付 加し た T 形試験 体 とした。 これによっ て柱 脚 部で曲 げ破 壊 する柱 部 材の破 壊 性 状を

一

応 反 映でき

,

ま た取り扱い も簡 単にな る と判 断し た た め である

。

な お

,

はり部 と はり柱 接 合 部には そ れ らの部 分が先 行 破 壊を起こさ ないよ うに十 分な補強を 施し て い る

。

図

一

】 に試験体の寸法お よ び配筋を示す。   表

一

1に

,

試 験 体の断 面 概 要を示す

。

実験にお け る 主 な要 因は横 補 強 筋 量

,

軸 力 比

,

全 断 面につ い て の終 局 ブ レ ス トレ ス率 λ

。

(表

一

1脚 注 参 照

,

添字 c は柱の意 味) およ び各 載 荷 変 位 階で の繰り返 し載 荷 回 数な どであ る

。

横補 強 筋は 円形ス パ イラル 筋 とし

,D10

@100(p。

=

=

0

.

46%)

,D10

@50 (同 0

.

92%}お よび 1)13@50 (同 1

.

 64%)の 3種 を用い た

。

計 画 軸 力 比 (ηd

。

。

,

表

一

1参 照)とし て は

0,

0

.

25

,

0

.

35

,

0

.

50の 4種

,

終 局ブレ ス トレス 率 λc と して は 0(RC )

、

  O

.

 43

,

0

.

 69

,

0

.

85の 4 種をそ れ ぞ れ採 用し た

。

繰り返し載 荷 回 数は

,

原 則とし 表

一

1  試 験 体の断 面 概 要寧1 350 一

敷

OnH OO  

]

OON0

門

n 一           PC 鋼 棒 頓 力 導入用 T=正

一

                PC ロ ッド

      

o

 

 

 

 

 

 

 

 

o 試 験 体 D 〔e■) dg (c皿) 主 筋 Pr   スノ イ ラ ル筋 Ps   PC 鋼 棒 λc σ9!Fbndes ηpe 柱 断 面

制o

.

135318

一

飢aLO6D10 ◎1000

.

464

一

φ15o

.

69D

.

100

.

250

.

28a 凹o

。

235318

−

D13LO6DIO 憩50o

.

924

一

φ15o

.

690 認OO

.

25O

.

28a

留o

.

3353 鼠 8

−

D131

.

06D130501

.

644

一

φ150

.

69oJoO

.

250

.

27a

断o

.

435318

−

D131

.

06D10 ◎500

.

924

一

φ15o

.

69OJ80

.

25O

.

35a

閥o

.

535318

−

D192

.

39D10 ◎500

.

92

一

一

一

0

.

25

.

O

,

24C

国o

.

635318

−

D192

.

39D13 ◎501

.

64

一

一

一

D

.

25O

.

24C

Ho

.

735318

−

D161

.

65D10 ◎500

.

924

一

φ1亘 o

.

430

.

IOo

.

250

.

32a 肘o

.

& 35314

−

D13O

.

53D10 ◎50o

.

924

一

φ173

.

850

.

10O

。

25O

.

30b 阿o

.

935314

−

D13o

.

53D13 ◎5D1

.

644

一

φ170

.

850

.

10O

.

250

.

30b 閥o

.

1035314

−

Dl91

.

19D10 蔔100O

.

464

一

φ150

.

690

.

艮80

。

25o

.

40d No

.

1135314

−

D191

.

正9D10 ◎50o

.

924

一

φ150

.

690

.

180250

.

40d 四〇

.

1235314

−

D191

.

19D13 ◎50L64 牛φ150

.

690

.

180

.

250

.

40d Ho

.

1335314

−

Dl91

.

19DlO ◎500

.

924

一

φ15o

.

69O

.

13O

.

000

.

!2e 醐o

.

1435314

−

D191

。

19DIO ◎500

.

924

一

φ150

.

69O

.

130

。

35o

.

45e 四〇

.

1535314

−

0191

.

19DIO ◎50o

.

924

一

φ150

.

690

.

130

.

20o

.

3ie No

。

1635314

−

D191

.

19DIO

 

O50o

.

924

一

φ150

.

69O

.

130

.

35O

。

45e No

.

亘735314

−

D191

.

19D13 ◎501

.

644

一

φ15O

,

690

.

130

.

35O

.

45e

No

.

1& 35318

−

Dl92

.

39D10 ◎500

.

92

 

一

一

0

.

350 β4f

No

.

1935318

−

D童92

。

39D10050O

.

92

一

一

一

O

.

000

.

00f

四〇

.

2035315

−

D正92

.

39D10 ◎50O

.

92

冖

一

一

O

.

500

.

50f

四〇

.

2135314

−

DI91

.

19013 @50L644

一

φ15o

,

690

.

18O

.

250

.

35d

四〇

.

2235314

−

Dl91

.

19DI3 ◎501

,

644

一

φ 艮5o

.

69O

.

18O

.

250

.

34d

厨o

,

2335314

−

D19

.

1

.

19D13 @501

.

644

一

φ150

,

69O

.

18O

.

250

.

34d

繰 返し載荷回数: 試 験 体 揮o

.

1

〜

No

.

量5

.

四〇

.

17

〜

No

.

20:各定 変位載 荷 階

亨

.

ユ

で10 回ずつ 備考

.

試験 体 試 験 体 肘o

.

16; No

.

21: 番 定 変位 載荷 階で 各定 変位載 荷 階 で30回 ずつ 1回ずっ 試 験 体 No

.

22:R

=

1〆20 で の み5Q回 他の 定 変 位 載 荷 階 で10回 ず

’

つ 試 験 体 四〇

.

23:R

=

1!30で の み80回 他 の 定 変 位 載 荷 階 で10回 ずっ ・

◎

・ 、

靉

COO1 均 等配置さ れ た普通鉄筋 図

一

1  試 験 体 配 筋 図

寧

1:柱 断面 の配筋に っ い ては図1を 参 照し .2:変 位角 R

=

1!leo

,

1!50

,

1!30

,

1!ZO

,

1114

,

1/10を 原 則 とした

。

apg  : PC 鋼材の全 断面積 a

.

g ; 主 筋の全 断 面積 as : スパイ ラ ル筋の断 面 積 D : 柱 直径 ds ; スパイラル筋の巻 径 Fも : コ ンクリ

ー

ト強度の計 画値 Fo : コン ク リ

ー

ト圧 縮 強度 N : 軸 力 Po ; 導 入 プ レス ト レスカ Pe : 有効 プレス トレス 力 恥 : 主筋比 ←4ag/ rc  D

’

.

)  Ps ; ス パ イ ラ ル筋の面積比 (

=

2asXs

・

dis)   S : スパ イ ラ ル筋の ピッチ ndes : 計 画軸 力 比 (

=

4N!πD

:

Fb) npe : 有 効 プ レ ス ト レスカ を含め た 総 実 軸 力 比       (

=

4 (Pe

←

N )!

