1
論 文 】 日本建築学会構造 系論文報 告集 第454 号・
1993 年 12月Journal of Struct
．
Constr．
Eng冂9，
AIJ、
Ne．
454，
Dec．
，
1993二
方
向変
形
を
受
け る
鉄 筋
コン
ク
リ
ート
造 柱
の
曲
げ
降伏後
の
構
造
性状
pQsT
−
YIELD
BEHAvIoR
oF
REINFoRcED
coNcRETE
、
OOLuMNs
SUBJECTED
TO
BILATERAL
DEFORMATIONS
UNDER
AXIAL
LOAD
平 石 久
廣
＊ ，村
田義 行
＊＊ ，上 之薗 隆志
＊ ＊薬 研地
彰
＊ ＊ ＊ ＊Hisahiro
ffJRAJSffL
’
YoshiyZtki
MqRA
TA
，
・
Takashi
KAMINOSOIvo
andAflira
YA
GEIVIJI
．
Thispaper reports the experimental results and their discussion of reinforced concrete columns
focusing
on the effect ofbiaxial
lateral
loading
on Structural performance．
Three
specime 閃 were made withhigh−
strength concrete and high−
streng ヒh steel6ars，
and two specimens were subjeCtedto
bilateral
deformations
hence
one specimen was subjected to unilateraldefermation
．
Both
specimens subjected tobi
旦ateraldeformations
began
shorteningjust
after the occurrence of co 川pressionfailure
of cover cQncrete a皿d
showed tre．
mendously poordefQrmation
capacity，
Test
andfinite
fiber
analyti （ial
results cQncerning the shortening and restoringforce
showed excehentcorrelation
．
Finally，
the paper clearly・
describes
thefactors
causingde
しeriorationin
strength anddeforma−
tion capacity
．
Keg
ωords ：reinforced concrete columns，
bitateral
deformation
，
fiber
analysis，
』
defomation
caPaCity鉄 筋コ ン ク リ
ー
ト造柱
， 二 方 向 変 形，
曲 げ解析，
変 形 能 §1．
序現在
，
建築 物の耐震 設計は，一
般に主軸の各
方 向に対 して そ れ ぞ れ独立に行わ れて いる。
し か し な が ら実 際の 地 震 動は強さ と方向が時々刻々と変化し，
結 果と し て建 築物は複雑 な二方 向の 応 答 を生じ る。
どの二方向
応答に 対す る 耐 震 性の問題は，
構造物の終局時に おける特 性に 立 脚し た近 郎の靱 性 設 計に お い て は1
検 討 すべ き早 急の 課 題といえよ．
う。 特に鉄 筋コ ン グ リー
ト造は高 軸力下で はもろい破 壊を生 じ や すい こと か ら，高
軸力下で一
定の 変 形 能を要 求され る 超高 層 鉄 筋コ ンクリ亠 ト造建築物の1
階柱につ い て は，
二方 向応答の影 響 を適切 に評 価す る 必要が あ る。 本論文は，
高 強 度 鉄 筋 （主筋 ：7 138kgf
／crnZ， 横 補’
強 筋 110057
kgf
／cm2 ） ， 高 強度コ ン ク リー
ト （コ ン ク リー．
ト強 度の 目標 値＝
800kgf ／cm2 ）を 用い た高 軸 力レ ベ ルの 鉄 筋コンク リー
ト造柱に一
方 向あ るいは二 方 向変 形を与え た曲 げせ ん断 実 験 を行い， 二 方 向変形 を受け る 鉄筋コ ン クリー
ト造 柱の主と して変 形 能を中心 と し た耐 震 性 能に関する検 討を行っ た もの である。
得ら．
れ た実 験 結 果は，
二方 向 変 形による柱の耐 力お よ び 変 形 能の劣下を端的に示し て い る。
また，
本 論 文で は，
コア断 面に関 する中心 圧 縮実験 か ら得ら れた拘 束コ ン ク リー
トお よ び主 筋の材 料 特 性に基づい たFiber
モ デル に よ る断 面 解 析を行い，
こ の解 析 手 法が，
二 方 向 載 荷の 実 験に対して も有効．
であ るこ と を明ら かに・
し た。 さら に 二方 向 変 形 下に お け．
る耐 力 低 下お よ び変 形 能の規 定の要 因 を解析的に も検討し ている。一
一
方，
二方 向の載荷履歴に着目し た鉄筋ゴ ンク リー
