【
論 文】
UDC :69.
022 :699.
841 :699.
887.
3 日本 建 築 学 会 構 造系 論 文 報 告 集 第 371 号・
昭 和 62 年 1月原 子 炉 建 屋 立
体耐
震 壁
の
復
元 力
特
性
に
関
す
る
研
究
(
そ
の1
)
τ〜
γ
関 係
ス
ケ
ル
ト
ンカ
ー
ブ
の
検 討
正 会 員稲
田 泰 夫
*1.
ま え が き原
子炉 建 屋
のよ り合
理 的
な耐 震 設 計 を行 う
た め に は,
建 屋
の弾 塑 性 域
に わ た る性状
を把
握
す る必 要
がある。
し か し,原
子炉 建
屋 は 通常
の建 築 物
と比
べ,
壁 厚
,鉄 筋 比
が と も
に大
き く, ま た立体的
な壁 式
の構 造 物
であ
り,
そ の弾 塑 性 性 状
は一
般 建
築物
を対象
とし た柱
,
は り, あ る い は耐 震 壁
等
の実験
デー
タ か ら類 推 す
る こと
は な か な か困難
であ
る。 このよ う
な背 景
から
,
こ こ十
年位
の間
に原
子炉 建 屋 を
対 象
と し た模 型 実 験
が各 研 究 機
関でか な り行
わ れ るよ うになっ てき た。実 験 的
アプロー
チは,プ
ロト
タイ プ
の性状
を確 認
す る という観 点
か ら は有
効
な手
段
であ
る。
し か し一
般的
な性状
を論
じ る立 場
か ら は,
繰
り返
し数
が通常
1
であ る た め実 験 値
の ばらつ きが評価 昏
き な い こと
, ま た構 造
要 因
を幅 広
くかつ均
一
に分 布
さ せ ること が 費 用
の面
か ら も 困難
である こと,
などの問 題点
が あ る。一
方
,非
線
形FEM
解 析
な どの解 析 的
アブ
ロー
チ は,
実 験
結 果
を
ト レー
スす ることに主 眼
がお
か れ て お り,一
般 的
な性 状 を
論
じ る よ う な用
い方
は され て はい ない。
本論
の目
的
は,
原 子 炉 建 屋 を 対 象
と し た模
型
実
験
デー
タを
可 能
な限
り収 集
・
分 析 し
,
その荷 重
変
形 関
係
を ト レー
ス で き る よ う なモ デルを作 成
す ること に あ る。地 震
時
の水 平
力 と水 平 変 形
の関 係
は,包
絡線 (
ス ケル トンカー
ブ
〉
と そ の上
に頂
点
を置
くルー
プ
と
に よ りモ デル化
す る のが
一
般
的
で あ り,
本 論
でも
こ れ に従
っ てい る。
ス ケル トン カー
ブの検
討 過程
で は,
先
に述
べ た模
型
実 験
の問題
点
に対 応
す るべ く,
非 線 形
FEM
解 析 を
パ ラ メ ト リッ ク に実 施
し,
その結
果
を定
量的
に検 討
し てモ デル作
成の一
助
と し た。
原 子 炉 建 屋
の動 的 応
答 計 算
は,
通 常 質 点
系
モ デ ル によ
っ て行
わ れ,
各
層
の バネ
定
数
は せ ん断 変
形 と曲
げ変 形
とを考 慮
し て求
め ら れ る。 せ ん断 変 形
は せ ん断
応
力 度
(
τ)と
せ ん断
ひず
み度 (
γ)
との閧
係
によ
り,
曲 げ
変形
は モー
メ ント (
M
)と曲 率
(
φ
}
との関
係
に より定
め られ る。
し た がっ て本
論
の最 終
目標
は,
τ〜
γ関 係 お よ びM
一
φ
関係
の適
切
なモ デル化
であ
る。 本 論文
は既 発 表 文 献26ト31)を加 筆修 正 し た もの であ る。
8 清水 建 設 (株 )技 術 研 究所
主
席
研究
員 {昭和61年5月 9 日原稿 受理 }本 報 告
で は,水平変形
の中
で比
率
の高
いせん断 変 形
に注 目
し, その スケル トンカー
ブ
に対
す る検 討 経 過
, スケ
ル トン カー
ブ算 定 式
,
および実 験
結
果
との比 較 検 討 結 果
を示
す。
な お,
その他
の変 形 成 分
につ いての検討結
果
,お よ び
ルー
プ
に対
す
る検
討 結 果 は
,次 報 以
降
で述
べ る。2.
