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
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
正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員黒
和
林
坂
坂
正田
田川
清
靜
弘
慶
治
*章
* *雄
**安
* * *介
* * * * §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 クリー
ト構 造 物で も30
階を 越え るもの が純ラー
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 )。
図
一
1(a)の よ うな鉄筋コ ンク リー
ト多層骨組構 造 物 を考 え る。
鉄 筋コ ン クリー
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 にこの層の上 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,
図一1
(c)の よ う な状態が考え 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 ばりは一
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 合は図一
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 ことになり図一
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〉詫
聴 ウ (c } 中 ゆ櫓
彫
】
.
層
董層
、
i=
】
宀
凵
」
・
」
」
”
r・
・
’
・
亀
←
(a } (d)【
{〉_
(e) {f) 図一1
鉄 筋コ ンクリー
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・
工博 * * 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 束に関す る研究はい くつ か行わ れて い る。
最上・
是永3)は アンボン ドプレス トレス コ ン ク リー
トば りの実 験か らは りに生 じる付加軸 力につ い て検 討し た。 淵 川・
市川・
山崎・
川島・
藤沢・
芳 村4 },
5}は T形ばり の逆 対 称 加 力 実 験を行い,
材軸変 位 の拘束状態に 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 ラブの軸方向 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 リー
トー
方 向ス ラブの端 部 拘束に よ る面内圧縮 力の アー
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 クリー
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 リー
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 ンクリー
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 体図
一1
(c),
(e)の よ う な状態 を考え,
上 下の階 高の半 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 リー
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 ために図一
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 て図一
1(e) の状態の 2 倍の拘 束と なる。
実験に用いた試験体は, 某 高層鉄筋コ ンク リー
ト建 物を参 考に断 面50cm
×70
cm の鉄 筋コ ン ク リー
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。
実験変数は, 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 図一
2に示す。
は り主 筋に は, 横ふ しのD10
を,
柱 主 筋に は横ふ しのD13
を,
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
のT
形ばり 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 表一
1 試 験 体一
覧 表一
2 材料の力学 的性 質亀
! D10 3670 5400.
22.
8 D 置3 3520 5210 25.
0・
コ、
1一
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.
一
26
一
r_
_
5−
D6◎110_
_
r r_
_
_
.
6−
D6ellO_
_
「 ↑_
_
_
5PD6◎llO−
「咼
π
置 専 マ ー誤
」
颯
§
§
畷
位{mm ) 柱断面CIR
肺 13靂
・ a咀 1」鋤 跏 帯 筋 (3−
Dee5〕) は り断面B王:
1
:
1
:
[
】
雪
§ 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) 図一
2 試験 体 (SO7) 反力フレー
ム 加力フ レー
ム 振れ止め 油 圧ジャッキ oo 謝
,
・
蕁 o「
ロー
ド「
セ ル ピン ロー
ドセ ル ピン◎
振れ止め フレー
図一
3 加 力装置力の影 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 図一
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 ない装置を設計・
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 高い反力ビー
ム と加 力フ レー
ム に高 力ボル トに より取り付け た。 加 力フ レー
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 力フレー
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 キに一
・
.
一
っ の油 圧 ポンプか ら オ イル を送 り,
大き さの等 しい荷 重 を 与え た。 柱に はDead
Load
と し ての軸 力は与え な か っ た。
柱の一
ヒ下に 3次 元 ピンを取り付けて いる た めに 加 力フ レー
ム の上下左 右に面 外の振れ止めを取 り付け た。
写 真一
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 ん断ひずみ を利用し て水 平・
鉛 直 2 方 向の 反 力 を測 定で きる ロー
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 リー
トの力 学 的 性 質 を表一
2に示す。
2.
4 載荷履歴 お よび測定方 法 試 験 体に与えた漸増繰 返し載荷の経 路は,
図一
4 に示 すように,
最初の ルー
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;
約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 ロー
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 たロー
ドセル によ り柱の せん 断 力 と軸 力 を そ れ ぞ れ独 立に検出し た。 図一
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,
ピン位置で柱の鉛 直 変 位を測 定し た。
図一
6に示す よ うに直 交 ばり位 置で 両 端 ピンロー
ラ支 持さ れ たゲー
ジホル ダー
に取りつ けた 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,
ゲー
ジ ホル ダー
を 柱の 図一
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 ん断カー
柱の層 間変位 関 係 図一
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 下 (また は上)に取り付けた二 つ の ピン の 水 平 反 力の和で表し た。
こう して求め た層せ ん 断力と 図一4
載 荷 経 路 ビン水し
b ビン ゲ
ー
ジホ ルダー
ロー
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 図一
5 ピンの水 平・
鉛直 変 位の測定 方 法一
ロー
ブ 目 1計 ゲー
ジ ホルダー
ピ ン一
ロー
ブ 。 、計 ピン ゲー
ジホ ルダー
図一6
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 ロー
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 大曲げモー
メン ト を求め,
は りの両端が同時にこの 曲 げモー
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,
第1
ルー
プの折返 し点δ二3.8mm
(柱 部材 角R =
3.