ト 造 柱の実験 研 究に関して は，
文 献1
）− 11
）等の研 究が 挙げ ら れ る。 これ ら の中で変形能に着目し た研究 （文 献．
7ト 11））で は，
その検 討を耐力低下，
吸収エ ネルギー，
軸方 向変形，．
復元 力の大き さに よっ て行っ て お り， 変 位 本 論 文の一
部は文 献17｝，
18｝に発表 し た も の で あ る。
＊．
嬢設省建 築 研 究 所第三 研究部．
構造 研 究 室 長・
博士 （工学 ）．
1＊ 五 洋建 設 技 術 研 究 所 第三研 究 開 発室 研 究員・
修士《工学） ＊＊＊ 建 設省建築研究 所第三 研究部 振動 研 究 室 長
・
修士 （工学 ） ＃ u 間 組 技 術 研 究所 技 術 開発 部 研 究 員・
修士 （工学 ）Hqad of Structure Division
，
Building Research Institute，
Ministry of．
Construction，
Dr．
Eng．
Research Eng
．
，
Engineer山g Research Institute，
Penta．
Ocean Con−
・
structien，
M．
Eng．
Head Qf Vibration Division
，
B圃ding Research Institute，
Mihistry ofCQnstrロction
，
M．
Eロ9．
、
Research Eng
．
，
Techhical Researgh Institute，
Hazama CQrporatb皿，
M
．
Eng，
履 歴 等の条件が異な る場 合に も 対 応 しう る よ うに
，
ほと んどの研 究が吸 収エ ネルギー
に よ る評 価方法 を用いてい る。
これら の う ち，
文献 9）で は，一
定の変 位 振 幅 下で の 繰返 し載荷 実験 を 行い， その累 積 疲労損 傷を耐 力の低 下， 履歴吸収エ ネル ギー
量の減 少，
軸 方 向 変 形の進 行と してとらえ，
累 積 損 傷 評 価 式 を 提 案して お り，
文献10
） で は，
限 界 変 形 を軸ひずみ が2％ に達し た 時 と定 義し，
載 荷 履 歴の異なる実 験に対し，
限 界 変 形点で の吸収エ ネ ルギー
量の比 較 を 試みて い る。 ま た，
文献11
）で は， 軸 方向変形に着 目し，
3 軸変動力載荷の場 合も，
一
定 軸 力 と一
方 向 曲 げせ ん断 を 受 ける柱と同 様に軸圧縮 変形の 進 行に伴い部 材 靱 性が低 下 すること を指摘し てい る。
以 上の よ うに変 形 能の評 価に対し て さ まざま な検 討が な さ れており，
これらの研 究で は，
鉄 筋コ ン ク リー
ト柱が二 方 向に変 形 を強 制さ れ る と一
方 向に変形を強制さ れ たも の に比べ，
耐 力の低 下お よび軸 方 向 変 形の進 展が著し く な るこ と を指摘 してい る が， そ の要 因を明確に指 摘す る までに は至っ ていない。
これ らの研 究に対し，
本 研 究では，
コ ンク リー
トの塑 性化が耐 力 低下お よび軸 方 向 変 形の進 展を 容 易に進 行 さ せ ること を，
材 料の応 カー
ひずみ関 係に基づ いた断面性 能の履 歴 特 性 を 検 討 することによ り明 確に指 摘し てい る。
な お， 既往の 二方 向 載 荷の曲げ系に関す る 研 究にお いて， 圧 縮 破 壊 した試 験 体の最 小の部 材 角は1
／50rad．
程 度であ る が，
本 研 究で は，
曲げ系の鉄 筋コンク リー
ト 柱で も二方向 載荷を 受 ける とユ／200rad．
程 度の小さ な 変形で も圧縮破 壊に至る可 能 性がある ことも指 摘してい る。
また，
二 方 向 載 荷 実 験 結 果に対す るFiber
モ デル に よる断 面 解 析の有 効 性は 既往の研究 ［例えば文 献 11）］ におい て も指 摘さ れて い る が， 本研究のよ うに最 終 破 壊 要因 が曲 げ圧 縮 破 壊である試 験 体につ い て，
最 終 破 壊に 至る まで実 験 結 果 をよく再 現し たもの は な い。 さ らに，
本 研 究の よ うに二 軸曲げ せ ん断実験の解析に コア断 面に 対応す る供試体の中心圧 縮実験か ら求め たコ ン クリー
ト の応 カー
ひず み関係 を 用いた もの はない。
以上，
本論 文で は，
力学特性が現 在明確に され て い る とは言い難い二方 向 変 形を受け る柱につ いて， 実験， 解 析お よ び検討の すべ て に わ たっ た総 合 的な 研究か ら，
軸 方 向変 形の進 展，
耐 力低 下の度 合いお よ びこ れ らの要因 を明 らか に し た。
§2．
実 験 概 要 2．
1 試 験 体 表一
1に曲 げせ ん断 実 験の試 験 体の一
覧を示す。 実 験 変数は， 設 定 軸 力および変 位 履 歴で あ る。 軸 力は，
全 断 面に対 しコ ンク リー
トの シ リンダー
圧縮強 度an の0．
35
倍お よ び0．
60倍とし，
変位履 歴は一
