【論 文
l
UDC ：624
．
012．
45 ：531．
224日本 建 築 学 会 構 造系論文 報告集 第41e号
・
1990年 4 月Journal of Struct
．
Constr．
Engng，
AIJ，
No．
410，
Apiil，
1990鉄 筋
コ ンク
リ
ー
ト
造
柱
の
曲
げ
降伏 後
の
限 界 変 形
に
関
す
る
研 究
（
その1
＞
柱
の中心 圧縮 実験
，
純 曲
げ実験
お よ び曲
げ せ ん断実 験
とそ の相 関
DEFORMATION
CAPACITY
BEYOND
FLEXURAL
YIELDING
OF
REINFORCED
CONCRETE
COLUMNS
（
part
1
）
Compression
Tests
，
Bending
Tests
andShear
Bending
Tests
ofColumns
，
andtheir
Correlation
平
石
久 贋
＊ ，稲 井 栄
一
＊ ＊ ，板
倉 康 久
＊ ＊＊ t高
崎 哲
哉
＊ ＊ ＊ ＊，
石 渡 康 弘
＊＊ ＊＊ ＊ ，川 島 俊
一
＊ ＊＊ ＊ ＊ ＊ ，勅
使
川原
正臣
＊＊ ＊＊ ＊ ＊ ＊HiSahir
・HIRAISffl
，
E
痂 ゴ五
Yasuhisa
ITAKURA
，
Tetsuya
TAKASAKI
，Yasuhiro
ISHIWA
TA
，
ToshikaZU
KA
WASHIMA
andMasaomi
TESHIGA
WARA
The
au土hors
have
aiready proposed the concept of‘
‘
Stable
Limit”
on thedeformation
capacityof columns in seismic
design，
from
the viewpoint of energy absorption in columns，
andhave
alsopresented the methods
for
evaluat 血g山e strains，
curvature，
a皿d
deformation
at the stablehmit．
In order to verify the
‘
‘
Stable
Limit”
concept and the adequacy of the proposed method of eva．
luation
，
compression tests，
bending
tests，
and shearbending
tests of columns were conducted．
The
following
findings
canbe
drawn
from
these tests and theirinvestigation
，
1） Three moment versus curvature relations adequately correspond to each others ；one of them
is
givenby
the analysis of the critical section using the stress versus strain relati 〔｝n of thecompressiQn test
，
the other two aredirec
しly
obtainedfrom
thebending
test and the shear
bending
test，
respectively．
2）
In case of low axial stress
，
the columns under cycliclateral
loading
are considered tobe−
have
almost same as the columns under monoto 翼icloading
；thedeformation
capacity of thecolumns corresponds to the
defomation
at the stablelimit
，
and the proposed method of eva−
luation
is sufficiently accurate．
3）
However
，
in
the case ofhigh
axial stress，
the cycl 重cloading
history greatly a∬ects thede．
formation
capacity of the co ［umns ， and theproposed
methQd Qf evaluatiQn can not adequatelypredict the
deformation
capacity．
The
detailed
verification of 重he method of evaluating the strains，
etc．
at the stableLimit
，
a method of evaluating thedeformation
capacity of the cQlumns underhigh
axial stresslevel
，
and areasonable
design
methodfor
confinemenhn columns wHlbe
reported in the near future．
Keucvords ：Goiumn
，
（加砒 ’θα跏9，
Stable
伽 it，
（〕碗finement
，
！IXi’
al stresslevel
＊ 建設 省 建 築 研 究 所 構 造 研 究 室長・
工博 Ii （株 ）間組 技 術研究所 研 究 員・
工 修 脚 零 （株 ｝松 村 組技術 研 究 部＊i＊ ＊ 五洋 建 設（株 ）技
黹
研 究 所主 任 研 究 員 ＊ll＊＊ 鉄 建 建設（株 ｝技 術 本部 研究員 ＃ ＃ 1＊ 建設 省 建 築 研 究 所 研 究 員 ＊i＊ ＃ ＃ 建設 省 建 築 研究 所 主任 研 究 員
・
工博Head of Structure Division
，
Bu註ding Research Institute，
Ministry of
Construction
．
，
Dr．
Eng．
Resealch Engineeτ
，
Technical Research Institute，
HazamaCorporation
．
