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曲げ降伏するはりの軸方向伸び現象を考慮した鉄筋コンクリート骨組の弾塑性性状に関する実験研究

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(1)

備    文】 UDC :624

012

45 ;539

3 :531

35 日本建築学会構造系論文報告集 第 393 号

昭 和 63 年11月

  曲

降 伏

る は り

軸 方

現 象

考 慮

し た

鉄 筋

ト骨 組

性性 状

実験

正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員

* *

**

* * *

* * * *  §

L

序 論

 

近年

都 市の過 密 化に伴 う社 会 的 要 請と して建物の高 層 化が 必要と なっ て お り

鉄筋コ ン クリ

ト構 造 物で も

30

階を 越え るもの が純ラ

メ ン構 造で建て ら れ る よ う に なっ て き た

この よ う な構 造 物では はりの靱 性に期 待 し た は り降 伏 型の設 計が な さ れ る場合が多い は り が降 伏し よ うとす る場 合 軸 方 向に伸び ること はよく知ら れ て いる が

筆 者ら は降 伏し て軸 方 向に伸び よ う と する は り は その周 辺 構 造 要 素から軸 方 向変形 拘束を受け る可能性 が あ ること を指 摘し たILZ )

 

1(aの よ うな鉄筋コ ンク リ

ト多層骨組構 造 物 を考 え る

鉄 筋コ ン クリ

トは り が降伏し軸 方向に伸び て いるある中間 層を取り出し たときに その上下の層の は りも降 伏 し軸 方 向に伸びて いる状態を考え る と図

一1

(b)の よ う に表せ る

こ の場合は は りの軸 方 向変形 に対して上 下 層か ら柱 等による拘束が働か ない た め は り の伸び は自由と な る

ま た, は りが降 伏し軸 方向に伸び て い るある層 を 取り出し た と き にこの上 下 層 が降伏 せずに健 全である場 合 はは りに伸び が生じ ないた め拘束 が 働 き

一1

(cの よ う な状態がえ られ る

さ らに 2階の は り が降 伏して伸びよ うと す る場合を考え る と, 基礎 ばりは

般の は りに比べ剛 強な場 合が多く

曲げ降 伏 も生じ ない と考え ら れ る か ら, 1階の柱 を介して 2階 の は り の伸びは拘 束さ れ る

3 階の は りが 降 伏 してい る 場 合は図

1(

d

)の よ うな状 態が考え ら れ る。

3

階の は りが降伏し ていな け れば

上下層か ら軸方 向 変 形 拘 束 を 受け る ことになり図

1(eの よ う な 状 態 が 考え られ る

動 的 応 答 解 析におい ても

すべて のは り端が同 時に塑性 ヒ ン ジ と な る わけで は な く

あ る層の内部の は り にだけ 塑性ヒンジ が形 成される場 合も あ る。 こ の よ う な場 合に は, 降 伏しよ う とする は り は

上 下の層か らの拘 束の他 (b φ       

弌〉

聴      ウ (c } 中 ゆ

   董

i

 

 

r・

(a }       (d)

{〉      

_

        (e) {f) 図

一1

鉄 筋コ ンクリ

ト多層 骨組構造物と部 分 骨 組 構 造   * 東 京 工 業 大 学   名 誉 教 授

 * * 東 京工業大学 助 教 授

工博 * * * 東 京工業 大 学 助手 * * * * 東 京 工 業 大 学   研 究 生     〔昭和63年4月10日原 禍 受 理 〉 に 同

層の周 辺 構 造 要 素か らも拘 束 を 受 けることに な る

 曲げ降 伏す る部 材の軸 方 向変形拘 束す る研究はい くつ か行わ れて い る

最上

是永3)は ア ドプ トレス コ ン ク リ

トば りの実 験か らは りに生 じる加軸 力につ い て検 討し た。 淵 川

市川

山崎

川島

藤沢

芳 村4 }

5} Tり の逆 対 称 加 力 実 験

変 位束状態に よっ て履 歴 性 状 が 大き な影 響 を 受け, 軸 変 形を拘 束し たもの は無拘束の もの に比べ 耐力 上昇し限 界 変 形

限 界 塑 性 率と も小さ く な る とこ を報 告し た。 藤 沢

尾崎G) は

は り

ス ラブの方向 変形拘 束効果と立 体 的 協 働 効 果に よる耐 力 上 昇 を 解 析 的に推定する方法を 示 し た。 小森 7) は

鉄筋コ ンク リ

方 向ス ラブの端 部 拘束に よ る面内圧縮 力の ア

チ効 果につ いて論じ た

Chengsheng

WimalB[ は

端 部 拘 束を受け る鉄 筋コ ン クリ

トス ラブの耐 力 上 昇につ いて解 析 的に論じ た。 筆 者ら は

軸 方 向 変 形 拘 束 剛 性を鉄 筋コ ン ク リ

トは り が 支 持し て い る ス ラブの軸 方 向 剛 性の値か ら決め

鉄 筋コ ンクリ

トは りの軸 方 向 変 形 を拘 束 し た解 析および実験 を行っ た1)

2 )

その結 果

は りの軸 方 向変形を拘束し た

(2)

場合

は り に は圧縮 力が生じ拘 束し ない場 合に比べ 耐 力 が 上昇 すること を確 認し

ま た軸 方 向 変 形 拘 束 効 果に及 ぼ す せ ん断ス パ ン比の影 響につい て論 じた。 本 論では, 柱がは りの軸 方 向 変 形 を 拘 束す る と考え られ る不 静 定骨 組に対し て繰り返 し載荷 実験を行い

その耐 力と変 形 性 状につ い て考 察する

  §

2.

