九州大学学術情報リポジトリ

(1)

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

コンクリート充填角形鋼管柱の耐力および変形性能の評価法に関する研究

中原, 浩之

Graduate School of Human-Environment Studies, Kyushu University

https://doi.org/10.11501/3150874

出版情報：Kyushu University, 1998, 博士（工学）, 課程博士バージョン：

権利関係：

(2)

R o a ω R o s v

︑ 一

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切

一 ︒

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(3)

コンクリート充填角形鋼管柱の耐力および変形性能の評価法に関する研究

A Method for Evaluating Load Carrying Capacity and Ductility of

Concrete Filled Square Steel Tubular Columns

1999年

中原浩之

(4)

第 1章序論

~ 1.1 研究目的

~ 1.2 論文概要

~ 1.3 発表論文

第 l章の参考文献

第2章中心圧縮性状

~ 2.1 序

~ 2.2 既往の中心圧縮実験

~ 2.3 中心圧縮耐力

~ 2.4 中心圧縮性状のモデル化

~ 2.5 結論

第2章の参考文献

3 5 11 13

17

・19

・21

・31 . 57

・81

・83

第3章一定軸力下における等曲げ実験 ' ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 87

~ 3.1 序，・・・・ 89

~ 3.2 実験概要・・・・ 91

~ 3.3 高強度コンクリートを用いた単調等曲げ実験・・. . 99

~ 3.4繰り返し等曲げ実験・・・・ 119

~ 3.5 結論・・・・ 145

第3章の参考文献・・・・ 147

第4章単調等曲げ性状・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 149

~ 4.1 序・・・・ 151

~ 4.2 単調等曲げを受ける短柱の弾塑性挙動解析・・・・ 157

~ 4.3 終局曲げ耐力・・・・ 177

~ 4.4 結論 . . . . 211

第4章の参考文献・・・・213

第5章繰り返し等曲げおよび曲げせん断性状・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 215

~ 5.1序 .. . . 217

~ 5.2 繰り返し等曲げを受ける短柱の弾塑性挙動解析

~ 5.3 繰り返し曲げせん断を受ける柱の弾塑性挙動解析

~ 5.4 結論

第6章総括

~ 6.1 総括

~ 6.2 今後の課題謝辞

. 223

・235

・271 . 273

277

・279

・283 . 285

(5)

く記号 > く説明〉

D

6inchの立方体供試体の断面積

コンクリートの断面積，特に断りのない場合，(B‑2t)2で与えられる鋼管の断面積，特に断りのない場合.4t(B‑t)で与えられる

鋼管の全幅

コンクリート断面の幅鋼管の全せい

A6 A A

コンクリート断面のせい

円柱の直径，鋼管の幅，コンクリートの断面積と等しい円の直径，

6inchの立方体供試体の断面せい材料の弾性係数

コンクリートの初期剛性

コンクリートの除荷時の初期剛性

鋼管のヤング係数，本論では実験値を除き全て206GPaと仮定している偏差ひずみ

鋼材の許容応力度を決定する場合の基準値せん断剛性係数

コンクリートのせん断剛性係数鋼管のせん断剛性係数

相当応力と相当塑性ひずみ関係の勾配断面2次モーメント

コンクリートの断面

2

次モーメント鋼管の断面2次モーメント

拘束によるコンクリートの強度上昇係数拘束係数

コンクリートのストレスブロックの形状係数裁荷辺と直交する辺の境界条件によって異なる係数直線型横補強材による拘束係数

試験体の高さ，材長ヒンジ長さ

材の座屈長さ曲げモーメント

Runuc

D d d₆ E E E E e._v' e_~h'.. e _t

F G G G H'

I I k k k_l， k₂， k3

k k L L P

M

︑︑ ︐ ︐

︐・1・1J'E︑ ︑ ︐

F・I

••

・ ‑

• •.

︐ ︐

E︑

(6)

鋼管の圧縮耐力時のひずみ sεB

コンクリートが負担する曲げモーメント M

鋼管の弾性限界ひずみ

乙じ

鋼管が負担する曲げモーメント M

鋼材の累積塑性変形量

，

ε p

ACI規準式において算定された終局曲げ耐力 M_A_C₁

鋼材のひずみ硬化開始ひずみ

s ε ‑'1

C

Ff指針式において算定された終局曲げ耐力

M C

^Ff

M _口_p 実験の最大曲げモーメント ε1 鋼材の破断ひずみ

鋼管の負担軸力が安定するひずみ鋼材の一様伸び

sεT

，

ε ^u 提案した終局曲げ耐力式で算定した曲げモーメント

コンクリートの強度低減係数んを1.00として計算した全塑性耐力コンクリートの強度低減係数/uを0.85として計算した全塑性耐力 M _p_r_o

M_s_r_c_'

鋼管の降伏ひずみ

s ε y

M_s_r_c₂

。

曲率ゲージ添付位置における曲げモーメント

M" Mb

無次元化曲率

。

^D

N 軸力

Ramberge‑Osgood曲線の丸みを決定する係数 Y

コンクリートが負担する軸力 N

コンクリートの形状係数

c k

鋼管が負担する軸力

鋼管の形状係数単純累加耐力，特に断りのない場合， sA‑PFCA‑PBで与えられる K

材料のポアソン比実験の中心圧縮耐力 V

鋼管の体積比，4t(D‑t)/(D‑2t)2で与えられる

P

h

コンクリート断面の中心圧縮耐力

軸圧縮力を受ける板部材の弾性局部座屈応力度 σ

中空鋼管の降伏軸力 N

N

︒

Nu

凡人

σ 側圧 6inchの立方体供試体の強度

20 D且

有効側圧因子 σ _r_c

R 部材角

コンクリートの応力

c σ コンクリートの強度低減係数，す法効果係数

/u

コンクリートのシリンダー強度 cσB

応力上昇率 S

コンブアインドコンクリートの最大応力 CσcB

s_v.7 SL' S ‑h' ‑t 偏差応力

(cσB X /u) プレインコンクリートの一軸圧縮強度

c p σ 鋼管の板厚，板材の板厚

鋼管の局部座屈耐力鋼材の相当応力

s cσ r sσ 句

鋼材の降伏比

一般化幅厚比の2乗，(B/t)2・(，σy

人

E) 一般化幅厚比， BIt‑J(Py/sE) YR

α

横補強材に生じる実際の応力

sσhs

J α

鋼材の引張強度

σ t

断面の圧縮縁ひずみ εC白羽P

鋼管の負担軸力が安定する応力断面の重心軸ひずみ sσT

ε

鋼管の降伏強度

s σ y

コンクリートのひずみ

c ε

円形鋼管の軸方向応力プレインコンクリートの最大耐力時ひずみ sσz

cε

。

円形鋼管の円周方向応力

sσ

。

最大モーメント時の圧縮縁のコンクリートひずみ

c cε m

載荷点、が経験する塑性変形量に応じて反対側のスケルトンを移動させる係数コンブァインドコンクリートの最大耐力時ひずみ叩且

c cε o

コンクリートの除荷時のひずみコンクリートの残留塑性ひずみ

c ε un cεpl

(7)