方向 載荷お よび二 方 向 （四葉 型 ） 載 荷と した。 図一
1に試 験 体の配 筋 詳 細 を 示す。
すべて の試 験 体は，
断 面が25cm
×25
cm，
内 法ス パ ン が 125c皿 で，
主 筋が 8−
D13 （全主 筋比 P。＝
1．63
％）， 横 補 強 筋が 3一
φ4 （横 補 強 筋 比 Pw＝ ⊂1．
5％ ） で ある。 ま た，
コ ン ク リー
ト強 度の 目標値は8DO
kgf
／cm2 である。 2．
2 使 用 材料 コ ンク リー
トの粗 骨 材は最 大 粒 径13mm
の6
号 砕 石，
細 骨 材は川 砂 を 用いt 高 性 能AE
減 水 剤 を混和 し た。 鉄 筋は，
主 筋に Dl3 の高 強 度 鉄 筋 （σs＝ 7138kgf ／cm2 ） 800275 250 275 O 頃 旨 2503° 19
『
畠羸
旺 圖
（主 筋 ）Lz
！s
−」
8
A−
A断 面 図一
1 曲げせ ん断実験試 験体配 筋 詳 細 表一
1 曲げ せ ん 断実験試 験 体一
覧 設 定 軸 力 試験 体名 断 面 bXD （cm ｝ ン ア スパン比 M／QD 軸 力 N （tonfl 軸力比 N 主 筋 （全主 筋比〕 横 補 強 筋 （横補強筋比〕 載 荷 履歴 bDσB CA35一
方向載 荷 CB3525 × 25 5，
0195o，
35 8rD13 （P9＝
1．
63％》 3一
φ4＠30 （P．・
o．
50髯） CB60 347，
0．
50 四葉 型 載 荷 CA35牛
片 持 ち 加 力 形 式 載 荷 履 歴 （A ：一
方 向 載 荷，
B ：四葉 型 城 荷 ） 軸 力 比 （35：N／bDσB≡
；
O．
35謄
60：N／bDσB・IO．
60）一 116 一
表
一
2 コ ンク リー
トの材 料試 験結 果 試 験 体 名 圧 縮 強 度 C「8kgf ／c 個3 弾 性 係 数 E 匸 k酬cm露．
CA35CB35 B923．
63x10 ガ CB60 925 窪．
B3x10°
中心 圧縮試験 体 913一
表一3
鉄 筋の材 料 試 験 結 果 鉄 筋 径 降 伏 応 力 度 σ y、
kgf／c爪〒 降 伏 時 ひず み εy ％ 弾 性係 数 Es．
kgf／cバ 引張 強 度 σmaxkgf ／cm8 伸び率 ％ φ4零 1005To．
5211，
93XIO 墨 1443z11．
2 Dl371386．
3552．
01× 1059、
49911．
5 ＊降 伏 応 力 度は0，
2％offset 強 度 σ 〔kgf／c耻2） 1400012eOO，
10000800060eo40002000
ノ
，
／ φ4’
’
ノ’
’
’ D1310
12．
3456789 ε （96） 図一
2 鉄 筋の応 カー
ひずみ 関係 を，
横 補 強 筋に φ4の高 強 度 鉄 筋 （σ y；
10057kgf ／cm2 ） を用いた。 表一
2，
3にコ ンク リニ トお よ び鉄 筋の材 料 試 験 結 果を，
図一2
に鉄 筋の 引 張 試 験よ り得た応 カー
ひず み 関係を示す。
な お， φ4
の高 強 度 鉄 筋は明 確な降 伏 点 を示さ なか っ た ため，
0．
2％の残 留ひずみ と な る応 力を 降 伏 点と定めた。
｝
コ ン ク リ
ー
トめ打設は， 曲 げせ ん断 実 験の試験 体は横 打 ち，
中 心 圧 縮実験の試 験体は縦打ち と し同時に行っ た。 2．
3 中心圧縮 性状 図一
3に解 析に使 用する目 的で行っ た中心圧 縮 実 験 試 験 体の配 筋 詳 細 を示
す6 試 験 体は，、
曲げせん 断実験試験 体の コ ア断 面 を対 象とし た 2体およ びか ぶり部分に適用 す るコア と同 断 面サイズの無 筋の試 験 体 2体で ある。 試 験 体の高さは，
500mm 〔2D
（D
：柱せい ）に相 当〕で，
上 下125mm 間は横 補 強筋 を多量 （ほ ぼ試 験 区 間の 2倍 ） に 配 筋し，
中 央の長さ250mm 〔D
に相 当〕の領 域を試 験 区 問と し た。
加 力は，
試 験 体 両 端の支 持 条 件 を両 端 固 定と し，
ユ000ton 万 能 試 験機により単 調 載 荷を行っ た。
中心 圧縮 実 験よ り得られたコア断 面を対象と し た試 験 O 躬▽
△
パイラ ル § 凹一
＠30▽
△
・
「
田
・
「
口
L
壷
」
一
図一
3 中心圧 縮 実 験 試験 体配筋 詳 細 曲げせ ん断実 験 試 験体のコ ア断 面 を対象 と した 試 験体一
一
一
一
・
一
ブレー
ン試 験体 12DO tOOO 噌さ
soogb 500 囓 4eo影
o。 0 0 1．
2 3．
4 5 軸ひずみ ε （％｝ 図一
4 軸 応 力 度一
軸ひずみ関 係 〔中心圧縮 実 験） 体お よ び 無筋 試験体の軸応力度一
軸ひずみ関 係を図一
4 に示す。
曲げ せ ん断実験 試 験体の コア断面を対象と し た試 験 体 は，
軸ひずみ 2〜
4％時に外 周 部 横 補 強 筋が破 断し急 激 な耐 力 低 下 を示し載 荷 を中 止し た。
また横 補 強 筋の無い 試 験 体は，
最 大耐力 後に急 激 な圧 縮 破 壊に至っ た三 2．