π

D

:

Fo )  λc : 断 面の全銅 材 量に つ いて の終局プ レ ス トレス率

      ←ap9 σpy/(ag σry+ap9 σpy))  σg : 導入〔平 均}プレ ス トレス 〔

=

4Po !πDi)

σpy : PC 鋼 材の降 伏強 度

σ ry : 主 筋 の 降 伏彊 度

(3)

表

一2

 コ ンク リ

ー

トの調 合 お よ び力 学 性 質 試 験体 調 合 Fo εo

一

EoXlO3Ft W/C 〔瓢〕 C   S   G (k‘〆c皿つ (箔) (kg 〆cm3 ) (匿9!cロつ No

.

1

〜

No

.

354 ユ56 7呂3 9623210

,

27864

,

530

.

8 No

.

4 57335  801  962 訓4O

。

22555

.

630

.

1 No

.

5

叩

門o

.

956357  760 962275O

.

24249

.

324

.

8 NoJO

〜

閥o

.

1252371  768 962267O

.

21056

.

224

.

7 閥o

.

13

〜

No

.

1748406  735 962384o

.

22994

.

029

.

0 No

,

18

一

閥o

,

2057335  799 9652770

.

22456

.

028

.

O No

.

21

〜

閥o

.

2352371  768 962318020795 謹 28   W / C  : 水セ メ ン ト比 C

.

S

,

G :セ メン ト

.

紐 骨 材

.

粗 骨 材の単 位 量 (  /  ) OOOF ε EFt ; コ ンク リ

ー

ト圧儲強 度 (10φX20hcm コ ン トロ

ー

ル シ リンダ

ー

強 度 ) : コン ク リ

ー

ト圧縮 強 度時の ひずみ度 : コンク リ

ー

トの 応 力 度

一

ひ ず み度 〔S

−

S)曲線にお け るε。

〜

2ε。の区 間  で求め た 平均下降 勾 配 : コ ンク リ

ー

トの 引 張 強 度 表

一3

  鋼 材の力 学 性 質 種類 直径 (ロ薗} E8XlO6 (kg!c皿つ   σy (kgん皿つ  σ田a翼 〔k区〆c田つ 採用 試 験 体 D置32

.

0837005380No

.

1

〜

四〇

,

4 L9336705580 閃o

,

8

−

No

。

9 D16L7836705530No

。

7   主 筋 (異 形 鉄 筋) 1L70352052goNo

.

88352053BONo

.

.

IO5

−

−

NoNo

。

.

126 D監92

.

2937205560 閥oJ3

〜

閥o

。

17 2

.

1537005460NQ

.

18

一

四〇

.

20 且

.

9038605860No

.

21

〜

闘o

.

23 φ112

.

041410014600No

.

7 2

.

021200012900Noj

一

四〇

.

4 PC 綱棒 φ152

.

061220013000NoJO

〜

潤o

,

17 2

.

031200013200No21

−

NQ

.

23 φ172

,

0711900129DONo

.

6

〜

驛o

.

9 D鼠o2

.

1037405440 スノ イ ラル D131

.

9136205630 表 1 参照 EG :弾 性 係 数 σy (σry

、

σpy

.

σsy)  主 筋

.

 PC 鋼 棒

、

円形 ス パ イ ラ ル筋の降 伏強 度 Umax : 引張 強 度 て変位 角R

=

1/100, 1/50

,1

/

30,

1/20, 1/14, 1/loの い ずれの載 荷 変 位 階で も各

10

回ずつ とし たが, 1回ず つ (試 験 体

No .

16)お よび30回 ずつ (同

No21

) , あ る い はある設 定 載 荷 階でのみ特に多数 回の繰り返し載荷 を行っ た試 験 体 (同

No .

22

, 

No ,

23

) も含 めた

。

 試 験 体の製 作に は, 表

一

2 に示す配 合お よ び力 学 的性 質をもつ

,

実 験 時で の圧縮強度が267

−

384kg /cm2 で あっ た レ デ ィ

ー

ミ クス トコ ンク リ

ー

トを用い た

。

使 用し た主 筋お よ び横 補 強 筋の品質は

SD

 30で

,

 PC 鋼 棒の種 類は

C

種 1号で ある

。

そ れ らの 力学的性 質を表

一

3に 示す

。

試験体へ の プレス トレス導入 お よ び グラウ ト注 入 は, コ ン ク リ

ー

ト打 設 後

7− 9

日目に行っ た 。  3

.

2 実 験 方 法  載 荷は図

一

2に示す載荷 装置を用い て行っ た。 試 験 体 は

PC

鋼棒を用い て反 力 壁に横

T

字型に固 定し

,

載 荷 点 位 置に取 付け た載 荷 用 冶 具とロ

ー

ドセル を兼ね た

PC

ロ ッ ドを介し て 50t ジャッ キで, 柱 頭 部を 上下 (y)方 向に交 互に引っ 張ること に よ り加 力し た。 軸 力の載 荷は 柱の断 面 中心 を通る付 着の な い

PC

鋼 棒 を用い て行い

,

載 荷 中の軸 力 は 常に

一一

it

とな る よ う に油圧 ポンプ を手 動 制 御し た

。

 柱 部分の た わ みの測 定は

,

は り面か ら

0.

6D (

D

:柱 直 径 )

,

1

.

2D

,

お よ び 2

.

 57 D (載 荷 点 }の各位 置で巻 き込み式 大 変 位 計を用い て行っ た

。

柱 脚 部の塑性ヒ ン ジ 図

一

2 載荷お よ び測 定 装 置 領 域内外に お け る曲 率 分 布は, は り面か ら測 定検長を 10cm と し た4測 定 区 間 (g,

−

ep4区 間と名 付け る)に おいて

,

柱 部に固定した測 定 冶 具に取り付け ら れ た ダ イ ヤル ゲ

ー

ジ式 変位 変 換 器 を 用い て測 定し た (図

一2

参 照)

。

ま た, 柱の主 筋お よ び PC 鋼 棒の材 軸 方 向の ひず み度 分 布お よび 塑性ヒ ンジ領 域 内 外の 円 形ス パ イ ラル筋 の ひずみ度は

,

検長 2mm の ワイ ヤ

ー

ス トレンゲ

ー

ジ に よっ て測 定 した

。

 

3.

実験 結 果お よび 考 察  3

.

1  破 壊 過 程お よ び破 壊 性 状   本項では

,

十 分な円形スパイラル筋でコ ンファイン ド 補強さ れ た PRC 円 形 柱が どの よ う な 過程を 経て破 壊 し てい く か を示 すと同 時に, 破 壊 域にお け る顕著な特性点 であ る か ぶ りコ ンク リ

ー

ト剥 落 時 点や主 筋 座屈時 点など につ い て の考 察を行 う

。

  (1 ) 破 壊 過 程

 

本実 験にお け る円 形ス パイラル筋は, 曲げ 圧縮 部コン ク リ

ー

トの横拘 束 補 強 筋と し て

,

せ ん断 設 計で必 要 と な る 以

1

二に用い ら れて い る の で

,

各 試 験 体のせ ん断耐力は

,

既往のいずれのせ ん断 耐 力 算 定 式10Lll) を用い た場 合にお いて も

,

曲げ耐 力の 1

.

