愛知工業大学研究報告 第
29
号 平 成6
年超高強度鉄筋コンクリート柱の圧縮特性の寸法効果
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小池狭子朗恥1 畑中重光市E Sachio KOIKE'1 and Sigemitsu HATANAKA'2 [ABSTRACT] A series of uniaxial co皿pression tests of reinforced ultra-high strength concrete (RC) columns were carried out to examine the size effect on their compressive behavior. Experi皿entalfactors include the section size of specimen (bxb，
b=9.7，
15，
20 and 25cm)，
the type of bar arrange皿ent(shape of hoops are:口，口，由，図
andf
f
H
)
，
pitch ( s=∞点/4，b/6 and b/8) and yield str邑ngth of hoops (σy 王子 3000， 5000 and 15000 kgf/cm2 level). The strength (Fc) of concrete was set to be about Fc=1000 kgf/c皿2 Based on the test results， discussion is carried out mainly on the relation between the type and yield str芭ngthof hoops and the size effect on the compressive failure of the RC colu田ns. Following state皿entscan be drawn fro血thetest results. 1) The co皿pressivestrength of large specimens with b=25.0cm is smaller than that of s皿all sp巴cimenswith b=9.7cm by about 25%，
almost regardless of the shape，
pitch，
and yield strength of hoops. 2) Co皿pressive toughness (area under stress-strain curve) gradually decreases with increasing size of specimen. It should be noted that the shapes of stress-strain curves in softening range are rather obtained from various size of specimens， i.e. size effect in the stress-strain curves is mainly due to the size effect in the peak stress point圃9
5
1.まえがき 筆者らは昨年度、圧縮強度 Fc=700kgf/cm2レベル
の高強度コンクリートを用いたR C枝の応力一ひず み挙動に及ぼす供試体寸法の影響を調べた。その結 果、 R C柱の圧縮強度および圧縮靭性は、供試体寸 法が大きくなるにつれて徐々に低下すること、その 寸法効果は帯筋形状によって異なり、ほぽ横拘束力 の大きい煩に、すなわち圏、由、圏、口および口の 願に圧縮強度および圧縮靭性の寸法効果は顕著であ ること、などが明かとなった11。本報では、水セメ ント比を25%としたFc=1000kgf/cm2級の超高強度コ ンクリートについて、これらの要因および帯筋の降 伏強度の影響を実験的に調ペ、既報1.21の結果と比 。1 愛 知 工 業 大 学 建 築 学 科 ぺ 三 重 大 学 建築学科 較・検討する。 2.実験方法2. 1
実験の概要Table 1に、 R C柱の一軸圧縮実験の概要を示す。 実験要因として、帯筋比、帯筋の強度レベルおよび 帯筋の形状の相違を取り上げた。Fig.lおよび2に、 供試体の寸法および帯筋の形状'配置を示す。コン クリートの水セメント比(官
/
C
)
は25%とした。 R C 柱の高さと幅の比(H
/
b
)
は、すべて2
とした。帯筋 径は、形状が口型で間隔が断面辺長bの1/4の場合に 帯筋比が約1.2%となるように選んだ。 帯筋の降伏 強度レベルは、 3000、5000および15000kgf/cが の3 種類とした。 供試体の個数は各要因ごとに2体、合 計288体である。2. 2
侠試体の製作および養生方法 コンクリートの製作には、普通ボルトランドセメ ント、シリカヒユーム、天竜]11産 の 川 砂 (5皿皿未満) 岡崎産の砕石(5 ~15阻)および高性能減水剤を使用 し、設計スランプは18c田とした。コンクリートの混 線には容量 10Mの2軸強制練り式コンタリートミ キサーを使用した。角柱供試体と同一養生としたφ
10 x 20c田コンクリートシリンダーの平均圧縮強度の パッチ閣の差は、 金平均圧縮強度の4因。%以内であ った。コンクリートの打ち込み方向は縦打ちとした。 TableZ
および 3に、使用した主筋および帯筋の 力学的性質を示す。供試体の上端閣は鏡面仕上げと し、主筋の上下端面は供試体の上下端面と一致させ た。また、供試体の上下端部の帯筋量を増して補強 を図った。なお、表中にロタイプの場合の帯筋の拘 束指標 (σy'As/Ac)も併示した。養生方法はすべ て恒温恒湿空中重量生(温度20土lOC、相対湿度目土 10% )とし、材令約12週で、圧縮試験を行った。 203
載荷および書留定方法 Fig.3に、ひずみの測定方法を示す。圧縮ひずみ の測定域Uo)
は、供試体の高さ中央部のし8bの 領域とした。載荷には、 b=9.7舗の供試体には最大 容量200tのアクチュエーターを使用し、毎分約 lx 10-3のひずみ速度で、供試体の中央部 1.8b区間の縦 ひずみが30X 10-3に至るまで継続載荷した。 b=15.0T
