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接合部パネルのせん断変形,鉄筋の付着すべりを考慮した分割要素法による鉄筋コンクリート骨組の弾塑性解析法

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(1)

【論  文】 UDC :624

.

02 :624

.

04 ;693

.

554 日本建築 学 会 構 造 系 論 文 報告 築 第 386 号

・

昭和 63 年 4月

接 合

部

パ

ネ

ル の

せ

ん

断

変

形

,

鉄

筋

の

付 着

す

べ

り

を

考 慮

し た

分

割要素

法

に

よ

る

鉄

筋

コ

ン

ク

リ

ー

ト

骨 組

の

弾

塑

性 解析 法

正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員 坂

和

林

黒

田 田

正

弘

静

清

安*

章

**

雄

* *

治

** *   §1

.

序 論  最 近で は

,

住 宅 都 市 整 備 公 団の ア パ

ー

トの 実 大実

gelL2

レ

,

日米 共 同 研 究に よ る鉄 筋 コ ン クリ

ー

ト (以下 RC と呼ぶ )造 7階 建s〕

−

6 } , 鉄骨造 6階 建 η

・

8)の 実 大実験 が行われ て いるが

,

ほ とん どの建 築 構 造 物は構 造 力 学理 論の 上 に導か れ た構 造 解 析

,

構 造 計 算に よっ て そ の安 全 性を確認 し な が ら設計さ れ建て られて い る。 RC 構 造 物 で も30階を越え る ものが

,

純ラ

ー

メ ン構 造で建て られ

』

る よ うになっ て き た が, こ の よ う な構 造物の架 構全 体を 取り出し

,

実 大 実 験に よって その安 全 性 を確 認す ること は不 可 能に近い

。

こ れ に対し, 近年の コ ン ピュ

ー

タの大 型 化, 高 速 化は目覚し く, 構 造 物 全 体と し ての 力学的挙 動 を解 析 的に把 握 する ことは,不 可 能で はない と考え る

。

 鉄 筋の付 着 特 性 を考 慮し た鉄 筋コ ン ク リ

ー

トの解 析 的 研究は, す でに

2

次 元お よび

3

次元有限要素法に よ り

,

数 多く な されている9)

一

]], が

,

そ れ らの多く は柱

,

はり等 の部材を取り出し, 個々 の 事象を理 論 的に詳 細に説 明 す ることに主 眼 を置いている

。

野 口 ら12, は, 有限要 素法に より柱

・

は り接 合 部の挙 動 を詳 細に解 析 してい る

。

こ れ は実 験 結 果を精 度よ く追 跡する の み で な く, 接 合 部マ ク ロモ デル の策 定あ るいは

,

検 証を意 図して い るもの であ る。 し か し

,

有限要素法を用い て骨 組まで解 析して いる もの は ほ と ん ど見 当ら ない。 この主な原因 は

,

有 限 要 素 法を用い て骨組まで解 析し よ う と す る と, 膨 大な計 算 時 間 を要す ること に あ る

。RC

骨 組の解析を柱

・

は り接 合 部の挙動

,

付着特性な ど を考 慮して行う た めに は

,

有 限 要素法 等よ り簡 便な方 法を用い る必 要が あ る と考え る。  断 面を層状に分 割す る断 面 解 析 手 法]3,

・

14〕を部 材に拡 張 し た分 割 要 素法15 牝 呼ば れる線 材 解 析 法が よ く使わ れ て い る。 こ の方法は

,

有 限 要 素 法に比 較 し計 算 時 間 が短 縮 で きる

,

材 料 特 性の取り込みが容 易である等が特 長で あ  * 東 京 工 業 大 学   助 手 騨 東 京工業 大学 助教授

・

工博 零 # 東 京 工 業 大 学   名 誉 教 授

・

工 博   (昭 和 62 年 10 月 9日原 稿 受 理 } る。 これに柱

・

は り接 合 部の モデル を付 加す るこ とに よ り

,

RC の骨 組 解 析に適 用し やすい もの と考え る。   分 割 要 素 法は

,RC

部 材の解 析 法とし て多く の研 究 者 に よ り用い られ てお り, 主 筋の付 着すべ り や

,

部 材 端で の主 筋の抜け出し効 果 を考 慮し得る解 析モデル も提 案さ れて い る16)

”

!5) 。 蜜 川

・

青 山 16)

・

Lηは

,

鉄 筋の ひずみ と鉄 筋位置の コ ン クリ

ー

トの ひずみ の間に付 着の影 響を考 慮 して関 係づ け ることによ り

,

断 面 曲げ解 析の手 法が その ま ま 分 割 要 素 法に適用 で き る方 法を示し た。 谷

・

野村

・

永 坂

・

平 松18)は

,

等 価 定 着 長さに相 当す る 分 だ け部 材 を 長く み な し, 見掛け上の部 材剛性を低下さ せ るこ とに よ り, 主 筋の抜け出し効 果 を 考 慮し た

。

松 浦

・

山本 19} は, コ ン クリ

ー

トは平 面 保 持の ま ま, 鉄 筋との 間にボン ド リ ン クを 介 在させ るこ とに よ り付着のない試 験 体も解 析で き ることを示 し た。 小 阪

・

谷川

・

山田 ee)

・

21)は

,

分割要素 法にエ ン ドクロ ニ ッ ク理論を適 用して

,

その有効性を示 し た

。

市之瀬n)

・

23}CS , 付着すべ り を考 慮した鉄 筋 連 続 法 を示し た

。

上田

・

土

ke24

}

・

25) は, 主 筋の付着すべ り を考慮 し た分 割 要 素 法に よ り

RC

は りの

,

線形な ら びに非 線

        ノ

形 領 域に おける曲 げにつ い て論 じ た

。

柱

・

は り接 合 部内 の 鉄筋 の 付 着 すべ り を考 慮 し た 解 析 も 行わ れ て い る26)

−

2s) 。 

Otani26

)は

,

接 合 部からの鉄 筋の抜け出 しに よ る 部 材 端部の 回転を考慮 して

,

RC 骨 組の 動 的 解 析を 行っ た

。

多田

・

武 田27)は, 材端に仮 想の ヒ ンジ域を仮 定 し

,

これ に隣 接す る定 着域を 剛 なコ ンク リ

ー

トと して

,

こ こ にお け る付 着 特 性を ボ ン ド リン ク で取り入れ

,

付 着 劣化 過 程を定量的に評 価し得る解 析 法 を示 した。 Filip

−

pou

,

 

Popov,

 

Berteroza

)は

,

柱

・

は り接 合 部 内の鉄 筋に

つ い て力のつ り合い条 件 式を たて

,

材 料モデル を厳 密に モ デル化 することによ り

,

繰り返 し荷 重 を 受け る は り材 端の挙 動を解 析 的に説 明し た

。

また

,

柱

・

は り接 合 部の せ ん 断変形 を 考 慮 し た骨組解 析法 も数 多く提 案さ れて い る29)

・

3°]

。

以 上

,

部材内の付着すべ り を考 慮し た解 析 法お よび

,

せ ん断 変形 す る柱

・

は り接 合 部を取り込ん だ解 析

・

法を列 記し たが, せん 断変形 す る 柱

・

は り接 合 部内の鉄

一 24 一

(2)

筋の付 着すべ り まで含め て部材 内の鉄筋と連続的に取り 扱い骨 組に まで拡張 して いる もの は

,

ほ と んど見 当た ら ない

。

 筆者ら はこれ ま で分 割要素法 を用い て, コ ン ク リ

ー

ト の平 面 保 持 を仮 定し, 鉄 筋の変 位にすべ り の 自 由 度を加 え る こ と に よ り

,

付 着す べ りを考 慮し た

RC

部 材の解 析 を 行っ て き た31Lse)

。

さ らに

,

こ の分 割 要 素 法を応用し て, 柱

・

は り接 合 部のせ ん断 変 形と そ の内 部の鉄筋の付 着すべ り

・

降伏を考 慮し得る解析法を誘 導し, これ を鉄 筋コ ン ク リ

ー

ト骨 組の解 析に適 用し た33)

・

34)

。

本報で は, 柱

・

は り接 合 部のせ ん断変形と鉄筋の付着すぺ りを考 慮 し得る解 析 法を展 開し

,

繰 り 返 し荷重 を受け る十 字 型 RC 骨 組につ い て解 析 例 を示 す。 な お

,

本 報は拙論 es〕

・

34) を もとに

,

加 筆したもの であ る。   §

2.