1倍 以

一

ヒとなっ ている

。

し た がっ て

,

各 試 験 体の破 壊モ

ー

ドは いずれ も その柱脚 部で の曲 げ破壊で あっ た。  表

一

4は

,

試 験体において観 察さ れた破 壊 特 性 を 変 位 角の大き さ の順に ま とめたもの であ る。 同 表および後 述 の荷 重

一

変 形 関 係 (図

一

6参照)によ れ ば

,

試 験 体の破 壊 過程の概 要は次の ようで あっ た

。

 

(

i

) 変位角R

=

1/looまで の処 女 載荷 時に お い て は, 曲げひ び われの発 生

,

最 外 縁圧縮 主 筋の 降伏, 曲 げ

一

71

一

(4)

表

一4

 破 壊週 程

一

覧表 変  覽  角   〔R〕 試験体 円 形スハ

.

イ ラル筋 npe 〜 1/1°°

   

1/5G

   

1/3°

 

〜

 

1/2°

   

1/14

   

1/1° 四〇

.

1DlO 齷ioひ D

,

28 ●       ■ 十十 +5       

_

2        +2 〜〜 〜〜

.

No

.

2DI ∩呵50O

.

28 ● ▼ ■ワ +10   +1

一

5       +1  +2 No

.

3Dl3 ◎500

。

27 ▽ ■ +    +    

−

3  

_

口o

.

4DIO @50O

.

35 ○▼ +1 +10     

.

卜 +3    

−

1 +4 四〇

.

5D10 @50D

.

24 ● c▽眠7 +5     +1 十2 +5

一

8 No

.

6Dl3 愈50O

.

24 ● +10 十3 +1

一

5       

−

1◇ No

.

? DIO腫50o

.

32 ● ▼ O  +lo +5 +3 +8

一

9 No

.

 aD10 ◎500

.

30 ○ ▼        +⊥0 +ユ +6    + +ユ0 四〇

。

9D13 鱈500

.

30 ■ ▼■ 十ユ     

ー

1

一

2     十

冒

 

 

 」

No

。

10DlO 餌匸00D

。

40 ●  ▼O  ▽    +       自 

一

2

一

5          

−

5 No

.

11DlO @500

.

40 ●         +IO    

−

1  

−

5 +lo        

−

8 No

,

!2D13 郵50o

.

40 ●      +1

一

1 +2     

−

3 ND

.

13DIG 昌500

.

12 ● 

o

▽ +5       +

一

10 +5   

−

1◇ No

.

ll1DIO @50D

.

45 【) +     +  

−

5

一

4

」

9 No

.

15Dio 鱈50o

.

31 ● ▼ +L       

_

1

一

2      +9 ND

.

16D10 @50D

.

45 ●  

o

+  +1        +1

一_

No

.

17D13a  50O

.

45 鴨 +10    +1  +2 +1

一

6 NoJ8DlO @500

.

34 ●   ▼ o

一

1  +1 +3 +1 +8 No

.

19D 】0鱈500 ●  ▽▼ +1 +lo +1     +2

一

10 四〇

.

20D10050O

.

50 +耳1   +5 +1

一

3 No

.

2LD13 @ 50D

.

35 ● 口+30   

−

1 +8 +20

一

1 酎o

.

22DI3 @50o

.

34 ● 鬮 ÷lu +5                   +

一

50

一

3 悶o

.

23D 】3  5α D

.

34 ● o  ▽ +工

一

8   

_

   ÷59

一

1 注;表 中の数字 (±i〕は 破壊特 性点発 生時の繰返 し載 荷回数 ● 曲げ ひ びわれ の発 生 ▽ 引張 普 通 圭 筋 降 伏 口 かぶ りコ ンクリ

ー

トめ小 片剥落 ◆ 圧縮普 通 主 筋 座 屈 ▼ 圧 縮 普 通 主筋 降伏 自 かぶ りコンク リ

ー

ト圧壊 開始 D スパ イラ ル筋 露出 ◇ 最終破 壊(耄筋破 断)

O

 斜め ひび わ れの発生 ▽ ヌ

.

パ イラ ル筋 降伏 (コ アコンク リ

ー

ト圧縮最 外縁位 置) ▽ 引張PC 鋼 棒降伏

.

◇ 最終破壊 (コアコン クリ

ー

ト の著し い剥落 ) ひびわ れ に連 続する斜めひびわ れ (曲 げせ ん断ひびわ れ ) の発 生, 最外縁引 張 主 筋の降 伏お よびか ぶ りコ ンクリ

ー

トの圧 壊 開 始など がほぼ この順に従っ て生じ てい る

。

 

qi

) 変 位 角が 1/loo お よび 1/50の載 荷階に おける 繰り返し載 荷 中に, 圧 縮 縁 付 近での圧 壊の進展 に よ る か ぶ りコ ンク リ

ー

ト表 面での 小 片の 浮 き 上 りや剥 落が 起 こっ て い る

。

ま た, 円形スパ イラル筋の ひずみ性 状お よ びその補 強 機 能な ど につ いては続 報で評述 す る予 定であ る が, ほ

と

ん どの試 験体で は 変 位 角 1/50の載 荷 階まで に, コ アコ ン ク リ

ー

ト (円形スパ イラル筋で囲ま れ たコ ンクリ

ー

ト部 分)の圧縮最 外縁位置に おいて円 形ス パ イ ラル 筋の降 伏 が 生 じてい た

。

これ らの 現 象は横 補 強 筋量 の少ない試験 体

,

総 実 軸 力 比の大きい試 験 体および繰り 返し載荷回数の多い試 験体な ど に おい て早 期に起こる傾 向が見ら れ た (図

一

3の写 真

一

1参 照 〉。   (

iii

) 変 位 角が 1/50および 1/30の 載 荷 変 位 階に おい て は

,

図

一

3の写 真

一

2で示す よ うに, か ぶ り部分の 曲 げひびわれや柱 材 軸 方 向の ひびわ れ などに よっ て小 塊に 分 割 さ れ た か ぶ りコ ンク リ

ー

トの剥 落が

,

は り面から柱 径の約

0.

4倍 位の範 囲に おい て顕 著に生 じ

,

ス パイラ ル 筋が露 出し た

。

ま た変 位角 1/30の載荷 階で は

,

ほ と ん どの 試 験 体で PC 鋼 棒の 引 張 降 伏が生 じ

,

耐力は最大 値を示し た

。

 (

iv

) 変 位 角が

1

/

20

以 上の大 変 形 載 荷 階に な る と

,

コ ア コ ン クリ

ー

トの圧壊が生じ は じ め

,

コ ア内か ら の コ ンク リ

ー

トの剥 落が起き る よ うにな る

。

ま た横 補 強 筋の 少ない試 験体 (

No .1

, 

No .10

)と繰 り返 し回 数の多い 試 験 体 (

No .