実験方 法  

2.1

試験 体

 

一1

(c

eの よ う な状態 を考え

上 下の階 高の 分 ずつ を取り出し た柱

2

本と

2

ス パ ン分の は りか らな る 鉄 筋コ ンク リ

ト不 静 定 骨 組 を対 象と し た

は り が軸 方 向変形拘 束さ れ る現象を際 立た せ る ために図

1(

f

)の よ うに柱に よる拘 束 剛 性 を 大き く し た加 力 方 法を 用い て 実 験を行っ た。 こ の場合

反曲点位置で水 平 方 向の広が りを拘 束して い る ため

1

ス パ ン多層 骨 組 とし て図

1(e) の態の 2 倍の拘 束と なる

験にいた試験体は 高層鉄筋コ ンク リ

ト建 物を参 考に断 面

50cm

×

70

 cm の鉄 筋コ ン ク リ

トは りを取り出し

これ を2/7に縮 小 し, は り断 面を

14cm

×

20

 cm とし た

ス ラブ幅は, こ の はりが支持す るス ラブ全 幅と し

これ を 2/7に縮 小し て 128cm と し た

験変数は は り の ク リア ス パ ン お よびス ラブの有無で あ り

試験 体は表

一1

に示す

4

体で あ る。 これ らの う ちス ラブ付きで 内 法ス パ ンが7e cm の

SO7

の 寸 法 と 配 筋 を 図

2に示す

は り主 筋に は, 横ふ しの

D10

柱 主 筋に は横ふ しの

D13

ス ラ ブ 筋に は斜め ふ しの

D6

を使用 し た

。S13

, 

SlO

SO7

は上端 2

−DIO ,

8

−D6 ,

下端 2

−DlO

T

ばり で

 

F

O7 は上 端, 下端ともに 2

−DlO

の長 方 形ば りである

柱 は原 断面 寸 法を

2

7

に縮 小し

22cm

×

22

 cm と し た。 柱 に加 力を する た め に 柱が破 壊し な い ように柱 主 筋 量 を 原 設 計の鉄 筋 比よ り多く し,

8−D13

とし た

柱高さ は, 柱の上 下に取り付くピン の中心間 距離が階高の 2/7 (

900mm )に等 し く な る よ うに決 め

は りの上 下の柱 高 さを等し く おい た

こ の骨 組 構 造 物は

は りに生じ る軸 表

1 試 験 体

覧 表

2 材料の力学 的性 質

! D10 3670 5400

22

8 D 置3 3520 5210 25

0

   1

      日       32         k      265       且0

s    2801  ング

 t/etS2)      196         k      20

1   43      54  259       267 2425    2281  216     234 20

3    23

26

r

_

_

5

D6◎110

_

_

r  r

_

_

_

6

D6ellO

_

_

「  ↑

_

_

_

5PD6◎llO

π

置   専 マ ー

 

§

§

位{mm ) 柱断面CI          

R

肺 13

・   a咀  1」鋤     跏 帯 筋 (3

Dee5〕) は り断面B王

1

1

§   匹咽 」Js     l40 あば ら筋 〔2燗 ) は り断面Br

綱 週

§

 

二5凶 」お瞬     140 あば ら筋 (2

D6e50) 図

2 試験 体 (SO7)      反力フレ

ム 加力フ レ

  振れ止め 油 圧ジャッキ o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o      謝

 

蕁 o

  「

セ ル ピン  ロ

ドセ ル   ピン

               振れ止め       フレ

3 加 力装置

(3)

力の影 響を考え な け れば

T

形 ばりの スラブ を全 幅有効 と 考え ても, 全ての試 験体と も はり降 伏 型の骨 組 構 造 物で ある

 2

2  加力装 置   図

3に加 力 装 置 を 示 す。 は りの軸 方 向 変 形を柱の 剛 性に よ り拘 束す る た めに

柱の上 下に取り付けた ピン位 置で柱 間 隔が変化 し ないを設計

製作し た。 柱の上 下に は面 内および面 外にも回 転 自由な

3

次 元 ピンを取 り 付 け

そ れ ぞ れ軸 方 向剛性の い反力ビ

ム と加 力フ レ

ム に高 力ボル トに より取り付け た。 加 力フ レ

ム の ピンが 取 り付 く部分は 300×300×10×15の H 形 鋼 2 本 を

PC

鋼棒に よ り重ね合わ せ

軸 方 向 剛性を確 保し た

加 力フレ

ム の左 右の は り芯 高さ位 置に 50ton 押 し引 き両 動 油 圧 ジャ ッキ を取り付け

二つ の ジ ャッ キに

油 圧 ポ ら オ イ を送 り

き さ 重 を 与え た。 柱に は

Dead

 