第 1章序論

9

1.1 研究目的

9

1.2 論文概要

9

1.3 発表論文

(8)

‑2‑

第1章序論

g

¹^{.1 研究目的}

世界有数の地震国である我が国では，建築物は耐震的であることが要求される。建築構造物の耐震性能を確保する為には，建物に作用する地震動に関する研究，外力に抵抗できる建物の設計法に関する研究，設計された建物を実際に建てる際に必要な施工技術に関する研究と様々な知見を必要とする。本論は，建築物を構成する柱部材の耐力と変形性能に関する研究で，高い耐震性能を有するコンクリート充填鋼管柱に注目しこの弾塑性挙動を明らかとするものである。

耐震性能を必要とする建物の構造としては主に鉄骨構造や鉄筋コンクリ}ト構造が用いられており，

これらを組み合わせた鉄骨鉄筋コンクリート構造の建物も数多く建設されている。本研究で取り扱うコンクリート充填鋼管柱 (ConcreteFilled Steel Tubular Column，以下CFT柱と称す)は鋼管とコンクリートの複合部材であることから，鉄骨鉄筋コンクリート部材の一種と考えられてきており，日本建築学会

「鉄骨鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説

J

1.1)には中空鋼管を鉄筋コンクリートで被覆した「被覆形

J

，コンクリートを充填した鋼管を鉄筋コンクリートで被覆した「充填被覆形

J

と共に適用範囲に含まれている。しかしながら，コンクリート充填鋼管構造は「被覆形

J

，

r

^{充填被覆形}

^J

^{の鋼管コンクリー}

ト構造とは異なる優れた性能を持っている。一つは「被覆形

J

，

r

^{充填被覆形}

J

のように鋼管を鉄筋コンクリートで被覆する必要がないことから，型枠の不用による施工の簡便きである。もう一つは，鋼管とコンクリートの相互拘束効果により優れた構造性能を示すことである。

このようなC円構造特有の施工性および力学性能の有利さが注目され 1985年には建設省が21世紀の都市型集合住宅の提案プロジェクト(新都市ハウジングプロジェクト)にこの構造を採用した。このプロジ、エクトに参加した企業によって組織された「新都市ハウジング研究開発協議会jは1996年9月に

「新都市ハウジング協会jとして、法人化され， rCFT構造技術指針・同解説

J

¹^.2⁾を出版している。また，

日本建築学会は，近年における数多くのCFT柱に関する研究を取り纏め「コンクリート充填鋼管構造設計施工指針

J

¹^.³⁾ (以下 CFT指針と称す)を 1997年 10月に出版している。

以上のような状況の中で，現在もコンクリート充填鋼管構造に関して数多くの研究がなされているが，

この構造に関する研究の歴史は古く，我国においては既に1960年代から始まっている。本論で検討する角形CFT短柱における既往の研究に関してはC円指針および文献1.4)，1.5)に詳しく紹介されているが，これを見ると高強度の材料および大きな幅厚比を含んだ統一的な実験研究が不足していることが分かる。CFT柱はその力学的有利さを生かして，高層建物に用いられることが多い(建設例は文献1.6)，

1.7)に示されている)が，その場合には柱は高い軸力を支持する必要があるロそこで実際の施工においては，高強度材料を用いることで断面が大きくなることを防ぐ方法が用いられる。また，超高層の建物となると，高強度材料を用いても非常に大きな断面が必要となり鉄骨造に用いられるものよりも幅厚

‑3‑

(9)

比が大きい鋼管が用いられる可能性がある^o従って， CFf構造に関しては高強度材料と大きな幅厚比の鋼管を用いた柱の実験的研究が必要となると考えられる。

このような状況のもとで計画きれたのが「ハイプリツド構造に関する日米共同耐震実験研究j(U.S.‑ Japan Cooperative Structural Research Project on Composite and Hybrid Structures)であり， 4つある研究

テーマの中の一つにCFf構造が含まれている。これは， 1993年より始まり 1997年に終了した5ヶ年計画の研究であるが，円形および角形(正方形)断面を有するCFf柱の中心圧縮性状，曲げ性状(偏心圧縮性状)，曲げせん断性状および柱はり接合部の性状が実験的に明らかにされ，その概要は日本建築学会大会梗概集に報告されている1.8)ーl剖， I 叫 I判。日米共同研究の目的は，高強度の鋼管およびコンクリー

トも含めて現行のCFf指針の適用範囲外でのCFf柱の構造性能を明らかにし，その実用化をはかろうとする点にある。この日米共同研究を含む実験結果から，円形CFf柱に関しては多くの論文1.24)・1.28)が発表されており，主に鋼管とコンクリートの相互拘束効果に関して有用な知見が得られている。一方，

角形C打柱の性状に関しては，多数の研究がある(既往の研究に関しては各章の序においてその概要を示す)にもかかわらず，中心圧縮耐力と言った基本的な問題に関してさえも統一的な見解は得られてい

ないのが現状である。

本研究の目的は，主として日米共同研究と著者らが行った実験結果をもとに角形断面CFf短柱の弾塑性性状を明らかにして，耐力および変形性能の評価法を開発することである。本論では角形CFf柱の中心圧縮性状に関する考察からはじめて，順次，複雑な荷重条件下の部材の挙動を考察し，簡単でかつ合理的な力学モデルを提案し，角形C打柱の合理的な設計式の提案を行う。設計式に関しては，実験結果を基に，角形CFf柱の中心圧縮耐力および曲げ終局耐力の算定式の提案を行っている。また，角形C町柱の弾塑性変形性能に関しては，実験で得られた中心圧縮の荷重一変形関係から鋼管とコンクリートに

