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埋込みの浅い鉄骨柱脚の最大耐力

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1

論   文】 UDC :624

078 :624

014

2;624

075

2

016

7 日本建築 学 会 構 造系 論 文 報 告 集 第 365 号

昭 和 61 年 7月

鉄 骨

最 大 耐 力

正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員

* *

** *

* * **  

1.

序  発 電 所

製 鉄 所 等 大 規 模 鉄 骨 産 業 施 設の柱脚は剛な べ

ス プレ

トとア ンカ

ボル トで固 定し た露出型 柱 脚 を比 較 的 浅くコ ン ク リ

トで被覆し た形 式と なっ て い る。 こ の形 式の柱 脚に対し て は未だ信 頼すべ き設 計 法が 与えられてい ないた め

設 計 者は その固定度お よび耐 力 評価にし て任意的な仮 定 を設 け設 計し ているのが実情 で あ る

筆 者ら は先にこ の形 式の柱 脚に関して

連の 験 を行い

埋込 み効 果の大き い こ と

比較 的健 全 な 変 形 能 力が期待で き るこ と を示し たIL2 )

 本論 文はこ の実験 結 果の観 察に基づいて柱 脚 部の応 力 伝 達 機 構の モデル を設 定 し

こ れ を用いて柱脚の最 大耐 力を求め, 評 価 値と実 験 値の対 応 が比 較 的よいこと を示 し ている

解 析は

埋 込み形 式 柱 脚に関する既発表の 文3匙 同

手 法を とっ て お り

鋼 柱か らの外力に よっ て 埋 込み部 鉄 骨 と基 礎コ ンクリ

トのに生じ る支 圧 応 力

の合 力が基 礎 鉄 筋コ ク リ

トのせ ん断耐力 (パ ンチン グシ ア耐 力 )に達し た時に破 壊が起る と す る もの である

 

2.

試 験 体 お よ び 試 験 方 法  2

1 試 験 体

 

試験 体は図

1に示さ れるもの で

実 建物のを模

擬集約 の で

実 建 物剛 な ダ ブ

スプ

トを有す る鋼柱が アンカ

フ レ

ム により 基 礎ばり に定 着さ れ た アンカ

ボル トによっ て基 礎ばり に固 定さ れ る

その上にフ ィル コン ク リ

トを打 設し た 後に床 配 筋 を行い

最後に柱ま わり立 上りコン ク リ

ト お よび床コ ン ク リ

ト を打 設する もの で

ある

た だ し

試 験 体の製作に あ たっ て はコ ン クリ

トは

打ち と し たb

 実 験 対 象とし て は側 柱の柱 脚と し

1に示 す7体 と し た

これ等の試 験 体に含まれ る実 験 変 数は

i

軸 組筋かいの有 無 (EB :筋かい付 き

 

EC

:筋かいな し)

ii

)床 筋の鉄 筋量 および配 筋 方 法 (

s.

 R

欄 参

 

iii

柱 軸力 (

EBl ,

2

 EC1 は圧 縮 力

 

ECl

, 2, 3T は引

張 力 )

iv

)アン カ

鉄 筋の効 果 (

EC

 

3

 

T

で あ る

ECl

が基 本 形で あり

 

EBl

は こ れ に軸 組筋 かい をつ け た もの EClT は引 張りの柱軸力を加えた もの で あ る

また

,EC

 2 

T

EC

T

と床 筋の鉄 筋量 お よび 配 Table l List ef  Test Specimen

size  of  胚 embers    (m凪 )  d (m 鳳 )

S

R

Nc 01umn      Brace     Base  Plate  Anchor  Bolt (tf )

EBl EB2 EClECITEC2TEC3T BH

400x200     x16x22 BH

250x125    xgx12 BH

400x200     x16x22   

ditto

  ditto   diヒヒo BH

150xl50     x12x12 BH

−90x90

  x12x12 360x660 220x400 360x660

dittoditto360x740

2

3x34 φ 2

3x20 φ 2

3x34 φ

dittodittoditt

二〇  360  225  360dittodittoditt 二〇   (a }   (b)  〔a )

ditto

  (c )   (c ) 十A

R

   50    17    50  

50di 七todi 七to NC ditto 360x660 ditto +50 {1) (2) (3〕 (4) (5)

Base  Pla ヒe ∫ Bb (脚idth )xHb (Depth } of  Lower  Base  Plate d ∫ Embedded  Depth  of  Column

S

R

  Type  of  Slab  Reinforcements  (see ,Fig

2)

A

R

 ; Anchor  Reinforcements  

3−

D工6 (see

Fig

1(d)}

Nc ; Axia ユ Force  of  Column

    Plus  : Compressive  Force  

 Minus  3 Tensile  Force

 卓 千葉 大 学   助 教 授

工博 # 東京 大  教授

工博 −1* 井鉄 工所

工修 * * # 千 葉 大 学 大 学 院 生     (昭 和 60 年11月28口原 稿 受理〕

一 76 −一一

(2)

筋 方 法だ け が相違し

EC 3 T は

EC

 2 

T

基 礎ば り側 に アンカ

鉄 筋を加え た もの で あ る (た だ し

スプ レ

トの形状が少し変わっ て いる)

な お

比 較の た め

同 形 状の露 出 型 柱 脚 (

NC

1

体を用 意し た

こ れ等の 試 験 体は実 物 柱 脚の 1/

3

縮尺モ デル で あ る。

EB

 2 は実 物 柱 脚の 1/5縮 尺モデル で軸 組 筋かい 付 柱 脚で あ る

柱 脚の 埋 込み深さ (基 礎コ ン ク リ

ト上面か らベ

ス プ レ

ト下 面まで の距 離 )は すべ 断 面い の 0

9倍で あ る

試 験 体

EB

 I

 

EB

 

2

お よ び

NC

の 形 状

寸 法 を 図

1に 筋の配 筋 詳 細を図

2に示す

ま た, 使用 材 料の種 類お よび機械 的性 質を表

2に示す

 

なお

EC

 

3

 

