高強度鉄筋コンクリート柱の圧縮特性の寸法効果

愛知工業大学研究報告 第29号 平成6年

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高強度鉄筋コンクリート柱の正縮特性の寸法効果

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小鴻狭千朗尉1 畑中霊光砂2 Sachio KOIKE命1 Sige皿itsuHATANAKA'2 [ABSTRACT] A series of uniaxial compression t巴sts of reinforced high strength concrete (RC) colu皿nshave been carried out to examine the size effect on their co皿pressive b邑havior園 Thestrength (Fc) of concrete has been set to be about Fc=700 kgf/c皿2

，

a日dthe RC columns have been confined by various types of hoops

(口，口，田，図，

and

圏).

Based on the test results， discussion is carried out mainly on the r巴lationbetween the types of hoops and the size effect on the compressive strength， strain at the peak str巴SS， and stress-strain curve of the RC columns園 Testresults show that the size effect on the compressive behavior is largely dependent on the type of hoops. 1。まえがき 最近、鉄筋コンクリート造建物の高層化に伴い、 高強度コンクリートと高強度鉄筋を用いた鉄筋コン クリート(以下、 R Cと略記)柱が用いられるよう になった。これらの高強度R C部材に所要の変形能 力を付与する必要から、各種の横補強筋で補強され た高強度R C柱の塑性変形性能に関する研究が行わ れている。普通強度のコンクリートでは、一般に供 試体寸法が大きなコンクリートほど塑性変形挙動が 脆性的で、小型供試体の実験結果は実部材に比して 危険側の結果を与える場合が多い。本研究では、 Fc =700kgf/cm2級の高強度コンクリートを用いた R C 柱の圧縮特性の寸法効巣に及ぼす帯筋の形状の影響 について考察する。 明1 愛 知 工 業 大 学 建 築 学 科 サ 三 重 大 学 建築学科 2.実験方法

2. 1

実験の穣要 表- 1に、 R C柱の一軸圧縮実験の概要を、また 図- 1および 21こ、供試体の寸法と帯筋の配置を示 す。コンクリートの水セメント比(百/C)は32%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~盟で間隔が断面辺長 b と等 しい場合に帯筋比が約0.3%となるように選んだ。 供試体の個数は各婆因ごとに2体、合計56体である。 コンクリ ト強度のパッチ隠変動 (2パッチ)を調べ るために、5l

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に円柱体も作成した。 2. 2 供試体の製作および養生方法 コンクリ トの製作には、普通ボルトランドセメ ント、天竜川産の川砂(

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のスミス式コンクリートミキサーを使用した。

コンクリ トの打ち込み方向は縦打ちとした。柱供 試体と同一養生としたφ10x 20c皿コンクリ トシリ ンダーの圧縮強度のパッチ閣の差は、平均圧縮強度 の3，9%であった。 表

-2

および

3

に、使用した主筋および帯筋の力 学特性を示す。なお、表中には口タイプの場合の帯 筋の拘束指標 (σy園As/Ac)も併示した。養生方法 は、すべて恒温恒湿空中養生(温度20::!::lO

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、相対湿 度85土5%)とし、材令6週で、圧縮試験を行った。

2. 3

議荷および議題定方法 図- 3に、ひずみの測定方法を示す。圧縮ひずみ の測定域

(

4

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)

は、供試体の高さ中央部の1.8bの領 域とした。載荷には、最大容量200tのアクチユエー ターを使用し、毎分約 1x10-3_{のひずみ速度で、供} 試体の中央部 1.8b区間の縦ひずみが22><10-3_に至る まで継続載荷した。酎荷カが200tを越える供試体で は、最大容量600tの圧縮試験機を使用した。 3.実験結果とその考察 3. 1

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織強度の寸法効果 翰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 び圧縮強度とする。閣- 4(a)および (b)に、 R C柱の圧縮強度に及ぼす供試体寸法の影響を示す。 図

(a)

は、ロタイプの桂の圧縮強度を帯筋のピッ チ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、 b=25 E皿の供試体のものはb=9圃7cmのものに比べてS=b/8の もので約10%、またS=b/4のもので約B%低下してい る。 この図中のプレ ンコンクリートとロタイプ、 p b/4の柱の圧縮強度を、筆者らが既報11で報告した これと同じ議合で横打ちのプレーンコンクリ トお よび主筋に

o

2.7田国鉄筋を4本配置し、帯筋形状を口 型としたRC柱(ここでは、主筋比が小さいため、 本報のR C柱と区別してコンブアインドコンクリー トと呼ぶ)の強度を比較した。図には訴してないが、 プレーンコンクリートの圧縮強度は両者ほぽ同じ値 であり、その寸法効果も同様な傾向を示した。また、 T畠bI官 1 iJlltlht'()f愚克F哩ri闘車両tof i!C c骨1祖園田昌 Slze ofllCcol幽 自 Longi tll. bu 臨む8嘗

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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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2大きいが(主筋断 面の寄与分)、寸法の増大とともに強度が低下する 寸法効果の傾向は定量的にも極めて類似しているこ とが分かつた。 図