ついて単軸の応力一ひずみ関係にモデル化することを行い，これらのモデルを用いて異なる荷重条件下の柱の挙動を解析的に追跡する方法について示している。具体的には，一定軸力下での単調および繰り返し等曲げ，偏心圧縮，一定軸力下での繰り返し曲げせん断の実験結果と解析とを比較することで弾塑性挙動に影響を及ぼす因子を明らかとし，これらの因子を評価する方法を示している。

本研究の特徴は，角形CFf柱の設計において重要な基礎的資料を纏めて，材料強度，鋼管の幅厚比，

荷重条件によらず統一的に角形CFf柱の耐力および変形挙動を追跡できる簡便な方法を示していることである。なお，全章を通して参照される CFf指針の適用範囲を表1.1に示す。

表1.1 コンクリート充填鋼管構造設計施工指針の適用範囲コンクリート強度

鋼管に用いられる鋼材の強度鋼管の径厚比(幅厚比)

座屈長さと断面せいの比

6OOkgf/cm²以内 60キロ鋼以内

鋼構造設計規準の制限値の 1.5倍以内圧縮材で50以内，柱材で30以内

‑4‑

S

1.2 論文概要

本論文は，第1章「序論jおよび全体的な総括を行っている第6章「総括

J

を含めた6章より構成きれている。第2章から第5章は以下に示す内容となっている。

第2章「中心圧縮性状

J

第3章「一定軸力下における等曲げ実験j 第

4

章「単調曲げ性状

J

第5章「繰り返し等曲げおよび曲げせん断性状

J

各章は，その章の研究目的，研究範囲および既往の研究の概要について述べている「序j，研究方法と研究結果の考察を行っている「本文j，その章で得られた知見を述べた「結論jより成っている口概要について示すのに先立ち本論の第2章，第4章，第5章において実験結果を引用する「ハイプリッド構造に関する日米共同耐震実験研究」について示す。本論においては日米共同研究の実験結果として日本建築学会学術講演梗概集に示されているデータを用いているが，これらは1997年と 1998年に一連の結果が纏められている。97年に発表された内容1.8)ー1.15)は，偏心圧'縮および一定軸力下での曲げ実験とこれらの試験体と同ーのパラメーターを持つ試験体の中心圧縮実験の結果を示したものである。一方，

98年に発表された内容l凶)・1.23)は，曲げせん断実験とこれらの試験体と同一のパラメーターを持つ試験体の中心圧縮実験の結果を示したものである。本論では両年に発表された中心圧縮実験結果を第2章

「中心圧縮性状jにおいて引用している。また偏心圧縮実験の結果と曲げせん断実験の結果をそれぞれ第4章「単調曲げ性状j と第5章「繰り返し等曲げおよび曲げせん断性状jにおいて引用している。本論では，角形(正方形)断面を持つCFf短柱のみを研究対象としているので，日米共同研究の実験結果に含まれる円形断面のものは引用していない。

以下に第 2章から第5章の概要を示す。

第

2

章では，文献調査によって得られた112体の既往の試験体と日米共同研究において行われた48体の試験体の中心圧縮実験に関する概要を示し，これらの実験結果に基づき角形CFf短柱の中心圧縮耐力算定式の提案と中心圧縮性状のモデル化を行った。第2章で示す実験結果は，大きな幅厚比の鋼管や高強度材料を用いた試験体に関する実験結果も含んでいるため，提案した軸耐力算定式および中心圧縮性状のモデルは， CFf指針の適用範囲を超える実験結果に関しても適用可能なことが特徴として挙げら

れる。

中心圧縮耐力に関しては鋼管の拘束による充填コンクリートの強度上昇の有無に関して様々な考え方があるが，コンクリートの強度上昇が中心圧縮耐力に及ぼす影響はあまり無く，むしろ鋼管の局部座屈による耐力低下の評価が重要であることを示し，中心圧縮耐力の低減法を一般化幅厚比の関数として示した。また，日米共同研究の円形CFf柱の軸圧縮実験において得られた知見l叫と同様に，角形CFf

‑5‑

(10)

柱にもコンクリートの寸法効果が耐力に及ぼす影響が認められたので，これを米国開拓局の実験結果1.29)

を用いて評価した。提案した設計式においては，コンクリートの圧縮強度に関する低減係数として従来のSRC規準やRC規準と同じ0.85を採用したが，これをす法効果による補正係数として取り扱うとする提案を行っているo提案する中心圧縮耐力式は，日米共同研究の実験結果及び文献調査によって得た実験結果に対して，やや安全側であるものの精度良くその耐力を予測できることを示したo 実験結果と提案式による計算値の比の平均および標準偏差は，日米共同研究の実験結果に関しては，それぞれ1.032

と0.058で，文献調査によって得た実験結果に関しては，それぞれ1.062と0.076であった口提案する中心圧縮耐力式が実験耐力を安全側に評価する理由としては，鋼管のひずみ硬化が主な原因として挙げら

れるが，これは設計上の余力とみなして，中心圧縮耐力の評価式を構築した。

中心圧縮性状のモデル化に関しては，中心圧縮耐力算定式の提案の際に得られた知見を基に充填コンクリートおよび鋼管の断面における平均的な応力一ひずみ関係のモデル化を行った。充填コンクリートの応力一ひずみ関係は，崎野・孫の提案1.30)による応力一ひずみ関係を基に，鋼管の拘束によるコンクリートの耐力上昇は無視するが拘束による靭性改善効果を考慮に入れたモデルの提案を行ったD 一方，

鋼管の応力一ひずみ関係に関しては，その最大応力が，ひずみ硬化により降伏応力に比して大きくなる場合，局部座屈により小きくなる場合，降伏応力と等しい場合の3通りに区分して，鋼管の一般化幅厚比による判別法を提案した。また，日米共同研究の実験により得られた荷重一変形関係と提案した充填コンクリートの応力一ひずみ関係から，多線形モデルを用いた鋼管の応力一ひずみ関係を誘導した。これによって，鋼管の局部座屈による耐力下降域，その後の相互拘束効果による耐力の安定域を表現できる応力一ひずみ関係モデルが得られた。提案した応力一ひずみ関係を用いれば，鋼管および充填コンクリートの強度や鋼管の幅厚比によらず，精度良く実験の荷重一変形関係を評価できることを示した。

第3章では，最も基礎的な複合応力である軸力と曲げモーメントを受ける柱の実験を行い，一定軸力下での曲げモーメントー曲率関係について考察した。また，等曲げ実験における耐力と破壊現象の考察用の資料として，曲げ実験と共に C円試験体の中心圧縮試験と試験体に用いた中空鋼管の中心圧縮試験も行い，本章に示した。