解 析 方 法  

2.1

鉄筋コ ンクリ

ー

ト骨 組の モデル化と解 析上の仮 定  モ デル の概 略 を 図

一

1に示す。 以 下, 部材を材軸方 向 に分 割しもの を部材要素と称し

,

断 面 を層 状に分 割し た もの を単 位 分 割 要 素と称 する。   1) 鉄 筋コ ンク リ

ー

ト部材   (a ) 部 材は

,

材 軸 方 向に数

・

一

トの部 材 要 素に分 割 する

。

部 材 要素ごとに独 立な関 係 を 用い, 各 部 材 要 素の 間で変 位と回転は連続性を保つ が,そ れ以 上の微 分 項 (ひずみ

・

曲率等 )の不 連 続は許 容する

。

  (

b

) 各部材要素の変形は, 軸 方 向 変 形, 曲 げ 変形を 考慮し

,

せ ん断変形は無い もの とす る

。

  (c ) 各部材要 素の断 面分割は, コ ン クリ

ー

ト断 面を せい方 向に単 位 分 割 要素に層状分割し, 鉄 筋は別に扱う (図

一2

)。 こ の際

,

フ

ー

プ, スタ

ー

ラップ等によっ て拘 束さ れ た部分の コ ン クリ

ー

ト (コアコ ン ク リ

ー

ト)と そ うでない部分の コ ン ク リ

ー

ト(か ぶ りコ ン ク リ

ー

ト}を 分 け て考え る

。

 (

d

) 断 面 内の ひずみ

,

応 力に関して は

,

断 面の単 位 分 割 要 素 中で

一

定とし

,

各 単 位 分 割 要 素の 中心で代 表さ せ る。  (e ) コ ンク リ

ー

ト断面に関す る平面 保 持が成 立する もの と す る。 た だ し

,

鉄 筋とコ ン ク リ

ー

トの間に は付 着 すべ りを考 慮 してい るの で鉄筋の ひずみ は, 同じ位置に あるコ ンク リ

ー

トの ひずみ と は 必ずし も

一

致し ない

。

 

(f )部 材 要 素 内の応 力

,

ひず み状態 は 各 部材要素の 両 端の断面につ い て のみ追 跡し

,

部材要素 内部の応 力, ひずみ状 態の追 跡は行わ ない

。

た だ し

,

ひずみエ ネルギ を計算する際に は, 内 部の応 力 状態 が 必要で あ る が, こ れ は両 端における応 力を用い て線 形補間す る35)

。

  2) 柱

・

は り接 合部  柱

・

はり接 合 部 は

,

接 合部パ ネルと し て扱う

。

接 合 部 パ ネル は

,

せん断変形 を考え る

。

せ ん断 変 形は接 合 部パ ネル内で

一

様で あるとする。 接 合 部パ ネル内 部の鉄筋 の コ ンク リ

ー

ト要 累: 曲げ変 形考 慮 軸方 向変 形考 慮 ひ び割れ

・

塑性 考 慮 丶節 点 コ ン ク リ

ー

ト シャ

ー

バネル : せん断 変 形考 慮 内 部の鉄 筋 : 20要欒に分割 付着すぺ り

・

降 伏 考 慮

’七

「

」

.

梁     ● 柱

曹

梁 接 合 音 β 柱   

一

一

N

つの 部 材要素 を示し て い る 鉄筋とコン ク リ

ー

ト の 付 着 を表す要素 鉄 筋要素: 軸方 向変 形 考 慮 付 着 すぺ り

・

降伏考 慮 図

一

1 本 解 析 法で用いる鉄 筋コ ン クリ

ー

ト骨 組モデル     ●  ●  ●   ● コアコン ク リ

ー

ト コ 冫 クリ

ー

ト       図

一

2 単 位 分 割 鏨 素 J

)

ぶり コ ンク リ

ー

ト

  

o

 

●

 

●

 

o             鉄 筋 ひずみ 部 材 要 素 断 面の分 割 とひずみ

・

応 力

f

    応 力 圧 縮      コアコン ク リ

ー

ト

    ー

cσ oσ 8   0

一

一

‘ ;

@

A

   一

     亠

    、

    1    

丶

 

’

 1  1 ’

旨

lll

〃

  1 : ごE日   卩 己

・

、

  、

e関 数ノ

’

    かぶ リ    コ ン  リ

ー

、

       

’

B 亠   

唱

一

匹 σ t

.

3 

・

7 

1,

      

−

7        5

.

      。ε /cεB 図

一

3 コ ン ク リ

ー

トの応 カ

ー

ひずみ関係36 } s σ

     曹

  

一一冨

一一

一 F

一一一

_

二

丁     俣 Sσy 麺

7

sE

4

sε ン

一

一一

sσy

冒一

一

一一 一一

俾

冒

層

Ep 図

一

4 鉄 筋の応 カ

ー

ひずみ関係SS ) τ a 4 τ 》馴 τ り2       K2

’

厂

一.

/ ! 聾

,

 ”

ド

’

’

KI     S ガ

 

」

  一

’

 

一卩

r

∴ 二1 7       K3

一

τ ヅ2

ドF’

」

丿 一喟

τ y1 舶 図

一

5

 付 着 応 カ

ー

すべ り関係33}

一 25 一

(3)