(b)

は、帯筋形状の影響を示したものである。 横拘束力の大きい煩に、すなわち帯筋形状が圏、田、 図、口および口の順に圧縮強度の寸法効果が顕著で ある。ただし、ここでは便宜上、主筋本数の違いも 帯筋形状の違いとみなして比較している。とくに、 囲タイプの形状のものでは、供試体寸法が

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低下し ている。また、この図から実大の柱では、帯筋形状 の違いによる圧縮強度の差異は、極めて小さくなる ことが予想される。 3. 2 最大応力時のひずみの寸法効果 図

-5

(a) および

(b)

に、最大応力時のひ ずみ (E m )に及ぼす供試体寸法の影響を示す。図

9

1

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a)

は、ロタイプの柱の εm の値を帯筋のピッチ 別に示したものである。供試体寸法の増大とともに εmの値が減少する寸法効果がみられる。すなわち、 供試体寸法が

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4

の場 合とでEmの値はさほど変わらない。 図 (b) は、 帯筋形状の影響を示したものである。 図によれば、 帯筋形状にかかわらず供試体寸法の大きなものほど εmの値が小さくなる寸法効果が認められる。すな わち、 εmの値は

b

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皿のものは

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皿のものに比 べて田、園、口およびロタイプの形状のもので約

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低下している。また、 帯筋形状が田、園、口および口タイプのものでは、

b

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皿以下では横拘束力の大きな形状のものがやや 大きな εm の値を示すが、

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( 1 )供試体寸法の影響: 図-6(a) "'"(g) に、

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柱の応力 ひずみ曲線 (σ ーと曲線)に及 ぼす供試体寸法の影響を帯筋形状別に示す。どの帯 筋形状の柱も、供試体寸法の大きなものほど差是大応 力後の軟化勾配が急になる寸法効果がみられる。図 B o n u n u n u R J 盲 A b 二九回匂¥時国道田悶同国 LP 回 G E n u n u n u 毘 1 4 1 b

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の酉タイプと図 (d)の巴タイプの帯筋形状 の柱の応力一ひずみ曲線は、他の帯筋形状のものに 比べて応力下降域の変形挙動が延性的で、また供試 体寸法が大きなものほど応力下降域の形状が順次、 脆性的となる寸法効果が明白にみられる。一方、園 pia!n

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(b)

、 (c)、 ( e )および (f) に示す口(S~ b/4およびb/8)、fQ]およびロタイプの形状のもので は、供試体寸法がb=15c皿以上になると、応力一ひず み曲線の寸法効果が非常に小さくなる。 図

-6 (b)

!こ示すロタイプ、 S=b/4の帯筋で補 強された柱の応力一ひずみ曲線と、同じ帯筋で補 強された前述のコンブアインドコンクリート11と比 較した。図には示してないが、荷者にはほぼ同様の 寸法効果が家在することが確認された。 ( 2 )帯筋ピッチの彰響: 図- 7(a) および (b)に、それぞれロタイプの帯筋で補強されたb= 9圃7c皿および25.0c皿のRC柱供試体の応力一ひずみ 曲線に及ぼす帯筋ピッチ(

s

)の影響を示す。これ らの図および他の寸法の場合の比較によれば、帯筋 を密に配置することによる靭性改善効果は、供試体 寸法が大きくなるにつれて徐々に減少する。この傾 向は、筆者らが報告した前述のコンブアインドコン クリート11において、帯筋ピッチをS=bからS=b/4ま で変化させた場合と同じ傾向である。 ( 3 )帯筋形状(fj影響: 函 - 8 (a) および (b) に、それぞれ b=図日7c皿および25.0c皿のR C柱の応力 一ひずみ曲線に及ぼす帯筋形状の影響を示す。これ らの図および他の寸法の場合の比較にによれば、応 力 ひずみ曲線の下降域の形状は、ほぽ横拘束力の n u v n u n u n U 0 5 1 b R C B ¥ 甘 星 田 町 同 医 師

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大きい願に、すなわち盟、臣、園、口およびロタイ プの帯筋形状の煩に延性的な変形挙動を示している。 ただし、その靭性改善効果は供試体寸法が大きくな るにつれて徐々に減少する。 4。 結論 一軸圧縮を受けるR C柱の応力一ひずみ関係の寸 法効果と帯筋形状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。

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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。その寸法効果は、帯筋 形状によって異なり、 lまiぎ横拘束力の大きい煩に、 すなわち盟、困、図、口およひ口の願に圧縮強度の 寸法効果が顕著である。とくに、圏タイプの形状の ものは、ピッチS=b/4で供試体寸法 b=25.0c田のもの では、 9.7cmのものに比べて平均で約 18%低下した {図- 4 (b) )。 (2) R C柱の最大応力時のひずみ (εm )は、供 試体寸法が大きくなるにつれて減少する。その寸法 効果は、帯筋形状によって異なり、 S=b/4の場合、 b =25c皿の供試体の εm の値は、 9.7c皿のものに比べて

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