UCCF材を用いた鋼管横補強コンクリート柱部材の繰り返し曲げせん断性状に関する研究 [ PDF

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(1) MNOPQRSTUVWXYZ[\$]M^ _`abcdefghijklAB 空間システム専攻鄭. 1()*+,. 吉男. 実験変数は軸力比が 0.1!0.3!0.5 "三種類である．内蔵鉄. UCAS 工法-Un-resin Carbon-fibers Assembly System for. 骨を用いる理由は，横補強用鋼管と加力スタブの間のク. construction.は九州大学工学研究院太田俊昭教授により. リアラスにおいて，パンチングシャー破壊を防ぐためと. 提案がなされ，開発のためのプロジェクト研究が数年前. 軸方向力維持能力を終局状態まで保持させるためである．. から実施されている．. UCCF 材は引張には強いが，圧縮性を考慮して，UCCF 材の大部分. 法である．UCAS 工法で開発された/012345678. はＸ型配筋法とした．実験定数. 9:;-<= UCCF >?@.材は従来の硬化型カーボンフ. はせん断スパン比（a/D#，横補. ァイバー工法より IT 社会や，循環型社会への適合性，省. 強鋼管幅厚比（Ｂ/ｔ）,コンク. エネ型社会への適合性が優れるといわれている．カーボ. リート強度，横補強用鋼管，. ンファイバーの製造，加工、運送、施工に関しても，低. UCCF 材の強度である．載荷条. コストで安全かつ省力化可能であると思われる．UCCF 材. 件は，$%1 に示すように柱に. の高い強度，高い耐久性その他の特徴に着目し，それを. 逆対称変形をあたえる様に計画. 鉄筋コンクリート部材における鉄筋の代替補強材として. した．横補強用鋼管と円形鋼管. 用いる技術開発及び研究が行われている．. から切り出した試験片の引張実. V. M. R. a. 配筋システムとしてコンクリート系部材に用いる建設工. N. h. には抵抗出来ないという材料特. R. a. UCAS 工法は，カーボンファイバーの集合材をそのまま. M. V N. UCAS 工法の提案後，いろいろな UCCF 材に関する研究. !"# $%&'. 験を行った．. が行われているが，現在研究途上にあり，まだ不明確な. 3(I JFKL試験体はすべて 250&250''の正方形断. 点が多い．. 面で内法高さは 800''である．試験体の形状寸法を!. このような背景のもとに本研究｢UCCF 材を用いた補強. "#に示す．試験体に使われた UCCF 材は，径が 7 ミクロンの素線. コンクリート柱部材の繰り返しせん断曲げ性状に関する. を 12ｋ本（12000 本）束ねた集合材を，自動ロボットを. 研究｣を行った．. 使用して，２本の径 25mm，長さ 70mm の鉄棒に 40 重に巻いたものである．その 2 本の鉄棒の間隔は 1500mm. 2(ABCD 本研究の目的は UCCF 材を用いる補強コンクリート柱. である．UCCF 材の力学の性質は 20 本の引張試験より求. 部材の耐震性能について，｢一定軸力下における繰返し曲. めた．コンクリート強度の設計強度は()MPa とした．セ. げせん断実験｣により，以下のことを明らかにすることで. メントは普通ポルトセメントで，粗骨材の最大粒径は 13. る．. ｍｍである．. ●. 横補強鋼管は厚さが 4ｍｍの鋼板を必要な大きさに切. 繰返し載荷の影響により UCCF 材を用いた柱部材繰返. り出し，L 字型にプレス加工して，その L 字型の鋼板を. し曲げせん断を受ける時の曲げ耐力，せん断耐力. ●. 柱部材の破壊形式.. 2 つあわせて溶接し，正方形鋼管とした．芯鉄骨に用い. ●. 柱部材の吸収エネルギー吸収能力を検証する．. る円形鋼管は市販の鋼管で，厚さが 3.5mm, 径が 139.8mm である．使用した鋼材の力学的性質と試験体. 3(EFGH. 一覧を表−1 に示す．. 試験体６体に対して一定軸力下における繰返し曲げ. 横補強用鋼管の力学的の性質は冷間曲げ加工する以. せん断実験を行う実験を計画した．試験体は全て，UCCF. 前の鋼板から切り出した試験片の引張試験により得られ. 材を主筋として用いた正方形横補強鋼管コンクリート柱. たものである．. である．実験変数は軸力比ｎと内蔵芯鉄骨の有無である．５6−1. 試験体製作にあったでは UCCF 材に初期張力(10kg/本).