付 着すべ り

・

降伏を考慮す る た め

,

接 合部パ ネル内にお い て, 鉄 筋の材 軸 方 向に各鉄 筋 を

20

要素に分割す る。   3)材 料 特 性  (a ) コ ン クリ

ー

トの応 カ

ー

ひずみ関係

,

鉄 筋の応 カ

ー

ひずみ関 係

,

お よ び主 筋とコ ン クリ

ー

トの付 着すべ り を 表す た めの付 着 応 カ

ー

すべ り関 係 , お よ びコ ンクリ

ー

ト パ ネル の応 カ

ー

ひずみ関 係と して そ れ ぞ れ

,

図

一

3

一

図

一

6に示す ものを 用い る

。

付 着 応カ

ー

すべ り 関 係につ い て

,

部 材

,

接 合 部パ ネル共に ひび割れ に よ る付 着応力

・

付着 剛 性の低 下は考 慮し ない。   (

b

) 有限要素解 析に ひずみ軟 化を考 慮し た場 合

,

ひ ずみ軟 化に伴っ て開 放 されるエ ネルギ が, 要 素の大き さ によっ て 変 化 する ため

,

解は要 素の大 き さに左 右 さ れ る37}

・

3S)。 ひずみ軟 化は

,

材 料の有限 な大き さに分散する とい うこと が

,

実 験 的に認め られて お り39}

・

4ω , ひずみ軟 化 領 域の拡が りに適 合し た大 き さの分 割 要 素 を 用い た方 が

,

よ り実現象に 近 い 解 をもた ら すこ と が あ る

。

Bazant

ら41 )は, 代 表長 さ

1

* を もっ imbricated elernent を用い る方 法 を示 し, ひずみ軟化は常に長さ

t

“ を も つ 要 素の み で評 価す るこ とによ り

,

要素分割の影 響を取り 除い て い る

。

し か し, 代 表長 さ 1*の 大き さの決 定が今 後の課 題と なっ て い る

。

こ れ らと同 様に, ひずみ軟化 を 分 割 要 素 法に取り入れ る際には

,

収 束 安 定性42} を含めて

,

いま だに解決され て い ない種々 の問 題が存在している。 本 解 析で は, コ ンク リ

ー

トの ひずみ軟化を

,

直接的に は 扱わない こ と とする

。

こ こで は

,

図

一

3に示 す よ うに圧 縮ひずみ が増加す る限りにおい ては

,

応 力 解 除 をし ない 方法 を用い る。 除荷さ れ た時に

,

ひずみ軟

化

領 域で仮 定 し た直線 と除 荷 直線と が交わ る 場合は

,

再載荷し た時に

,

こ の交 点で の応 力よ り大き な応 力を負担し得ない こ と と し (図

一

3中   〉

,

ひずみ軟 化 領 域で仮 定し た直線と除 荷直線と が交わ ら ない場 合は

,

再 載 荷 時 点で の応 力よ り 大 き な 応 力 を負担 し得な い こと とす る (図

一

3中  )

。

 4 )座標系と変位増 分ベ ク トル   (a > 絶対座標系

X ,y

軸な らびに

,

部 材 要素と共に 移 動 す る要 素座標 系 x

,y

軸を定 義す る。 各 節 点で, 変 位成 分と して x

,

y 軸に対 応 する方 向の 変 位 増 分 Au

,

Av ,

回転の増分 △ θ お よ び各々 の鉄 筋の すべ り増 分

As

を考え る (図

一

7)。 結 果とし て, 鉄 筋が 4段の場 合, 接 合 部パ ネル の ない節 点

i

に おける変 位 増 分ベ ク トル

AUt

および節 点 力ベ ク トル f‘は

,

それぞれ

    AUt

=

(Au  Av   Aθ As ,  As2 

ASs

 

As

.) 「     

fi=

=

(

fm

 

fy

 

fm

 

fi

 

ft

 

f3

 

f

)T の

7

個の成分を も ち

,一

つ の部 材 要 素の両 端の節 点 変位 増分 ベ ク トル

A 。

U, 節 点 力ベ ク トル ef は 14個の成 分 を もつ ことにな る

。

た だ し

,

fx

,

 

fy

はx

,

 y方向の節点力

,

fm

は節 点モ

ー

メ ン ト

,

 

fi

,

 

f2

,

 

fs

,

 

f4

は各 段の鉄 筋に働 く軸 方 向 力で ある

。

一

26

一

図

一

6 コ ンク リ

ー

トパネル の応 カ

ー

ひず み関 係33) 図

一

7 部 材 要素の座標系と変位増 分 図

一

8 接 合 部パネル の座 標系と変位 増 分  (

b

) 接 合 部パ ネル の 中 心に原 点 を持つ Xp

,

 Yp 軸を 定 義す る。 接 合 部パ ネル中 心 点で

,

変 位 成 分 として x,

,

Yp 軸に対応す る方 向の変位 増 分 Apu

,

 A

ρ

v

,

は り面

,

柱 面の 回 転の増 分

A

ρe,

,

△ρθ。を 考え, 各々 の鉄 筋に関し て は

,

接 合 部パ ネル内の 19節 点お よび, 接 合 部パネル 両端面の 2節点で すべ り増 分Aρs を 考え る (図

一

8)

。

 例え ば柱の主 筋 が4段, は りの主 筋が

2

段の場合を考 える と

一

つ の接 合 部パネルの未 知 変 位 数は

,

コンク リ

ー

トパネル に関し て 4, 柱 筋に関し て

21

×4=

84,

は り筋 に関して 21×2

=

42, の計

130

と な る。 本 解 析で は

,

接 合 部パネル 内の鉄 筋に関して, 軸 方 向に 20 要素に 分割 し た各 段の鉄 筋 要 素の 21の節 点の う ち

,

部 材が取 り付 く接 合 部パ ネル面 上の 2節 点に おけるすべ り増 分は残 し

,

直接 外 力が作用して い ない こと を利 用 して 内 部の 19の 節点での すべ り増分を消去する

。

よっ て

,一

っの 接合部パ ネルの未知 変位数は

,

コ ンクリ

ー

トパ ネル に関

(4)

して 4

,

柱筋に関し て

4

×

2=8

, は り筋に関し て2×2

=

4

,

の計 16にな る。 この こ と に よ り

,

接 合 部パ ネル の は り面, 柱 面におけるすべ り増 分の みで接 合 部パ ネル内部 の鉄 筋の付 着 すべ りまで表 現で き

,

鉄 筋の すべ り が接 合 部パ ネル面か ら内 部に進行して ゆ く現象を追え る。 結 果 とし て, 柱の主 筋が 4段

,

はりの主 筋が

2

段の場 合を例 として示 すと

,

接 合 部パ ネル を有す る節点に お け る変位 増 分ベ ク トル Apu‘お よ び

,

節点 力ベ ク トル pf

,

は そ れ ぞ れ

,

     

A

ρu尸 〔

Apu

 

Apv

ム。θ∂ △ρθ。      

ASIcd

 △s2cd ASScd As 弓cd       As、eu △ s,c

秘

△ s、cu △ 3欄         

As

、bl △s,bt 

As

、br △8, う。) T     pf ‘= (読  、

Jry

  pfmb 論

。

     

fl

  ,df2 、dfs 。df ,。a       

f

、cu  

f

!cti 

f

コcu 

f

,cu       

fi

 bl 

ftbl

 

fl

 br 

f2b

.

)T の 16個の成 分を もつ こ とに な る

。

た だ し, pfx 、 pfy は Xp

,

 Yp方 向の節点力

,

  pfmb

,

  pfm 。はパ ネル モ

ー

メ ン ト ,

fl

 ed  

一

 

f

,

br は各 段の鉄 筋に 働く軸 方 向 力で あり

,

 cd

,

bl,

 cu

,

 

br

は図

一

8 中の 記号に対 応 し て い る。 有 限 要 素法を 用いて, 接 合 部パ ネルを縦 4分 割

,

横 4分 割 する と5×5×2

=

50自 由 度と な る

。

本 解 析で は

,

パ ネルの せ ん断 変 形 を

一

様と考えて い る の で内 部 鉄 筋を

20

要素に 分 割して も

,

上 述し たよ うに 16自 由 度で接 合 部の挙動 を表せ る

。

 2

.