模
型試 験 体
に よ る水 平 加
力実験
以 下
に示
す実 験
は昭和
54 年
か ら55
年
に行
わ れ たも
の であ
る。実験 結
果
の詳 細
は既 発 表
論文
蚓・
2の に譲
り,
こ こ で は 主 に変 形
の分 離 方 法
お よ び その結 果
につ い て述
べ る。2−1
試
験 体
試 験 体
は図
一
1
に示
すBWR
型
建
屋
をプ
ロトタ イ
プ
と
し, その主 要 耐 震 壁
であ
る外
部
ボ
ッ クス壁
(
OW
)
,
内
部
ボ
ックス壁
(
IW
)
,
およ び 内 側
の円 筒
・
円 錐 台 型
の遮
蔽 壁
(
sw
》
を各
々採
り出
し,約 1/30
に縮 小 し
,図
一
2
の よ う な形
状
と し た。2−2
変
形
の測 定 方 法
IW
試験 体
を例
に と り,変形
の測定 方
法 を 示 す
。
な お
この方
法
は,
後
に示
す他
の研究 者
に よ る測 定 方 法 と基 本
的
に は同
一
で あ る。
水 平 変 形
は,
全
体 変
形 (
ecrT)
,
曲 げ
変
形 (
eδre
)
,
およ
びせ ん断変
形 (
eδs)
であ
り,各
々以
下
の方
法
によ り求 め
る。
eδT:
加
力
ス ラブ中 央 高
さ4
隅
水
平
変
形 平 均 値
。δB :
図
一
3
の曲 率 測
定値
か ら式
(1
>
で求
め る。
。δ,:。δT
と
eδBと
の差
と し て式 (
2
)
で求
める。
eδs
=
Σ](
ip
‘DXlDH
‘)
……
…………・
…・
・
…
…・
(
1
)
eが5= eδr
−
eaB・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
2
)
ここに
,
i
:ウ
ェ ブ鉛 直方
向
の測定
区 間
DX
‘:測 定 区 間
i
の高
さDll
,:変 形
算 定位置
か らi
区 間 中 央
レベ ルま
での
距 離
この ほ か に
,
通 常
の構 造 実 験
で行
わ れる ウェ ブ対 角 方
向 変 位
に よ る せ ん断 変 形
eδSbも測 定
し た。eδSD
=
1
(
L
十h
り/
Li
(
δ卵一
δbL
)
/〔
2
Vi
「
)
・
…・
・
…・
・
(
3
)
こ こ に,
L ,
ll
:対 角 方 向 変 位
の水 平 方 向
およ
び鉛 直 方 向
の 測
定 区 間 長
さδ。R,δ
bL
:対
角
方
向
変位 測 定 値
[ 〕
〔
]
口
.