23 )で はこれ以 前の 変形 域で

E

縮 主 筋の座 屈がす で に生 じ て い るが

,

それら以外の 試験 体で はこ の 1/20以上の大 変 形 域で圧縮 主 筋の座屈が初めて生じ

,

繰り返 し載 荷に よる大き な耐 力 低 下が観察さ れ た

。

な お

,

こ のよ うな載 荷 階で の破 壊の進 展は

,

横 補 強 筋 量の 少な い試 験 体, 総 実 軸 力 比の大きい試 験体お よ び繰り返し載 荷 回数の 多い試 験 体ほど 急 速で あっ た

。

試 験体の最終破 壊は

,

主 筋 座 屈 後の繰り返 し載 荷に よ る 同 鉄 筋の引 張 破 断, も し く は繰り 返 し載荷に よ るコ アコンク リ

ー

トの著 しい剥 落によっ て起こっ た (図

一

3の 写真

一

3

,

4 参照)。  (2) か ぶ りコ ン ク リ

ー

トの限界ひずみ度お よ び主 筋 座 屈 時ひずみ度  試 験 体の破 壊 過 程にお け る破壊特性点は

,

表

一

4に示 し たよ うに種々ある が

,

こ こで はそ れ らの う ち 破 壊 域に お け る顕 著な特 性 点で あり

,

また破 壊 性 状 と密 接に関 係 す る か ぶ りコ ンク リ

ー

トの剥 落ならびに主 筋 座 屈につ い て の実 験 結果を参考まで に示し てお く

,

前 者は大地震後 に補 修 を 施し て再 使用 する限 界に対す る指 標点であ り

,

ま た後 者は部 材の最 終 破 壊に対 応す る点と も考え ら れ る もの であ る

。

 破 壊過 程に おい て

,

各 試 験 体の かぶ りコ ン ク リ

ー

トの 外 周圧縮 部 位 置で材 軸 方 向ひびわ れ が急 激に進展 し, か ぶ りコ ン ク リ

ー

トの コアコ ンク リ

ー

ト部から の顕 著な浮

.

−

72

−.

(5)

図

一

3   破 壊 過 程 (試験 体NQ

.

12

,

λ。

=

O

.

69

,

0pe

=

0

.

40

,

 D 13@50) 03 02

。

− 。

戛

。

・ IO     O       O       IO      20       30                 ε 。 。fXIO

’

1 図

一

4

 

か ぶりコ ンク リ

ー

トの限 界ひずみ度 金   ● ● スパ イ ラ ル筋 φ DloelOO ● ● DIO @50 昏 Dl3 @5D き 上 が り あ るい は剥落が観察さ れ る時点が あ る (図

一3

の写真

一1

参照)。 図

一

4はこの時 点にお け るコ アコ ンク リ

ー

ト部の 圧 縮 縁 ひずみ度 ε,! と

,

同コ ア部コ ン フ ァイ ン ドコ ン ク リ

ー

トの既往算 定 式12) による圧 縮 強 度 時ひず み度 ε。Cf (推 定 値)と を比較し たもの で ある

。

な お

,

ε、∫ は ql区 間に お い て測 定 し た 曲率から算 出さ れ る コ ア コ ン ク リ

ー

ト圧 縮 縁 位置で の ひずみ度である

。

肉眼によ る 判 定 結 果であるた めばらつ き は大きいが

,

同 図か らか ぶ りコ ンク リ

ー

トの顕 著な剥 落は

,

ε、rがほ ぼコ ン ファ イ ン ドコ ンク リ

ー

トの 圧縮 強 度 時ひずみ 度 ε。Cf 程 度か そ れ以 上と なっ た段 階で起こ ると考え て よいと思わ れ る

。

 

図

一

5は

,

主筋の座屈 発 見 時に おける主筋位 置圧縮ひ ずみ度 εBU につ い て の実 験結 果を示し た もの である

。

主 筋の座 屈に は

,

横 補 強 筋の断 面 積と降 伏 強 度

,

ピッチお 9

〜

− Od

(

6 3       O       O       25       50       75       P5σsy (kq/  z ) 図

一

5 圧縮主筋座屈 時ひずみ度 (ε

、

、

V)

一

横補強 筋 量 (ρ

。

σ

。

s) よび主筋径な ど が影 響 すると考え ら れ る が

,

こ こで は

,

横 補 強 筋に関す る要 因 を

一

括して取り扱える横 補 強 筋 量 (p

。

σ

。

y

,

表

一

1脚注参 照 )を横軸に とっ て整 理し た (詳 細は別 報と す る)。 同 図によれ ば, εRuは横 補 強 筋 量の増 加に よっ て増大す る傾 向が見ら れ

,

十 分な横補 強 を施せ ば

,

主 筋の座屈は プレ

ー

ンコ ン クリ

ー

トの 曲 げ破 壊 時の 限 界ひずみ度で ある約0

.

3%の

10〜20

倍 程 度まで 防 止 で き るこ と が示 されて い る

。

な お

,

本 実 験結果か ら は EfiV に及ぼ す主 筋 径の影 響が明 確 化で き な かっ た。 ま た 同 図中に は, 単 調 単 軸 圧 縮 力 を 受ける軸 筋の座 屈性状を 調べ た実

gelS

) か ら得た 座屈 時ひずみ度の推 定 直 線 を併 記 し て いる が, 同直線 は本実 験結 果に対す る下 限 値と なっ て い る。  3

.

2  荷 重

一

変 形 関 係に及ぼ す諸 要 因の 影 響

一

73

(6)

NO

.

16 Pω 1 234  56  7    μ iδ〆δ=y B     O λ

¢軍

0

.

6日 np

匣

=

o

.

胴 2B 論 養

一 一

1   L 30    コ0 亠L4 由R幗 ス パイ ラ ル筋:DLO 50 上 筋r4

−

D 円 PC 躙 棒;4

一

φ15y 隅 : 24Bo7

げ

.

ノ

20 B

 【

.

  / 第あ苴蘓ル 偲     16

◎

 

■

oo crl 竕      工 y   聊

・

O  o 8 δ 〔πm)

一

LOO 

−

D   

−

60

一

40   D o 600     上OO

一

一

†

P ‘

.

−幽

1

恥

一 三

幽

 

一

N {i

日

Ll

i−.

L・

= 5     「 ,D囗

一

P

一

一

24 (a) 繰 リ返 し載 荷 回 散(各 1回ずつ}        

 

              (o } 螺準 載 荷 (各m回 ずつ)

.

偵醐 (DL3@5の   〔e}繰 り返し戯荷回数 CR

;

1〆20で50回

、

合 計附回以 上 〕 {S ) 標 準 載荷 〔各 IO回 ずつ〕 点 れ 発 生 点 ト圧鰻 開 姑点 圧蟆 開 蛤 点

.

横 補 強 箇【DlO◎10 の 1     3    5 義島妻 盍 NO

.

14      P{ヒレ

贓

。、DI_

凛

:

晝貅 丁  φ 15

 

α  }

一

・。        B

国

v

、

                         16   00         y聊

.

  oo      口 幽 ⊃丿

 

 

o

 

●

                    /    

’

一

噛

1一

一

 

 

厂

11

.