2  解 析 法の概 要  本 論 文で用いる非 線 形 解 析法は

,

ポテン シャ ルエ ネル ギ増 分の停 留 原 理に基づいた増 分 法で あ る。 以下に展開 を する よ うに, ポテ ン シ ャ ルエ ネルギ増分 を

,

変位 増 分 の 二 次 形 式に よっ て表 され たひずみエ ネルギ増 分と外力 を 受けて いる部 分が変 位 することに よっ て失 う外力のポ テン シ ャ ルエ ネル ギの差とし て考え る。 こ れに

,

二次 形 式の変 分 原 理 を 応 用し て増 分 形の方 程 式を導き,

Step

by

 

Step

法と

Iteration

法に よって弾 塑 性 解 析を行 う。  連立

一

次 方 程 式の誘 導

,

ブロ ッ クチ ャ

ー

トな ど は文 献 35 )と同 様で ある の で省 略するが

,

全 構 造 体に対する釣 合 方 程 式は (1)式の よ うにな る

。

    gK

・

AeU+。

fin

−

gf。== O

………・

…・

…………

(1) ただし

,

    m         n       r                                   T gK

=

Σ eL

’

i

・

eK

・

。

L −

1 十Σ pL

−

1

・

pK

・

ρ

L−

】     e1

・

1                    ρ

=

1          

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

 (2 )     :全 構 造 体の 剛性マ トリッ クス  m :全部材要素数   n ;全 接 合 部パ ネル数 eL

−

1 :部 材 要 素と全 構 造 体 間の座標変換マ ト リッ       ク ス     eK :§

3.

で求め ら れ る各部材要素の剛性マ ト       リッ クス

  

’

pL

−

1 :接 合 部パ ネル と全 構 造 体 間の座 標 変 換マ ト       リック ス     認 :§4

.

で求め られ る各 接 合 部パ ネル の剛性マ       トリック ス      A。u :全 構 造 体の変 位 増 分ベ ク トル       む                          n

   

。編

ロ

Σ。

L

−

u

 

fi

。+Σ。

L

−

[7

・

ρ

A

。

…・

…・

…・

(

3

)       e

”

】               Pml       :全 構 造 体の内 部 応 力に釣 合う た めに必要な        節点内力ベ ク トル     efs。 :§3

.

で求め られ る増 分 形 算 前の内 部 応 力に       釣り合う各 部 材 要 素の節 点 内 力ベ ク ト ル     ρ  :§

4.

で求め ら れ る増 分 形 算 前の内 部 応 力に       釣り合 う 各 接 合 部パ ネル の内 力ベ ク トル    。

f。

x :全 構 造 体に作用 する外 力ベ ク トル  §

3.

鉄 筋コ ン ク リ

ー

ト部 材の各 部 材 要 素の剛 性マ ト       リックスと節 点 内 力ベ ク トル  3

.

1 変位増分 関数  部 材要 素の x 軸 方 向変位 増 分

Au

をx の

一

次 式

,

  y 軸 方 向 変 位 増分 Av をx の 三次 式, 鉄 筋と コ ン ク リ

ー

トの間の すべ り増 分 As をx の

一

次 式の 関 数で表す

。

鉄 筋4段の場 合につ いて示 すと (4)式の よ うにな る

。

      △ u

=

α 1 +α:x       △v

=

α 3 + a、x + asx ! + α、げ    ∠」θ

=

    α 4 十

2

α sx 十

3a6x2

     ASi= =af 十 aeX      △亀

=

αe 十alox      △s3

ニ

α ll+α 1、x

     As4

=

als 十 a14x

た だし

,

・

・

・

・

・

・

…

 

一・

(4)     α

=

1

α 1 α、α、 a、 a,α、α, αsa 、 α1 。 αn α 、2α1、 α 、4}7       :変 位 増分関数の 未 定 係 数ベ ク トル

劉

聯

軈

魘鞴 鷺

妻

, 変 位 増 分ベ ク トル A。U は未 定 係 数ベ ク トル a で表せ る

。

こ の関係 か ら

,

a は A。u の線 形 結 合で表 せ る 35)

。

 

3.

2

部材要素内部の変位増分  要素座標 系x 軸上の点 (x

,0

)を通 り x 軸に垂 直な断 面 を 考え る

。

x 軸 上の点 (x

.

0)に おける x 軸

,

 y軸に対 応し た方 向の 変位 増分をそれ ぞれ

Au

, Av とし回 転の 変位 増分を

A

θ と す る

。

こ の断 面 内に お け る

h

段 目の 鉄 筋 とコ ン ク リ

ー

トの間のすべ り増分 を

ASit

と する

。

 1) コ ンク リ

ー

ト  コ ン ク リ

ー

ト要素に関し

,

断面 内の任意の 点 (x

,

y) の x

,y

方 向の変 位 増 分お よ び

,

回転の 変 位 増分 (

A

。U

,

A

。v

,

△,θ)は (5 )式の ように表すこ と が で き る。

一

27

一

(5)

       dAv

   

A

・u

=Au −

y 

dx

     

・

…

 

−t・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

 (5)      

Acv =

Av      △cθ

=A

θ  2) 鉄 筋  こ の 断 面 内の k段 目に ある鉄 筋 (x

,

yD に関し て

,

 x 方 向の変 位 増 分および

,

鉄 筋とコ ン クリ

ー

トの間の すべ り増 分 (

A

。Uk

,

 

AsD

は (

6

)式の よ う に表せ る

。

     

dAv

   

△sUk =

Au 一

写 ・石 +

As

・

__.

.

_.

.

.

_

(6)      

As

,= 

As

轟  

3,

3

部材要素内部のひずみ増分  (

4

)式の変 位増分 を微分 し, 各 項 を 加 算す るこ とに よ り

,

コ ン ク リ

ー

ト要 素の軸 方 向ひずみ増 分 A

。

εx およ び

,

断 面内の

h

段 目の鉄 筋要 素の 軸 方 向ひずみ 増 分

A

。εxk を求め ること が で き る

。

 3

.

4

一

つの部材要素に蓄え ら れ る ひずみエ ネル ギ増分  変 位 増 分に よっ て

一

つ の部 材 要 素に蓄え られ るひずみ エ ネルギ増分

AeU

は, そ の

Step

ま た は

Iteration

の計

算を行う直前に生 じて い る応 力が ひずみ増 分に よっ て な すひずみエ ネルギ 増分 [応 力× ひずみ増 分]と, ひずみ 増 分によっ て生 ずる応 力増 分がひずみ増 分に よっ て な す ・ず・エ ネルギ 増 分

[

趣

襯 性・(・ず・増

刑

の和 とし て (7>式の よ うに表すこ と がで き る

。

(7)式 は

,

コンク リ

ー

トの応 力, 鉄 筋の応力, 付 着応 力に関す る項 を含んで いる。

  

A

。

U −

∫

f

、 ,a。

・

A

・E・

dAdx

+

者

f

, 

f

, ・

E

〔

A

・E・) ’

dAdx

   

  

+

邑

鼻

漁

・

△・・鑓

d

・

   

  

+

去蠹

仏

・

sa ・(

A

・E・・) ’

dx

     

+

蠹∫

晦

・

T・

・

A・・

dx

     

・

播 ∫

醐 ・勲

……・

・

…・

…

(・) ただ し

,

A :要 素の断 面 積       

1

:部材要素の長さ       cE : コ ン ク リ

ー

ト要素の応 カ

ー

ひずみ関係に お          け る接線剛性       ca= : コ ン クリ

ー

ト要素の軸 方 向 応 力度       sE :鉄 筋 要素の応カ

ー

ひずみ関係にお ける接 線       剛 性       ψ:鉄 筋 要 素の周 長       sa :鉄 筋 要 素の断 面 積       。ax :鉄 筋 要 素の軸 方 向 応 力 度       K :付 着 応 カ

ー

ひずみ関 係にお け る接線剛性         τ :鉄 筋 要 素の 付 着 応 力 度       ns :鉄筋の段数

一

28

一

      

h

:

h

段 目の鉄筋で ある こと を表す  

3.