匸]
口
匸]
口
匸]
匚
匚
7
[コ ロ
[ コ
ロロ
口
匚
口 [
=]
口 [ ]
図一
1
原 子 炉 建 屋 プロ トタ イ ブ
(
BWR
Mark
皿改 )
既
発表論
文
で示
し た よう
に eδB と eδSD との和
は。δTに ほ ぼ等
しく
,上 記
の測 定 精 度
が良
好
で ある ことが分
か っ た。
ま
た,各 床
レ ベ ル での傾斜計
に よ る測 定 結 果
は,・
曲
率
の加
算
による回 転 角
と良
く一
致 して い た。
し か し。
δ,。 は,平 石 が指 摘 す
るよ う
に 1噛
げ変 形成
分
が大
き い ほど過 大 評 価
にな る という欠
点
が あ り,
し た がっ て以 下
で は せん断変
形
とし て 。δ, を用
い た。
2
−
3
各 変形 成 分
の傾 向
以 上
のよ う
に して求
め た各 変形
成 分
の初
期 剛 性 を計 算
値
と比
較
し,以 下
の所 見
を得
た。
1
)
せん 断 初 期 剛 性
は,
コ ン ク リー
トの ヤン グ係 数
。
E
およ
び ボ ア ソン比
レ(
いず
れ も材
料
試 験 値 )
から
求
め たせん断 弾 性 係 数
cG と良
く一
致
し た。
2
)
曲 げ初 期 剛 性
は,
鉄 筋
を考 慮
し た断 面
二次
モー
メン ト
Ie
お よび
コ ン クリ
ー
トの ヤング
係 数
cEを用
いた
計算値
よ りも低
い値
と なっ た。3
)
図
一4
に は多 層 試 験 体
で あ るIW
の1
層
の高
さ方
向
の弾性 域
にお け
る曲 率 分
布
を示
し た。
脚
部
の曲 率
が
他
と 比べ て非 常
に大
き く,
これ が 上記
の差 異の原
因
と思
わ れる。
脚 部
の測
定値
を除
き,残
りの部 分
での
曲 率
によ
る曲 げ初 期 剛
性
を
計算値
と比
べ ると
, ほぼ
一
致
する こと が分
かっ た。
4
) 脚部
の曲 率 が 大 き
く な る理
由
は,鉄
筋
のアンカー
部
か らの伸
び出
しに よ る回
転変
形
が あ る た めと考
えら れ, こ れ につ い ては
続 報
で さ ら に検 討
す る。
な お
FEM
解 析
によ
る数 値 実 験
の 場 合 に は, ウェ ブP
樹
磯
当
△DiL
十 △D
響
ごRφ
、= 甓II
↓
1
9o
o6
1壷
SIabo
II
1
⇔
oロ
o
1
1
1o
o
1ゆ
.
oロ
卩
‘「
=
250S 亅abl し冨
8 t=
5.
3一
(a ) 変 位 計取付 位
置 図一
3
L ・DXi
〔
b
) 曲 率の算定法
曲 率の測 定 方 法32
t −=
IG2 〔Unitl
cm ) o , o
・
罰
e P 2 掣.
5P ’呂
岡
P一
隹コ
6t 「6.
lo64 o i5F碧
Ba5e(
a)
OW
試 験 体(
b
)IW
試 験 体(c)
SW
試 験体
図
一2
1
/30
縮小模型試験体
の形 状 と水 平 力作 用位置
2F.
1 1FO
1
2
3
4
.
〔X1。・1扁
図一
41W
試 験 体 1層の弾 性 域での曲 率分布 実 測 値 の同
一
レベ ル要素
の鉛 直 方 向 変 位
の近 似 直 線
か ら求
ま る回
転 角
の差 と
し て曲 率 φ
‘を求 め
た。3.
検 討対象
こ こ
十 年
位
の間
に,原子
炉 建 屋
を対 象
とし た模
型実 験
が か な り行
わ れ る よ うに なっ て はき
たも
の の,
本 論
で検
討
し よ う と し てい る よ うに,
水 平 変 形
を分 離 測定
し た結
果
が公
表
され て い る論 文
は少
な
かっ た。 この現状
を 踏 ま えて,
既
発
表論
文
29,・
3°} では非 線 形
FEM
解 析
によ る数
値
実
験 を 実施
し, その結 果
と既
往
の デー
タ を合
わ せ検 討
し てスケル トン カー
プの設 定 式
を提 案
して き た。
幸
い に し て,
(
財 )
原
子
力 工 学 試 験
センター
で実
施
さ れ た25
体
の 試 験 デー
タ が 公表
され た3),
4}の で,
東 京大 学
が実
施
し た7
体
の試 験
デー
タ2, , およ
び筆 者 等
に よ る2
体
の試 験
デー
タen)を 合
わ せ て,
本 報 告
では加 力
実 験
デー
タ に基
づ き,
これ ま で提 案
して き た設 定 式
を再
検 討
す るこ と と し た。
、
表
一
1
に は検 討 対 象
と し た水
平
加 力 実 験
の試 験 体 を示
し,
表
一
2
には その構 造 要 因
の分 布 を示
した。 ま た,表
一3
に は, 非線
形FEM
解 析
に よ る数
値 実験
の試 験 体 を
示
し た。
解 析 プ
ロ グラ ム は,
藤 田 等
に よ り開
発 され たも
の5蹙
,筆 者 等
が部 分
的
に修
正
し たも
の であ
り,
その詳
細
は既 発 表 論 文
ts]で述
べ た の で こ こ で は割 愛
す る。
数 値実
験 試 験 体
の パ ラ メー
タ は,
結 果
の分散
分析
が可 能
なよ うに計 画
さ れて い る。文 献
6
)等
に よ る と,実 機
で の シ ア ス パ ン比 は,箱 型
壁
で0.