4 加 力 方 法・
測定方 法 曲げせん断 実 験の加 力 装 置 を図一
5
に示す。
軸 力は，
所 定の一
定 軸 力の も とで，
4基の鉛 直 方 向の ア ク チュ エー
ター
に等 軸 力 を導 入・
し た。 また，
3基の水 平 方 向の ア クチュ エー
ター
によ り一
方 向お よ び二方 向の正 負 交 番 繰 返し載 荷 を行っ た。
載 荷の制 御に は，
試 験 体 頂 部 （柱 頭）の高さ位 置の水 平変位の計測 値を用いた。．
以 下，
部 材 角と は，
こ の 位置の水 平変 位を試験 区間 （1250mm ） で除し た もの をいう。
一
方 向載荷の載 荷ス ケジュー
ル を 図一6
に，
二方 向 載 荷の載 荷スケ ジュー
ル を図一
7に示寸。一
方 向 載 荷の場 合は，
同一
部 材 角で 2回の正負 交番
繰 返しを行い，
こ二方 向 載 荷の 場 合は，
図一
7の よ うに柱 頭の 軌 跡が四 葉 型に Tl17一
加 力 ば り
r
く 水 平 アクチュエー
ター
1げ
，
、
r
−
、
山 平アクチュエー
ター
、
一
厂
「
、「
7
昏 。ll
試 験 体÷
襪曝 冐 口‘
晒 帳周
“
1
“臥
匹
包 裡 齧 竃驪 懿
篇
難
反芳床爍
＿
羅蠹
鑞編
ミ
輩
加 力ベ ッ ド ｛則 面 図 図一
う 曲げせん断 実 験 加 力 装 置 003
2
（
．
冩 」。
。−
9XV10 匿 轄一
10 爵一
20−
30 図一
6一
方向載 荷の載荷スケ ジュー
ル な る ように し，
順 方 向と逆 方 向を交互に変位を漸増させ る加 力 とした。
ま た，
二方向載 荷の各サイクル のX 、Y
方 向の最大 部 材 角は，一
方 向載 荷 試 験 体の 各サ イ クル の 最大 部 材 角 と 同一
とした。 なお，
二方 向載 荷の履歴 則を 四葉型と し たの は，
軸ひずみ の進 展お よ び耐 力 低 下の要 因 を 明確に把 握し や す い と考えられた ことによ る。
§3．
実 験 結 果 3．
1 破 壊 経過 図一8
（a），
（b
）にCA35
，CB35
試 験 体の部 材 角1／100rad．
時の ひび割れ状 況 お よび最 終 破 壊 状 況 を，
図一
8
（c）にCB
60
試 験 体の部 材 角 1／400 rad．
時の ひび割れ 状況お よ び最終 破 壊 状 況を示す。 軸力比0．
35
で 二方 向載 荷のCB
35
と一
方 向 載 荷の一
118
一
Y （＋） 順 方 向ゼ
コ
コ
x °臼
こ
1
｝
x ω Y ｛一
） 逆 方向［
工
］
［
1
］
臼
（t）二方向 載 荷 変 位 履 歴 （2）二 方 向 載 荷プロ グラム サイクル 部 材 角 （rad，
） 加 力 方 向 1 1／＆OO 順 方 向 2 1／400一
逆 方 向 3 廴／200 順 方 向 4 1／LOO 逆 方 向 5 1ノ田 順 方 同 6 1／50 逆方 向 図一
7 二方 向 載荷の載 荷スケ ジュー
ルCA
35
の試 験 体は，
載 荷 履歴の違いか ら直 接 比 較は で き ないが，
曲げひび割れ，
コ ンクリー
トの圧 壊 開 始，
主 筋の圧 縮 降 伏お よ び最 大 耐 力の 発 生 順 序は共 通して い る。
また，
後 述の 図一9
の せん断カー
部 材 角 関 係お よ び 全 体 軸 変 形一
部材角 関係に おい て，
二方 向 載 荷の試 験 体CB
35
で は 45°
方 向 加 力 時に部材角がX ，
y
方 向の V暫 倍の 部 材 角にな ること を 勘案し，CB35
のX ，
y
方向 の部 材 角 を海 倍 して一
方向載 荷の 試 験 体CA
35
と 比 較する と，
CB35 の ほ う が 破 壊の進展状況，
耐 力 低 下 お よ び軸 方向変形の進展が著 し いとい え る。 さ らに図一
ユ1
の軸ひずみ一
累 積 部 材 角 関 係に示さ れて いる よ う に累 積変形 で 比較し て も軸ひずみ の進 展は，
二方 向 載 荷の ほ うが著し い。
な お，
後述 す る解析結果で も，
同様な結果 が得ら れて いる。一
方，
二方 向載荷で軸力 比O．
60のCB60
試 験 体は，
コ ン クリー
トの圧壊 開始，
主 筋の圧縮 降 伏，
曲 げひび割 れ，
最 大 耐 力の順に発 生し， 既 往の研 究におい て せん 断 破 壊 以 外の破 壊 型で は例の ない部材 角R ＃
1／200rad．
程 度の 小さ な変 形で圧縮破 壊に至っ た。
また圧 壊の進 展 状 況 も，一
方 向載荷し た場 合 と二方 向 載 荷し た場 合で は異な り，一
方 向 載 荷の場 合は．
コ ンク リー
トの圧壊が 加 力方 向に直交する 2面か ら徐々 に進 展 し たの に対し， 二方 向載 荷の場 合は， サ イク ル を繰り返 す ご とに 各コー
ナー
で 圧 壊が生じ，
4面 全 面に わ た リコ ンク リー
トの圧 壊が進 展 し た。 以 下に各試 験 体の破 壊 経 過の詳 細を 示 す。
CA
35
試 験 体で は，
部材 角R ＝1
／200 rad．