        〆        ’        ”

日

δ/δエy        R〔rad }

、

試験 体閇

。

.

i6の包 轄 醸    

丶

/

 

 

 

 

 

、

     男 Lサ イ ク ル      の包絡 線          

、

、

」

       

、

、

写卿 サ イ クル 舮 の包鵜               δ 〔  )

一

10D  

−

80   

−

60  

−

40  

冒

2        鉱 瓢

饗

包帖

壌

    \ 〔」

颪

41         

丶

、

         

、

、

            

丶

、

       

、

、

1

ア

2     40     60    80    100        

ウ

P       し

 

’

/

 

 

一

〒

■

_ 冖

牌

一

一

 一

−_

曹

「

「

     

−

24        

.

.

」

=

己       「  goo

,

P

一

(b} 抓準 載 荷 〔各且D 目 ず

つ

}

、

高鮪力{npe

=

o

.

45 } 〔d ) 繰り返し載荷回數〔各 30 同ず

つ

)   (f 〕鍛り返 し戦 荷 回倣 〔R

巫

t!30で呂O回

.

合 :tlOO回 以 上,        μ

=

d/6

=

y 〔h ) 標準 蛭 荷 (alo回ずつ) ル

.

低 軸 力 〔npe

=

oJ2) ル 図

一

6  荷 重

一

変 形 関 係 例 (そ の1}

74 一

(7)

NO

.

〔1 P(し11Z345678910 μ

=

δ〆δ

τ

y         上 λ

墫

c

耳

o po

む

0

.

24 28L  1

_一

二〇〇 50 三 30 亠 ZO よ H110

ス

パイ ラル筋:DI3 50 24 主 筋;a

−

D19 Y 曲 5

.

 20 ・

_ 丶

6 α ◎

’

B

σ

ロ

【

.

恥    Rこra  〔i

冒

9〕       剛 1サ イ

o

y   q印P

・

、

工2cr (M }       丶 〆 の包 脇 第】0サ /の包

馳

δ〔  )

一

100    0   

−

60   

−

40     夢

一

2 2040    60olOO 6 E

ロ

〔i

昌

5 ⊃

一

20

一

24 yta

.

.:

引 張主 齲 伏点 yロomv

.

 t 圧姻主 筋降 伏点 er 〔M):曲 げひびbれ雍生 cr :q♪

:

曲げせ ん断ひび わ Bmv

.

: かぶリ

コ

ン ク リ

ー

Beet

.

 : コアコ ンクt)

一

ト m    

:

主鉦座 屈 Btetrt

.

:圭筋破断 〔i)

 

a”e「e(各1°回ずつ,

・

鯛 プレ ストレ λ率 Cλ

・

=

0 ・RC 醐 〕        エO

 

epteR 〔各 1。回わ ,

.

−n

−

rレ ストレx ¥ CX

。

∈

・

.

e51regPCSt 材 }       図

一

6 荷重

一

変形 関 係 例 (その21   図

一

6は試 験 体の載 荷 点 位 置に お け る荷 重

一

変 形 (以 下 P

一

δ と略 記 ) 関 係 を 示 した例で ある

。

こ こ で は

,

P

一

δ関 係 特に大 変 形 塑 性 域で の P

一

δ関 係に及 ぼ す

,

本 研 究で取上 げた諸 要 因, すな わち, 繰り返し載 荷 回 数, 横 補 強 筋 量

,

軸 力および終 局 プレ ス トレ ス率などの影 響 につ い て考 察す る

。

 なお, 大 変 形 領 域で は図

一

7に示す よ うに , 柱の変 形 に伴っ て軸 力の作 用 方 向が変化 するた め, 柱に作 用 する せ ん断 力の 中に

,

こ の軸 力の y方 向の せ ん断 力の成分 (Ny) を 考 慮する必 要がある

。

し た が っ て, こ こ で は 柱に作 用す るせん 断 力 (

P

) と して は

,

式 (1>で計 算 され る値を用い た

。一

方

,

柱 脚の ク リテ ィカル断 面に作 用す る曲げモ

ー

メ ン ト (M )は

,

軸 力が断 面 中心位 置 に 配 置さ れ た

PC

鋼 棒に よっ て加え ら れて いる た め

,

柱の変 形に よる軸 力の影 響を受け な い

。

し たがっ て

,

M は (2)式で算 出して いる

。

   

P −

P・

一

垢 恥

瘍

一 一 ・

一 一 一

(・)    

M =

PL

・

L

…一 ………・

…・

……・

…

(2) こ こに 

P

, :

PC

ロ ッ ドに よっ て柱に加え ら れ た荷 重

       

(y方 向に作 用)         N :軸 力         L :は り面か ら加 力点までの柱長さ         δ :加 力点にお け る柱の た わ み変形 量 YL

lP

・ N 一 噸ミ 語 NyN 図

一

7 柱のせ ん断 力の算 定   1

.

OH 更” o

.

9d   O

.

8O

.

70

.

6O

.

5   (1) 繰り返 し載 荷 回 数の影 響  まず

,

各 定 変 位 載 荷 階で の繰り返 し載 荷回数 (n)が

P 一

δ関係に及ぼす影 響につ い て述べ る

。

図

一

6(a)

,

(

b

) に は n のみ が異な る試 験 体 No

.

16(n

=

1 )と

No

」4 (n

=10

)の, ま た図

一

6(c)

,

(

d

)に は n が 10回お よび 30回 と異な る試 験 体

NQ .

12とNo

.

21 の P

一

δ関係の結 果を 示 して いる。 同 図 (a)と (b), な ら びに (c)と (

d

) の比較か ら次のこと が分か る。   (

i

)繰り返し載 荷に よっ て大き な耐 力低下 を起こ し 破 壊して い く以 前の載 荷 階まで は, 各 載荷 階の第 1サイ クル に対 する包 絡 P

一

δ関 係に及ぼ すn の影 響は余り明 確で は ない

。

し か し

,

そ れ以 上の範囲 では

,

n の相違に よ る 耐 力低 下の差

,

す な わ ち靱 性 劣 化の差が明確に認 め ら れ る。 具 体 的に いえ ば

,

試 験 体

No .

16で は変 位 角

R

=

il /20 とい う大 変 形 域に お い ても , 耐 力 低下 が 小 さい

P 一

δ 包絡 関 係と なっ て い るが, 試 験体

No .

14で は n

・

=

1

  の繰り返し載 荷 履 歴の た めに

,

大き な耐 力低 下 を伴っ て破 壊し

,No .

16ほ どの大き な変 形 能 力は見 ら れ ない

。

こ の ような靱 性の劣 化は, n が 10 および30回 と多い場 合 (試 験 体 No

,

12と

No .

21)の比 較に おい て も示さ れ ている。  (

ii

) 各 繰り返 し載 荷 階の第1サイクル に対す る包 絡 線に比べ

,

た と え ば第 10ある い は第30サイクルな ど

,

サイクル数が大きい場 合の包 絡 線は耐 力

,

変 形 能 力の面 24681020304050607080        繰返し 回数 (i} 図

一

8 耐 力低下性状

一 75 一

(8)

で劣る

。

 以 上は, 各 載 荷 階での繰り返 し載荷回 数 が

一

定で あ る 変 位 漸 増 繰り返し載 荷 試 験につ い て の 結 果であ る が

,

次 に

,

ある設 定 変 位 階で多 数回繰り返し荷 重を受け た 試験 体につ い て の実 験 結 果 を考 察す る

。

図

一6

(e)

,

(

f

}は

,

ある設 定 変 位 階 以 前の各 載 荷 階にお け る各

10

回の繰 り 返し荷 重 を1頂 次受け た後, 試験 体

No .