(2) 位振幅正負交番繰返し. €•D=22. 載荷である．試験体が軸力を保持できなくなっ. €•D=I UCCFM•. た場合は，. UCCFM• UCCFM~. €‚D=I L=I. UV. その時点で UV. UCCFM~. 5. Drift angle R (0.01rad). 4 3 2. Number of cycles. 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0. 実験を終了. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. !"  no „…†‡ˆ. した．. 試験体の水平変位及び鉛直変位の測定は，それぞれ変位計*CDP%100#，(CDP%50)各２台を用いて行った．ま UCCFM•. た，横補強用鋼管，円形鋼管及び UCCF 材の表面に貼付し. UCCFM~. たひずみゲージによりひずみを測定した．（T-1,2,3は芯鉄骨が無 TS-1,2,3は芯鉄骨が有）. (EFxy%z{ (I o|"&'j}：水平荷重−部材角Ｒ関係を図−5 に示す．水平荷重と部材角Ｒの関係の包絡線に関. !"ƒ JFK. を導入するために，コンクリートを打設する前に試験体. する比較を$%6 に示す．試験体+%1 ,例として剛性と. 型枠の上下に取り付けたボルトとスプリングを使って. 耐力の変化を述べる．軸力比が 0.1 のＴ−１部材の剛性，. UCCF 材を固定した．. 耐力の変化は部材角Ｒが 0.005rad 後，部材の剛性が低下. 横補強用鋼管には曲げ及び軸力による軸方向応力を. し始め，0.02rad の時最大耐力を発揮した後，0.025rad. 直接負担させないために，鋼管端部と上下加力スタッブ. から耐力が急激に低下し，0.03rad 以後はそれ以上顕著. との間に 10ｍｍのクリアランスを設けた．. な耐力低下を示すことなく耐力を維持した．部材角Ｒが 0.01rad になった時点で，柱の端部コンクリートに横方向. 3(2 nopqrstuvwL加力装置を図−３に示す．. のひび割れが発生した．その後部材角Ｒが大きくなるに. 加力方法は５ＭＮ試験機により柱に所定の鉛直力を加えた．鉛直力を一定に保持. ５MN試験機フレーム平行装置. したまま，500ｋＮ水平油圧ジャキを用いて繰返し水平力を加えた．繰返しの制御油圧ジャッキ. は図−４に示す載荷プログラム通りで，. 試験体. 水平変位振幅が部材角Ｒ＝0.005，0.01， 0.015，0.02，0.025rad の各変位振幅につき３サイクルずつ，部材角Ｒ＝0.03， 0.035，0.04，0.045，0.05rad の各変位振幅につき１サイクルずつによる漸増変. !"‰ Š‹vw. !!"#$!%&'()" !"# $%& '() *+ ,-*+ ./) UCCF0 UCCF012345678 *+9: *+;< ,-*+9:,-*+;< 2 , =>?@A4) B C(mm) C(mm) D/C EF(MPa)GHH /IJKLfc (MPa) KLfyt(MPa) KLfyt(MPa) KLfytM(MPa) KLfytM(MPa) Tm. m.60. 0.m0. .m5. 8m.mm m58.00. 6.80. 8. 7. 45. T. m.60. 0.0. .m6. 8m.mm m58.00. 6.80. 8. 7. 45. T. m.60. 0.50. .m6. 8m.mm m58.00. 6.80. 8. 7. 45. Tm. m.60. 0.m0. .m5. .7. 8m.mm m58.00. 6.80. 8. 7. 45. 7. 440. T. m.60. 0.0. .m6. .7. 8m.mm m58.00. 6.80. 8. 7. 45. 7. 440. T. m.60. 0.50. .m6. .9. 8m.mm m58.00. 6.80. 8. 7. 45. 7. 440. ５6−2.