Load

と し ての軸 力は与え な か っ た

柱の

ヒ下に 3次 元 ピンを取り付けて いる た めに 加 力フ レ

ム の上下左 右に面 外の振れ止めを取 り付け た

写 真

1は

柱の上下

4

ヵ所に取り付け たピンで あ り

面 内

面 外 3方 向 自 由な ピン で ある と ともに

ピン 心 棒のせ ん断ひみ を利用し て水 平

鉛 直 2 方 向の 反 力 を測 定で きる ロ

ドセ ルとなっ て いる

 

2.3

  使用材料の力学的性 質  使 用 し た鉄 筋 D6

  D10

 

Dl3

お よ び

コ ン ク リ

トの力 学 的 性 質 を表

2に示す

 

2.

4 載荷履歴 お よび測定方 法  試 験 体にえた漸増繰 返し載荷の経 路

4 に すように

最初の ル

プは引張 側の は り主 筋が降 伏 する 変 位 (試 験 体に より多 少 異な る が層 間変 位δ

3.8

mm ,柱 部 材 角

R

3

8/900

0

42% )におい て繰 り返し

そ れ以 後の繰り返し は層問 変位 (柱の部材角)に よ り制 御し た

右 向きに加 力する時を 正加 力と し, 左向きに加 力す る時 を負 加 力 とす る

  左 右の 50 ton 押 引 両 勤 油圧 ジャ ッ キ先 端の ロ

ド セ ル に より水 平 荷 重 を 検 出 し

柱の上 下に取 り付く四つ の ピン を併 用し たロ

ドセル によ り柱の せん 断 力 と軸 力 を そ れ ぞ れ独 立にし た。 図

5に示す よ うに, ピン位 置お よ び は り位 置で柱の水 平変位を

ピン置での鉛 直 変 位を測 定し た

6に示す よ うに直 交 ばり位 置で 両 端 ピンロ

ラ支 持さ れ たゲ

ジホル ダ

に取りつ た 変位 計に よ りス ラブ面 内の軸 方 向 変 位 を測 定し た

矩 形 ば りの FO7 の場 合は

ジ ホル ダ

を 柱の 図

6と 同じ高さ に取り付け軸方向変位を測定し た

 §

3.

実験結果   3

1 層せ ん断カ

柱の層 間位 関 係   図

7に層せ ん断 力と柱の層 間 変 位の関 係を示す

層 せ ん断 力は柱の また は上)に取りけた二 つ の ピン の 水 平 反 力で表し た

こう して求め た層せ ん 断力と 図

一4

載 荷 経 路 ビン水

 

 

 

 

 

 

 

b ビン ゲ

ジホ ルダ

ラ 柱 水 平変位測 定変位計 ピ ン垂適変 位測定変位計 ピン水 平変 位 測 定変 位計 図

5 ピンの水 平

鉛直 変 位の測定 方 法

  一

ブ 目         1計 ゲ

ジ ホルダ

ピ ン

  一

ブ 。        、計 ピン ゲ

ジホ ルダ

一6

 軸 方 向 変 位の測 定 方 法 単位;mm 左 右の 50tQn 押 引 両 動 油圧 ジャ ッ キ先 端の ロ

ドセル に よ り検 出し た水 平 荷 重の和 が 等しい こと を確かめた

図 中の 破 線 は

は りの軸 力をOton と して e 関数 法に よ り最 大曲げモ

メン ト を求め

は りのが同時にこの 曲 げモ

メン トになると して求 め た 層せん 断 力 を 示 して お り,

T

形ば りの ス ラ ブ は全 幅有効と し た

実 験で得 ら れ た耐 力は, 全 試 験体と もこ の耐 力 を 上回っ て お り, その 上 昇の 割 合は

Sl3 ,

 

S

 10

 

SO7

で約 1

5倍

 

FO7

で約2

7 倍に なっ た。 は り が

T

形 ばりの

Sl3 ,S10

S

O7

の場合

1

プの折返 し点δ

二3.8mm

(柱 部材 角

R =

3

8/900

o

42%〈1/200> 前後の変で上 述の e 関 数 法に より求め た層せ ん断 力と同じ値を示し た。 し か しこの段 階ではス ラブ筋 は降 伏に 至っ て いない

長 方 形 ばりの

FO7

で はこれ よりさ な柱 部材 角 (

R ・

m1

0

900

(4)

S

〔π

11 Ptm1        め て圧 壊 が 目で き た

鹽一一曽一一

   

一一一一

8

■一一一一一一一一一

e

一一一

関数 δ仙■)

20

 

1 4

20

30

40

50

60

一騨

一層

9騨鴨一

噛’

δ  δ

一幗

曽一

冒曽

■冒

e園麺 職

r

       P/2

ゆ 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

F

〔π P〔  特に圧 壊は 生 じ な が

た 日

一一

   

4

一 鬯

騨幽

噂r啣

一需一

  .

c 関 数

・噌

δ(閥)

20

1

9

  ■

一凾

 