22で は

R =

1/20

,

試 験 体

No .

23

で は

R =1

/

30

の設 定変位階でそ れ ぞ れ 50 回 お よび

80

回の繰 り 返 し荷重を受け た時の P

一

δ関 係 を 示 し た もので ある。 ま た図

一8

は

,

これ ら試 験 体の 多 数回繰り返し載荷設 定階に お け る耐力 低 下 性 状を よ り分 か り 易 く す る た め

、

繰 り返 し載荷 回 数に よ る 低 下 耐 力 比 (P,

IPl

,  Pr,  P‘:各載荷 階で の第 1お よ び第

i

サ イク ルでの最 大 荷 重 )の変 化を示し た もので あ る

。

な お

,

同 図中に は比較の た め, 各載荷 階での繰 り返 し載 荷 回 数 が 30回で あっ た試 験体

No .

21の結果も併 記 してい る

。

こ れ らの図か ら次の よ う な事項が要 約で き る。  (

1

)十 分 な 横 補 強 筋 を 配 し た PRC 円形 柱は

,

大 変 形塑性域で の繰り 返 し荷 重に対して非 常にす ぐ れ た安 定 性 を 示す

。

具体的に は

,Dl3

@

50

(ρs

=1.64

%)の十 分 な横 補強 筋 を有す る 試 験体 (No

.

22 と23)で は

,

変 位角

R ;

1/20の大 変 形 域で n

=

50回とい う多 数 回 繰り 返 し載 荷 を行っ た 場合

,20

サ イ クル付近 か ら耐 力 低 下 が 徐々 に増 加 して繰 り返 し破 壊 を している

。

(図

一

6

’

(e) 参照)

。

しか し, R

−

1/30で の 80回の繰り返 し荷重に 対して はt 低 下 耐 力 比 (

P

‘/

P

,)が収 束す る よ う な安 定 性を示し (図

一

8参照)

,

この 変形 階に至る までの 塑性 域に おける繰 り返し 回数 を加え た総計 100サイクルの繰 り返 し荷重に対し て も破壊し てい ない。 さ ら に

R ;

1/14の載 荷 階の第 1サ イ クル時に は

,R

・=]/

30

で の最 大耐力の約 9 割程度の耐力も保持す る (図

一

6 (

f

)参照), という繰り 返 し荷 重に対す る極め て良 好な安定し た特性 を示し た

。

  (

ii

> 試 験体

No .

22の R

≡

1/20お よび試験 体

No .

23 の 1/30 にお け る多 数回繰 り返 し載 荷 時で の低 下 耐 力 比 (

P

‘/

P1

)は図

一

8に併 記し た試 験 体

No ,

21の対 応す る 載 荷階で の耐 力 低 下 性 状と ほ ぼ

一

致し て いる

。

こ の こと は, 破 壊が起こ る載 荷 階 以 前の載 荷 階で受け た載 荷 履 歴 は耐 力低下性 状に余 り大き な影 響を及ぼ さ ない こと を示 して い る と考えられ る。   以上述べ て き た繰 り返 し載 荷 回 数が P

一

δ関 係な らび に低下耐 力比 な どに及 ぼ す 影響に関する結 果は

,

耐震性 を 目的と してコ ン ク リ

ー

ト部材の靱性 を考え る 場 合

,

あ る い は さ らに積 極 的に塑 性 域 を耐 震 設 計に安 全かつ有効 に利 用 し よ う と す る 場 合

,

繰 り返 し載 荷によ る靱 性お よ び安 定 性の劣 化 性 状 を的 確に把 握して お くこと がいか に 重要であ る か を 強 く 示唆し て い る5]

−

14)

。

  (2) 横 補 強 筋量お よ び軸 力の影 響

一 76 一

 

図

一

6 (c)に示す試 験 体No

.

12〔D13 @50

,

 p

。

=

1

.

64 %)は同図(g )の

No ,10

試験 体 (D10 @100

,

p

。

=

0

.

46% ) の横 補 強 筋量 を 増 加 させ た もの であ る

。

こ れら の図に よ れば

,

変 位 角が 1/100程 度まで の小変形 領 域の P

一

δ関 係には

,

横 補 強 筋 量による余り大き な差は見ら れ ないが

,

大 変形 域に達すると 明確な違い が生 じて いる

。

す な わ ち, 横 補 強 筋量の増大によっ て, 圧縮 側コア コ ン クリ

ー

トは よ り有 効に拘 束さ れ る た め

,

部材の変形 能 力な ら びに繰 り返 し荷 重に対す る安 定 性は画 期 的に改 善さ れる

。

 図

一

6 (

h

)と 〔

b

)に は

,

軸 力の み が異な る試 験 体

No .

13(ηd

。

s

=

0

,

ηpe

=0.

12 )と試 験体

No .14

{磁,3

=O,35,

η

。

e

=

0

.

45}の

P 一

δ 関係を 示 してい る

。

これら の図よ り

,

軸 力が大き い場合は小さい場合に比べ

,

各 載 荷 階での繰 り返し載 荷による耐 力の低 下は大き く

,

ま た変 形 能 力は 小さ く な るこ と が分か る

。

 図

一

9は, 柱 部 材の変 形 能 力に及ぼ す横補 強 筋量 お よ び軸 力の影 響 を ま とめ て示し た もの で あ る

。

主筋と して

D19

の異 形 鉄 筋 を 用い た 試 験体の み か けの安 定 限 界 変 形 (δ翻 付 録1参照)の変位靱性 率 (μe

=

δ

k

/δ.

.

) を

,

総 実 軸 力 比 (ηpe :表

一1

脚 注参照)を横軸に とっ て

,

横 補 強 筋量 をパ ラメ

ー

タ

ー

と して示 し た もの である

。

なお

,

同図で は引張主 筋降伏時 変位 (δ,y)を基 準と して靱 性 率 を表して い る

。

同 図によ れば

,

変位靱性率は総 実 軸 力 比の増 大に よっ て減 少す る が

,

横 補強 筋 量の増 大によっ て増 加する こと が分か る

。

た とえば, 6程 度の変位靱性 率 を得る ために は

,

 F。

=

270 

kg

/cm2 の場 合, 

D

 10@50 (ps

=

O

.

 92%)お よ び

D13

@50 (ps

=

1

.

64 %)の補強に対 し

,

総 実 軸 力 比をそ れ ぞ れ約0

.

4お よ び0

.

5以下に, ま た

F

。

=

380 

kg

/cm2 の 場 合

D10

@50の補 強に対 し て は 約 0

.

3以下にする必 要が ある と思わ れ る

。

な お, 同 図に 主 筋 径が

Dl3

の試 験 体の結 果も併記して い る が, 主筋 径が細い場 合

,

主 筋の座 屈 が先 行し て部 材の破 壊が起こ る た め

,

横 補 強 筋を太く し て も変 位 靱 性 率は ほ と ん ど 改 △ 10

ー

8 6 あ H

 

\ ρ

智

覧 ユ 4 2 0 △    

_

丶 丶 ▲ △ 

’

\ \

.