の サ イク ル で曲 げひび割れ が発 生し，
部 材 角R
・・
：1／100rad．
のサ イクルで かぶ りコ ン ク リー
トが圧 壊を開始し た。
部 材 角X面 Y面
』
X 面「
Y 面 1／100rad．
’
．
’
最 終 破 壊 時 サイ クル終 了 時 L （1／33rad．
サ イク ル｝ （a ）CA35
X面’
Y面、
、
』
X面 Y 面 1／100rad．
’
最終破壊 時 サ イ ク ル終 了 時．
．
C1〆50rad．
サ イ．
ク ル） 【b
｝CB
．
35
・
t
X
再
Y面．
1
【面Y面
．
1／400rad．
最終 破 壊 時・
サ イ クル終 了時・
（1／20erad．
サ イク ル｝ （c ）CB60
図一
B 破 壊 状 況 R＝
1／67rad．
の サイク ル で最 大 耐 力に達した後， 部 材 角R ＝1
／40 rad．
の サ イクル で軸 方 向変形の進 展が顕 著 と なり徐々 に耐力が低 下 し部 材角R ＝
＝
1／33rad．
．
の サイ クル で横補強節
が 破 断 して実験 を 終 了 しt
｛。
qB
35
試験 体で は，
部 材 角R ＝
1／400 rad ， のサ イ’
ク ！レで曲
げひび割れ が発 生し．
，
．
部 材 角 R ；F 1／200 rad．
のサ イ．
クル では変位パ スが進むにつ れ隅の コ ン ク リー
トが圧 壊し た。
部 材 角．
R＝
1／1GO rad．
のサ イク ル で は さ らにff
壊およ び軸 方 向変形が顕 著に進 行 し，
部 材 角 R・
＝
1／67 rad．．
の サ イ クル では 全周にわ たりか ぶ りコ ン ク．
リ＝ ト 20 田（
七）
α ロロ
ロ ロ → 昭 R 盪 ぐ 劇 う
（
巨 ぢ彝
→ °一
旦5−
40−
30−
20一
工0 0 且0 20 30 40 部 材 角 R（×10−
3｝ad．
）萋
！
：
：
・蠶
→ゆ一
29 翁 塔一
5憲
一
ID・
ラ・
・
…
卜・
…
1・
・
．
iCA35
’
……
・
．
←．
・
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．
．
．
｝．
・
…
i・
．
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．
．
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．
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．
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1、
．
．
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．
．
1．
「
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．
．
．
一・
一
：P一
δ効 果を 考 慮 した せん’
断 力の基 線 腸一
15−
40−
30−
20−
10 0 10 20 30 40−
40−
30−
20−
10 0 鄙蟀オ角 Rx（×1「3rad．
） 20§
δ 10RO
饕
一
1・ 割一
20 0葺
℃．−
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ト．
…
文・
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．
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・
・
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…
．
Y
10 20 30 40 部材 角 Ry 〔XIO−
3rad，
〉一
15．
，
−
40−
30−
ZO一
工0 0 量0齟
20 90 40−
40「30−
20−
10 0 io．
2Q 30 40．
部 桷．
M ×IO−
3，、d、
） 部 材角 Ry （・le−
3 ・ad．
）．
図一
9 せ ん断 カー
部 材 角 関 係お・
よ び 全体 軸 変 形一
部材 角 関 係．
1
薄
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… ・
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1
．
．
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三．
．
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1
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．
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…・
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．