この章では，異なる研究目的を持つ2つの実験について述べている。lつは高強度コンクリートを用いた角形CFr短柱の単調等曲げ実験で，もう 1つは一般的に用いられている強度の組み合わせを持つ角形 C町短柱の一定軸力下における繰り返し等曲げ実験である。

前者の実験は，

i

日米共同研究

J

の[個別プロジェクト

J

に含まれる研究で，鋼管の強度と幅厚比と軸力比を変数として，設定したパラメーターが高強度コンクリート (119MPa)を用いた角形

C

Fr短柱の曲げ挙動に与える影響を調べることを目的としている。この実験には，非常に大きな一般化幅厚比を持つ鋼管を用いた試験体も含まれており，高強度コンクリートと大きな幅厚比の実験データを日米共同研究に追加する目的で行った。具体的には，鋼管の降伏強度 (3∞MPa，780MPa)，幅厚比 (30，60)，

軸力比 (0

ム

0.4)を実験変数として設定し，合計10体の試験体を作成して実験を実施している。各試験体の曲げモーメントー曲率関係より，軸力比および鋼管強度が高くなるほど最大耐力後の耐力低下が激しくなることが示された。また，コンクリートの圧縮強度に関する低減係数を1.∞と0.85とした

2

つの場合で計算した一般化累加耐力と実験の最大耐力との比較を行った。その結果，荷重一変形関係において最大耐力後の顕著な耐力低下が観測された軸力比が高い試験体については最大耐力が累加耐力を大きく下回る結果が得られた。本実験では， CFr指針で示す幅厚比制限値を大きく超える試験体は勿論，幅厚比制限値以内の試験体も，高軸力を受ける試験体は，最大耐力が全塑性耐力を発揮するに至らなかった。これらの実験観測より，曲げ耐力および変形性能の評価には高強度コンクリートの脆性的な挙動を考慮する必要があることを示した。

一方，後者の実験は，せん断力の影響を含まない断面の曲げ履歴性状を観察することを目的とした実験で，このような実験については調査した限りでは過去に例が無い。そのため，より基礎的な実験資料を得るために現実の

C

Fr柱に用いられると考えられるコンクリート強度と鋼管強度を組み合わせた試験体を作成した。また，鋼管の塑性加工の影響をできるだけ取り除くために，溶接組立により鋼管を作成した後に残留応力除去焼鈍を施した。この実験もコンクリート強度を実験定数として，鋼管の幅厚比と軸力比をパラメーターとした実験である。またコンクリートおよび鋼管の応力一ひずみ関係における除荷および再負荷則の検討用資料を得るために，大振幅で一回繰り返し載荷する方法と漸増振幅で繰り返し載荷する方法の2通りの加力を行っている。コンクリートシリンダーの4週強度および鋼管の降伏強度についての計画強度は，それぞれ， 50MPaと240MPaである。実験は，鋼管の幅厚比を3種類(30， 50， 100)と軸力比を2種類 (0.2，0.4)として，合計11体の試験体を作成して実験を行った。実験よ

り得られた最大曲げモーメントは概ね一般化累加耐力で評価することができる。変形能力に関しては鋼管の幅厚比と軸力比と載荷方法によって異なる性状が観察され，応力一ひずみ関係の除荷および再負荷則のモデルを検討する資料として適切と考えられるデータを得た。

第4章では，第2章で提案した充填コンクリートおよび鋼管の応力一ひずみ関係を用いて，断面の等曲げ挙動を予測する解析的な研究について述べた。解析対象とした試験体は日米共同研究において行われた偏心圧縮実験の試験体21体と第3章で示した漸増振幅繰り返し載荷の試験体を除く，等曲げ実験の試験体16体である。また，本章では，高強度材料および大きな幅厚比の鋼管を用いた試験体にも適用が可能な終局曲げ耐力式の提案も行った。

曲げ挙動の解析においては，実験と解析の比較より，断面のひずみ勾配の影響と引張側の鋼管が2軸引張状態となる影響を取り入れる必要があることが示され，中心圧縮実験を基に得られた応力一ひずみ関係モデルに，この2つの影響を取り入れる簡便な方法を示した。このようにして得た充填コンクリートおよび鋼管の応力一ひずみ関係を用いた解析によれば，載荷方法，材料強度，鋼管の幅厚比に関わらず実験挙動を精度良く予測できることを示し，提案モデルの妥当性を検証した。

(11)

終局曲げ耐力式の提案においては，せん断力が曲げ耐力に及ぼす影響や実験の際に加力冶具等の拘束の影響が入らない材中央部が危険断面となる等曲げ実験の結果を用いて，終局曲げ耐力式の提案を行った。「日米共同研究

J

の「個別プロジエクトjに含まれる米国サイドの担当校であるLehigh大学で行われた8体の実験データと近年九州大学で松井ら1削・1.47)により行われた17体の偏心圧縮実験の試験体と第3章で示した漸増振幅繰り返し等曲げ試験体5体を上に示した等曲げ挙動解析で対象とした試験体に加えて，合計67体の実験データベースを作成し，提案した終局曲げ耐力の精度の検討を行ったo終局曲げ耐力式の作成にあたっては，第2章で提案した充填コンクリートおよび鋼管の応力一ひずみ関係を基に，コンクリートについては孫・崎野の提案1.31)によるストレスブロックを用いているoまた，鋼管については座屈による耐力低下を考慮した応力状態を仮定して，両者の累加によって計算する方法を提案した。この方法により簡便に角形CFf短柱の終局曲げ耐力を算定できることを示したo本章では既往の曲げ耐力式として， CFf指針式およびACI規準式を取り上げ，耐力予測精度の比較も行っているが，提案耐力式の精度が最も高いことを示したo また，作成した実験データペースには存在しなかった強度および、幅厚比の組み合わせを持つ試験体を仮定して，提案した耐力式より得られる計算値と精解値の対応を調べることも行ったが，この結果，曲げモーメント一曲率関係解析により得られる最大曲げモーメントは，提案した終局曲げ耐力式によって，材料強度や鋼管の幅厚比に関わらず安全側に精解値