20

_

,、

30

40

50

50

卩雫

一一

c 関 数

4

        δ  丹 脆

r

・ ・

8

噸 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S10

P{tαn は り摺 部 下

に初 めて圧 が 目視でき た    日

e

関数

一■一

一〇

4

δ 

20

20

30

40

50

50

一一

驛帚

層一一

    

δ

δ

一一璽

e 関 数

Sl3

P(  }は り端部 下 端に胡 めて圧 壊 が 旧視できた 8

一一

一一

一■

一曽

甲_

曹呻

c

関 数

4

δ仙馴

20

20

30

40

50

50

一一

一一

曽一

−咀

 一

  δ

曽9−一

δ

d剰数

B

賊 図

7 層せ ん断 カ

柱の層 間変位関係 P(1皿 ) 8 4 o

4

8 6

S10

4(皿 》   B

      jo

表 ム 血 ホ 8

図 層せ ん断 カ

は りの軸 方 向 変位 関 係

一 28 一

(5)

MR (  弔 )      

卩一

     

ρ

 

 

 

 

e 関数 N6{lm)

S

α

7

   4

,,ρ“

   2

引張o

 

 

 

 

2

 

4

 

   

 

 

r

 

9

 

 

 

 

      5

    8

1

 啅

10

12

膕・

 

 

 

r 層聯籃一

  / N陽  MR

FO7MI

己(量m

層} 4

一 卩 ,

一瞠,

e 関数 2

 

 

 

 

N

(量m ) 引 張 ロ

8

10

}2

}1三縮

 

 

 

句隔

 

 

 

 

e 関数

 

 

2

一凸一一

4

N5MR 図

9 はり右 端 曲げモ

メ ン ト

は りの軸力 関 係

FO7ML

( 

薦〉 4

  一

 一

c 関

   2

一一

・(1川〕〉 引張 0

_

_

   ・

弊R

8

10

12

1珊 i c劇 数

2

  喝r 一一一一

4

  瓢LN

10 は り左 端 曲 げモ

メ ン ト

は りの軸 力 関 係

(6)

4

S

〔η P(  } 皿 

、  麕 l    I   ノ 皿 1

o

麗   ’

1

  

1

L

ψ

Qc(  )

8

 

6

皿           卩 7      

  ’      14

5 日

10

 

4

  ’

4

 

K ∬ ,’ 1

1

8

F

σ

7

P(  ) 班 二 日

皿 1

「ゾ   ■

Qc1m)

8

 

5

     皿

4

 

  皿

 

7

41   4

 

A

 

l 遅 6

   1   皿 臼

 10

“ 四

S10

8

P{  ) 皿

1「 べ  皿 1

 

w c  

8

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     I     l

   ,

2      2

   4

5

8

Io

 

4r 皿

  ’

   H 【 麗

11  層せん断 カ

柱の せ ん断 力 関 係

0

ll% )におい て上 述の e 関 数 法に より求め た層せ ん断 力と同じ値 を示し た

こ の ように耐 力が 上昇したの は 柱に よる軸 方 向 変 形 拘 束により は りに圧 縮 軸 力が生 じた た め と思わ れ る

し か しな が ら本 実 験で は

文 献 2 )と異な りは りの部 材 角が 44/1000 に至っ て も耐 力 低 下 を起こすことな く十 分な変 形 能 力 を有し てい た

3

には り主 筋 曲 げ 降

時 荷 重 とその ときの変 形, 最 大 荷 重ど その と きの形お よび は り端部下端圧壊発生 時 荷 重 と その と きの変 形 を数 値 をもっ て示す

 3

2  層せ ん断 カ

は りの軸 方 向 変 位 関 係   図

8に層せ ん断 力とは り の軸 方 向 変 位の 関 係を 示 す。 はり の軸 方 向 変 位は

図 中右 下の挿 絵に示す よ うに 柱の 近 く の 上端

2

カ所

下端

2

カ所の計

4

カ所の軸 方 向 変 位の平 均で表し た。 図

4   の ピ

クで

S13

が約 3

8 mm

 S10 が約 4

2mm

 

SO7

が約 3

7mm

 

FO7

4

4mm 伸び

各 試 験 体の軸 方 向 伸び は ほ ぼ同 じ値で あっ た

繰 り返 すご とに塑性ひずみが累 積さ れ軸 方 向に 伸 びる が

同じ変 位 振 幅 内で の繰 り返しでは伸び は増え なか っ た

                     r  

 3

3 は り端 曲 げモ

メ ン ト

は り の軸 力 関 係  図

9, 10に は り右 端の曲 げモ

メ ン と は り に た軸 力の関 係およびは り左 端の曲 げモ

メ ン トと は りに 生じ た軸 力の関 係を示す。 こ こ で示して いる曲げモ

メ ン トは

上下の柱のせ ん断 力か ら計 算し た柱芯で の は り の曲げモ

メ ン トであ る

は り の軸力 は柱

ヒ下 に 取 り付 け たピン のロ

ドセルに よ る水 平反力の差か ら求め, は 表

3 実験結果 り に圧 縮 力が加わ るを 正 で示してあ る。 曲げモ

メ ン トが正の時に右 端で は上 端 引張にな り, 左端で は下 端 引 張に な る

こ のため

,T

形ば りの

Sl3 ,

 