,

’

\

叺

\ \ △\ \

.

\

’

\

.

本

\ \△

.

\ kF 辭 D19Dl3 10100 0  

 

07 」 22  

 

310 ◎ 50B @50 39010e  50 0     0

.

1   0

.

2      0

.

3   D

.

4    0

.

5        

npe =

=

4{N十Pe }/TD2Fo 図

一

9 変 位 靱 性 率

一

総 実 軸 力比 関 係

(9)

善さ れ ていない

。

ま た主 筋径か太い場合に 比べ 変位靱性 率は小と な る傾 向が み ら れ た。  (

3

) 終 局 プレス トレス率の影 響  図

一

6 (i)

,

(

j

)に は

,

終 局 プレ ス トレ ス率

h

が異な る 試 験体 No

.

6(養

=

0

,

す な わ ちRC )と試 験 体

No .

9(λc

=0.85

)の

P 一

δ関 係 を 示して い る。 λc

=

Oの RC 試 験 体

No .6

で は

,

残 留 変 形が大き く

,

その履 歴ル

ー

プ形 状 がほ ぼ 紡 錘 形 を 示 すの に対 し

,

λ。

=

0

.

85の PC に近い

PRC

試 験 体

No .

9

で は

,

残 留 変 形が小さい ため

,

試 験 体

NQ .6

に比べ痩せ た形状を 呈 し

,

復 元 性にはす ぐれて い る がエ ネル ギ

ー

吸 収 性 能に劣ること を示 して い る 。  図

一

10は, 残留 変形が終 局 プレス トレス率

h

に よっ て具 体 的にどの程 度の も の に な る か を調ぺ る た め

,

復 元 性の

一

指 標で あ る各繰 り 返 し載 荷 階で の載 荷 変 位 (δ) に対する荷重零 時にお ける残 留 変 位 (δ。)の 比 (δr/δ) の実 験 結 果 を

,

横 軸に変位 角を とっ て示し た もの であ る

。

同 図に よ れば

,

変位 角 が1/100で は 残留 変 形 率は λ

、

の ℃ \ 臼

゜

℃

g

‘ 0

.

8 0

.

6 o

.

4 0

.

2 0 0

.

3 O

.

2 0

.

1 Spiヱa工D⊥O侵501D工3@50 0O   I  ■ λ・

1

:

壽

ム ロ ■ 0

.

85 ◇  1  ◆     !   ノ !

 ’

’

7   ノ   ! !            ’         ’       ’  ’         ノ   ,!

,

’

 

  

 

 

’

 

,

” !

一 ,

’

,

’

r6 01 /IOO l/501 /30  ⊥/20   ]ノエ4 R 」

一

」

一

一

一

一一

_

亠

___

_

ユ

_

 δ 0  9  18  30    45    64  (  ) 図

一

10 残 留 変形 率

一

変 位 角 関 係 0   01 /IOO I/501 /301 /20   1/14  R  」

一

亠

一

一

亠

一一

一 δ  0   9   18   30    45      64  {rm ) 図

一

11 等価 粘 性 減衰 定 数

一

変位 角関 係 値にか か わ らずほ ぼ同 じ値を示す。 し か し

,

いずれの

h

の場合で も変形が増 大 する と残 留 変 形 率は増 加 し, そ の増加 率は 趣が大 き く

PC

に近い部 材ほど 小さ く な る

。

し たがっ て

,

た とえ ば

,R =

1/30(δ= 30 mm )の時

,

λ,= 0の RC 部 材な ら ば

,

 

R =

1/60(δ,

・

=15

皿 m )程度の 変形が残 留す るの に対し

,PC

に近い 々

=

O

.

 85の部 材 では

,R

=

1

/

150

(δ 。

;

6mm )程 度の残 留変形し か 生じ な い, な ど の よ うに

M

の 大き さに よっ て変 形の復 元 性 を変化さ せ ること がで きる。 こ の ことは地 震 後の残 留変 形を 亙 に よっ て設 計で き る可 能 性を示 し て い る

。

図

一

ユ

1

は

,

部 材の エ ネル ギ

ー

吸 収 能 力 を表す

一

指 標で あ る 等価 粘 性 減 衰 定 数 (

h

。g}に及 ぼ す λ。の影 響 を調べ た も の で あ る。 残 留変形 率の場 合と同様

,h。

。は変位 角 が

1

/

100

に おい て は5% 前 後で

h

の影 響はほ と ん ど み ら れ ないが

,

変形の増 加に伴っ て

heq

は増 加す る

。

その増 加率は

,RC

に近い (λ

,

:小 )部 材の方が

PC

に近い (λ。 :大 )部 材 よりも大き く なっ てい る

。

 ま た

,

図

一

10

,

11に は λ

,

が同

一

で横 補 強 筋量の異な る場 合の結 果 も併せ て示している

。

横 補強 筋 量 は残 留 変 形 率

,

等 価 粘 性 減 衰 定 数などに大き く は影響 し ない。  

4.

ま と め  円形スパ イラ ル筋に よっ て高 靱 性を

,

プレス トレ ス の 利 用に よっ て 高 復元 性を付 与 する こ と を 目 的 とし た PRC 円形 柱部 材の, 特に大 変 形 塑 性 域におけ る数 十 回 か ら百回程 度にお よ ぶ 正負交番 繰 り返し荷 重下で の力学 性 状の解明を試み た。 本 研 究で得られ た結 果の う ち, 本 報 告で は, 同部材の破 壊過 程と破 壊 性 状

,

な らびに荷 重

一

変 形 関 係に及 ぼ す諸 要 因の影 響な どの実 験 結果につ い て考察し た。 得ら れ た主な知 見 を 以下に示す。

 

(1 )本 実 験に お け る ほ と ん どの

PRC

円 形柱で は

,

変位角

R =

1/100まで の処女載荷 過 程に おい て

,

曲げひ びわ れの 発 生

,

圧縮と引張 主 筋の 降伏 , 斜め ひ び わ れの 発 生お よ び か ぶ りコ ン クリ

ー

トの圧 壊が生じ た

。

最大耐 力はほとんどの試験体におい て

,PC

鋼 棒の降 伏 が生 ず る近傍の載荷階 (

R

 

・

1/30)で起こっ た

。

ま た最終破壊 は,

R ≡1

/

20

か ら1/10の載 荷 階に おい て

,

主 筋が座 屈 し た後, 繰り 返 し載荷に よっ て起こ る主筋の 引 張 破 断

,

あるい はコ アコ ン ク リ

ー

トの激し い剥 落の た めに生じ た (表

一

4参 照)

。

 (2) かぶ りコ ン ク リ

ー

トの顕 著な浮き上り や小 片の 剥 落が観察さ れ た時の コ ア コ ン クリ

ー

トの圧縮縁ひずみ 度は

,

ほ ぼコ ア部コン フ ァ イン ドコ ンク リ

ー

トの圧 縮 強 度 時ひずみ度 程 度かそれ以 上の 値であっ た。 また

,

圧 縮 主 筋の 座屈は

,

十 分な横 補強 筋の使 用に よっ て数% の ひずみ度まで抑止 さ れ る (図

一

4

,

5参照)