T

以外の 験 体につ て は実験結果の 要をすで に文 献1

2に示し てある

 2

2 試 験 方 法  軸 組 筋かい 付 試 験体の載荷 方 法を 図

3に示 す (軸 組 筋か い のない験 体は筋かい材 および

1V

朋 を取り除いた もの と な る〉。 枉に表

1に示す

定軸力 (

Ne

) を 加え て お き

柱の せ ん断 力 (

Q

。)と軸組 筋か い軸 力 (

IV

, ,) と を

EB

 Iに対 して は

NnR

= 4

5Qc , EB  2に対し ては NBR

=L69

 

Qc

の 関 係を保ち な が ら正 負 繰返 し載荷し た。 こ の関 係は実 建物の 平 荷 重 時の応 力 状 態を 考 慮 して設 定 し た もの で る

た だ し

EBI で は ア クチュ エ

タ の載 荷 能 力のに よ り

NBRは ±90 tf頭 打ち と して い る

露 出 型 柱 脚

NC

で は

柱に定 引張 軸 力 を 加 え る 実 験 (

NC −T

)終 了後に定 圧 縮 軸 力 を加え る実験 (NC

C) を行っ ている。

Q

 N。 ,を 図の矢印の方 向に加え る時 を 正 載荷 〔

P .L .

矢 印と逆 方 向に 加 え る時を負 載 荷 (

N .L

)と呼ぶ

載 荷は初 期段 階では荷 重 制 御 とし, 試験 体の剛 性が急 激に低下 し た時点か ら は変 形 制 御 とし た

 図中A

B

 C は試 験体を テス トベ に固 定す る た め の治 具である

また

試 験体に鋼 板D と溶 接に よ り

70 1go       52o       lgo

m

a

り ト 一 1 ooo ooQ

8

1

Stlffene2 庁

D13

 SD30 250

StubConorete 08

P

SIabC α1creteFilI6

D22 (SD50) Footi[9Co 冂crete6

D22 (SD3〔

D

 

1

 

Fl

一 一一

Concrete

  

1

− 一

    氾12

一一

コ   1    

        o

en

e「

 .

ll :;

260

 

250

 

 

 

      $ 70       ス

660 A囗Cho「

Bolt  Anchor

_

Fr∂me

 て4

σ

 rqス气ρ、  う rr  つ 气 霞 气 R (z) 

EB1

3

34φ(S35C) 2

匚】

125)《65x6x8  SS41

1

36C   卜 側 O   山

η

1 ll 260 2506Q (c)

NC

70 3

34φ〔SS

ooo ooo 02 0卜Bolt φ〔SS専1 温 山

9

1

A冂ChQ厂

Frame 頃 卜

1

・ 6

D25 (SD55) 2

〔⊃

125x55×巳x8SS41

1

360 125  30D 125 广 (

b

EB2

Ancho卜Bo[t   Anchor

Frome

3

20¢(SS41)  2

匚1

100x50x5

(75       〔SS41

ト160 ) AnchOr

Bolt 3

34の(SS斗1) r

   150

−一

   騒2  400        器

一一一

_

 

  

  

 一

口 μ    

9

 

1

」  3

1  70  t1 )       Anchor Rei 740 醗

   70     3

oo     旦

   雲 〔

d

EC3T

Anchor Relnfercemen±       3

D16(SD50)

CQpm

±

QM

凹ainReinforceme [t Sてir「ロP   HOQP

亠 Hoo2 (EBI EC1)12

D22SD30 〔EB2)   5

D25(SD35〕 (Olhers) 12

D25(SD35) D1蹈 100〔SD30 ) Dl⊂  100CSD50 ) 2

DIO  

CSD30

H9

1 Co旦umn

to

Footing Connection

(3)

    /

1

 

 

 

 

 

 

 

 

5D匸   

 

 

    /

1

 

 

 

 

 

 

 

 /

    「

1

”一

ri

「    

   

」    1

1

r−一

  一

 

 

 

  一

 

 

1

p

m

    ヨ〕      (a〕EB1

Ea

ECIT

7

i

  N丁   D[5   PT 幽     劉5D   5〕Ioo       〔b)EB2 髄    P:R)sitive Loadl怩    N:卜bgPti》e L面 ing

   T :Tensiie Yield Strengtb

    S

ShearYield Strength

       

651       10Dl

      ic)EC2T

 ECsT

Fig

2 Details of Slab

Reinfercements and  Effective Slab

     Reinforcements for Punching  Shear Stre【L露th of Footing      Concrete

  

AFig

3 Test Set

Up

Table2  Meclianical Properties of Used Materials Thick

 essGrade o 正  tee1YieldPoint‘kgF〆m2TerLsil ∈ Sヒτenqth   (旨⊆r抽 り Elon

qation    〔:        

lRemarks 恥

9SM5036

635

654

649

8 2327 {Bl 〔c〕 IL

12SM5036

034

339

755

0 

54

853

o 262822 〔A)【Dl 〔B) 〔Cl SteelPla ヒeIL

16SM50

45

133

543

159

253

754

3 232424 (A)Φ 1 〔Bl 〔Cl IL

19SM5036

44L653 」 53

2 2725 田) {Cl IL

22SM50 ユ6

0 ヨ4

937

754

051

752

2 2827291 酎   1 {B) (C ) 】L

2SM34

030

7  7

453

150

050

2 2929 ⊃1 【Al   》 〔B} 〔C} 20φ

SS413L446

9 32 B 34S35C36

55  

6 27 〔Al AnchorBOlt SS41SD ヨ030

5 り 646

944

9 3937 【B)〔D)  c Dlo 40

037

235

259

コ 59

951

8 252121 〔酎 〔B}lm (Cl Rein

forcinBar D13SD3037

639

934

655

657

650

ヨ 242222 (AllBl {Dl {c) D16SD3034

35L6 23 (C 》 D22SD3034

955

ユ 23 {A) D25SD3539242

761

161

7 1924 {B)〔D ) (Cl Fc (kgf仙 2 } EC  〔kgF〆匸

2レ Remark5 Concrete

118718522

1

46x105 1

58xlO5 228xl

0

{Al 【Bl 〔D} (C}

曹1

AIEB1

ECI  B)EB2

ECIT

EC2T  {C }EC3T  【Dl 閧C

体 化し た ガイ ド用 鋼 管を貫 通させ

PC

鋼 棒を 用いて手 締めに より

試験体と治具

A

とを固定してい る

 

3.