5 各 部材 要素の剛性マ ト リッ クスお よび節 点 内 力       ベ ク トル  (4 )

,

(7 )式よ り

一

つ の部材 要 素に蓄え られ る ひず みエ ネ ルギ増分 △。

U

は

,

未 定 係 数 を 消 去す ることに よ り, (

8

)式で表すこ とが できる

。

   

A

。

U −

A

。

U・

・

。

f

、n+

tl

 

A。

U・

・

 

。

K ・

A

。U

・

……一

(

8

) ただ し, A。U :各 部 材 要 素の変 位 増 分ベ ク トル こ の eftn

,

。

K

が

,

ある外 力

,

変 形 を受 けた構 造 物の今の

Step

か ら次の

Step

へ の計算に必要な部材要素の節点 内 力ベ ク トル と剛 性マ ト リッ クスで あ る

。

 §

4.

接 合 部パネル の剛 性マ ト リック ス と内力ベ ク ト       ル  4

.

1 コ ン クリ

ー

トパ 不 ル  1) コ ン クリ

ー

トパ ネル の せ ん断ひずみ増 分  コ ンク リ

ー

トパ ネル は せん断 変 形を起こす もの と す る

。

接 合 部パ ネル の中心 に原 点を持つ Xp , 

Yp

軸を図

一

8 の ように定 義 する。 接 合 部パ ネル の せ ん断ひずみ増分 Aγ は

,

柱面の 回転増分と は り面の回転増分の差 とし て 表せ る

。

    

A

γ= 

Apee− Ap

θ,

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

 

t−一

一

tt・

・

・

・

・

…

 

−t・

(9) ただし

,Apee

:柱 面の回 転 増 分       A.θb :は り面の 回転 増 分  2)

一

っ の コ ン クリ

ー

トパ ネル に蓄え られ るひずみエ       ネル ギ増 分   変 位 増 分によっ て コ ン クリ

ー

トパネル に蓄え ら れ るひ ずみエ ネル ギ増 分

AppU

は, 3

.

4 と同 様に して (10)式 の よ うに表 すこ と ができ る。      △ρ,σ

;

△。P〔

J

,+ △ρρ 

U2

     

−

∫

・

・

軸 ・

liXiG

(・・)・

dv …一 ・

(1・) た だし

,

v :コ ン ク リ

ー

トパ ネル の体 積       

G

:コ ンク リ

ー

トパ ネル の応 カ

ー

ひずみ関 係に       お け る接 線剛性        τ : コ ンク リ

ー

トパ ネル の せ ん断 応 力 度

3

) コ ンク リ

ー

トパ ネルの剛 性マ トリックスと 内 力ベ     ク トル

App

 

Ui,

 

A

.ρ 

U2

は, (11 ), (12 )式の ように計 算で き る。 砺

呵

… 炸

fv

幽

一

A… )

dv

 

 

一 暾 酬

じ

蹴

)

   =

(

A

ρθ, ムρθ。)

。

pftバ

…・

………・

・

…・

…

(

ll

) A。。u・

−

SJ

[

iG

(△ ・) ・

dv

→

f

.  

G

(

A

。

ec− A

… ) ’

dv

 

 

一

壱

(儡

画

器

1

一

嬲

:

1

)

(

蜘

(6)

 

 

 

一

去

(

A

・・・・ ・… )

・

・…

(

蜘

…・

・

…一

(12 ) ただし

,

B :コ ン クリ

ー

トパ ネル の幅        

P

: コ ン クリ

ー

トパ ネル の高 さ         t:コ ンク リ

ー

トパ ネルの厚さ この ρ孟。

,

ppK が

,

ある外 力

,

変 形を受け た構 造 物の今 の

Step

か ら次の

Step

へ の 計算に必要なコ ンク リ

ー

ト パ ネルの 内力ベ ク トル と剛性マ ト リッ クスで あ る。  4

.

2  接 合 部パ ネル 内 鉄 筋   1) 変位増分関数  接 合 部パネル内の鉄 筋は先に述べ た よ うに, 各 段のは り筋

・

柱 筋につ い て材 軸 方 向に 20要 素に分割する

。

こ の各要素につ い て, 鉄 筋とコ ン クリ

ー

トの 間のすべ り増 分 を

一

次 式で表す

。

1

欝

]

1

;

1

:

il

:

:

‡

鴛

}

……・

…・

…・

・

・

・

・

・

…

(13) た だ し

,

fibl

,

19tU

,

 

fi

。

、

,

β、

,

は

,

末定 係数 で あ る が

,

各 鉄 筋 要素の両端のすべ り増 分 で表すこと ができ る

。

  2) 接 合 部パ ネル 内鉄 筋の変 位 増分  接 合 部パ ネル内の Xp 軸から yの位 置に ある は り筋の Xp 軸方向 変 位 増 分 Ap。Ub

,

 Yp軸か ら x の位置 に あ る柱 筋の yp 

N

方 向変位 増 分

Ap

。Vc は (14)

,

(15) 式の よう に表せ る。  [eま り筋 ] AosUb

!

!

Aρ

,

U

一

忽∠Lpθe十ApSo

・

・

・

・

・

・

・

・

…

 (14 )

 [柱 筋 ]   AρsVti

=

Apv十xAp θc十ApSc

’

…・

……

(ユ5)

た だ し

,A

ρU :接 合 部パ ネル 中心点の Xp 軸 方 向変位 増       分       

A

ρv :接 合 部パ ネル 中心 点の

Yp

軸 方 向 変 位 増       分       A

。

Sb :コ ン クリ

ー

トとは り筋の相 対すべ り増 分      A。s。:コ ン クリ

ー

トと柱 筋の相 対 すべ り増 分  3) 接 合部パ ネル内 鉄 筋の ひずみ増 分   (14)

,

(15) 式よ り接 合 部パ ネル内は り筋の軸 方 向ひ ずみ増 分 △ρ。εb お よ び

,

接 合 部パ ネル内 柱筋の 軸方向ひ ずみ増 分

Ap

。Ec は以 下のよ うに求 める こと がで き る、 [は 嘲 A。。E、

一

∂

響

一

讐

…・

一 一 ・

(・6 ) [柱 筋 ] A・・Ec

−

∂

 

一

d

衾

ヂ

・

……一 ・

・

(・7 )  4) 接 合 部パ ネル内 鉄 筋 要 素に蓄え ら れ る ひずみエ ネ      ルギ 増 分

 

変 位 増 分が生じ る ことに より

,

接 合 部 パ ネル 内のは り 筋要素に蓄え られ る ひずみエ ネル ギ増 分お よ び

,

付着す べ りに よるエ ネル ギ 増 分 ApsUb は

,

3

.

4と同 様に して (

18

>式の よ うに表 すこと ができる。

   

A…

Ub一

毒∫

あ

・bh

・

ps…

A

。。E・・

dx

      

+

播 ム

E

廟 ・轟 ・、,、) ’

dx

+

a

ム

隔 砺・

・

贓 面 +

講 か

殤・誰 脇 ・ b・・) ・

dx −

(18) 接 合 部パ ネル 内の柱 筋 要 素に蓄え ら れ るひずみエ ネルギ 増 分△。sUc につ いて も, 同様に求め ら れ る。 載

一

鶏

∫

画 w ・癜

d

・・

   

+

櫞 ム

恥

・

P。a。k(

A

。 。e,

D

’

dx

   

+

蠹

か

晩・ 面

・

A

。

s

。

・・dx

  

 

・

諸 ∫

。 ,

ip

・

h

’

。sK 、k(・。s,

D

・

dx ・

…・

(

19

) た だ し

,

 