。

 (3)

PRC

円 形柱の靱 性は

,

各 載 荷 階で の繰 り返 し 載 荷回数の 多い ほ ど明 確に小 と なっ て い る

。

こ の こ と は, コ ン ク リ

ー

ト系 部 材の耐震性を論ず る場 合

,

ある い は さ

一 77 − ・

(10)

ら に積 極 的に塑 性 域を耐 震 設 計に合理的に利 用しよ う と す る場 合

,

繰 り返し荷重によ る靱 性の劣 化を考慮 す る 必 要の あるこ と を強 く示 唆 して い る。 これ は

一

般の

RC

柱に お い てもまっ た く同 様であ ろう

。

また

,

同柱の靱性 は, 横 補 強 筋量 が多い程

,

プレス トレスカを含め た総実 軸 力比が小さい程

,

な ら びに主 筋 径が太い程 大で あっ た (図

一

6

,

9参 照)

。

  (4) 十 分な横 補 強 筋を配し たPRC 円 形 柱は

,

高 軸 力 を 受 ける場 合で も

,

変 位 角1/30まで の大変形 塑性域 に お け る総 計 100回の繰り返 し荷重に対して破 壊せず

,

非 常にすぐれた安 定 性を示 し た (図

一

6

,

8参 照 )

。

 (5)

PRC

円 形 柱で は

,

復 元 性を終 局 プレ ス トレ ス 率 λ

、

の 変 化に よっ て変え る こと がで き

,

地震 後の架構 の残 留 変 形 設 計に対する可 能 性を示 し て い る (図

一

6

,

10

参 照 〉

。

 な お, 本 論 文の表 題で は

PRC

と し て い るが

,

本 研 究 で得ら れ た結 果は, プレ ス トレ スカ

ニ

0

,

す な わ ち

,

RC

の場 合に も勿 論あて は ま る。  謝 辞 本 報 告で の実 験

,

デ

ー

タ整理等に多大な労を わずら わ し た大 阪 大 学 :中川 隆 夫 技 官

,

卒 業生 :小野 俊 雄 君 (阪 急 電 鉄 )に深 甚なる謝 意を表し ま す。 付録

1

:安 定 限 界変形の定 義 :

.

本 研 究で は

,

耐 力劣化性状に基 づく既 往の評 価方法 を15 )を参 考にして

,

得ら れ た実 験 デ

ー

タか ら繰 り返し荷重

一

ドで の安 定 限 界を 次のよ うに定 義し た

。

す な わ ち

,

付図

一

1の代 表 例で示さ れ る よ うに

,

繰り返し回 数n が 10 で あ る試 験 体では

,

繰 り返 し載 荷 回 数 iの増加に対し て低 下 耐 力 比 PMP 匸の値 が 収 束 傾 向 を 示し

,

かつ 第10サ イクル時の P‘/P,が 0

,

8以 上 と なる載 荷 階で は試 験 体の破 壊は 生 じ な かっ た

。

従っ て本 報 告では

,

こ の両条 件 を満 足す る最大の載荷 階 を 便宜的に安 定限界 階

.

を の時の変 位を 安 定 限 界変 形 (δ

。

∂とし

,

安定 限 界階に続く次の載 荷 階を破 壊 階と呼ぶ

。

ま た み か けの安 定限界 変 形 碍

,

は安 定 限界 階お よび破 壊 階での変 形δ畆 δ。を用 2主LOPl0

.

B0

.

60

.

4 付図

一

1 耐 力低下 性状 繰 逗し載 荷 同 數  (i 〕 い て

,

δ

9

, 

=

=

 S3,十 (δF

一

δ.t)

’

i/10〔i:破 壊 階に おい て P,/P,が 0

,

8を超える時の繰り返し 回数

,

IO:n

=

10を 示す〉で算 定さ れ るもの とし た

。

参 考 文 献 ) 1 > 2 ) 3 ) 4 ) 5 > 6 ) 7 冫 8 ) 9 10> 11) 12) 13〕 14) 15> たと え ば

,

吉 岡 研三

,

岡 田恒 男

,

武 田寿

一

:鉄筋コ ンク リ

ー

ト柱の変形性 能 向 上に関 す る 研究

,

日本 建 築 学 会 論 文 報 告 集

,

(第1報 )

,

第279号

,

昭 和54年4月

,

(第2報 )

,

第282号

,

昭 和54年8月

,

(第3報 )t 第324号

,

昭和 58年2月

.

日本 建 築セ ンタ

ー

:鉄 筋コ ン ク リ

ー

ト柱の崩 壊 防 止に関 する総 合 研 究の現 状につ い て

,

コ ン ク リ

ー

ト工学

,

VoL 13

,

 No

,

1

,

昭和50年1月

M

.

∫

.

N

.

 Priestley

,

 R

.

 Park, and R

.

 T

.

 Potangaroa; Ductility of SpiTally

.

Confined  Concrete Columns

,

ASCE

,

 Vol

,

107

,

 No

.

ST 1

,

 

Jan,

,

1981

.

R

.

Park

,

 M

.

 

J.

 N

.

 Priestley

,

 and W

.

 D

.

 Gill:Ductility

of Square

・

Confined Concfete Columns

,

  ASCE

,

Vol

.

108

,

 No

.

ST 4

,

 Apr

.

,

1982

.

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一 78 一

図

表 一2   コ ン ク リ ー ト の 調 合 お よ び力 学 性 質 試 験体 調 合 Fo ε o EoXlO3Ft一W/C 〔 瓢 〕 C     S     G ( k ‘ 〆 c 皿 つ ( 箔) ( kg 〆 cm3 ) (匿 9 !c ロ つ No . 1 〜 No . 354 ユ 56   7 呂 3   9623210 , 27864 , 530 .8 No .4 57335  801   962 訓 4O 。 22555 . 630 .1 No . 5 叩 門 o . 956357
表 一4  破 壊週 程 一 覧表 変   覽   角   〔 R 〕 試験体 円 形 ス ハ . イ ラ ル 筋 npe 1 / 1 °° 〜     1 / 5G     1 / 3 °   〜   1 / 2 °     1 / 14     1 / 1 ° 四 〇 . 1DlO 齷 io ひ D , 28 ●       ■ 十 十 + 5         _2         + 2 〜 〜 〜 〜 . No . 2DI ∩ 呵 50O . 28 ● ▼ ■ ワ + 10     + 1 一5  
図 一 3  破 壊 過 程 (試験 体NQ.12 , λ。 = O . 69 , 0pe = 0 .40 , D   13 @ 50 ) 03 02。−。戛。・ IO     O       O        IO        20         30                  ε 。 。 fXIO ’1 図 一 4   か ぶ り コ ン ク リ ー ト の 限 界 ひ ず み 度金 ●●スパ イ ラ ル筋φDloelOO●●DIO@50昏Dl3@5D き 上 が り あ る い は 剥 落

参照

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