実 験 結 果

 

柱の埋 込 み部分の変 形 を含む柱 頭の 水 平 変 形 (δr)は 基 礎コ ン クリ

ト上面に定 着さ れ た鋼 板 (図

3の D > に固 定された治 具を 用いて測定し

鋼 柱だけの水平 変形 (δ。)は基 礎コ ンク リ

ト上か ら50mm

EB

 2だ け は 35皿m )の位 置の柱鉄 骨 フ ラン ジに固 定 し た治 具を 用い て測 定した

な お

本 実 験で採 用し た δT の測 定 方 EB1 }        EB2      

ac

(tf) EC1 EC1 丁   tO  6Q

  

Qp 60

Qp

∈く)   60 δパmr Qc〔tf} 60QP 60

Qp

60     60 δT(mm) EC2T

EC3T  δT Qdt動

6° Qp θD     Qp

6D   80 駅mm

L

Qc

(tf) ap60

Qp

 

6C}

NC

T 漏

ET

〔mrfD NC

C

4 翫 〔tf) mm )

3

Fig

4

 

Load

Defor  ation  Diagrams  for Connections

      

1 法で は, 基 礎コ ンク ij 

の ひれ が進 展 する と

定 誤 差を 生 じ る可 能 性が あ る

しか し, 鋼 板D の定 着 方 法を考慮す れば

その誤 差は比 較 的 少ないと考え ら れ る。   各試 験 体の

Q

δ,曲線を 図

4 に示 す

図 中に柱の 降 伏せん断 力の 計 算 値

Q

ρ

M

〃 (Mp は軸 力を考 慮し

78

(4)

た柱の全 塑 性モ

メ ン ト,

Z

は基 礎コ ン ク リ

ト上 面 よ り加 力 点 迄の距 離 )の値が記 入し てある。 各 試 験 体の最 大 耐 力は

EB

 2の正載 荷 時を除き

Q

。 に達 し てい ない

一5

は鋼 柱だ けの

変形関係 (

Qc

δs>を

EB

 2 お よびほ かの試 験 体の代 表 例 として

EC

 3 

T

にっ い て示 し た もの である が

,EB

 2だ け が ILI載 荷 時に わずか に降 伏し たこと を示 し てい る

しか し

こ の降 伏は わずかな もの で あ り

すべ て の試 験 体の最 大 耐 力は柱 脚 部で決 まっ た もの と考え ら れ る

 表

一3

に各試験 体の

Q

δr曲 線よ り

General

 

Yield

Point法に より求め た降伏 耐力 (pQc )お よ び最 大耐力

(mQ 、)を掲げ る。 降 伏 耐 力ρ

Qc

の 評 価 点を 図

4の

Q

δT 曲 線

ヒに矢印で示し た。  

il

軸 組 筋か い の影 響  試 験体 EC 1EB  l を 比 較 す る と

大 耐 力 は 正 負 載 荷 時と もに大き な 差異は 認 め ら れ ない

し か し

軸組 筋か い の あ る試験体

EBl

は最 大耐力にし た後

負載 荷に移っ た時の 復元力の 劣 化が著しい。   の   床 筋の鉄 筋 量および配 筋 方 法の影 響   試 験 体

EClT

EC2T

を比 較す ると

鉄 筋量 を増 し 配 筋 方 法を改 良し た EC2T は EClT に対 し

最 δs 

Qc

〔tf〕コo Qp

20

〆 ro 3

ヒ     

1 12       ヨ

↑0 飆 mm }

20 膕

Qp

30 δs  腮tl)60 Qp 下25。 4050

L

2D

6

4     

2

2 ら      6

20 δs  m〕

4D 甌

50

Fig

5 Load

Deformation  Diagrams for Columns

大 耐 力が正 載 荷で ユ0%

負 載 荷で 40% 程 度 上 昇 して い る。 なお

6に

EB

 2および

EC

 3 

T

の 床 筋の定 着 部に お ける ひずみ度 (ε

Q

の関係を示す

両試 験体と も, 正 載 荷 時には基 礎 ばり側の床筋の ひずみ度

また

負 載 荷 時に は前 面 側の床 筋の ひずみ度が降 伏ひず み値また はその近傍に達して い る

 

iii

 ) 柱 軸 力の影 響  試 験 体

EC

ユと

EClT

と比 較す ると

柱が圧 縮 軸 力 (

1V

INy

O.

1,

 

Ny

:柱の 降 伏軸力〉を受け る

EC

 1

対し て引 張 軸 力 (

N

,/

N

=− 0

」}を受け る EClT は

最大耐力が 正載 荷で 30 %

負載荷で 20%程 度 低 下 し て いる。  

iv

) アンカ

鉄 筋の影 響  EC  2 T とこれに ア ン カ

鉄 筋を加え た EC  3 T が比 較の象 と な る

こ の場合

コ ン クリ

トの圧縮 強 度お よ びべ

ス プレ

トの形 状 が 両 者の 問で多少異な る ので 直接の比 較はで き ないが

,EC

 3 

T

EC

 

2

 

T

して 最 大 耐 力が負 載 荷 時で 8% の

i

;昇である の に対 し

正 載 荷 時に は 35% と著 し く増 大し てい る

7は

こ の ア ンカ

鉄 筋の ひずみ度 (ε

)と

Q

,の関係で あるが

柱フ ラ ンジ近 傍の アン カ

鉄 筋の ひずみ度は 正載 荷 時の

Q

,≒30tfで降 伏ひずみ度に 達 してお り

引 張 鉄 筋と し て有 効に働い たことを 示してい る。 こ れ に対し て

負 載 荷 時に はあ ま り 圧縮ひずみ を 生 じて い な し    V ) 基 礎コ ンク リ

トの ひ び割れ  試 験 体

EB

 l, 

EB

 2

 