を評価できることを示した口

第5章では，第3章で示した一定軸力下での繰り返し等曲げ実験と日米共同研究および九州大学において姥川ら1特)により実施された曲げせん断実験の結果を用いて，角形C円柱の履歴性状について考察した。これらの試験体数はそれぞれ， 11体， 5体， 16体である。第5章では，せん断力の影響がない一定軸力下での繰り返し等曲げ実験，鋼管に残留応力除去焼鈍が施されている九州大学の曲げせん断実験結果，最後に日米共同研究の実験結果について履歴性状を考察した。

繰り返し等曲げを受ける角形 C円柱の解析にあたっては，コンクリートおよび鋼管の応力一ひずみ関係の包絡線として，第4章で得た提案モデルを用いたoまた，除荷および再負荷則には，コンクリートに孫のモデル132)，鋼管には，高梨らのモデルl却を適用することで，角形

C

Ff短柱の一定軸力下での繰り返し等曲げ実験を精度良く評価できることを示した口

曲げとせん断を受ける部材の解析にあたっては，モーメント勾配の影響や加力スタフφの拘束による危険断面の移動を考慮するために，文献収集より得た既往の曲げせん断実験結果92体について，第4章において提案した終局曲げ耐力式による算定値と実験値を比較した。文献収集より得た92体の曲げせん断実験の最大耐力は，第4章で提案した断面の終局曲げ耐力式による計算値よりも平均で1.26倍となることが示された。本章では，この原因を加力スタプの拘束による危険断面の移動として考え，曲げせん断の解析の際にこれの影響を取り入れる方法を示した。また，一定軸力下での繰り返し曲げせん断実験に対する解析に関しては，モーメント勾配および断面のひずみ勾配の影響を考慮して第2章で提案

した充填コンクリートおよび鋼管の応力一ひずみ関係の負勾配を1β倍することで評価する方法を提案した。上の

2

つの影響を考慮することで，材料強度，鋼管の幅厚比，軸力比に関係なく解析は曲げせん断実験の挙動を精度良く予測できることを示した。しかしながら，初期剛性に関しては，解析値は実験値を過大評価する結果となり，この点に関しては問題が残っていることを示した。

以上で，第2章で提案した中心圧縮の応力一ひずみ関係モデルを基準に，等曲げを受ける材に対しては，最大耐力後の負勾配の傾きを2β倍，曲げせん断を受ける材に関しては 1/3倍することを提案したが，本論では，上記の点以外は全て同じ応力一ひずみ関係モデルを用いて解析を行い，それぞれの荷重条件の実験結果を精度良く予測できることを示した。

(12)

‑10‑

S

1.3 発表論文

本論の内容に含まれ，既に発表した論文について以下に示す。各論文は，本論の章立てと対応させている。

• ~ 2.3

i

中心圧縮耐力」

・中原浩之，崎野健治，稲井栄一:コンクリート充填角形鋼管短柱の中心圧縮耐力，構造工学論文集，

Vol.44B ，pp.167・174，1998.3.

• ~ 2.4

i

中心圧縮性状のモデル化j

・中原浩之，崎野健治，稲井栄一:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf・18)コンクリート充填角形鋼管柱の中心圧縮性状，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.919・920，1997及

・中原浩之，崎野健治，稲井栄一:コンクリート充填角形鋼管柱の中心圧縮性状のモデル化，コンクリート工学年次論文報告集， Vol.20 No

ム

pp.817・822，1998.7.

• ~ 3.3

i

高強度コンクリートを用いた単調等曲げ実験j

・中原浩之，崎野健治:高強度コンクリートを用いたコンクリート充填角形鋼管短柱の中心圧縮実験，

日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1131‑1132，1998.9.

. Nakahara，H.加 dS北ino，K.: Axial Compressive and Uniform Bending Tests of High Strenghth Concrete Filled Square Steel Tubular Columns， Proceedings of Fifth PSSC， Seoul， Korea ，VoI.2， pp.943・948，1998. 10.

• ~ 4.3

i

終局曲げ耐力

J

・中原浩之，崎野健治，孫玉平 :RC柱の破壊形式予想、精度に関する検討コンクリート工学年次論文報告集，第19巻2号， pp.909‑914， 1997.6.

. Sakino，K.， Nin^誌awa，H.，Nakahara，H. and Morino，S. : Experimental Studies and Design Recommendations on Concrete Filled Steel Tubular Columns (U.S.‑Japan Cooperative Ear^出quakeResearch Program)， Proceedings of Structural Engineers World Congress， San Francisco， California， 1998.7.

・姥川利彦，中原浩之，崎野健治:コンクリート充填角形鋼管柱の終局曲げ耐力算定法に関する考察 (曲げ引張側の拘束効果を考慮した場合)，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.91 1・912，1997.9.

• ~ 5.3

i

繰り返し曲げせん断を受ける柱の弾塑性挙動解析j

. Sakino，K. and Inai，E. and Nakahara，H. : Tests and Analysis on Elasto‑Plastic Behavior of CFf Beam‑Columns Proceedings of Fifth PSSC， Seoul， Korea ，VoI.2， pp.901‑906， 1998. 10.

事11‑

(13)

‑12‑

1.1 )日本建築学会:鉄骨鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説， 1987.

1.2)新都市ハウジング協会:CFf構造技術指針・同解説(構造設計耐火設計施工)平成8年度版， 1996.9.

1.3) 日本建築学会:コンクリート充填鋼管構造設計施工指針， 1997.10.

1.4)富井政英，崎野健治、:充てんコンクリート鋼管構造に関する研究の現状:(その 1)部材の弾塑性性状，コンクリート工学， Vol.13 No.2， pp.26・41，1975.2.

1.5)松井千秋:コンクリート充填鋼管構造の構造性能と設計，鋼構造論文集，第1巻第2号， pp.11・24，1994.6.

1.6) 日本鋼構造協会:JSSC， No.28， 1998.

1.7) コンクリート工学協会:コンクリート工学， Vo1.36，No.10，1998.10.

1.8)向井昭義，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑1)コンクリート充てん鋼管柱の軸圧縮特性，その1.実験計画，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.735‑736， 1995.8. 1.9)馬場武士，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑2)コンクリート充てん

鋼管柱の軸圧縮特性，その2.角形断面柱の実験結果，日本建築学会大会学術講演梗概集，

pp.737・738，1995.8.

1.10)時野谷浩良，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf・3) コンクリート充てん鋼管柱の軸圧縮特性，その3，円形断面柱の実験結果，日本建築学会大会学術講演梗概集，

pp.739‑740， 1995.8.

1.11)稲井栄一，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑4)コンクリート充てん鋼管柱の軸圧縮特性，その4，最大耐力の検討，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.741‑ 742， 1995.8.