1

:鉄 筋 要 素の長 さ      ρ

。

; :鉄 筋 要 素の付 着 応 力 度     p。E :鉄 筋 要 素の応 カ

ー

ひずみ関係に おける接線       剛 性      

ρ

。

ψ:鉄 筋 要 素の周 長      psa :鉄 筋 要素の断 面積       pe σ :鉄 筋 要 素の軸 方 向応 力 度       ρ 。

K

:付 着 応 カ

ー

ひず み関 係にお ける接 線 剛 性       ns :鉄筋の段数        

h

:

h

段 目の鉄 筋であ ること を表 す        

b

:は り筋で

’

あ るこ と を表す         C :柱 筋であ ること を表す   5) 接 合 部パ ネル内鉄 筋要素の剛性マ ト リッ クス お よ      び節 点 内 力ベ ク トル   (13)

,

(18)

,

(19)式よ り

,

接 合 部パ ネル 内は り筋 要素 に蓄え られ る ひずみエ ネルギ増分

A

ρ。 

Ub

 

h’

よ び接 合部 パ ネル 内 柱 筋要 索に 蓄え ら れ る ひずみエ ネル ギ増 分

A

ρ 。 

Uc

は

,

未 定 係数 を 消 去 す るこ と に よ り

,

(

20

)

,

(

21

) 式の よ うに表すこ とが で きる

。

   

A

。

。・Ub

−

A。。u:

’

。 。f、。b+

音

A。 。u9

・

。 .K、A。 。u、

…

(2・)

   

A

。 。・

Uc−

△psU :

’

psfsnc +

音

如 ぎ

・

謁 転 ・,

…

(21 )  [はり筋]     △“ 。麗 、

西

1

△,8。

、

、△。s、、,△。Sb,i△。Sb“

           ApSb

,

」△pSbUJ  ApSbSJ△pSb “

F

  [柱 筋]     △。。麗 ,

=

{△。S,1‘△。S,,、△。8。 、、△。8。.‘            A。S、

,

、 A。S、

,

丿

A。S,” A。S,

.

jl 「       :接 合 部パ ネル内 鉄 筋 要 素の変 位 増 分ベ ク ト       ル           

i,

」は両 端の節 点 名 を表す

。

。議。b

,

。 。fEne

,

 p。Kb

,

  p。Kc は

,

あ る外 力

,

変形 を受けた構 造物の今の

Step

か ら 次の

Step

へ の計 算に 必 要 な接合 部パ ネル内 鉄 筋要素の内 力ベ ク トル と剛 性マ トリッ クス である

。

一

29

一

(7)

 4

.

3 接 合 部パ ネルの剛性マ ト リッ クスと内 力ベ ク トル  増 分 計 算 前の内 部 応 力に釣り合う各接合 部パ ネル の内 力ベ ク トル ρftnお よ び

,

各接 合 部パ ネルの剛性マ トリッ クス 諏 は

,

(11)

,

(12)

,

(

20

)

、

(21 )式か ら (22 ),(23 ) 式の よ うに表せ る。

   

pfin= P。fin+ρ 。

flnb

+ρ 。flnc

……・

……・

………

(22 )     頑(= P泌【+ ρs鴎 +ρ 。醍

・

…………・

…・

…・

…・

・

(23> た だ し

,

psflnb

,

ρ5’玩

,

ρ3酷

,

.Kt は

,

(20)

,

(

21

)式の pefinb

,

 psftnc

,

ρ sllb

,

ρ sK

。

か ら

,

接 合 部パ ネル内の 各鉄 筋 の 19節 点で のすべ り増 分を消 去して求め た接合部パ ネ ル内 鉄筋要 素の内 力ベ ク トル と剛 性マ ト リックス であ る。  4

.

4 接 合 部パ ネル を有する部 材の剛性マ トリックス       と内 力ベ ク トル  

1

> 部 材の変 位 増 分と接 合 部パ ネル の変位増分の連続     条件   接 合 部パ ネル の 中心点P の 変 位 増 分

Apu =

(

Apu ,

Apv ,

 A.θ,

,

 Aρec) T と は り面の 中 央点 B の変 位 増分

Au

,

=

(△ u,,Av , , Aθ,) 7 の連 続 条 件は (

24

)式の よ うに表せ る (図

一

9)。

[

1

細

i

−

[

i

劃

          

=R

,

,

Apu ・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

 (24)  接 合 部パ ネルの 中心点

P

の変 位 増 分 と柱 面の中 央 点

C

の変 位 増 分 △u,・・:(

AUc ,

 

AVc,

 

A

θ,) 「の 連続条件は, (25 ) 式の よ うに表せ る。

[

叢

H

號

]

[

翻

       =

Rc

。

△pu

・

・

・

・

…

 一・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

 

一

《25 ) た だし

,

ら

,ly

は 図

一

9の P 点 を原 点とし た座標で与え るQ

 

2) 接 合 部パネル を有する部 材の剛性マ ト リッ クス と      内力ベ ク トル

 

(

24

),(25> 式の変 換マ トリックス

R

,ま たは

Rc

を, 接 合 部パ ネル面にお ける鉄 筋のすべ りと部材要 素両 端 部 における鉄 筋のすべ りの連 続 条 件を含めて拡 大 し た変 換 皿 図

一

9 接 合 部パネル

一

30

一

8No 8 い 鼠 me “ OPO 黷 200  $    主筋SD35

靂口

晶

 o

Ψ

6D

齣

6°     $  主筋SD35

0

濫

幽

6°8

謡嬲

8 冒 詈 §

靄

1

i

sn〜DIO@200 馴RD10 @200 18 面 § §

調

1 o 1250      500      125G 20 3400 図

一

le 十字型 骨組試験体43)       ア クチ

ュ

エタ

ー

反カフ レ

ー

ム 反 力 フ レ

ー

ム 油圧ジ

ャッ

キ 試 験 体 油圧 ジャ7 キ ピ ン支 承 ミ丶       ピ ン支 承       

、

、

図

一

11 加 力装 置43} N

=

75 量

.

図

一

12 解 析モデル 表

一

1  解析に用い た諸 定 数 cE =261

.

O cσB

=

2?1

.

5 c ε8;0

.

0027 Kl =4

.

0(9

,

0) K2 =O

.

2 K3

=

0

.

05 t/crn2k8 /cm? 七/C隅3t /C飛3t /cm3 τり1=

40.

(1000

.

)kg/c旧 2        τv2 ニ5

.

k8/cm2 (  )内 は 付 着 弾 性の場 合 sE =2100

.

  t/cm2 EP;21

.

    t/cm2  α

=

10

.

5   t/cm2 。σり

=

3840

.

 k8/crn2 Gl =60

.

    しノcrne G2 ニ48

.

    t!cm2 G3

=

!2

.

    t/cm2 rv1

=

0

,

0005   2

=

0

.

003

(8)

マ ト リッ クス

rr

と部 材 要 素の剛 性マ ト リッ クス eK お よび節点 内 力ベ ク トル efln を用い る こ と によ り, 接 合 部 パ ネル を有す る部 材の 剛 性マ ト リッ クス eK

’

お よ び内 力ベ ク トル

。

’

1

π

は

,

(26)

,

(27)式の よ うに表 すこと が できる

。

   

eK ’

=R

〆T

●

eL

−

1

「

・

eK

・

eL

 

L

.