EC

 1お よ び EC 2 T の最 終 状 3。 rQc  

10

20

!o 

L

S26D4023 D2

04

5

 

  ナ

,、

e

     

::

1Doo ー

f

C

Q

s⊇

 

 

 

.c

      \      

60      

喉       b

〔a〕EB2   SI  S2      〔b)

EC5

]「       S↑    52

Fig

6

 Load

Strain Diagrams for Slab

RelrLforcements

Table3 Test Results and  Resutts of  Analysis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L−

Te3 し     R∈su 工t5      Resu ユヒ3      0f      An己1  5⊥s

P

L

N

L

       P

L

N

L

P

L

      N

L

PQC   mOc     mM 〔ヒf)  〔tf }(ヒf

mlPQc   mQC    川N       ト:i 〔辷f)  1仁f} 【tf

踰)   f

m } 〔ヒf

m } e   卜1e 〔七f

m)  M工 【七f

ml ‘

L

’ S

L :〔

ZiS

L

:(

L己ユ E巳2E ⊂1ECITEC2TE ⊂3T 47

523

546

D30

036

048  0 51

025

052

536

039

653  3 ,2

122

a87

259

865

788  5

39

0

23

O

41

0

」4

0

47

O

52 0

4 

o

25

0

48』

38

5

54

8

59 4

 7

1

22

a

79

7

63

9

91

o

98 6 62

Dl2

957

530

530

535  5 3  9

929

729

335

253 』

 

 

44

2

 6

6

57

5

30

5

ヨ0

5

コ5

5

16

2

22

2

33

4

∈0

5

63ユ

42

9  4

3

58

       5

4

3Ll            l弓 :51

8        1

1

ヨ5

3        1

2

50

8        1

1

54

1 4

」:52

6 4

25

ユ 3

4

71

9 3

4;7ユ

ら 3

4;71

6 3

4

97 3 2

1:

41

9 4

2

25

フ 1

50

1 1

1:

3」

8 1

4

53

2 1

1

55 D NC

C   30

Ol3L8   5Z

8 

3D

0   

T  工2

D 1 19

0  31

5 

9

G

18

D

32

Z 

53

5         

29350

930

5

50

9

30

5

ご1〕P

L

: P。sitiL

e L。adi 。g ⊂。 。 。       N

L

; Neg ・tiv ∈ L

°

adt

g  C

se

〔2) S

L

 ; Stre ≡s Level  Hi

V〕 〔3ee

Fiq

lq〕

f3⊃ 〔Q。IPI S V。1。 。 E。 ・1u・t・d by Eq

CS) (F・ ・ 。t

J

e M・d

O (Q

)P2 茎V・1u・ Ev・ユ・ ・t・d bY Eq

{6) 〔Frd

 : ヒ ur

Mod

。・

1 〕

  (Qc )P

M エN[QcP1

COe)P2} ; Va1ue  Vnderlined  for P

L

(5)

態迄に基 礎コ ン クリ

トの上 面, 前面 (基礎ば りの無い 側の基 礎断面 )お よ び側 面に生 じ た ひび 割れ を展 開 図の 形で図

一8

に示す

実線は正載 荷 時に

破線 は負 載荷時 に生じ た ひ び割れで あ る。 EB I

 

EB

 2の正載荷時で は 前 面コンク リ

トが載 荷 方 向に膨 れ 出るパ ンチングシア ひび割れ と基礎ばり の ある側のベ

ス プレ

トの浮上り によ る被 覆コ ン ク リ

トの パ ンチングシ アひ び割れ が

ま た

,.

負 載 荷 時で は前 面 側の べ

ス プレ

トの浮 上り に よ る被 覆コ ン ク リ

トの パ ンチン グ シア ひび割れが著し く進 展 し て い る

EC 1, 

EC

 

2

 

T

正載 荷 時に は基 礎 ば り側のベ

スプレ

トの浮 上りに よ る被 覆コ ク リ

トの パ ン チ ン グシ ア ひび 割れ が

負 載 荷 時に は前 面 側の ベ

スプレ

トの浮

ヒり に よ る被覆コ ンクリ

トのパン チングシ ア ひび割れ が そ れ ぞ れ大き く進 展し て い る

 

な お

,EClT

 

EC3T

はECI

 EC2T と ほ ぼ同様

なひび 割れパ タ

ン であっ た。 露 出 型 柱 脚

NC

で は最 終 状 態に至る まで基礎コ ン クリ

トに は顕 著な ひ び 割 れ は観 察さ れ な かっ た

  VD  アンカ

ボル トの ひずみ

 

柱に加えた せん断 力

Qc

と ア ン カ

ボル ト軸部の ひず み 度 (ε。)の 関 係を各 試 験 体につ い て図

一9

に示す。

Qc

tf

6

°

40

R2

    R1

 卩

2Q

εy 〆 

500

7

  5001000       

1500

     

20

∞   流

 

 

9ラ∫

−20

 

ε

10

−6

      2

40

−60

Fig

7 Load

Strain Diagrams for AnchoT Reinforcement

EB 2お よび

EC

 

2

 

T

以 外の試 験 体につい て は繰 返し曲 線の包 絡 線 を示 し た

正負載荷の最 大 荷 重 時にお け る引 張 側アン カ

ボル トの ひず み値は

各 試 験 体とも, その ね じ部 有 効 断 面での降伏耐 力に対 応する値に達 してい る。  

4.