1.12)野口隆，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑5)コンクリート充てん角形鋼管柱の曲げ圧縮耐力に関する研究，その1.実験計画，日本建築学会大会学術講演梗概集，

pp.743‑744， 1995.8.

1.13)藤本利昭，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑6) コンクリート充てん角形鋼管柱の曲げ圧縮耐力に関する研究，その2.実験結果および検討，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.745・746，1995.8.

1.14)崎野健治，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑7)コンクリート充てん円形鋼管柱の純曲げ実験，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.747・748，1995.8.

1.15)松本勝憲，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑8)コンクリート充て

‑13‑

(14)

ん円形鋼管柱の曲げ耐力に関する考察，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.749‑750 1995.8. 1.16)向井昭義，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (C町‑9)コンクリート充てん

鋼管柱の曲げせん断性状，その 1.実験計画，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.l023‑1024， 1996.9.

1.17)馬場武士，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (C円ー10) コンクリート充てん鋼管柱の曲げせん断性状，その2.コンクリート充てん鋼管柱の中心圧縮実験，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.l025‑1026， 1996.9.

1.18)森浩二，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑ll) コンクリート充てん鋼管柱の曲げせん断性状，その3.4∞N/mm2鋼を用いた角形及び円形柱の実験結果，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.l027・1028，1996.9.

1.19 )甲斐誠，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (C町ー12) コンクリート充てん鋼管柱の曲げせん断性状，その4.590N /mm2鋼を用いた角形柱の実験結果，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.l029‑1030， 1996.9.

1.20)藤本利昭，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究，(CFf・13)コンクリート充てん鋼管柱の曲げせん断性状，その5.590N /mm2鋼を用いた円形柱の実験結果，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.l031・1032，1996.9.

1.21 )稲井栄一，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究 CCFf‑14)コンクリート充てん鋼管柱の曲げせん断性状，その6.780N /mm2鋼を用いた角形柱の実験結果，日本建築学会大会学術講演梗概集，pp.l033・1034，1996.9.

1.22)福元敏之，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑15)コンクリート充てん鋼管柱の曲げせん断性状，その7.780N /mm²鋼を用いた円形柱の実験結果，日本建築学会大会学術講演梗概集，pp.l035‑1036， 1996.9.

1.23)時野谷浩良，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑16) コンクリート充てん鋼管柱の曲げせん断性状，その8.2軸曲げせん断実験の結果，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1037・1038，1996.9.

1.24)崎野健治，姥川平

l

彦，松本勝憲:コンクリート充填円形鋼管柱の曲げ性状に関する研究，コンクリート工学年次論文報告集，第18巻2号， pp1289・1294，1996.6.

1.25)佐藤孝典:円形断面の充填鋼管コンクリート構造におけるコンブアインド効果のメカニズムとそのモデル化，日本建築学会構造系論文報告集，第452号， pp.149・158，1993.10.

1.26)姥川利彦，小松慎二，崎野健治:中心圧縮力を受けるコンクリート充填円形鋼管短柱における拘束効果，日本建築学会構造系論文集，第506号， pp.179‑184， 1998.4.

1.27)姥川利彦，崎野健治，石出一郎:コンクリート充填円形鋼管柱の弾塑性曲げ性状，その1.拘束効果と残留応力の影響，日本建築学会構造系論文集，第5∞号， pp.99‑1 04，1997.10.

‑14‑

1.28)姥川利彦，石出一郎，崎野健治:コンクリート充填円形鋼管柱の弾塑性曲げ性状，その2.径厚比の影響と拘束効果を考慮した曲げモーメントー曲率関係の評価方法，日本建築学会構造系論文集，第508号， pp.135・141，1998.6.

1.29) R.F. Blanks， C.C. McNamara: Mass Concrete Tests in Large Cylinders， ACI Joumal， Procs. Vo.131， pp.280‑303， Jan.‑Feb. 1935.

1.30)崎野健治，孫玉平:直線型横補強材により拘束されたコンクリートの応力一ひずみ関係，日本建築学会構造系論文集第461号， pp.95‑104， 1994.7

1.31) Sun， Y.， Sakino， K. and Yoshioka， T. :Flexural Behavior of High‑Strength RC columns

∞

cor曲 Re民ct出lin児eea訂rReinforcement， Journal of Struct. Constr. Engng， AU， No.486， pp.95‑106， 1996.8.

1.32)孫玉平:直線型横補強材により拘束された鉄筋コンクリート柱の弾塑性性状，九州大学学位論文， 1991.12.

1.33)孟令樺，大井謙一，高梨晃一:鉄骨骨組地震応答解析のための耐力劣化を伴う簡易部材モデル，

日本建築学会構造系論文集， No.437， pp.115‑124， 1992.7.

1.34)吉岡研三，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (C打・25) CFf柱・鉄骨梁接合部実験(その 1)実験計画と結果概要，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1209‑10， 1998.9. 1.35)稲井栄一，田畑健:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf・26)C円柱・鉄骨梁

接合部実験 ( その2) 角形鋼管接合部の挙動 I，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1211‑12， 1998.9.

1.36)森浩二，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (C打‑27) CFf柱・鉄骨梁接合部実験(その3)角形鋼管接合部の挙動2，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.12日・14， 1998.9. 1.37)甲斐誠，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑28)C町柱・鉄骨梁接合部

実験(その4)角形鋼管接合部の挙動，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1215・16，1998.9. 1.38)藤本利昭，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (C町・29)C円柱・鉄骨梁接合

部実験(その5) 2方向入力を受ける角形鋼管の接合部の挙動‑，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1217‑18， 1998.9.

1.39)関根誠司，他:ハイプリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑30) CFf柱・鉄骨梁接合部実験(その6)

C FT

ト型接合部の挙動，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1219‑20， 1998.9. 1.40)米沢健次，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑31) CFf柱・鉄骨梁接合

部実験(その7)三次元有限要素法解析による評価，日本建築学会大会学術講演概集， pp.1221‑22， 1998.9.

1.41 )福元敏之，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf‑32)CFf柱・鉄骨梁接合部実験(その8)接合部パネルの復元力特性，日本建築学会大会学術講演梗概集，pp.1223・24，1998.9. 1.42)森修，他:ハイブリッド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFf・33)C円柱の復元力特性モデ

ー15‑

(15)

ル，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1225・26，1998.9.