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有J"'2S，O T"20.0 b窓1S.1) 0"9. '7 (c鼠 } 開otesJ滋1:eight 10略itudl帥1bors， 紫2:t問IveIOllllltudi!lal bars 滋3:oohfOT 口 type. 様4:4>5(11，
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皐 of tef:1lt Sp曹d
圏直田昌 採5:<T5.6(ay=3000).的(0'y= 15000)， 残品;'117.3 (6y=15000) 議7:場9.2(Cl'y=15000)Table 3 隠echanical properti告S of hoops
Table
2
純echanical properti問 。f longitudinal bars Level of No亘inal 属島飽ured Yield 地主i幽 E!ongation yield dia配ter diallleter stre隠せl dsut(ほre略 f/c也112) stre昭th ゆ(圏) O'y(l同f/cll2) 脱) ゆ5.0 5。目 1.890 3020 34.6 3000 φ8'115.も 5.6 2832 3530 23.9 .0 8.0 3047 3959 27.4 ゆ10.0 10.0 2783 3794 25。園 4>4.0 4.0 5000*
5239 9.7 5000 4>6.0 6.0 5465 5607 5.9 <b8.0 8.0 5203辛 5541 32.5 <b 10.0 10.0 4526傘 4724 7.9 <b3.5 3.5 14500事 16100 9.5 15000 品5.0 5.0 16500キ 21190 10目4 4>7.4 7.3 17860*
18370 6.6 ゆ9.2 9.2 15110本 15320 且2 [Notesl*
:0.2% offset stress. A1J:Sectional area of hoop， Ac:Area of horizontal section of core concrete Cl'y.A1J/Ac 位p;i/cll2} 7.04 5.33 5.86 ι05 11.6 11.9 11.3 9.84 25.4 24.5 33.3 27.7超高強度鉄筋コンクリート柱の圧縮特性の寸法効果
9
7
ぴ圧縮強度とする。コンファインドコンクリートに 関する筆者らの既往の実験データ引によれば、水セ メント比(
W
/
C
)
が5
5
%
のコンクリートでは供試体寸 法が大きくなっても、圧縮強度はほぼ一定値である が、水セメント比の減少に伴って寸法効果が顕著と なる。すなわち、W
/
C
=
3
2
%
の高強度コンクリートで は、b
=
3
0
.
0
c
皿の供試体の圧縮強度はか9
.
7
c
皿のもの に比べて平均で約1
0
%
低下し、W
/
C
=
2
5
%
の超高強度 コンクリートでは、b
=
2
5
.
0
c
m
の供試体の圧縮強度はb
=
9
.
7
c
m
のものに比べて平均で約1
5
"
'
2
0
%
低下した。 C皿以上の供試体には最大容量6
0
0
t
の圧縮試験機を使 用した。 3.実験結果とその考察 典型的な破壊パターンの例をF
i
g
.
4
に示す。3. 1
圧織強度の寸法効果 軸圧縮荷重を供試体の断面積で除した値およびピ ーク点の応力を、以下の考察ではそれぞれ応力およ団
国
口
開
量
日
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S=b/4 S=b/6 S=b/4 S=b/6 S=b/4 S
毘b/6 S=b/4 S=b/6 S=b/4 S=b/6 S=b/8 p
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Fiふ 5は、 σy=5000kgf/cぜレベルのロタイプの 帯筋で拘束した主筋本数 8本のR C柱の圧縮強度を 帯筋のピッチ (8)別に示したものである。 R C柱の 圧縮強度は、供試体寸法が大きくなるにつれて徐々 に低下し、いずれのピッチの場合もb=25.0c田の供試 体の圧縮強度は b=9.7c皿のものに比べて約20%程度 低下している。図には示してないが、帯筋の降伏強 ゆ O O O G 0 0 0 2 4 2 1 uh(N 自 U ¥ 柏町凶﹄)回国同国﹄ i 目 ι 10 2 0 3 0 STRAIN (XI0-"')
，
e plain CO!lCrete f v 臨 w n u n u n u n ν 0 0 0。
2 4 q L 噌 4 b h ( 何 回 U ¥ 畑一凶﹄)回目同日比↑臼 田 皿 皿 m c c c c 7 G O O F50 雪 1 2 2 z 一 一 = 出 p o b b一 一 一 一
一 一
二
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type る} 0 0 0 0 0 円 u q G 2 1 b h ( 何 回 U ¥ 柏 田 品 ) 田 町 同 国 ↑ ∞ 一一一一ー- b = 9.7cm -一ーー-b=15.0c調 停ー一ーー-b=2'0.0C，m. -一ー②ー-b=2 5.0 cm ~由ム~ ~ ~ij 10 2 0 3 0 STRAIN (XI0-3 ) ， e {記)国 type(S=b/品) '02000爾 - -自 ーー一ー- b = 9:7cm γ 一 司 白 司-=b=15.0c田 "'詞- ii-- 一一 -b~ 量 O.OcmC _ -u，
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彊.!...叫!...窃哩斗J，盈盟」叫』
凹 o 11) 2 0 3 0 STRAIN (xll)-3) ，ε 度レベルの異なる他の供試体でも、強度の寸法効果 の傾向は、ほぽ同様である。 Fi話。6~ま、 S=b/5 、 σy=5000kgf/c阻2 レベルの帯践 を配置したR C柱の圧織強度の寸法効果に及ぼす帯 筋形状の影響を示したものである。いずれの帯筋形 状の場合も、 b=25.0c田の供試体では 9.7c皿のものに 比べて、圧縮強度が約25%j低下している。すなわち、 品 川G
o