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…
・
・
1
…
渉剥 落し．
鵡 部 材 角R ＝1
／50rad
’
．
の サイクル で軸力が 保 持 でき な く な り実 験 を 終 了 し た。
CB6G
試 験体で は， 部 材 角 R＝
1／800 rad．
のサ イク 丿レで 隅の コ．
ン ク リー．
トが圧 壊 を 開 始し，
部 材 角R ≡
1／400rad．
のサイク ル で主 筋が 圧縮 降 伏し た q 部 材 角R＝
1／200rad．
の サイクル で曲 げひ び割れ が 発生し最大 耐力
に達し た。 この サ．
イ クルで軸 方向変形 はかぶりコ ン ク リT トの剥 落と と も に著し く増 大．
し，
部 材 角R ＝
ユ／200 rad．
の変 位 履 歴の 3／4に達し た時に横 補 強 筋が破 断し， 瞬 間 的な激しい破 壊に至っ た。
実験
終了後四隅の主 筋が 座 屈し てい るの が 確 認さ れ た。 ．．
3．
2 復元力 特性 図一9
に各 試 験体の せ ん断 カー
部材角 関 係お よ び全 体 軸 変 形一
部 材 角 関 係 を，
図TIO．
に 二 方 向 載 荷し た試 験体 の X 方 向せ ん断 カー
y 方 向 せん断 力 関係 を，
表一
4に実一 119一
表
一
4 実 験結果一
覧 X方 向 Y 方向 試 験 体 名 項 目 せ ん断 力Q
罵 （toロf） 部材 角 R罵 （rad．
） せ ん断 力Qy
（tonf｝ 部 材 角 Hy （rad．
） ペ ケ陸 せん断 力 Qv （tonf） 正 8．
95 0．
0038一
一
一
一
曲げひび 割 れ 発 生 時 負一
6．
67一
〇．
0030一
一
一
CA35 主筋 降 伏時率 14．
61 0．
OlOl一
一
正 15
．
47 0．
Ol30一
一
一
最 大 耐 力 時 負一
15．
02一
〇．
D112一
一
一
曲 げひび割れ発 生時一
5．
42一
〇．
0027一
5．
30一
〇．
002？ 7．
58 主筋降 伏時ホ一
9．
29一
〇．
OO4a一
7．
31一
〇．
0053 11．
82 正 9．
20 0．
Ol47一
1．
22一
〇．
ODOl 9．
28 CB35X 方 向最大耐 力 時 負一
14．
65一
〇．
0091一
〇．
08一
〇．
0001 14．
55 正 0．
51 0．
0000 9，
83 0．
0097 9．
84 Y方 向最大耐 力 時 負一
〇，
12
一
〇．
0004一
14．
45一
〇，
OlO3 14．
45 ベ ク トル 最大 耐 力時一
14．
55一
〇．
0091一
〇，
05一
〇，
OOO1 14．
65 曲 げひび割れ発生時 6，
B5 0．
0054 9，
07 0．
0047 11．
37 主 筋 降 伏 時春一
6，
52一
〇，
0023 6，
36 0．
00a 9，
19 正 11，
20 0．
OO41 2．
95 0．
OOOO 11．
58 CB60X 方 向 最 大耐 力 時 負一
8，
72一
〇．
OO27 1．
39 0，
0001 8．
B3 正一
2．
29 0．
OOOO 11．
74 0．
0022 11．
96 Y 方 向 最 大耐 力 時 負一
2．
49一
〇，
0003一
11．
50一
〇，
OO51 11，
B6 ぺ．
ク ト ル最 大 耐 力 時一
2．
29 0．
0000 11．
74 O，
0022 11，
96一
＊主 筋は引 張 降 伏IC先 行 して圧縮 降伏 し たので、
各 値 は 圧 縮 降 伏 時の もの と した。 曾 2 °吾
1°R
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一
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一
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一
20−
10 0 10 20−
20−
10 0 1e 20 せ ん断 力 Qx（tf） せ ん断 力Qx
（tf） 図一
10 二 方 向 載 荷した試 験 体の X 方 向せん 断 カー
y方 向せ ん 断力 関係 験結果一
覧を 示 す。
二方 向載荷し た試 験体の復元力 特性の特徴と し て は，一
方 向 載 荷し た もの に比べ変 形 能が低 下す るとい うこと の ほ か以下の こ とが挙 げられ る。
二方 向 載 荷 し た試 験 体では，X
方 向に載 荷し た状 態 で，y
方 向に載 荷し た場 合，
X 方 向の耐 力が減 少する1）。 コ ン ク リー
トの劣 下が少ない比 較 的 小さ な変 形で は，
弾 性 的な復 元 力特 性 を示 すことか ら，
こ の耐 力 低 下は小さ い が，
コ ンク リー
トが圧 壊し劣 下 が 著し く な る と顕 著な 耐力 低下を生 じ る。
こ の現象をX
方 向せ ん断 カーY
方 向せ ん断力の関 係 上でみ る と以下の よ うにな る。CB
35