8/900=
o.
42%〈1/200> 前後の変形で上 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 より小さ な柱 部材 角 (R ・
m1.
0
/900
S
〔π’
11 Pくtm1 に め て圧 壊 が 目視で き た鹽一一曽一一
一一一一
8.
■一一一一一一一一一
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関数 δ仙■)甼
20.
−
「
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30.
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50.
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一
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一
一
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一
一
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一
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4,
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…
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8.
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に初 めて圧 が 目視でき た 日.
一
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一
一
一
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一
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一
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→
Sl3
P( }は り端部 下 端に胡 めて圧 壊 が 旧視できた 8.
晶
一
一一
一
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一
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一
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一
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一一
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一
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一一
囀
曽一
−咀
一
,
一
曹
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δ呻
一
吻
ゆ
冒
冒
層
d剰数一
B.
脆鞠
賊 図一
7 層せ ん断 カー
柱の層 間変位関係 P(1皿 ) 8 4 o一
4卿
8 6S10
4(皿 》 B.
jo.
準
表 ム 血 ホ 8一
図 層せ ん断 カー
は りの軸 方 向 変位 関 係一 28 一
MR ( 弔 )
卩一
一
ρ
一
,
一
一
“
e 関数 N6{lm)S
α7
4.
,,ρ“
2.
引張o.
一
一
鞠
一
一
2.
−
4.
一
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一
r
9
一
口
層
一
5,
8.
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10.
12.
臙一
旧
膕・
一
勵
r 層聯籃一
/ N陽 MRFO7MI
己(量m・
層} 4.
一 卩 ,
一瞠,
e 関数 2.
一
,
冒
一
一
一
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一
一
一
,
一
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(量m ) 引 張 ロ.
唖
8.
10.
}2、
}1三縮一
鱒
一
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璽
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一
舳
一
2.
一凸一一
一
一
4.
N5MR 図一
9 はり右 端 曲げモー
メ ン トー
は りの軸力 関 係FO7ML
(・
薦〉 4.
一
層
一
c 関数一
2.
一
冒
一
一一
一
一
一
一
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・(1川〕〉 引張 0.
騨
一
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_
_
・
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8.
10.
12.
1珊 i c劇 数曹
一
2.
醫
喝r 一一一一
一
4.
ゆ
瓢LN臨
図一
10 は り左 端 曲 げモー
メ ン トー
は りの軸 力 関 係厂
4
S
〔η P( } 皿,
、’
、 麕 l I ノ 皿 1’
oゆ
麗 ’■
1蟷
’
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霧
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8.
一
6.
皿 卩 7卩
’ 14.
5 日.
10.
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一
4.
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一
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P( ) 班 二 日.
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1 皿 臼.
10.
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P{ ) 皿し
1「 べ 皿 1’
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一
2 2.
4.
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8.
Io.
’
一
4r 皿’
H 【 麗胛
一
日.
図一
11 層せん断 カー
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。
表一
3
には り主 筋 曲 げ 降伏
時 荷 重 とその ときの変 形, 最 大 荷 重ど その と きの変形お 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 カー
は りの軸 方 向 変 位 関 係 図一
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。 図一
4 の ピー
クでS13
が約 3.
8 mm,
S10 が約 4.
2mm,
SO7
が約 3.
7mm,
FO7
が約 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 げモー
メ ン トー
は り の軸 力 関 係 図一
9, 10に は り右 端の曲 げモー
メ ン トと は り に生 じ た軸 力の関 係およびは り左 端の曲 げモー
メ ン トと は りに 生じ た軸 力の関 係を示す。 こ こ で示して いる曲げモー
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 の曲げモー
メ ン トであ る。
は り の軸力 は柱一
ヒ下 に 取 り付 け たピン のロー
ドセルに よ る水 平反力の差か ら求め, は 表一
3 実験結果 り に圧 縮 力が加わ る時を 正 で示してあ る。 曲げモー
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
ユ0,
SO7
に おい て右 端で は正の曲げモー
メ ン ト の ほ う が大き く, 左 端で は負の曲げモー
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 端の曲げモー
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 曲げモー
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 曲げモー
メ ン トに達 す る と し た時の軸 力と曲げモー
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 リー
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 ら図一
7
の層せ ん断 カー
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=
34kg
/cm2 , σ2 1 11kg
/crn2),
S
一
30
一
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 ton(σ 1三
46kg
/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 カー
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 ,
皿,
亅V
の どの 柱に 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
,
皿の柱には負の 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 は図一
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 る方向に生じて いる。 3.