柱 脚の 最 大耐 力評 価  

4.1

被覆コンク リ

トの効 果

 

試 験体の最大耐力煎

Qc

か らベ

ス プレ

ト下 面 位 置 で の最大 曲 げモ

メ ン トmM を計 算す る

 EB lお よ び

EB

 

2

で は軸 組 筋かい軸 力

IVBR

に よ る付 加曲げモ

メ ン トを考慮する (図

10参 照 )

 

次に

ス プレ

ト下 面よ り上の コ ン ク リ

ト を取

Solid

 

〕nes ;

 

Cracks Opened at Pesltive Loeding

Dotted Un∋5; Cracks Cpe冂θdal Negat地e Loading

Fig

8 Crack Pattem of Footing Concrete

一 EB1

98

− 一

一EC1

   

ECIT

 

l

… − EC3T

     

  

 

2T

    齟

7

/ 野

  

a2

  4

ρ

7

1

 ’

2〔XX)

      メ

      つ

     冒

 

 

糠    

    訂      

60

         

    

勘図

0

    

a1

       

QC

tf

〕          30

EB2

    

a2

    ! ;

;r

 

Ey

2cc

i

30   帥 ℃動  

a1

Qc

(tf)    

NC

−T

−NC −

C

∂o

a2

L麁

 

9’

 

    句

 

  ρ

 ’

 ダ

r’

3

       

εa伝

10−

6     

a1

Hg

 g Load

Strain Diagiams fQr Anchor

Bolt

o

顯 口e餅

  S)ecitnrmEB2

(6)

1mQc

し                

d

II

1 mQc

ヒ Ll BR

z

d

1

 

mM

mQc 〔

1

d

   

mM

mQc

d

N8R

co5θげ Fig

10 Expe【imental Maximum  Bending  Moment (

鮒 at

      Lower Face of 

Base

 

Plate

Nc〔tの 400 200 0

200 AB c Fig

11 A B C

σしくFcw   Fc

π

τ Fc τ≦T D E F

瑠  0ヒ σヒζFcTy

   TくTy   く

w τ T≦ D   20   40   60       Experimpntal Va[ve FE

  IMel

(tt

rrD  nc

C〔Pし♪O  NC

T PL       (N

LJ       〔N

L

)囮

Maximum

 Bending Moment {Me)Qf Exposed

Type

Colu皿n

to

Footing Co皿nection

り除き

露 出 型 柱 脚と考えた時の最 大 抵 抗 曲げモ

メ ン ト

Me

を計 算する。 計 算に際して仮 定し たべ

ス プレ

ト下 面の応 力 状 態 を 図

11に示す

こ こで, ベ

ト下 面の コ ン ク リ

トの支 圧 応 力 度は コ ン ク リ

ト 素 材の圧縮 強 度

F

。で, アンカ

ボル トの引張 耐 力は そ の軸 部 降伏耐 力

Ty

打ち と仮 定し ている

露 出型 枉 脚 NC につ い て

こ の 定 によ る計算値と実 験 値を 比 較 する と図

11にすごと く よい

致を示す

 べ

スプレ

ト下面よ り上 部の被 覆コ ン ク リ

トの効 果を (ユ)式 に よっ て評 価 する

    

M

mM

− Me …………・

………一 ・

一 ・

(1 )  こ こ に

,M

‘:被覆コ ンク リ

トの効果 を曲げモ

メン       トの形で表し た もの   各 試 験 体の mM

 M 。

 M‘を表

3に示す。 表に示す と おり

被 覆コ ン クリ

トの効 果は極めて大きいが

その 量は

様で な く

載 荷の方 向

軸 組 筋かいの

床筋 の鉄 筋 量および配 筋 方 法

柱 軸 力 等に よっ て異な るの で 柱 脚 全 体の耐 荷 機 構を考え た解 析に よっ て柱脚の最 大耐 力を解 明する必要が あ るこ と が判る

以下には 埋 込 み 形 式 柱 脚に対 して筆 者ら が文献

3

)で用い た解析モ デル を 準用 し て柱 脚の大 耐 力 を 求め実 験 値と比 較する

 4

2 最大 耐 力の解 析   (a ) 柱 脚 部コ ン ク リ

トの支圧 応 力  鋼 柱の曲 げモ

メ ン ト

せ ん断 力, 軸 力は

鉄 骨とコ ン ク リ

トの 支圧 応 力

支圧応 力状態にある鉄 骨とコ ン ク リ

ト間の摩 擦 力

ア ンカ

ボル トの 引張力 お よ び 正 ! /

1

τ

ll

 :15

丁 旨 P 卜

_

      er :l  l 二   

o      

ea     eg ぢ ヨ むキ           

,ロ

まゴヨ ヨ

i

il

 il

 

£

ll

 

9−.

ノ    丶

o L

_

             {尾三舘 誉

L

±

Fig

12 Analytical Model  of Stress Transfer

載 荷 時に は ア ンカ

鉄 筋の引 張 力に よっ て基 礎コ ン ク リ

トに伝達さ れ るもの と考え る

こ れ等の諸応 力 を求 め るに際し

t

次の 仮 定を設け る3)

41

  け   外 力に よっ て鉄 骨 部 分 (柱お よ びベ

ス プレ

ト)は剛 体 的に回転 し

回転 量に応 じ た支 圧 応 力が基 礎 コ ン ク リ

トに作 用す る (図

ユ2参 照 )

本 解 析で は 点 線で示 す 上 側ベ

スプレ

トの形 状 を実 線の形 状に単 純 化し

ま た,ベ

仮 想

トを設 定し てい る。  

ji

) 支 圧 応 力状態に あ る鉄 骨部分とコ ン ク リ

ト間 の摩 擦 係数 と して μ

O

5を仮 定す る3L4 }。 た だ し

ス プレ

ト上下 面の摩 擦 抵 抗

検 討の 余 地は残る が

鉄骨とコ ンク リ

トとの支圧剛 性はベ

スプレ

ト上下 面とコンク リ

トとの滑り剛 性より大きいと考え ら れ る の で無い の と仮 定 する。 ま た

鉄 骨 部 分 とコ ン ク リ

ト間のボン ドス トレ スは無 視 する

 

iiD

  引 張 側ア ン カ

ボル トは最 大 耐 力 時に は ね じ部 有 効 断 面で評 価し た降伏 耐 力に達し て いる (実 験 結 果 よ り)

 

iv

) ア ン カ

鉄 筋は大耐力時に は 正載 荷時に して は引 張 降 伏 耐 力に達し ている が, 負 載 荷 時に は 圧縮 抵 抗を示さない (実 験 結 果よ り)

 以上の諸 仮 定 を用い て

スプレ

ト下面 中心位 置 (図

12の 0点 )での 曲 げモ

メ ン ト, せ ん断 力, 軸 方 向 力に 関 するつ り合い方 程 式 を求める と それ ぞれ (2)