1.43)向井昭義，他:ハイプリツド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFr・34)コンクリート充填角形鋼管短柱の偏心圧縮実験， 4 5度載荷の実験結果，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1227・ 28，1998.9.

1.44)崎野健治，姥川利彦:ハイブリツド構造に関する日米共同構造実験研究 (CFr‑35)円形CFr柱の終局曲げ耐力算定式の提案，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.1229・30，1998.9.

1.45)松井千秋，津田恵吾，尾崎功，石橋靖夫:コンクリート充填鋼管長柱の耐力，日本建築学会構造系論集，第494号， pp.137‑144， 1997.4.

1.46)美野英司，松井千秋，津田恵吾，石橋靖夫，中村秀司，岡田忠義:高張力鋼を用いたコンクリート充填角形鋼管長柱の座屈実験，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.811‑812， 1995.8. 1.47)鄭真安，津田恵吾，松井千秋:高強度コンクリートを用いたコンクリート充填角形鋼管長柱の耐

力，鋼構造論文集， VoI.5，No.20， pp.323‑334 ，1998.12.

1.48)姥川利彦，崎野健治，西本晃司:円形鋼管埋設補強によるコンクリート充填角形鋼管柱の耐震性能改善法に関する実験的研究，コンクリート工学論文集，第9巻第 1号， pp.21‑34， 1998.1.

ー16‑

第 2 章中心圧縮性状

g

2.1 序

g

2.2 既往の中心圧縮実験

2.2.1 日米共同研究における中心圧縮実験結果概要

2

ユ

2 文献調査により収集した既往の中心圧縮実験結果概要 2.2.3 中心圧縮実験における実験変数の分布

g

²^.³ ^{中心圧縮耐力}

2.3.1 中心圧縮耐力に及ぼす影響因子 2.3.2 中空鋼管の中心圧縮耐力

2.3.3 CFr短柱の中心圧縮耐力に及ぼす局部座屈の影響 2.3.4 コンクリートの寸法効果

2.3.5 鋼管のひずみ硬化とコンクリートの拘束効果

2.3.6 中心圧縮耐力算定式 2.3.7 まとめ

S

2.4 中心圧縮性状のモデル化

2.4.1 コンクリートの応力一ひずみ関係 2.4.2 鋼管の応力一ひずみ関係

2.4.3 実験結果とモデルの比較 2.4.4 まとめ

S

2.5 結論

第

2

章の参考文献

ー17‑

(16)

‑18‑

第2章中心圧縮性状

S

2.1 序

コンクリート充填鋼管部材が中心圧縮力のみを受ける場合の終局耐力は細長比が大きい部材では通常曲げ座屈により決まる。細長比の小さい部材の耐力は，鋼管の局部座屈，コンクリートの圧潰，圧潰したコンクリートの体積膨張を鋼管が拘束することによって生ずるコンファインド効果等が関係するため，材料強度と断面積のみを考慮に入れた断面の累加耐力よりも小さくなる場合も大きくなる場合もあ

り，耐力評価の問題は複雑なものとなる。

円形断面柱については鋼管によるコンブアインド効果が考慮され拘束効果によるコンクリートの耐力上昇を認めるという考え方に基づきこの上昇量を評価した研究が多数発表されている。これら円形CFf短柱の中心圧縮耐力に関する研究については，日本建築学会「コンクリート充填鋼管構造設計施工指針

J

²^.¹⁾(以下， CFf指針と称す)に詳しく纏められている。また，中心圧縮性状に関しても，円形CFf短柱に対しては多くの解析的な研究があり，これらは実験挙動を精度良く評価できることがCFf 指針の第2章および付録A1.3に示されている。

一方，本論で考察する角形断面を柱については，既往の研究を見ると中心圧縮耐力と言った基礎的な問題に関してさえも統一的な見解が得られているとは言い難い。角形CFf短柱の中心圧縮耐力に関する考え方はいくつか示されている2.2)‑25.。)富井ら2.2)の研究によれば鋼管形状が角形の場合には鋼管の拘束によるコンクリートの強度上昇は見られないとしている。一方加藤2.3)の研究によると鋼管とコンクリートの材料の組み合わせが適切であれば拘束効果が期待できるが組み合わせによっては内部コンクリートのはらみだしによる鋼管壁への付加応力と付加変形が影響して累加強度を下回る場合もあるとしている。拘束効果を考慮した軸圧縮耐力式としては宮木ら24)，岡本ら2.5)などの研究が挙げられる。

角形CFf短柱の軸圧縮性状の解析的研究に関して，三次元有限要素法による連続体解析や，単軸の応力一ひずみ関係モデルによる実験結果の追跡の試み2.3)2.39)が多数行われていて， C円指針付録A1.3

に紹介されている。三次元有限要素法による連続体解析において金属材料である鋼管は比較的容易に取り扱うことが可能であるがコンクリートは，非弾性域における体積膨張，耐力劣化域での負荷・除荷の判定と劣化勾配の評価には難しい問題を残しており，現在も研究が進行中の状況である。一方，単軸の応力一ひずみ関係モデルを用いれば簡便に中心圧縮や断面の曲げ解析を行う事が可能で，

C

Ff部材だけでなく，鉄骨やRC部材の多数の解析的な研究がある。角形CFf柱の，単軸応力一ひずみ関係モデルの提案を行っている既往の研究では， CFf短柱や鋼管で横拘束されたコンクリート短柱の中心圧縮実験を根拠としているが普通強度から高強度までの各種強度を有する鋼管とコンクリートを用いた角形 CFf短柱の中心圧縮挙動を評価できているとは言い難い。

そこで本章では，現行のCFf指針の適用範囲を超える角形断面CFf試験体を含む実験結果を基に中

‑19‑

(17)

心圧縮耐力式の提案と中心圧縮性状のモデル化を行い，これらの精度について検討する。本研究の特徴は，角形鋼管により横拘束されたコンクリート柱に関する研究と円形

C

Fr柱の研究を参照しながら，両者と角形CFr柱の違いを明確にすることで，より現実的な耐力式と単軸応力一ひずみ関係の提案を行っ

ているところにある。

‑20‑

~ 2.2 既往の中心圧縮実験

角形CFr短柱の中心圧縮に関する実験研究は，文献2.44)によると， 1960年代の半ばから発表されるようになったとされており，現在に至るまで多くの実験結果の蓄積がある。通常， CFT短柱の軸圧縮試験は，コンクリート部分と鋼材部分の材料強度と断面積のみを考慮した断面の単純累加強度が発揮されるかどうかの確認や，弾塑性変形性状の把握を目的として行われている。近年においては高強度材料を用いたCFr柱の性状に注目が集まり，これらの実験資料が次第に充実してきている。