S

0,

 

SO7

に おい て右 端で は正の曲げモ

メ ン ト の ほ う が大き く 左 端で は負のげモ

メ ン トの ほうが大き くなっ て い る。 長 方 形 ばり の

FO7

では

左右 端の曲げモ

メ ン トはほ ぼ 同 じ値と なっ て い る。 図 中の破 線は e 関 数 法に より 軸力と最大 曲げモ

メ ン トの 関 係をス ラブ 全 幅 有 効と し て求め

は りの両 端 部が同 時に最 大 曲げモ

メ ン トに達 す る と し た時の軸 力と曲げモ

メ ン トの包 絡 線を示 し て い る。 この包絡 線は鉄 筋の ひずみ硬 化 やコン ク リ

トの 拘束効果を無 視して求めて いる ため 実 験 結 果は これを超 えて しま う場 合も あるが 包 絡 線と交わっ た後お よそ こ れに沿っ て動い て いること が分かる

こ の ことか ら図

7

の層せ ん断 カ

柱の層 間 変 位 関 係におい て

は りの軸 力 を

Oton

と して e 関 数法に より求め た層せん断 力より も耐 力が大きか っ たこと は

こ の 拘 束によ り発 生し た軸 力 を考えることによ り説明 で き る

また

最大軸 力 は

S

l3で は約 9

 5 ton σ1

34 

kg

/cm2 σ2 1  11 

kg

crn2

 

S

30

(7)

10

で は約

9。7ton

(σ] 

 

35

 

kg

/cmz

σ 2

=11

 

kg

/cm2 ), 

S

O7

で は約

11.

3ton

 (σ i=

40

 

kg

/cm2

σ2= ユ

3kg

cmz )

FO7

で は約 13

 O tonσ 1

46 

kg

cm2 )とな っ た。こ こ に

σ1 は

は りに生じ た軸 力 をは りの断 面 積で除し た値

σ: は

は り に生 じ た軸力 を

T

形 ばりの断 面積で除し た値で ある

 3

4 層せん断 カ

柱の せん断 力 関 係  図

一11

に層せ ん断力 と柱のせ ん断力関係 を示す

正 荷重時に は初 期において は

1 ,H ,

V

の どの に も 正の せん断 力が生じ たが

は りに ひび割れ が はい っ た後 は

LIV

の柱のせん 断 力 が 大 き くな り

 

ll

画の柱の せ ん断力は小さ く な り や がて は

ll

皿のには負の せ ん 断 力が生じ た。同 様な現 象は

負 荷 重 時に も現れて いる。 こ れ は 正 加 力 時に は図

12 に示す よ うに は り降 伏 後 の漸増 載荷に よ り は り が伸びよ う と して, 柱が は り か ら 付加 水平力を受けるた め

1

,IV

の柱は より大き なせん断 力 を 負 担し 皿, 田の柱の負 担する せ ん断 力は小さ く な る た め である。 最終 的に は

柱がは り か ら受け る付加 水 平力 が大き く な り, 柱の四つ の ピン反力はすべ て は りの 伸び を抑え る方向にじて いる。  3

5  柱が受 ける付 加 水 平 カ

柱の広が り関 係  図

一13

に柱が受け る付 加水 平 力 (は りの軸 力 )と柱 のがり (はりの軸 方向変位 )の包絡線を示 す。 変形が 進むに従い柱の ひび割れ によ り

柱が受ける付 加 水 平 力 と柱の広が りのは非線形と な り, 剛性は低下し た

Sl3

で は軸 方 向変位

A =

約 4mm を超え た ところで

 

S

lOで は △

約 6

5mm を超えた とこ ろで付 加 水 平 力が 低 下し

,SO7

は付 加 水 平 力が低 下し な かっ た。 せ ん断 スパ ン比の大きい ほ う が小さ な変形で加 水 平 力 低下 が 十

11

1      ∬

 

w 鈷 図

12 は りにひ び割れが生じ た後の モ

メ ン ト図 NB (t  圧縮 Fσ1 12

lo S(冴 B s13 」

1

5 S10 i 4

2

0     2

引張 4 6

B

10

  』(凾 } 図

13 柱が受ける付 加 水 平 カ

柱の広がり関 係 生 じていること がわ か る

こ の付 加水平 力低は ほ ぼ左 上柱 ま た は右 下 柱の せ ん断ひ び割れ発 生と対応 して い る

せ ん断ス パ ン比が小さい ほ う が は り の せ ん断力は大 き く な り

柱に加わ る圧縮軸 力も大き く な る

圧縮 力が 大き く な る ほ ど せ ん断ひ び割れ荷 重 も上 昇 する9に と が 言わ れており, これがは りのせん 断スパン比 が 大きい ほ ど柱の せ ん断ひ び割れ 発生が早かっ た原因 と考え ら れ る。