」ぞ

…

 一・

・

・

…

 一・

・

・

…

 

(26)

    。

flfi・・R

’

T

・

eL

−

1 ’

・

。

ft

。……・

∴

…・

…・

・

・

・

・

………

(27) た だし, R

’

は, 部 材 要 素の i端に接 合 部パ ネルが取 り 付く場 合, 部 材 要 素の ノ端に接 合 部パ ネルが 取り付 く 場 合で異な るが

,R

,または

Rc

マ トリッ クス と 単 位マ ト リッ クス を対 角線上に組み合わ せ たマ ト リッ ク ス であ る

。

 (

2

}式の

。

L

−

1

’

・

。

K ・

。

L

−

1 を

。

K

’ に置き換え

,

(3)式 の eL

曽

i

「

・

efin をこ の efln に置き換え る ことに よ り, 接 合 部パ ネル を有する部 材の剛 性マ トリック スと内 力ベ ク ト ルが求められ る

。

  §5

,

十 字 型 骨 組の数 値 解 析例   5

,

1 解 析 対 象お よ び解 析モ デル  本 解 析 法を 用いて 十字型 骨組の数 値解析を行っ た

。

対 象 物は, 城 内ら43 }の行っ た実 験の うち試 験 体 記 号 NXl の ものである

。

図

一

10に試 験 体 図 を 示 す。 実 験で は

,

図

一

11に示すよ うに柱 脚 をピン 支 持

,

は り先 端 を上 下 変位拘束の ピンロ

ー

ラ で支 持 し て い る

。

柱 頭に ア ク チ ュ エ

ー

タによ り75t (σ〒30 kg/cm2 )の

一

定 軸 力 をか け

,

・

油 圧 ジ ャ ッ キに よ り左 右か ら交 互に水 平 力 をか けてい

一

一

実 験 値

一

解 析 値 Q(tonl

狸

一

P ’

∂

B

.

,

,

.

・

尸

    I        I     [ δ

一

Pぐ

コ

   Q 15

.

「  

’

,

’

  ’ !つ つ

’ ’,

 

一

 

一

10

,

仍   

’

’

1

,

’

,

’

; ,,,

_

蓼

 ■

一

一

,

 

’

’ ノ δ

・

(cm )

一

6

,

「

ρ

’

ぜ 

.

,

卩

 「

一

  口

.

r一

一

’

「

 ■

(上/50) 5

.

濯

’’

 ’

’

・

コゐ

,

, 

’

ヲ

日

.

(1/25)  

1

一 δ   ⇒ P   Q ■ 圏 

,

’

1

’

,‘

’

  ’

−r

一

】5

,   .

0 内は部 材 角 図

一

13 柱の せ ん断 カ

ー

変 位 関係

一

一

一

実 験 値 Q(to口)          1 解 析 値 15

,  ’

  ’ ”

 ”

,

/ 才

r

,

,

’

,

一

一

一

1     旨 】0

.

  ’ , ’ ”

,

 ”    「 」

,

”  レ

  

  

 

  ’

     ,

’

,

’

’ 7黔

甼 .

: 

一

一

ノ ノノ, ノ   ’

 

.

δ (団団)     口

.

’ 口

.

,

一 ,

う  

,

’

rを

,

一

’

40

.

 

  

 ’

 

  

’

 

 

’

 ’

   

.

 

’

 .

r

」⊇ ”

’

♂! ρ

,

,砧

.

 /

 

’

 

 

 ’

 一

一

 

一

15

.

    ’     ’  ノ ’ P

匚

ウ

Q

  疋

 

.

〒

.

 θ

馳

』

δ

=

巴

・

θ 図

一

14 柱の せ ん断 カ

ー

は り の たわみ関 係 る

。

  図

一

12に解 析モ デル お よ び分 割 図を示す

。

接 合 部パ ネル は

,

柱お よ び はり主 筋に囲ま れた部 分と した。 上 下 の柱

,

左 右の は り を そ れ ぞ れ 20の部 材 要 素に分 割し た

。

境 界 条 件は

,

柱 脚をピン支 持とし

,

は り先 端をロ

ー

ラ支 持と し た。 柱 頭の加 力 点よ り 上

,

柱 脚の ピン支 持 点 より 下お よ び

,

は り のロ

ー

ラ支 持点よ り外 側の部 材の付 着は 常に弾 性と し た

。

解析では

,

実 験で の繰り返し方を単 純 化 し

,2

δ. (部 材 角

1

/75 )

,

4δ。 (部 材 角2/75)で それ ぞ れ

1

回 ずつ 繰り返し

,

そ の後正側に加 力し た

。

解 析に 用い た諸 定 数を表

一

1に示す。  5

.

2

’

解 析 結 果および考 察   図

一

13に

,

柱の せ ん断 力と加 力 点の 水 平 変 位の関 係 8000         4000 o 8000 4000 図

一

15 はり筋の ひずみ分布

a

        図

一

16 変形

・

ひび割れ 分布

一

31

一

(9)

を示す

。

こ こで いうせん 断 力は

,

軸 力に よる付 加モ

ー

メ ン トの影 響 を考 慮し た もの である

。

実 線が解 析 結 果で

,

破 線が実 験 結 果で ある。 2邑の正 側ル

ー

プで は

,

実 験 結 果と解 析 結 果がよい対 応を示して いる。 その後

,2

δ,の 負 側ル

ー

プお よ び 4δy の ル

ー

プでは

,

解析の方がル

ー

プが細っ てい る。 こ れ は

,

コ ン ク リ

ー

トの応力

一

ひずみ 関係(図

一3

>におい て

,

一

一

度ひび割れ を生じ たコ ンク リ

ー

ト要素の ひずみ が

,

ひび割れ時の ひずみ まで達し た時に

,

ひび割れ が閉じて応 力 を負 担 する と仮 定して いるこ と が

一

つ の原 因と考えられ る 。 ま た

,

今 回は接 合 部パ ネル内 の降 伏 付 着 応 力 τs、〔図

一

5 )を部 材 内 部と同 じとし たが

,

圧 縮 力 を受け る接 合 部パ ネル内の Tylは部 材 内 部 より高 く

,

柱 軸 力の影 響を受け る な ど の報 告 もあ り44)

,

このこ とも

一

つ の原 因と考え ら れ る。 降 伏耐力お よ び

,

ル

ー

プ の概 形は説 明で きて いる と思わ れ る。 図

一

14に

,

柱の せ ん断 力と

,

は り の回 転角か ら求め た は り の た わ みの関 係を 示 す

。

実験では

,

は り端に おいて柱の回転 角 を 変 位 計によ り測定し, これ をは りの回転 角と し ている

。

図

一

13

と 同様の傾 向に あ るもの の, ほ ぼ よい対 応 を示し て い る もの と思わ れ る

。

図

一

15 に 2δ.の正 側ル

ー

プ 上の 4段 階に おいては り筋の ひずみ分布を示す

。

上に示した ものが上端筋のひずみ 分布で, 下に示 し た ものが 下端 筋 の ひずみ分布で ある

。

実 線

A ,B ,

 

C ,

 

D

が 解 析 結 果

,

鋤 o

・

−ZXI

)   〕G o

一

2〔XP 左棚の柱筋 引張   羚 盲餌1の†鋤

一

  〕  2000

一

・

2日◎ 圧縮   応 力(1Wcn♂) パネル 応力 (  /qr ド1 引張 は り下 端筋 臙

P

・

18,3ton,

δ

・

5

.

32

 

,

図

一

13

中      図

一

17  鉄 筋の 応 力 分布

一

32

一

○

,

●

,

△

,

▲ が 実 験 結 果で あり

,

両 者は よい対 応 を 示 して いる

。

ま た

,

接 合 部パ ネル内 部の引 張ひずみが荷 重 の増 加 と共に大きく な っ て い く様 子がわ か る

。

図

一

16 に 2δ” (P

=

=

17

.

1ton

,

δ

=

2

.

67 cm

,

図

一

13中   )

,

4δ. (P

=

18

.