(3)

〔4)式と な る

  [曲 げモ

メ ン トの つ い]      

Ma

M

,+

Mc

1

鴎。+

Mr =MF

Qc

d

Qed

       

 

9・

 

7P・

 〔2)  記 号  Ma

T

ea :引 張 側ア ンカ

ボル トの引 張 力に よっ て生じる 曲 げモ

メ ン ト  Mb

Nbc

ec十 Nbtt

eti十NDtt

en ;

ド側お よ び 上側べ

81

(7)

トとコ ンクリ

トの支 圧 応 力に よっ て生じ る曲げモ

メン ト  Mc

1馬ガ 2

1+Nr

e

Nruゴe

、1埋込み部 鉄 骨フ ラ ンジ お よびべ

スプ レ

ト端 面とコ ン ク リ

トの支 圧 応 力によっ て 生 じ る曲げモ

メ ン ト  Mr。

μdVtvi

Hc/2+μ(N. .,十N. .s)Hb/2 :埋 込み部 鉄 骨フラン ジおよ びべ

スブレ

ト端面とコ ン ク リ

ト間の摩擦 力によっ て生じる曲げモ

メ ン ト  M

T

er :ア ンカ

鉄 筋の引 張 力によっ て生じる曲げモ

メン ト

負載荷 時に は Mf

e  Ms:基 礎コ ンクリ

ト上面に お け る鋼 柱の 曲げモ

メ ン ト (外 力 )  

Q.

:鋼 柱に作 用 するぜん断 力  d ;基 礎 コ ンク リ

ト上面とベ

スプレ

ト底 面の距 離 (埋 込み深 さ }  

Qs

:軸 組 筋か い軸 力Nsnの水 平 方 向成分  d

:軸 組 筋か い断 面 重 心 線と鋼 柱 断 面 重心線の 交 点とベ

ス プレ

ト底面の距離  Ta:張側アンカ

ボル トのね じ部有効 断 面の降 伏 耐 力  e

1鋼 柱 断 面 重心線と ア ン カ

ボル ト断面重心の離 (鋼柱 の断 面重 心線は0点を通る>  N,。:

ド側べ

ス ブレ

ト下 面とコ ンク リ

ト間の支 圧 応 力の 合力  e

NbC作 用 線と鋼 柱 断 面 重心線の距離  Nbt

:上 側ベ

スプレ

ト上 面とコ ン ク リ

ト間の支圧応 力 の合力  eCl:Nbtl作 用 線と鋼 柱 断 面重 心線の距 離  Nbtt;下側べ

ト上面とコ ク リ

ト間の支圧応 力 の合 力  ett;Nbtt作 用 線と鋼 柱 断 面 重 心 線の距 離  ル。、:埋込み部鉄骨フ ランジ とコ ンク リ

ト間の支 圧 応 力の 合 力  et

:N! Ui 作 用 線と鋼 柱 断 面 重 心 線の距 離  Nr

:: ベ

スプレ

ト 〔左 〉端 面とコ ン ク リ

ト間の 支 圧 応 力の合 力  eu

:NJue作 用 線 と鋼 柱 断 面 重心線の距離  NrUi: べ

スプレ

ト (右 }端面 とコ ン ク リ

ト間の支圧応 力の 合 力  eus :Nlu3作 用線と鋼 柱 断 面 重 心 線の距 離  μ ;鉄 骨 部 分とコ ン クリ

ト間の摩 擦 係数  Hc:鋼 柱の断 面せ い  H,:べ

ス フ レ

トの長さ (外 力方 向 )  Tr:アン カ

鉄 筋の引 張 降 伏 耐 力  er ;アンカ

鉄 筋 断面 重 心 線 とベ

ス プレ

ト底 面の 距離  [せん 断 力のつ り合い]

    NXUi十

N

!u2

− Nfus

Tr=

Q

Q

………・

…・

(3)

  [軸方 向 力のつ り合い]

    ’

   

N

,c

− N

11

− Nbt2

十μ(ハlxu1十Aしti!

ハしus)       

− Ta=Nc

N

 

t

 

t・

 〔4)   記 号  Nc;鋼 柱に作 用す る軸 力  N

:軸組 筋 かい軸 力1覧

の鉛 直 方 向 成 分   (

b

) 基礎鉄 筋コ

ン クリ

トの パ ンチング シ ア耐 力  基礎コ ンク リ

トのパ ンチング シア耐 力 を下 記の よ う に評 価す る3)

4) 。 パ ン チ ングシ ア破 壊 面 (以下, 破 壊 面 と略 記す る}の最 大せん断 応 力 度は

F

。はコ ン ク リ

トの シリンダ

圧 縮 強 度 (

kgf

/cm2 ))とす る

 (bl ) 正載荷時 (

P .

L .

)     

 

D

 基 礎 ばり側のベ

ス プレ

トの浮上 りに よ る基    礎コ ンク リ

トの 破 壊面  図

13(aにおい て

下 側ベ

スプレ

ト上面で支 圧 応 力 が 反転す る線ab を通 り

ス プレ

トと45度 を

な す面 を前 面 側に と り

これ がコ ンク リ

ト上面と交 る線を a

b’

と す る。 次に

上側ベ

ス プレ

ト端 辺 を 通り

ス プレ

トと

45

度を な す面を基礎ば り側に と り

これ が下 側べ

ス プレ

ト上面と交る線をcd

コ ンク リ

ト上面と交る線を c

d’

とする。 次に

,一

ヒ側ベ

ス プレ

ト側 縁を通り ベ

スプレ

トと45度 をな す 面 ait  de

霧 磁

1 

广・

「.

dノ げ 占

F囁

C

鳶 :

L

广

’ 甲

aり

6

cg     ¢d

Nb 鳳 a

b c

d

(ユ

P

L

Mode

 

i

Lレ く eうde btc’ dC ♂  a” a

db

cd

d

ce b” a二げ PT M +J Bc/2 Nbt c

de

b

c

N

L

oI Au1 N佃   1         葦隔 邑 ぺ

拶 

、.