Sl3

で は △

4mm

を超え る と軸 力の低 下 (約 10tQn か ら7tQn に )が生じ て い る が

こ の軸 力の範 囲 で は曲 げモ

メ ン トの増 減は小さ く軸力低下に よ る曲げ 耐力低 下が図

一8

に おいて顕著に は現れ ていない

ま た

柱の広 がりが2mm で の割 線 剛 性 (は り の軸 方 向 変 形 拘 束 剛性 )は 柱の曲 げひび割れ等によ り多少ばらつ きが あり31 t/cm

〜38

 t/cm と なっ た が

文 献 2>の軸 方 向 変形 拘 束 剛 性 150t〆cm に比べ る と か なり小さ な値で あっ た。 本 実 験で は

こ の よ うに軸 方 向 変 形 拘 束 剛 性 が 弱 かっ たこ と

曲 げモ

メン ト

せ ん断 耐 力に対し柱を 十 分に補 強して いたこ と から図

7に示 す よ うに脆 性 的 な破 壊は生 じ な か っ た

 

3.6

  最終破 壊状況  最 終 破 壊状況を図

14に示 す

全 試 験 体 と もは り端 部に曲 げひ び割れ が集 中し た。

T

形 ばりの試験体はス ラブか ら の ひび割れ が

は り に斜めひ び割れ と なっ てつ な がっ た

左上柱また は右 下 柱に見られ る せ ん断ひび割 れ は, δ

=60

 mm の変形ル

プで発生し て お り

3.

5

の付 加 水平力の応して いる。左側の柱は柱の左 側に

右 側の柱は柱の右 側に ひ び割れ が多い

こ れ は は り が 伸びよ う として両 側の柱 を外 側に押し広 げている た め で あ る

曲 げ強 度

せ ん断 強度のい ずれ に対して も柱を 十 分に補 強してい たの で最 終 的に は柱 崩 壊と は ならず

ス ラブ を 有 する試 験 体では は り両 端 部の下 端で圧 壊が激し く な り, 耐力が上昇し な く なっ た。 初めて圧 壊が目 視で

S10

\               /

S

〔η ノ

4

F

α

r

14  最 終 破 壊 状 況

(8)

S

〔π P{  }

’   ”

” 1

6 ・

2

     , ”    ,

  ノ

 ’

  ’ 0

8

 

 

 ,

一’

〒 (全幅}

一・

   「:「  有効 幅 )

…・

    口   (矩形 } o

4

  ノ

 

δ(■ }

  ■

 縄

o      o

2      0

4      0

6      0

a

F

α

1P

(  ) ’’ ’ ’ ’ 】6

’ ’ ’ 1

2 ’

’ ’ o

8      ’ ’ ’

一一

矩形 ) o

4 

δ(鬮} β

0      0

2     0

4      0

5      0

8 ’ ’ ’

S10P

(  )

  ’

  ’

  ’

 ’

16   ’ /

  ’

 ’

’ 12

   ’

  ’

  ,

o8     ’

   ’

  ’

 ’

冖一

〒 (全幅

1

  冗ア (有 効 幅 )     口   (矩形 } o

4 γ ’  

δ(自 }

  ’

 

 

 

o     o

2      0

4      0

6      0

E

S13P

{  》  

  ’

  ’

  ’

  ’

 ’

15

   ’

  ’

  ’

 ’

2  

/  

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B    

   ’

  ’

  ’

 ’

 

一”一

〒 (全幅 }

一一

   「了  (耡 幅 )  

    口   (矩形 } 04  り!

 ” δ{飄)

O      O

2      0

4      0

6     0

8 図

一15

層せん 断 カ

柱の層 間変位 関 係と弾性 計算に よ る初 期 剛性 き た時点を図

一7

に●で示す

 §

4.

考 察  4

1  初 期 剛 性

 

柱お よびは りの 曲 げ

せ ん断 変 形ならびに接 合 部パ ル の せ ん断変形を考慮 し た弾性 計 算によ り初 期 剛 性 を求 め,初期剛性に与え る スラ ブの有 効幅につ い て考 察す る。 計算に当た り接合部パ ルは

主筋により囲ま れ た大き さとし 厚さ は T形ば りの もの は直交ば りがつい て いる ことを考え て柱幅と同等と し

矩形ばり のもの は柱幅と はり幅の平均と した

 図

15に層せん 断 力 と柱の層 間 変 位の関係 を 示す

縦軸は層せ ん断力であ る が

は りの短期許容せ ん断 力か ら求め た層せ ん断 力の約 1/2の 2ton まで示し てある

実 線は実 験 結 果, 破 線は は りを矩 形 断 面 とし て求め た計 算 値,

点 鎖 線は はり を 日本 建 築会鉄 ク リ

構 造 計 算 規 準

同 解 説1°} p

11(1 )式よ り求め た有効幅 分の

T

形 ばりとし て求め た計算値

二 点鎖線は は りを全 幅分の

T

形ば り と して求め た 計算 値であ る

矩 形断 面の

FO7

で は, 実 験値と計算し た初期 剛 性は よい対 応を示 し てい る

。S

 

13,

 

S10

の微 小 荷 重に対す る実験結果は ス ラ ブ を全 幅 有 効と して求め た 剛性と よい

致 を 示 して い る が そ の後のせ ん断 力にする剛性お よび せん断 スパ ン比の小さい

SO7

の実 験 結 果は は りを有 効 幅分の T形ばりと し て求めた剛 性とよい

致を示して い る

 4

2 最 大 耐 力   最 大 耐 力は

3

3で述べ た よ うに は りに生 ずる軸 力 を  91

5 毳 砲 LO 11 爵 昧 爿 只 演 0

5 5

mo 1

0 置

 

o

5 隅 鳳 吐 矧 只 竃 耐力 上昇 率      ID

20c皿 a/

D =

2a /D

3

   .