 3 ton

,

δ

=

=

5

.

32 cm

,

図

一

13中  )に お け る 変 形 図

,

ひび割れ分 布 図を示す。 図

一

17

,

18に 4螽 に お け る鉄 筋の応 力 度 分 布 図

,

付 着 応 力 度 分 布 図を示す。 実験お よ び解析にお ける ひび割れ の様子は

,

ほ ぼよい対 応 を示 して いる。 また, ひび割れの前 後で付 着 応 力 度 分 布が大 きく変化 して い る様 子

,

部 材と接 合 部パ ネル の接 触 面で付 着 応 力 度 分 布が 正負 反 転し ている様子が見ら れ る

。

  §

6.

結  論  以上

,

接 合部パ ネル の せ ん断変形と接 合 部パ ネル内の 鉄 筋の付 着すべ りを考 慮 しうる鉄 筋コ ン クリ

ー

ト骨 組の 分割 要素法に関し

,

そ の解析 法をポテンシャ ルエ ネルギ 増分の 停 留 原理 を 用いて誘 導し

,

これ を 用い た 十字型 骨 組の解析例を示 した

。

その結果お よ び考察よ り以 下の事 柄 が 明ら か に なっ た

。

1〔珀 ω 臼

一

60

一

10U 10D60 0

一

60

一

1餌】 左 側の

.

柱筋     百側の柱筋         付着応力 20  

−

ee  20  

−

20 (  /caTb

P

・

18

.

3

七〇n

,

δ

・

5

.

32cm

,

図

一

13

中      図

一

18 付 着 応 力 分 布

(10)

 6

.

1 結   論  

1

) 本解 析 法に よ り,コ ン クリ

ー

トの ひび割れ

・

塑 性

,

鉄 筋の 降伏

・

すべ り , 柱

・

は り接 合 部からの鉄 筋の抜 け 出 し

・

押 し 込みな どの現象 を表すこ と が で き る。  

2

) 接 合部パ ネルの導入によ り部 材 と柱

・

は り接 合 部 内の鉄 筋の連 続 性 を満た しな が ら

,

柱

・

は り接 合 部のせ ん断 変形を考慮で き る

。

 3) 解 析 例と して

一

例を示し たに過ぎ ないが, 荷 重

一

変 位 関 係お よ び

,

鉄筋の ひずみ 分布, ひび 割れ分 布 等に お い て

,

実 験と解析は ほ ぼ よい 対応 を示 し た

。

曲 げ 降伏 型の鉄 筋コ ン ク リ

ー

ト骨 組に対して, 本 論で示し た解 析 法は有 効であ る と 思 わ れ る

。

 

4 )

 

本解析 法 を用い れば

,

有 限 要 素 法 等に比べ 未知変 位 数が少な く大規 模

RC

骨組の 計算も可能で ある と考 え る。   6

.

2 今後の課 題  鉄 筋コ ンクリ

ー

ト部 材の

,

斜め ひび割れは

,

変形性状 に大き な影 響 を与える。 今 後

,

斜 めひび割れ その ものを 取り扱え るような方 法の開 発が必 要で あ る と考え る

。

  謝 辞

 

福井大学助 教 授

・

小林 克 巳博 士に は

,

日頃有 益な御指 導を頂い て いま す

。

(株 )間 組

・

戸 田 哲 雄 氏

,

岩 崎 昭 則 氏には,貴 重な実験資料を提 供し て頂きまし た。 こ こ に

,

心 よ り感 謝の意 を表します

。

研 究 費の

一

部に文 部 省 科 学 研 究 費 を使 用しました

。

関 係 者 各 位に御 礼申し上げ ま す

。

参 考 文 献 1) 広 沢 雅也

,

口之町尚

,

後 藤 哲 郎ほか :8階 建 壁 式 鉄 筋コ    ン ク リ

ー

ト造ア パ

ー

トの耐震 性に関す る実 大 破 壊実験 (そ    の 1

一

そ の 8)

,

日本建築学会 大 会学術講 演 梗 概 集, 昭和    55年9月, PP

,

1669

−

1684 2) 後 藤 哲 郎

,

広 沢雅也

,

出下

一

也

,

石 塚 忠行 :8階建 壁 式    鉄 筋コ ンク リ

ー

ト造アパ

ー

トの 耐震 性に関す る実 大破 壊   実 験 (その 9

一

その 10)

,

日本建 築 学 会大 会 学 術 講 演梗概     築

,

昭和56年9月

,

pp

.

】695

−

]698 3) 岡 本 伸

,

芳 村 学

,

上 之薗 隆 志

,

中田慎介:鉄 筋コ ン    ク リ

ー

ト造 実 大7層 建物の建 設 とその弾 性 性 状 (日米 共    同耐 震実 験 研 究その 1)

,

日本建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集

,

    第366号

,

昭 和6】年8月

,

pp

.

76

−

84 4)芳 村 学

,

上 之 薗 隆 志

,

岡 本 伸

,

中 田 慎 介 :鉄 筋コ ン    ク リ

ー

ト造 実 大7層 建 物の弾 塑 性 解 析と1質 点 置換によ    る 仮 動 的 実 験 手法 (日米 共同耐震実 験研究その 2)

,

日本     建 築 学 会 構 造 系 論 文報 告 集

,

第372号

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昭 和62年2月

,

   pp

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55

〜

64 5)上 之 薗 隆 志, 芳 村 学

,

岡 本 伸

,

中 田慎 介 :鉄 筋コ ン    クリ

ー

ト造 実 大7層 建 物の仮 動的実 験 (日 米共同耐震実    験 研究その 3)

,

日本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集

,

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昭和62年7月

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64

−

72

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,

  Y

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.

A

.

,

  Goel

,

  S

.

 C

.

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  and Roeder

,

  C

.

 W

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Sesmic

 Testing of Full

・

Scale

 

Steel

 Building

−

Part

I

,

丑

,

Jeur.

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D.

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51

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トの非 弾 性 解 析

一

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78

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90 小 阪 義 夫, 谷 川 恭 雄

,

山 田和 夫 :エ ン ド クロ ; ッ ク 理 論 によ る鉄 筋コ ンク リ

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トの 非弾性 解 析

一

第2報 本 解 析 手 法の特 徴お よ び解 析結果 と実 験 結果 との比 較 検 討

一,

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9

〜

23 市 之 瀬敏勝 :付着 すべ り を考慮し た鉄 筋コ ン クリ

ー

ト骨 組の解 析 法

一

鉄 筋

・

付 着とも弾 性の場 合

一,

日本 建 築 学

一 33 一

参照

関連したドキュメント

Whereas tube voltages and HVLs for these four X-ray units did not significantly change over the 103-week course, the outputs of these four X-ray units increased gradually as

名の下に、アプリオリとアポステリオリの対を分析性と綜合性の対に解消しようとする論理実証主義の  

In deformation changes including step-like discontinuities, techniques using a laser beam of single wavelength cannot measure the deformation amounts.. Because the deformation

そこでこの薬物によるラット骨格筋の速筋(長指伸筋:EDL)と遅筋(ヒラメ筋:SOL)における特異

Two grid diagrams of the same link can be obtained from each other by a finite sequence of the following elementary moves.. • stabilization

After removing the n th row and the n th column and any empty rows and columns from the growth diagram, if there is not an X in one of the top two rows of the rightmost column of

Standard domino tableaux have already been considered by many authors [33], [6], [34], [8], [1], but, to the best of our knowledge, the expression of the

Then pass into the next column which is the (q + 1)th column, put 1 at the second row of this column and repeat the process until we have only p − 2 rows for going down (then we