高強度材料を含む統一的な実験研究としては，ハイブリッド構造に関する日米共同耐震実験研究(u.

s . ‑

均anC

∞

perativeS回ctuI叫R岱伺民hProj民ton Composite and Hybrid Structures)が挙げられる。この実験研究は 1993年から1997年の5年計画の研究であり，研究対象の一つに

σr

構造が含まれている。この実験研究に関しては既に円形および角形(正方形)断面を有する CFT柱の中心圧縮性状曲げ性状(偏心圧縮性状)，曲げせん断性状が実験的に明らかにされている。日米共同研究の目的は高強度の鋼管およびコンクリートも含めて現行の日本建築学会「コンクリート充填鋼管構造設計施工指針

J

2.1)の適用範囲外での

C

Fr柱の構造性能を明らかにし，その実用化をはかろうとする点にある。

第 2章では，主として日米共同研究の実験結果に基づいて角形断面 CFr短柱の中心圧縮耐力式の提案と中心圧縮性状のモデル化を行うが，この実験結果の概要を本節において述べる。また，中心圧縮耐力式の提案にあたっては，日米共同研究の実験結果の他に文献調査により得た既往の中心圧縮実験結果

112体に関する検討も行っており収集したこれらの実験結果の概要も本節で示すロ

‑21‑

(18)

2.2.1 日米共同研究における中心圧縮実験の概要

本節では日米共同研究の実験結果として1995年と 1996年に日本建築学会大会で発表された文献2.6)

~2.9) に公表きれているものを引用している。 1995 年発表分 2.6)²^.⁷⁾に36体， ¹⁹⁹⁶年発表分2.8)2.9)に12 体の角形 C打短柱の中心圧縮試験体の実験結果が報告されている。また，これらに対応して行われた中空鋼管の中心圧縮実験は， ¹⁹⁹⁵年発表分2.6)2，7)に9体， ¹⁹⁹⁶年発表分2.8)2.9)に12体の試験体についての結果が報告されている。日米共同研究の実験については文献2.10)に詳しく纏められている。

角形CFf短柱の試験体と中空鋼管試験体の中心圧縮の実験変数を表2.1に示すD これらはそれぞれ48 体と21体の実験が行われている。実験変数は，充填コンクリートの強度，鋼管の強度および幅厚比で，

コンクリート強度が 20~Pa， 40~a， 80~Pa， 90~a の 4 種類，鋼管の材料強度が400MPa 級鋼， 590MPa 級銅，780MPa級鋼の3種類で，幅厚比はFA，FC，FDクラス相当の3種類とされている。幅厚比のクラスは文献2.11)による中空鋼管部材としての性能で分類している。ここでの幅厚比クラスは鋼管の降伏強度に計画強度を用いた場合としてあるD また，鋼管の圧縮降伏耐力を確認するため弾性局部座屈の影響を受けないように幅厚比を小さくした中空鋼管試験体についても実験が行われている。これを表2.1 中に

o

^で示す。試験体形状は高きが幅の3倍で，鋼管は冷聞のプレスによる曲げ加工で製作されている。試験体上下には厚さ12mmの加力用プレートを設け，さらに中空鋼管試験体を除く試験体上端のプレートにはコンクリート打設用の孔が設けられている。鋼管は

2

シームからなり，鋼板を

2

つのコ形に曲げ加工して継ぎ目を付き合わせ溶接されている。なお，鋼管の残留応力除去のための焼鈍は行われていない。コンクリートは最大粒径15mmの粗骨材を用い， AE減水剤を混入されている。コンクリート打設は縦打ちとされ，試験体上面のプレートに設けた孔から行われ，充填コンクリート強度が同一の場合のコンクリート打設は，一括して同一日に実施されている。

図2.1に加力方法および測定方法を示す。加力は試験体上下を回転固定として単調載荷され，原則として載荷は軸ひずみが5%に達するまで行うとされている。なお，凹凸のあるコンクリート打設面は硬質石膏あるいは無収縮グラウトを用いて平滑にして加力されている。

変位計による変位の測定は，試験体上下プレート間の軸方向変位について行われ，ひずみゲージによる鋼管のひずみの測定は，試験体中央位置と試験体中央から上下にそれぞれ試験体のせいD離れた位置にゲージ長20mmの塑性2軸ゲージを添付して行われている。

表2.1 日米共同研究の試験体の実験変数と試験体数

鋼管強度 400恥伊a 590MPa 780MPa

幅厚比クフス FA FC FD FA FC FD FA FC FD 中空 2(1) 2(1) 2(1) 2(1) 2(1) 2(1)

Fc=20MPa

Fc=40MPa 3 3 2 3 3 2 3 3 2 Fc=80MPa

Fc=90MPa

表中の数値は試験体数を示す。

o

内は幅厚比を小さくした試験体の数

‑22‑

表2.2に日米共同研究の試験体一覧を示す。表中のB，tは鋼管の幅と板厚， s(Jyは鋼管の降伏強度， cσ B

はコンクリートのシリンダー強度.B/tおよび

J α

は幅厚比と一般化幅厚比 (B/t.

. r

^(p/^s^E⁾⁾^{を示してい}

る。また.N_u' Euは実験の最大耐力および最大耐力時ひずみを示している。一般化幅厚比は幅厚比に鋼管の降伏強度をヤング係数で除した値の平方根を乗じたものであるが，本節においてヤング係数は全て一律』こ206GPaとしている。なお，表2.2では，単純累加耐力の算定にあたって，鋼管のコーナ一部の曲率外半径が板厚の3倍であるとしてコンクリートおよび鋼管の面積を求めている。

日米共同研究の実験で用いられた鋼管の降伏強度は加工前の鋼板から切り出したA‑1号試験片の引張試験から得られた0.2%オフセット耐力ときれている。また，

l

∞

^X2

∞

^mmの軽量型枠により作成し封かん養生したもので，

コンクリート強度とされている。

Axialload

o

Wire strain gage

コンクリート強度試験用供試体は，

このシリンダー圧縮試験から得た値が

Test specimen

寸斗

A‑A' section

;Wire strain gage

図2.1 日米共同研究の中心圧縮実験における加力および測定方法

‑23‑

九州大学学術情報リポジトリ