a〆

D24a

/D

5

K

Ko 部材角 0 1/

50N

] 3/50K) 1/100 耐 力上昇 率     ID

20cm a /D

2 100 a /D

3a 〆Dl4a /D

5 K

Ko !o 部 材角 D 1/5〔〕O 3〆500 1

floo 図

一16

 耐力 上 昇 率

部 材 角 関係2) 考慮 してス ラブを全 幅 有 効と し た

T

形 ば りで計 算 し た 値 と ほ ぼ

致し た

こ の こと か ら せ ん断スパ ン比に よ らず 最 大 耐 力 時に はス ラブは全 幅 有 効と して作用 してい た も の と考え られ る

32

−一

(9)

 

4.

3

 ス ラブ がは り の軸 方 向変 形拘 束効 果に及ぼ す影       響  層せ ん断カ

柱の層 問変位に おいて軸力

O

 tonと して e 関 数法 に より求め た耐力 と

実 験にお け る最 大 荷 重の 比が T 形ば りの

S13

  S 10 , 

SO7

はすべ て 約

1.

5

であっ た

 既 往の報 告2屡は

16に示 す よ うに は りの外から の拘 束 剛 性 がスパン に反 比 例 す る よ うに働 く と きには

せ ん断スパ ン比 が小さい ほ ど耐力 上昇 率 (軸方向 変 形を 拘 束 した場 合のせ ん断 力 /軸 方 向 変 形 を 拘 束 しない場 合 の せん断 力 )が大き く な り, 拘 束剛性がせ ん断スパ ン比 に か か わ らず

定のに は せ ん断スパ ン比に よ る耐 力上 昇率は大き な差が ない ことを述べ た

  今回の実験で は

T

形ば りの 3 体と もスラ ブ筋は

は り 筋の降 伏 後に早い時 期か ら降 伏 し て お り

ス ラブの ひ び 割れ が全 幅 を横切 り直 交ば りの付 近に集 中し た ため大き な ひずみ は は り端部に集中し た。 この こ と か らス ラブは せん断ス パ ン比に反 比 例する拘束剛 性を有し て は り に外 か ら圧縮 軸力 を 生じ させ る よ うにい たので は ない こと が分か る

よっ て

本 実験で軸 方向変形拘 束による耐力 上昇率がせ んス パ ン比によらず

定であっ た の は せ ん断スパ ン比 に よ らず

定で あ る柱の剛性に よっ て の み は り の軸 方 向変形が拘束さ れた た め で あり

既往の報告後 者場合相 当す る と考える

 §

5

結  論   柱によ り軸 方 向 変 形 拘 束 を受ける はりを有する鉄 筋コ ンク リ

ト不静定骨組構 造物の繰返し載 荷実験を行い そ の弾 塑 性 性状に関し て考察した。 これか ら以 下の結 論 を得た

    水 平力 を受け る は り降伏型の鉄 筋コ ンクリ

ト不 静 定 骨 組 構 造 物の柱の上下に ピンを取り付け

その置 で柱の 間隔

定 と す ることに より は りの軸 方 向変 形 を 拘束し た ところ

は り に は圧縮 軸力が作 用し

拘束を受

け ない は 耐 力が上 昇 した。 は りの軸 力 をO ton と して e 数 法に よ り求め た矩 形ば り お よびス ラブ を 全 幅 有 効と し た

T

形ば りの耐 力と実 験によ り得ら れ た耐 力 を 比 較 すると 矩 形ば りの もの は約 2

7倍

,T

形 ば り の もの は約

L5

倍の

ヒ昇 を示 し た

 ま た

1/

200

以 下の 部 材 角に おい て

は り に軸 力が作 用 し ない と して e 関 数 法に よ り求め た耐 力に達し て お り

か な り小さ な変 形レ ベ ル で もこ の ような現 象が 起 き る こと を 明らか に した。     降 伏しよ う と する鉄 筋コ ンク リ

トは りは軸 方 向 にび よ うとする た め に こ の伸び を抑え よ うとする柱 に は, 付 加せ ん断 力 が 作 用 し, 荷 重の増 加に伴っ て柱の せん断 力 分 担の割 合が変 化 し た

実 際の構 造 物 中で は

特に 1階の外 柱で こ の よ う な現 象が起こ る こと が考え ら れ

構 造 物の柱

はり に生じる塑 性ヒ ンジ形 成にも影 響 を及ぼす可能性が あ る

 

スラブは せ ん断ス パ ン比に反 比例す る拘束剛性を 有し て は りに外か ら圧 縮 軸 力 を生じ さ せ る よ うに働 くの では な く

せ ん 断スパ ン比に よ らずス ラ ブ全 幅 有 効の T 形 断 面と して 直接に矩形 断 面の は りのげ耐力を上昇さ せ る効 果 と して作 用 したと考え られ る