3
〜1.
2
.
円筒 壁
で0
.
6
〜
1
.
2
である。
図
一
5
に は,数 値
実験
の場 合
の全 体 変 形 (
.δ。)
に対
す る曲 げ
変形 (
NOF)
の比
率
を示
し た。
M
/
QD
が小
さい場 合 に は,
曲
げ変 形
衷一
1
r
〜
γ関 係スケル トンカー
ブ検 討 用デー
タ 文 献 No.
試 験 体 形 状 試 験 体 数 特 記 事 項 26
箱 型 21 体は δT ≒ δ8と し た 2 箱 型 円 筒 521 体 は 対 角 方 向 加 力 34 箱 型 円 筒 円 錐 台 八角 形 8539 1体は対 角 方 向 加 力 2体 は 厚 壁,
その内1
体 は 貫 通 孔有 り 合 計 試 験 体 数 34 注 }以 下で試 験 体 形状を分 類 し「箱 型壁 」 と 言 う 時は.
箱 型 壁の対角 加力の も のは 除い た
,
文献26のうち の 1体 は,
M /QD
=
O.
24と小 さいた め,
水 平 変 形 を 全てせん断 変形 と 見 な し た表
一
2
検討対象試験体
の構造要
因分布
構 造 要 因 範 囲 試 験 体 数 箱 型 壁 左 記 以 外 合 計 0.
4 ≧ 30
3 0.
6 ≧ 06
6 M /QD0
.
8 ≧ 5 16
1.
0 ≧ 0 11 111
.
2
≧ 5 3 8200
≧ 1 1 2 Fc240 ≧1
5 6 (k騒/c旧
2)280 ≧9
11
20 300 ≧ 24
6 0.
8 ≧ 3 36
L2 ≧7
1 8 Pv1.
6 ≧ 3 12 15 (%) 2.
D ≧ 0 33
2.
0 く 0 2 2 5σ,
4000> 13 1932
(kg/c畍2} 4000 ≦ O2
2 注 )Pv :縦 方向 鉄 筋 比.
な お 今 回 対 象と し た 試 験体 で は横 方 向 鉄 筋 比は 砥 ぽPv に 等 し かっ たの で省 略 し た 表
一
3
数 値 実 験 試 験 体の一
覧 Ps σo M〆曵o 0.
81.
21.
6FEM 要 素 数 0SO 呂00Sl200S1600 0.
4 (S シ リー
.
ズ 〉 20SO820s1220Sl620ll2 0m800 鬮1200Ml600
0、
8 (M
シ リ.
一
ズ } 20MO82DMl220 岡1620 且44 oLO800L120DLl600 1.
2 (L シ リ.
一
ズ } 20LO820Ll220L1620192 試 験 体 形 状 材 料 コ ン ク リー
ト Fc」
240kg/c跚2,
cE弓
2.
3x105kg/cm2 Fじ 18.
6kg/cm2,
レ
・
1/6 鉄 筋 σy壽
3500kg/cm2,
sE=
2.
1x10』
kg/c皿2 単 位 ;鉄筋 比 Ps {% }軸 応 力 度σ
.
。
(kg 〆crn2) 祓 諭 0 0.