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n u 円 u n u 0 2 4 勺 血 管 A Eh(N 国 U ¥ 同 国 詞 ) 回 目 同 出 ト 的 一ー一一司開b= 9:7cm -一一 -~b=15.0c 田 ーーーーー-b=20.0 C 1n -o-b='2雪.Ocm 10 2 0 3 0 STRAI N (Xl O~ ヨ)，
ε (b)白 typ号(3=0/6) N n u-A
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type(S=b/8) 百 2000.-" ! -一一一~b= 9.7-c血 肉 r ーー一一-b=15.0 cm 炉事園 ー一ーー-b=20.0crn 囲 目2
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I，自由個目~
白 o 10 2 0 :30 STRAIN (xI0ーョ) ， e (g)翻 type(S=b/4) (h)臨 type(S=b/6)超高強度鉄筋コンクリート柱の圧縮特性の寸法効果 圧縮強度は帯筋による横拘束力の差異の分だけ増減 する関係にあり、強度の寸法効果は帯筋形状に拘ら ずほぽ等しいといえる。 これは、
F
c
=
7
0
0
k
g
f
/c
m
2レ ベルのコンクリートを用いた既報1>の結果とも類似 している。F
i
g
.
7
(
a
)
および(
b
)
は、RC
柱の圧縮強度の寸 法効果に及ぼす帯筋の降伏強度(a
y
)
の影響を示し たものである。降伏強度が大きい供試体ほど圧縮強 度が若干高いが、圧縮強度の寸法効果は、降伏強度 に拘らずほぽ同様であり、断面寸法が2
5
.
0
c
m
の供試 体では、9
.
7
c
血のものに比べてF
i
g
.
6
の場合、平均 で約26%
低下している。 3. 2 応力一ひずみ幽穣F
i
g
.
8
(
a
)
-
(
h
)
は、帯筋の形状およびピッチ(
S
)
の異なるRC
柱の応力一ひずみ曲線に及ぼす供試体 寸法の影響を示したものである。これらの図によれ ば、一般に、供試体寸法の増大に伴い、ピーク時の 応力およびひずみは減少し、圧縮靭性もまた減少す る。但し、応力下降域における曲線形状は、供試体 寸法に拘らず類似しており、ピーク応力点における 寸法効果がそのまま現れる形となっている。すでに 報告したF
c
=
7
0
0
k
g
f
/
c
m
2 レベルのコンクリートを用 いたRC
柱の場合1l、帯筋の拘束力があまり大きく ない供試体で同様な傾向がみられた。。。
2 唱 4 N 自 U ¥ 相 同 調 園 田 m m C C C C 380 心 9 冒 ORJ 1 2 2 bbbb一
一
一
一 一 一 一 一
目的同出ト回 10 20 STRAIN (X10-"')，
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10 STRAIN (X10-"')，
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は、帯筋の降伏強度(
a
y
)
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柱の応力一ひずみ曲線に及ぼ す供試体寸法の影響を示したものである。F
i
g
.
9
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a
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b
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c
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2レベルの帯筋 を用いた供試体では、F
i
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.
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のa
y
=
5
0
0
0
k
g
f
/
c
m
2レ ベルの帯筋を用いた場合と比べて、相対的に圧縮靭 性が小さくはなるものの、応力一ひずみ曲線に及ぼ す供試体寸法の影響は極めて類似している。 また、 応力一ひずみ曲線における寸法効果が収れんする傾 向も見受けられる。 一方、F
i
g
.
9
(
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)
および(
d
)
によ れば、σ
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k
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m
2レベルの帯筋を用いた供試 体の応力一ひずみ曲線は、圧縮靭性が極めて大きい ため、高ひずみ域にきさつでも応力低下が小さく、や はりピーク応力の差異がそのまま残る傾向がある。4.
結諭F
c
=
1
0
0
0
k
g
f
/
c
m
2レベルの超高強度コンクリートを 用いたRC
柱の一軸圧縮時の応力一ひずみ関係の寸 法効果と帯筋の形状、ピッチおよび降伏強度との関 係について実験的に検討した。本研究の結果は、お よそ以下のようにまとめられる。(1) RC
柱の圧縮強度は、供試体寸法が大きくな るにつれて徐々に低下する。ぞの寸法効果は帯筋の n u n u ワh
-唱 4 問 国 U ¥ 相国訓)回目同出↑回 m m m m C C C C 7 0 0 o b P R J n u R J t・ 4 勺 a 司 a = 一 一 -= z bbbb一
一
一
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一
一
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10 20 STRAIN (XI0-3 ) ， e 30(
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回目同国↑回 10。
20 30 STRAIN (XI0-3 )，
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