  

T

形ばりを有す る骨組の ス ラブは

最 大 耐 力時 に は せ ん断ス パ ン比によらず全 幅有効と し て作 用し て い た ものと考え られ 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

また, ピン

ドセ ル の製 作に関 し て 巴組鐵工所

五十畑登氏に御 指導頂き ま し た

こ こ に 心 より感 謝の意を表し ます

研 究 費の

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) 和田 章

林 静 雄

坂田弘安 ;軸 方 向変形の拘束 効果     を 考 慮し た鉄 筋コ ク リ

トは り の弾塑性性状

構造工    学 論文集

VQI

32 B

 pp

183

188

613 2) 坂 田 弘 安

林 静 雄

和 田 章

黒 正 清 治 :軸方 向変形     の拘 束 効 果を考 慮し た鉄 筋コ ンク リ

トは りの弾 塑性性     状に関す る実 験 研 究

日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集

    第380号

pp

45

55

昭 和62年10月 3) 最上達 雄

是永建 好 :水平 力を受ける不 静定架 構にお け    る梁の軸 力につ いて

コ ンクリ

ト工学 年 次 論 文報 告 集

    第9巻

2号

pp

253

256

昭 和62年 4} 淵 川正四 郎

市 川 昌 和

山 崎 利 次

川 島 俊

一,

藤 沢 正 視,    芳村 学 :T形 ばり の靱性に お よ ぼ す肋 筋 量の影 響 〔そ    の 1  実験 概 要 )

高 層壁式ラ

メ ン構 造に関す る研 究    

一,

日本建築 学 会大 会学 術 講 演 梗 概 集 C

構 造

ll,

pp

205

    206

昭 和62年10月 5) 市 川昌和

淵 川 正 四郎

藤沢正視

芳 村 学 :T形ば り    の靱性に お よ ぼ す肋筋量の影響 (その 2  結果の検 討}

    高層壁 式ラ

メン構造に関す る研究

一,

日本 建 築 学 会 大     会学 術 講 演 梗 概 集C

構 造

H ,

pp

207

208

昭 和 62年     10月 6)藤沢 正視

尾崎 昌 凡 :は り とス ラブの協 働 効 果に関 する    解 析 的 研 究 (荷重増 分 法によ る立 体 弾 塑 性 解 析 )

高 層 壁     式ラ

メン構 造に関す る研 究

一,

日 本 建 築 学 会 大 会 学 術    講 演 梗 概 集

C,

構 造 置

pp

225

226

昭 和62 年10月 7) 小森 清司:鉄筋コ ク リ

方向ス ラブの耐 力 とたわ    みに及 ぼ す面 内圧縮力の ア

チ効 果につ い て

構 造工学    論 文 集

Vol

34 B

 pp

281

294

昭和63年3月

8)Chengsheng Ouyang and Wimal SuarisRC Rectangu

   lar Slab w 正th Edge Restraints

 

Jour.

 of the Structural

   Engttg

Proc

 of  ASCE

 Vol

113

 No

11

 November

    pp

 2146

2165

 1987 9) 池 田 昭 男 :塑 性 域におい て繰り返し加 力 を受け る鉄 筋コ     ンク リ

ト柱の実 験

ク リ

トジャ

ナル

Vo旦

8

   No

12

 pp

1

13

4512 le) 日本 建 築 学 会 :鉄 筋コ ン クリ

ト構 造 計 算 規 準

同解 説

    昭 和 57年6月

(10)

SYNOPSIS

UDe:fi24.012.45:539.3:531.35

AN

EXPERIMENTAL

STUDY

ON

ELASTIC

AND

PLASTIC

BEHAVIORS

OF

REINFORCED

CONCRETE

FRAMES

IN

CONSIDERATION

OF

AXIAL

ELONGATION

PHENOMENA

l]N

BENDING

YIELD

BEAMS

byDr.SEIJIKOKUSHO, Dr.AKIRAWADA, Dr.SHfZUO

HAYASHI,

HIROYASU SAKATA, and KEISUKE

GAWA, Members ef A,I,J,

It

is

well

known

thatthereinforced concrete

beam

will elongate totheaxial

direction

when

beam

is

tendingto yield

in

bending.

If

thisphenemena occuT throughout the every span, the

horizontal

length

of the

building

will expand as a whole.

In

considered to expandi the slabs and to spread out thecolumns andi theshear walls the elongation

in

horizental

direction

is

possibly

restrained.

Considering

such a condition, the

beam

tendingto

yield

isconsidered to

be

subject to the compressive

forces

from

thesurrounding structural members.

We

reported the

bending

shear expeTiment of rectangular

beam

and

T-shaped

beam

which was performed to consider theeffect of axial restriction of

deformation,

through asimple anaiysis.

In

this study, cyclic

load

experiment of reinforced concrete

frames

is

performed teeonsider the effect of axial restriction of

beam

deformation.

As

a result, experiment shows that the story shear strength of reinforced concrete

frames

increase

50%

to

170%

because

of axial restrictien imposed

by

the

horizontal

stiffness of columns.

This

implies

a

potential

that the structure will not collapse

in

theassumed mechanism.

参照

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