5 100 200 図一
5
数 値 実 験にお け る曲げ
変
形比率の推 移 例 の比
率
が小
さ い,
すな わ ち変
形の大部 分
が せ ん断変 形
で あ るこ と が分
か る。
本 論
で は以 上
のよ う な現 状
か ら,
せ ん断 変
形
に関 す
る検 討 を よ
り重 視
して い る。
実験
より得
られた せ ん断 変 形
eδsを,
加 力
ス ラブ等
の剛 性
の高
い部 分 を 除
い た ク リ アー
高
さで除 し た も
のを
せ ん断
ひず
み度
γ,ま
た その層
に作
用
し て い る せん断 力
Q
を
ウェブ 断 面 積 (
円筒
あ るいは 八角 形 筒 体 壁
の場
合
は全
断 面 積
の半 分
)
で除
したも
のを
せ ん断 応 力度
rと
し た。
以 上
で定 義
さ れ た τ〜
γ関 係
スケ
ルト
ン カー
ブ
を定
量的
に検 討
するた めに,実
験 より得
ら れ た包
絡 点
を既 発
表
論 文
Z8}・
29, で示
し た一
種
の統 計
的 手 法
によ
っ て複 数
本
の直
線
で近 似 した
。図
一6
に は,
表
一
4
に示
す記 号
に従
い試
験体
の形 状 別
の最 大 荷 重
時 せ ん断
ひずみ度
を
示
し た。 こ れ よ り,
箱 型 断 面 壁
が ほ ぽ γ=
(
4
〜
6
)
×10
−
3で終 局
に達
す
るの に対 し
, そ れ以
外
の形
状
で は上 記
め
γ以降
も変
形
が伸
び,
γ=
(
6
− 13
)
×10
−
3 に達
し て い ること が分
か る。 し た がっ て.箱
型断 面 壁
の τ〜
γ関 係
は3
折
れ線
で,
そ れ以 外
の形 状
では4 折
れ線
で近 似
す ること と し た。
図
一
7
に は加 力 実 験
で得
ら れ た包 絡 点 と
その近似 直線
の例 を 示
し た。
同様
な手 法
によ
り加 力 実 験
デー
タ34
体
と数 値 実 験
デー
タ18
体
を直線 近 似
し, その各
折
れ点
お よ 表一
4
実験
デー
タプロ ット図 記号 説 明 試 験 体 形 状 軸 力 無 軸 力 有 PS力 有 箱型 断面口
■
.
同上対角 加 力一 鹵
円筒 壁○
●
●
漏 円 錐 台 壁△
▲
八角 形 筒 体 壁一
同 上 厚 肉 壁皇
【型 壁 H 廟 デー
タ 種類 加 力 実 験 デー
タ LT 数 値 実験 デー
タ NT 同 上アロ ッ ト省 曠 NTN 全 デー
タ TD 平 均 値 X 標 準 偏差一
L」
.
≠V デー
一
タ数一「
齟
n一
次 回 帰 式匿
Y=
aX 十 b 同上相 関 係 数 r1
eγ
max (XlO−
3 ) 」T口 ■ ○亀
△8LT
備 型壁以外) Xl4、
97 万 ;1.
0! K : 11 乂 ;9.
16 ノマ;3,
16n ; 田 LT+M 口 ■ K ;4.
46 π o.
99n ; 29 NT・
聯
.
口 Yi5,
9−
2」X r=
0.
86 ○ 口O
o
O
目
■ ◎5
▲弔
’
〜ト
ロ M/QD
80
60
4
2
0
.
5
1
.
0
図
一6
最 大
荷重時
のせ ん断ひずみ度 実 験値
τ(
ノa・t)
B1
− 5
欝
ぞ
緬
γ(
X10
−
3)
2
4
6
8
10
図一
7
τ一
γ関 係 包絡 点 実 験値
と そ の直線
近 似の例 表一
5
(
1
)
加 力 実 験デー
タの折れ線 近似 結 果一
覧 旃 且 折点 第 2 折 点 第 3 折 点 量 大 点 試 験 体 名 γ匸
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一
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5 注 }一
一
一
最 大 荷重 までの デー
タ がない もの、
X
第1斫れ点の せ ん 断 応 力度 が 非 需に低いもの專
第2剛 性 と 策3刷性 と の 羞 が 殆 ど 無 く.
交 点 の 億 の 信轍 性 が 低いもの び 最 大 点の τ と γを表
一
5
に示
し た。
ただ し,
変
形を
分離
し た デー
タが最 大 荷 重
までない もの』
(
B −
6
,B
−
10
,
B −
10D )
で は折
れ線
の数 を
1
つ減
じ た 。さ ら
に これ ら の試 験 体
は,
曲 げ破 壊 的
な性 状
を 呈 していた た め,最 大
表一
5
(2) 数 値 実 験デー
タの折れ線近似結 果一
覧 第 1 折 点 第 2 折 点 軍 3 折 点 最 大 点 試 験 体 名』
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