   

     鍔 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1        

驚 諺冤

      A

A

4P

…一

 一 PT

 

 

 

 

 

II

1

F

 

1  

 

   

π

   

 

rIII

 

  T ↓

 

 

 

 

 

 

 

 

− 」 ↓

 

   

 

    r

r

」 」 AJ2 B

B

    (

b

P

L

 

Mode

 

i

 

b

 

Au≡AUt+Au2

Fig

13 Punching  Shear Plane Assumed

PS PSPS

PS

        

1

    〔q )

EBI

      〔

b

EB2

Fig

14 Effective Hoops  for Punching Shear

     S吐rength  of Fo〔}ting Concrete

(8)

と下 側ベ

ス プレ

ヒ面との交 線 をad  

bc

また

コ ンク リ

ト上面ま たはその長上のと交る線を そ れ ぞ れ a

d”

b”

c

とす る

想 定 する破 壊 面は, 長 方 形 aa

b’

b,

 

bb”

c

c

 cc

d’

d,

 

dd

”a” a と1/4円 錐aa

a

 

bb’

b”,

cc

c

 

dd’

d”

で基 礎 コ ン ク リ

ト内にある部 分である。 そ の コ ンク リ

ト上 面へ の投影 面陰 影し た 分で

その 面積

A6

と す れば

コ ン ク リ

トの パ ン チ ン グ シ ア耐 力は ん

であ る。  

iD

 鋼柱の前面 側へ の せ ん断 押 し出しによ る基 礎コ      ン クリ

トの破 壊 面

 

13(

b

)におい て

前 面 側 鉄 骨フ ラン ジ縁 を通 u t これ と45度 をなす 面と鉄 骨 ウェ ブ厚 中 心 線 との交 線 を oq とす る

こ の線上で支圧応 力が反 転する位置 をP と する

ただし

こ の位 置がべ

ス プレ

ト下面よ り下に く る場 合は下 面 位 置qと する

想 定す る破 壊 面は a>op を稜とし

前 面 側 鉄 骨フ ラン ジ縁 を 通る 三角 柱とP を頂 点とし三角 柱の辺 を稜 長 とする円錐の部 分に よっ て構成 さ れ る立 体の表 面の う ちコ ン ク リ

ト内にある部分で

そ の コ ン ク リ

ト前 面へ の投 影 面は図の

AUi

で あ る

次に b)op および基 礎ば り側 鉄 骨フ ラン ジ両縁を稜と する三角 柱 をPを 通りベ

スプレ

トと45度を な す面 で 切断 し た立 体の表 面の う ちコ ンク リ

ト内に あ る 部 分 で, その コ ン ク リ

ト前 面へ の投影面は図の

A

。2 であ る

。Au =AUi

Au

:と す れば

コ ン ク リ

トの パ ンチン グ シア耐 力は

であ る

  (

b2

) 負載荷時 (

N .

 

L .

 負 載 荷 時は前 面 側の べ

ス プレ

トの浮上り に よ る破 壊 面だ けを考 慮すれ ば よい

考え方は (

bl

)の

1

と 同様で あり

13(cに破 壊 面の とり方お よびその コ ン ク リ

ト上面へ の投 影 面を示 し た

投 影 面の面 積 を An と すれ ば

コ ン ク リ

トのパ ンチング シ ア耐 力は An

である

 以 上の コ ン ク リ

トのパンチン グ シ ア耐 力の評価には 床 筋お よび柱回 り帯 筋の効果 は考 慮さ れていない

本実 験に おいて床筋の 配筋量 の効 果が確認さ れ (

EClT

EC2T ,

2 参照)

ま た

既報a)

41 で も同 様な効 果が 観 察され てい る

そこ で 下 記の方 法で これ等配 筋の効 果 を 評 価す る

  床 筋は下 記の すべ に該 当す るもの を有 効と す る

 

D

  先 端に フック を 設けて コ ンク リ

トに定 着され    てい るもの  

ji

) 正 載 荷に対して は鋼 柱 断 面 重心線より基 礎 ばり     側の破 壊 面がよ ぎる床 筋

負 載 荷に対して は鋼 柱 断     面 重 心 線 より前 面 側の破 壊 面がよ ぎる床 筋  

iiD

 破 壊 面が よ ぎ る位 置で

当 該 床 筋が基 礎ばり の    曲げモ

メ ン ト を負担し て い な い  上 記に該 当す る床筋は

EB 

2

で は図

2(

b

 EC  2 T お よ び EC  3 T で は図

2(c)に示す床 筋の う ち, 正載 荷で は

PT ,

負 載荷では

NT

で示した床 筋で ある

なお

EBl , 

EC1

お よび

EClT

に は該当す る床筋は存在し ない

床 筋は投 影 面 上で破 壊面に沿っ て コ ン クリ

トが 押 し出さ

れ る方向に平 行な ものを有効 と し

鉄 筋の引 張 耐 力で抵 抗す る ものと考え る (図

一6

参 照 )。  柱回 り帯 筋は

前 記 (

b1

ii

)の

ド (図

13(

b

)〉に対 して破壊 面 が よ ぎ る帯筋 だ け が有効であ る と考え る

。EB

 

I

お よび

EB

 

2

につ い て当す る帯 筋を

PT

お よび

PS

と して図

14 に示す。 こ こ で

 PT は投 影 面 上で破 壊 面に沿っ て コ ン クリ

トが押 し出さ れ る方 向に平 行な配 筋であ り

鉄 筋の引 張 耐 力で抵 抗 する もの と し

,PS

は投 射面 上で コ ン ク リ

トが押し出され る方 向に対して角 度を持つ 配 筋であり 鉄 筋の せ ん断耐力で 抵 抗する もの とする。 以 上の考え方に よ り そ れ ぞ れの基 礎 鉄 筋コ ン クリ

トの パ ン チ ン グシ ア耐 力を 評価する と

  (

bl

>  正 載 荷 時  

i

) 基 礎ばり側の ベ

ス プレ

トの浮 上 りに対 す る 基礎 鉄 筋コ ン ク リ

トのパ ンチング シ ア耐 力

Qp

   

Q

ρ ,

 