で は，
コ ン クリー
トの劣 下 が 比 較 的少ない部材 角R ＝
1／200 rad．
のサ イク ル まで は，
角ばっ た四葉 型の軌 跡 を 0ー ウ
臼
3一
一
一
〔
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崎 ト も 扉一4
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… 40 o 40 0 40 累稜部材 角 （×10『
2rad．
） A−
Aはコァコ ン クリー
トの最大 強度時の ひずみ 図一
11 軸 ひずみ一
累積 部 材 角関係 （実 験 値と解 析 値の比較 ｝ 描い たが，
圧 壊の進 展し たR
＝
・
1／100 rad．
の サ イ クル で 降 伏 円を描き，
そ れ以 降 耐 力は低 下 して い る，
、CB60
も同 様の傾 向を示した。3．3
軸ひず み 図一
11に柱 脚250mm 区 間に お ける軸ひずみ一
累 積部 材 角 関 係 を示す。
なお，
図 中の破 線は後 述す る4章の解 析結果で あり，A −A
で示 した実 線は実 験 より得られた コ アコ ンクリー
トの最 大 強 度 時の ひずみ （コ ア断 面 を対 象とし た2体の中心圧 縮 実 験よ り得られ た ひずみ の平 均 値 ）で ある。
一
方 向 載 荷し たCA
35
試 験 体で は， 部 材 角R ＝
＝
1／100
rad．
の サ イ クル でか ぶ リコ ン クリー
トが 圧壊を開 始 し一 120 一
た が
，
軸ひずみ はあま り進 展せ ず，
圧 壊が断 面 中央まで 進展し た部 材 角 R＝
ユ／40rad．
のサ イク ル か ら軸ひずみ の進 展が顕 著と なっ た。一
方，
二 方 向 載 荷 し た』
CB35
試 験 体で は，
全周 に わ た り圧 壊が進 展した部 材 角R
・
1／100 rad．
のサイクルか ら軸ひずみ の進展が顕著と なっ た。
ま た， 二方 向載 荷し た軸力レベ ルの高いCB
60
試 験 体では，
載 荷 を繰り 返 すご とに軸ひずみ は進 展し，
部 材 角 R＝
1／200 rad．
のサ イクル で圧 壊に至っ た。 こ の 二方 向繰 返し載 荷 を受 ける 柱は，
既往の 研究 ［例えば文献 9）］に も示さ れて い る ように一
方 向のみの載 荷を受け る柱と比べ 軸 方 向 変 形の 進展が著し く， 最終的に は軸力を保持す ること が不 能に なっ た。
な お，
二方 向繰 返 し載 荷 を 受け る柱の軸ひずみ の進展は， か ぶりコ ンクリー
トの圧壊と と もに始ま り，
いずれの試 験 体も軸ひずみ は， コ アコ ンク リー
トの最大 強 度 時の ひずみ を超えるあた りか ら急 激に増 大し た。
こ の現 象は，
後 述す る4．
3
節の 二軸曲げによ る構 造 性 能の 劣下に関す る検 討の （2
）の要因 と一
致す るもの である。
か ぶ りコ ン ク リー
ト 鉄 筋 σ／ 1．
0 0．
5X
Y
コ アコ ンクリー
｝ 図一
12 断 面の要素分 割 0 1．
0 2．
0 3，
0 4．
0 5，
0 ε （％） 図一
13 コ ンクリー
トの応 カー
ひずみ関 係 §4．
実 験 解 析お よ び検 討二軸曲げ の影 響を検 討す る た めに， 曲 げせん 断 実 験試 験体の危険断 面につ い て
，
平 画 保 持 を仮 定し た Fiber モデル による解析を行っ た。
4、
1 解 析モ デル （1） 断 面の要 素 分 割．
断 面の要 素 分 割を図一
12 に示 す。
断面の各 構 成要素 は，
軸 方 向鉄 筋，
か ぶ りコ ン ク リー
トお よびコアコ ン ク リー
トと し た。
（2
） コ ン ク リー
トの軸 応 カー
軸ひずみ モ デル コ アコ ン ク リー
トの応 カー
ひずみ モ デ ル は， コ ア断 面 を対象と し た中心圧縮 実験か ら主 筋 負 担 応 力 を差し引い て求め た軸応 カー
軸ひずみ （検 長 ：250mm ）関係 をも と に仮 定し た。 ま た，
か ぶ リコ ン クリー
トの応カー
ひずみ モ デル の最 大 耐力 以降の下り勾配は，
文 献 12）の一
軸 圧縮状 態での応 力 度一
ひずみ度関係を参 考に し て仮 定し た。
図一
13に 2体の 中心 圧 縮 実 験 結 果と解 析に用い た コン ク リー
トの応 カー
ひず み関係を示す。 な お， 最大耐 力 以 降の ひずみ の軟化域の スケル トン カ厂 ブは，
3本の 直 線で近似 し た。
．
』
・
（3
）．
コンク リー
トの履歴モ デル 断 面 解 析に用いたコ ン ク リー
トの応 カー
ひずみ関 係の 履 歴モデル を 図一
14に示す。
こ の モデル は，
藤 井，
青 山，
梅 村13］ が 示し たコ ンクリー
トの履 歴モデル に，
コ モ ンポ イン トの影 響 を取り込ん だ文 献14）の平 石，
稲 井ら が 用い たモ デル である。
（4
）鉄 筋の履 歴モ デル 鉄筋の応 カー