5 柱が受 ける付 加 水 平 カー
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 の広がり (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 りの関係は非線形と 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 な変形で付加 水 平 力 低下 が 十11
「
℃
1 ∬,
蟹’
…「
皿、
宀
ン
℃
w 鈷 図一
12 は りにひ び割れが生じ た後の モー
メ ン ト図 NB (t ) 圧縮 Fσ1 12.
lo S(冴 B s13 」=
!一
一
1。
5 S10 i 4膚
2ユ
0 2.
引張 4 6.
B.
10.
』(凾 } 図一
13 柱が受ける付 加 水 平 カー
柱の広がり関 係 生 じていること がわ か る。
こ の付 加水平 力低下は 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 △=
約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 げモー
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 げモー
メン ト・
せ ん断 耐 力に対し柱を 十 分に補 強して いたこ と から図一
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 壊状況を図一
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 の変形ルー
プで発生し て お り3.
5
の付 加 水平力の低下に対応して 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
\ /イ
ヒ
S
〔η ノ’
4ノ
F
αr
図一
14 最 終 破 壊 状 況一
一
S
〔π P{ },
’ ”/
,
” 1.
6 ・/
:『
2’
, ” ,ノ
’
’ 0.
8∠
,
」
’
,’
’
一’
一
〒 (全幅}一・
一
「:「 (有効 幅 )一
・
…・
口 (矩形 } o.
4ノ
’
δ(■ }■
縄
’
’
o o.
2 0.
4 0.
6 0.
aF
α1P
( ) ’’ ’ ’ ’ 】6’
’ ’ ’ 1.
2 ’’
’ ’ o.
8 ’ ’ ’’
一一
一
一
,
口 (矩形 ) o,
4‘
δ(鬮} β.
0 0.
2 0.
4 0.
5 0.
8 ’ ’ ’S10P
( )’
”グ
’
’
’
’
’
’
16 ’ /,
’
’
’
’
’
’ 12’
’
’
’
,
’
,
,
o8 ’’
’
’
’
’
冖一
一
〒 (全幅1
冗ア (有 効 幅 ) 口 (矩形 } o.
4 γ ’,
’
,
δ(自 }’
斷
〃
o o.
2 0.
4 0.
6 0.
ES13P
{ 》 ,’
/’
/
’
’
’
’
’
’
’
15/
/
’
’
’
’
’
’
’
ユ,
2,
’
/’
’
’
’
’
’
’
’
o.
B,
’’
’
’
’
’
’
’
一”一
〒 (全幅 }一一
「了 (耡 幅 )一
一
一
…
口 (矩形 } 04 り!,
” δ{飄),
プ
’
O O.
2 0.
4 0.
6 0.
8 図一15
層せん 断 カー
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 ネ 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 ネルは,
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。
図一
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,一
点 鎖 線は はり を 日本 建 築学会鉄筋コ ン ク リー
ト 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 よい一
致 を 示 して い る が , そ の後の層せ ん断 力に対する剛性お 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 性とよい一
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 毳菖 砲 LO 11 爵 昧 爿 只 演 0.
5 5爨
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昌
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 率一
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 ぼ一
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。
一
32
−一
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 ん断カー
柱の層 問変位関係に 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,
図一
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 らず一
定の時に 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 うに働い 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 ん断ス パ ン比によらず一
定であっ た の は, せ ん断スパ ン比 に よ らず一
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 の後 者の場合に相 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 リー
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 ンクリー
ト不 静 定 骨 組 構 造 物の柱の上下に ピンを取り付け,
その位置 で柱の 間隔を一
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 りに比べ 耐 力が上 昇 した。 は りの軸 力 をO ton と して e 関数 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
倍の一
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 リー
トは りは軸 方 向 に伸び 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 りの曲げ耐力を上昇さ 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・
ロー
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 費の一
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,
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昭 和 57年6月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 KEISUKEGAWA, Members ef A,I,J,
It
is
wellknown
thatthereinforced concretebeam
will elongate totheaxialdirection
whenbeam
is
tendingto yieldin
bending.
If
thisphenemena occuT throughout the every span, thehorizontal
length
of thebuilding
will expand as a whole.In
considered to expandi the slabs and to spread out thecolumns andi theshear walls the elongationin
horizental
direction
ispossibly
restrained.Considering
such a condition, thebeam
tendingtoyield
isconsidered to