(3) 350. つれてひび割れ幅も大きくなった． +%-!.!(試験体と+/%-!(試験体を比べることにより，. 最大水平荷重. 300. 剛性と耐力の変化について以下のことが分かる．各試験比が高い部材の方が耐力が高く，最大耐力に達する部材角と耐力低下を開始する時の部材角も小さい．軸力比が低い部材は耐力が緩やかに低下する特徴を有する．Ｔシ. 250. 水平荷重（ＫＮ）. 体の剛性低下開始時の部材角Ｒはほぼ同じである．軸力. Ｔ−３ 200 TS− １. 150 TS− ３. Ｔ−２. 100 Ｔ−１. 300. 50. 10. (T-1). T-1 8. B/t＝81.11 ｎ＝0.1. 0. 100. 0. -100. 0. 6. 鉛直縮み（ｍｍ）. 水平荷重 (KN). 200. -2. -4. -2. -6. 6. 4. 2. 部材角Ｒ (0.01rad). 0. -4. -6. 大耐力に達する部材角は軸力が同じであれば，ほぼ同じ. T-2 8. B/t＝81.11 ｎ＝0.3. 0. -100. TS%.試験体は，実験時に，試験機の計力装置が故障. 6. 鉛直縮み（ｍｍ）. 100. 6. と見なすことができる．. 10. T-2. 水平荷重(KN). -2. 部材角R（0.01rd）. 300. 200. 5. リーズ試験体とＴＳシリーズ試験体を比較した場合，最. B/t=81.11 n=0.1 0. 4. !"6 o|"&'%Œ•Ž,••‘’. 2. 0. 2. 3. 4. -300 4. 2. 部材角Ｒ（ 0.01rad). -200. 6. 1. したため，過大な軸力が載荷され，中心圧縮破壊をした．. 4. そのため，芯鉄骨を有するＴＳシリーズについては軸力. 2. 比が 0.3 の場合の実験結果が得られていない． -200. 0. B/t=81.11 n=0.3 -300. -2. -6. -4. -2. 0. 2. 4. 6. 6. 4. 2. 0. -2. -4. -6. 部材角R（0.01rd）. 部材角Ｒ(0.01rad) 1. (T-3) 200. T-3. 軸力比 0.1 の T%1 と TS%1 試験体は明瞭な縮みを生. 0. B/t=81.11 n =0.5. -1. 鉛直縮み（ｍｍ）. 100. 水平荷重(KN). ．2 “”•L 軸縮みと部材角Ｒの関係を$%0に示す．（軸縮みを負で，伸びを正をとした）．. 300. 0. -100. じることとなく，実験を終了するまで軸力方向支持能力. -2. を保持した．. -3. 軸力比 0.3 の T%2 試験体は，T-−1 試験体より軸縮み. -4. -200 -5. -300 -6. -4. -2. 0. 2. 4. 2. 1.5. 1. 0.5. 部材角Ｒ(0.01rad). 0. -0.5. -1. -1.5. -2. 部材角R（0.01rd）. 300. 軸力方向支持能力を維持した．軸力比 0.5 の T−3 と TS−3 の試験体は部材角 R が. 12. TS-1 200. TS-1 10. B/t=81.11 n =0.1. 0.01rad で繰返し載荷する時点で，急激な耐力低下が生. 8. 鉛直縮み（ｍｍ）. 100. 水平荷重(KN). が増加する傾向がみられたものの，実験を終了するまで. B/t=81.11 n=0.2. -6. 6. 0. -100. じ，軸縮みが急激に増加した．. 6. 軸縮みの観察から以下のこととわかる．. 4. 柱部材の軸縮みは軸力比と密接な関係がある，すなわ. 2. -200 0. -300 -6. -4. -2. 0. 2. 4. -2. 6. -6. -4. -2. 部材角Ｒ(0.01rad). 0. 2. 4. 6. 部材角Ｒ(0.01rad). -300. TS-3. TS-3 0. B/t=81.11 n＝0.5. -100. みも小さい．繰返し加力時における柱の縮みは主に材端のヒンジ領域に発生する．また，軸方向縮みが急増し始. 10. -200. める点と柱の耐力が低下し始める点は一致している．. -10. 軸縮み（ｍｍ）. 水平荷重(kN). ち，軸力比が高いと縮みが大きく，軸力比が低いと軸縮. B/t=81.11 n=0.1. 0. -20. 100. -30. 200. -40. (3 –—ghL 試験体の柱部分は鋼管で横補強されているので，内部のコンクリートの破壊状況は外観からは観察できなかった．そこで実験終了後にすべての試験体. B/t=81.11 n =0.5 -50. 300 -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 部材角Ｒ(0.01rad). !"˜ o|"™j}. !"˜ o|"™j}. -5. -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. の鋼管をガス切断により剥ぎ取り，充填コンクリートと. 部材角Ｒ(0.01rad). !"š “”•"™j}. !"š “”•"™. UCCF 材の実験後におりる状況を観察した．軸力比 0.1 の T−１と TS−１試験体の補強用鋼管にはわずかな膨ら. ５6−3.