ひずみ関係の履 歴モ デル は， 引 張 試 験 結 果 を基に 2次 勾配をゼ ロ と し たBi−
Linearモデル を用い σ 駄e【tαlCUt・
vq懈 析値）一
一
一
一
一一
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M書
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．
1σ E E／ E M／4 ε 図一
14 コ ン ク リー
トの応 カー
ひずみ関 係の履 歴モデル D5 た ー O 讒 H 柁 権 燵 h／D 部 材 角1
／100rad．時
584i・
CA35−一
一一
一
CB35（ 耳）一
一 ’
−
CB35（Y） 3 2i
h
、内 法 高 1 ， D ：柱せ いll
卩．
一 一 D 1000 2000 曲率（×10一
ワcの 図一
15 曲率 分 布 （実 験 結 果 ） 部 材 角と解 析の曲率との 関係．
文 献ユ5）で は，
柱の全 体 部 材 角 （R
）は近 似的に，
曲 げ変 形 成 分および せ ん断 変 形 成 分を併せて，
ヒ ンジ領域 の回 転 角 （の で表 さ れ ること を 示 してしゃる。
ま た，
文一
121
一
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一
300 30−30
0 30Drift Angle｛×10
−
3rad．
｝図
一
16 危 険断 面 位 置の モー
メ ン トー
部 材 角 関 係 （実 験値と 解 析 値の比 較 ） 献 14）で は，
シア ス パ ン比2，
5の柱 試 験 体に対し，
ヒ ンジ領 域の 高さ を D （柱せ い）と仮 定 し，
ヒ ンジ領 域 の平 均曲率iPave
，
を用い てR ＝
島＝
φ。．。・
D
を仮 定して い る。 図一15
に実 験よ り得ら れ た本 試 験 体の 高さ方 向の曲 率 分 布 を示 す。 図 より明ら か なよ うに本 試 験 体で は柱 脚 か ら の高さD
以上の所に も変形上無 視し え ない曲 率が 生じて い る。
これは本 試 験 体の シ ア スパン比が5とかな り大き なことに起 因して い ると考え ら れる16 ♪。 こ のた め 本論 文では部 材 角と柱 脚よりP
区 間の平 均 曲 率 φa。e．
の一
122
一
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一
300
30
Drift Angle（X10
−
srad，
） （1）モー
メン F一
部 材角 関係 （X方 向解析 値 ） a点：
×
搬
b点
．
φ
は謝 の変 形の方向 を肘 （2｝コ ンクリー
トの応 力状況 （解 折値 ） 図一
1フ モー
メ ン トー
部 材 角 関 係 （X 方 向 解 析 値）お よ びコ ン クリー
トの応 力 状 況 （解 析 値 ） 関 係を図一
15の結 果に ほ ぼ適 合する R＝
1．
4φ。 、・
e．
・
D
（R
に及ぼ す φ。．e・
D の 影 響を約 70％ と し た ことに相 当） と し た。 4，
2 解 析 結果 （1 ） 危 険 断 面 位置の モー
メ ン トー
部材 角 関 係 危 険 断 面 位 置の モー
メ ン トー
部材角 関係の実験値と解 析 値 を 図一
16に示 す。 なお危 険 断 面の位i
”
は，
実 験 結 果 を参 考に して柱 脚か ら D／2の位 置と し た。
コアコ ンクリー
トに対 応 する供 試 体の中 心 圧 縮実験よ り得ら れ た応 カー
ひずみ関 係 を用い た解 析 結 果は，一
方 向 載 荷のCA
35，
二 方 向 載 荷で比 較 的 大き な変形能を 有し たCB35
お よ びユ／200 rad，
とい う小さ な変形で 圧 壊し たCB60
の 復 元 力 特 性の実験結 果を最 終 破壊に至 る ま で良く再現 して い る。
（2） 軸ひずみ一
累 積 部 材 角 関 係 軸ひずみ一
累 積 部 材 角 関 係の実 験 値と解 析 値の比 較 を 図一
11に示す。
図に示 す よ うに軸 方 向ひずみ の解 析 結 果も実験結果を最終破壊に至 る まで良く再 現して いる。4．3
二軸 曲 げに よ る構 造 性 能の劣下 に 関 す る検討 前 述のよ うに 二方 向載 荷し た場 合の復 元 力特性の特徴 とし て 二方 向 同 時 載 荷 時 （一
方 向に定 変 位 を与えた ま ま そ の直交 方 向に載 荷し た時 ）にお ける耐 力 低 下と軸 方 向 変 形の進 展が あ る。
こ こ で は，
解 析 的に 二 方 向 同 時 載 荷 時の耐 力 低 下お よ び軸 方 向 変 形の進 展の要因につ い て検 討 を行っ た。
（ユ） 二方 向 同 時 載 荷 時における耐 力 低 下の要 因 二 方向四葉型載 荷の実 験に おい て は，
図一 17
（1
）の モー
メ ン トー
部 材 角 関 係に示す よ うに，X
方 向載荷 時に a 点まで達 し た耐 力が X 方 向の変 形 を 保 持 し た ま まY
方 向の載 荷 （二方向同 時 載 荷 ）を行 うと