A

ρ

VjiT

十Σ]sap

σy

 

5 

}  

iD

 鋼 柱の前 面 側へ の せん断 押し出しに対す る基 礎 鉄 筋コ ン ク リ

トのパ ン チング シア

Q

ρ2

   

Q

。、

4

+(Σ、at+Σ.α。/、雁属

……

6

}  (

b2

)負 載荷時   前面側のベ

ス プレ

トの 上 りに対 する基 礎 鉄 筋コ ン ク リ

トの パ ンチングシ ア耐 力

Qn

   

Qn

An

十 Σsan

e σy 

7・

P・

 

(7}   記  号   Σsap :鋼 柱 断 面 重 心 線 より基 礎 ばり側の破 壊面が よ ぎ る床筋  の断面積和   6as  :床 筋の 降伏 点   Σ

at :破 壊 面が よ ぎ る柱回 り帯筋のう ち

引 張 耐 力で抵 抗す ’ る もの の断 面 積 和   Σha 。:破壊 面が よ ぎ る柱 回り帯 筋のうち

せん断耐 力で抵 抗  す るもの の断面積和   hay :柱 回り帯筋の伏 点   Σ

an :鋼 柱 断 面 重 心 線よ り前 面 側の破 壊面が よ ぎ る床 筋の断  

面 積 和    (c ) 柱 脚の最 大 耐 力の評 価    図

一13

よ り明ら か なよ うに

正 載 荷 時の破 壊モ

ド  

j

)基 礎 ばり側の ベ

ス プレ

トの浮 上りに よ る基 礎鉄 筋コ ンク リ

トの パ ンチング シ ア破 壊は, 上 側お よ び下 側べ

ト上コ ン

ト間 支圧 応 力 力 和

Nbt

(= 

Nbtl

+Nbt2)が基 礎 鉄 筋コ ン ク リ

トの パ  ン チングシ ア

Q

。、し た時に起り (図

13(a)参 照 )

破 壊モ

ID

鋼柱の 面 側 せ ん断 押 による基 礎 鉄 筋コ ン ク リ

トのパ ンチングシ ア破 壊は

埋 込み部 鉄 骨フ ラン ジ およ びべ

ス プレ

ト端 面とコ ン  ク リ

ト間の圧応 力の合 力 和 Nru (

Nf

i+ル

2)が

83

(9)

基 礎鉄 筋 コ ン ク リ

トのパ ンチングシ ア耐 力

Qp2

に達し た時に起る (図

一13

b

) 参 照 )。 し たがっ て

正 載 荷 時 の柱 脚の 最 大 耐 力は

,Q

ρi

N。tを満足す る柱の せ ん断 力 (

Qc

)ρ i と

QPt

 = 

N

.u を満足 す る柱の せ ん断 力 〔

Q

)pz の う ちいずれ か小さい方の値 (

Q

,)pと な る。   負載荷時の面 側ベ

スプレ

トの浮

ヒりに よる基 礎 鉄 筋 コ ンク リ

トの パ ンチングシ ア破 壊は同様に して

Qn

=Nbt

を満 足 する柱のせん 断 力 (

Q

)n が 柱 脚の最 大耐 力とな る (図

13(c)参 照 )

 な お 基 礎 鉄 筋コ クリ

トの パ ンチン グ シ ア破壊が 起る前に鉄 骨 部 分 とコ ン ク リ

ト間の圧応 力が 全 塑性 状 態になる場 合にはこの状 態が柱脚の 大 耐 力 を規 定す る ことに な るが 本実験の囲内では このは起きて いない

  計 算の手 順を以 下に示す

 

D

  載 荷 方 向 別に鋼 柱に 加え る外 力

Qc

を増 大さ せ る

D

な お

軸組 筋か い付 試験 体で は載 荷 条 件に よ り

Q

. お よ び

Ne

Qc

に応じて増 大さ せ る (2

2参 照 )

 

i

の  各 荷 重レベ ル に

つ りい方 程 式 (2)

(4)を満足 す る支圧応 力の分 布を求め る

こ れ は

12 未 知 数 φ

x

z を解く ことに よ り決 定さ れ る

本 解 析におい て考 慮し た

埋 込み部 鉄 骨フランジお よ びベ

スプレ

ト端 面とコ ン ク リ

ト間の 支圧応 力の 分 布パ タ

ン (H,)お よ びベ

ス プレ

ト上, 下 面と コ ンク リ

ト間の支 圧 応 力の分 布バ タ

ン (

vn

を図

15a

計 算

Newton−Raphson

っ た

 

iii

) 各 荷 重レベル に対して 得られた支 圧 応 力の分

Ca

)Stress Level (

L

Hl

董 董

Vj

苺 茜

ar P

L

N

nut   Qc,

In

 ut  Qc2

In

 Ut Oc Cail  S

L

Calculate隔

Ap                 no atisfy E5      yes (Qδ門 ←  Qc1      〔

Qc

)pz←  α

2 Call  S

L

Calculate N阯

 Au        no   atiSfyEf      yes   CδU  S

L

C倉lcu1

ate N  騰                 no   ati5fy E

     yes  〔Oのn←

Qc Qc〕P← N Qc

(Qc)P2 Sbroutine S

L

end SeleCt  S

L

  Hl

Vj (

b

rlow

 

Chart

 

d・

Prepore Euilibrium匚q

1

綴 講

1

N(HiAゐ)

N⊂O

 x

z

o←Eq4

Input Initiel Value

φ呱

K

k

1■z

      舶 φ吻

J凶 x

J凶 為 z

1

1

f

一1

+ 1 meM (鮎 z)〔kfm ) q←Q〔¢しXZ)(kgf) n←O

x2 )〔kt) Fig

15       豪2       es S6iandq 舌6?eγ』n 話S       ur         no        斎2     1旨 ε3      図 図翼図z Jri

deにQ Q

Qz      N 四

Nz ・調

i

*2 ε1

1

O

 

(kf

mm ) ε?

1

0    (kf) B

10QOO (Cycles )

 no       yes       c)Subro凵tine S

L.

Flow Chart fol Calculating of Maximum  Strength of Co皿nections

参照

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