(4) みが観察された．内部コンクリートには材端から 100ｍ. 大値は部材角 R が 0.02rad の時発生した．ひずみの値と. ｍの範囲にわずかな曲げひび割れがみられた．T%-試験. 軸力比の間には明確な関係が見られなかった．. 体の斜め補強 UCCF 材は上下端部で半分程度が切れてい. 横補強用鋼管に貼付した三軸ゲージの測定値より主. た．縦に配置した UCCF 材には切断箇所は観察されなかっ. 応力を計算し，その値と Mises の降伏条件を用いて横補. た． TS−１の UCCF 材には切断箇所はが見られなかった．. 強用鋼管の降伏の有無を判定した．. 軸力比 0.3 である T−２試験体の横補強用鋼管には顕著な膨らみが見られた．コンクリートには材端から 20ｍｍ. ˜(JFK%•žŸ ¡¢£¤‹%¥¦. の範囲にひび割れが側面のコンクリートは材端から 200. 図−８に各サイクル終了時のエネルギー吸収量を示. ｍｍの範囲に曲げひび割れが見られた．UCCF 材の破壊状. す．エネルギー吸収量は，各サイクルの履歴曲線で囲ま. 態は T−１試験体とほぼ同じである．. れる面積とした．軸力比と芯鉄骨の有無に関して比較検. 軸力比 0.5 の T−3，TS−3 試験体は以下述べるように. 討を行った．その結果，軸力比が高い方がエネルギー吸. 顕箸なせん断破壊状況が見られた．補強用鋼管は溶接部. 収能力が高く，また芯鉄骨を有する柱の方がエネルギー. に材端からキレッが生じた．特に，TS−３試験体の横補. 吸収能力が優れることがわかった．. 強鋼管は上端部で加力スタップに接触し，局部座屈とエネルギー吸収量(kN-mm). 8000 Ｔ−１Ｔ−２Ｔ−３ＴＳ−１ＴＳ−３. 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0. 0. 3. 6. 9. 12. 15. 18. 21. Cycle. !"®¯°±²Ÿ³´µ•žŸ ¡¢£¶. ·¸"# ¹]º»²¼¡½–—h¾. §(x¨. 降伏が生じている（降伏の判定は以後に述べるように主応力により判定した）．柱のコンクリートには上から下ま. （１）各試験体の剛性低下開始時の部材角Ｒはほぼ同じ. で貫通する斜めのせん断ひび割れがみられた．内部コン. である．軸力比が高い部材の方が耐力が高く，最大耐力. クリートの破壊状況を写真−1 に示す．TS%3 の円形鋼. に達する時の部材角も耐力低下を開始する時の部材角も. 管には顕著な膨らみが観察された．T−３，TS−3 試験. 小さい．軸力比が低い部材は耐力が緩やかに低下する特. 体の UCCF 材の破壊状態はそれぞれ T−1 と TS−1 とほ. 徴を有する．. ぼ同じである．. （２）試験体の破壊モードと軸力比には密接な関係があ. 試験体の破壊状況から以下のことが分かった．. り，軸力比が低い柱部材は曲げ破壊が先行し．軸力比が. 繰返し水平力をうける場合 UCCF 材をＸ型に配筋する. 高い柱部材はせん断破壊を生じた．. は有效である．軸力比が低い柱には，明瞭な鋼管の澎ら. （３）試験体に使った UCCF 材はエネルギー吸収能力が. みは観察されず．材端にわずかな曲げひび割れを生じて. 低いことが明らかになった．. いたが，明瞭なせん断ひび割れは生じていなかった．軸力比が高い柱は，顕箸なせん断ひび割れが観察された．. ©zª« 土木学会：連続炭素繊維補強材のコンクリート構造への適用. ( ›œ•L UCCF 材全てに一軸ゲージを貼付して，ひずみの計測を行った．その結果以下のことが分かった．縦 UCCF 材に生じたひずみの最大値は，ほとんど試験. ¬-. 体において部材角 R が 0.02rad の時に発生した．その後，. 本実験の実行に際し，藤原文夫技官，川口晃技官，久. ひずみの値は急激に低下した．斜め UCCF 材のひずみの値. 島昭久技官，有働文久技官，津賀山健次技官，松岡直人. は縦 UCCF 材のひずみの値より 2 倍程度大きがった．最. 技官等の協力を得ました．ここに厚く御礼申し上げます. ５6−4.

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