Matsumura
・
Guml Co．
，
Ltd．
SeniQr
Research
Engineer，
Penta・
Ocean Construct重on Co．
，
Ltd．
Research Engineer
，
Tekken ConstructiQn CQ．
，Ltd
．
Research Engineer
，
B．
R」．
M．
0．
C．
Senめr Research Engineer
，
B．
R．
1．
M．
0．
C．
，
Dr．
Eng．
一 27 一
§
1．
序 建 物 全体の曲 げ降 伏 機 構に より地 震 時の入力エ ネル ギー
の消費を 意 図す る鉄 筋コ ンクリー
ト造建 築物の1
階 の 柱で は，
所定の変 形 性 能と軸 力 負担が要 求さ れ る た め，
コ ア断 面内の コ ン ク リー
トの拘 束 も配 慮し た横 補 強筋が 配さ れ るこ と が一
般 的に なっ て きて いる。 しか し な が ら 現 状では，
要求され る変形 性 能と負 担 軸 力に見 合っ た横 補 強 筋の定量的な構造 設 計 手 法が提 案さ れ る まで には 至っ て いない。
一
方，
鉄 筋コ ン ク リー
ト造柱の曲げ降 伏 後の挙 動を 推 定 する 上で，
曲げ降伏後柱 端 部に形 成されるヒ ンジ領 域 に おける拘束コンク リー
トと主 筋の材 料 特 性に基づ く断 面の曲 げ解 析が有 効な手段に な る こ と は， 多く の研 究 者 に より指 摘さ れてい る。Park
らは， 大 変 形 領 域の挙 動 に関す る研究にもこれを応 用し，
主に，
コ ア断 面 内のコ ン クリー
トを拘 束 する横補強筋の破 断に起 因する変形の 限 界に着 目 した研 究亅）・
Z）を行っ てい る。
著 者ら も ， 断 面 の曲げ解 析の有 効 性に薺 目し，
曲 げ 降 伏 後の変 形の 限 界 と し て， 拘 束コ ンク リー
トの材 料特性と負担軸力に基づ く “ 安 定 限 界”
を提 案し，
安 定 限 界時に お け る各種ひず み，
曲 率 等の算 定 法を示し て いるS）。
本研 究では， 提 案し た算 定 法の妥 当 性を検証す る た め に， 同
一
一
材 料 を用いた同一
断 面 形状の中心 圧縮 実験， 純 曲 げ実 験お よ び曲げせん断 実 験に供す る柱試 験体を同 時 に製 作し， そ れ らの実 験 を行っ た。 検 討の結果， 繰返 し 載 荷の影 響が少ない柱に対しては，
提案し た安定限 界の 有 意 性お よ びそ の評 価 方 法が妥当で あ ること が明ら かに なっ た。
ただし， 軸 力 が 大 きい柱では，
繰 返しの載荷履 歴 が限 界 変 形に及ぼ す影 響が大き く，
提 案 し た評 価方法 で は，
限 界変形 を推 定で き な い こと も明ら か になっ た。
本報 （その 1｝では， 実 験 概 要および結 果の 詳 細を 述 べる と と もに，
安 定限界の 存 在 を 示 す。 ま た，
中心 圧縮 実験 か ら得られ た拘 束コ ン ク リー
トの材料 特性に基づ い た Fiberモ デ ル によ る断 面の 曲 げ解 析 結 果，
純 曲げ実 験 の結 果お よ び曲げせん断 実 験の結 果を比較 し，
柱の純圧縮性 状， 純曲 げ性 状および曲 げせ ん断性 状の相関性の検 討 を行う。
な お （その 2 ）で は，
繰 返 し載 荷の影響 が少ない柱に対 し，
提 案した安 定 限 界の有 意 性お よびその算 定 法の妥 当 性の検証を行 うと ともに，
繰 返し載荷の影 響が大きい柱 に対する限 界 変 形の算定 法 を提 案する。
さS6p6H40 らに
，
柱に要求さ れ る変形 性 能 と負 担 軸 力 に基づ い た柱の構 造 設 計 手法の提 案 を 行 う。
なお， 本研究で は， 高 強 度の 材 料 （コ ン ク リー
トの シ リン ダー
圧 縮 強 度 σB＝
344kg
／cmz お よ び 520kg
／cm2，
主 筋の降 伏 強 度 σy＝
6710kg
／cm2 ， 横 補 強 筋の 降 伏 強 度 w σ。＝
le 152kg
／cmz ）を 用いて お り，
高 強 度 鉄 筋コ ンクリー
ト造 柱の耐 震性能に 関 す る基 礎 的な検 討 を 行うこと も目 的の一
．
つ に してい るD §2．
実験計画 2．
1 試 験 体お よ び 設定 軸 力A
） 曲 げせ ん断 実 験試験体表
一
1に，
曲げ せ ん断実 験の試 験 体の一
覧を示す。 試 験 体の 形 状 （断 面 ：250mm ×250 mm，
内 法ス パ ン ：1250mm
）はすべ て 同一
で ある。
試 験 体S4P6H50，
S6P6H50 ．
S6P6H40 ，
S6P4H40 −
50にお け る変 動 因子は コ ン ク リー
ト強 度 〔設計 基 準 強 度F、＝
400kg ／ cm2 （σ B；
344kg
／cm2 ）お よ び600 kg／cm2 （σ8；
520kg
／ cmZ ）〕，
横 補 強 筋 （ス パ イラ ル筋）の間 隔 （D6 −
＠40
ま た は D6−
＠55）お よ び 設 定 軸 力 （N＝
100 ton また は125ton
）であり，
主 筋 強 度，
主筋 量は同一
で ある。
た だし高強 度 鉄 筋を主 筋に用い た試 験 体 （S6P6H40
）と の比較の た め， Ptσy （Pt
：引 張鉄 筋 比〉の値が ほ ぼ同じ に な る よ う に 普 通 強 度 の 鉄 筋 を 用 い た 試 験 体 （S6P6L40
） を一
体 加え た。 各 試 験 体の設 定 軸 力を，
後述の柱の 中心圧 縮 実 験 （1シ リー
ズ｝から得ら れ た柱コ ア断面 内の拘 束コ ン ク リー
ト の最 大 軸 耐 力 （f2
）と，
コア断面 （218 mm ×218mm ）に よっ て規 準 化す ると，
0．
42fl
〜
O．
54漁 程 度の軸 応 力と な る。
また，一
般 的な軸 力比 〔ηt・
N
／（bD
σ B＞〕で表せ ば， η の値は，
O．
31− O．
47 程度で あ る （表一
1参 照）。
なお，
試 験体S6P4H40 −
50は，
部 材角R
＝ ±1／50 rad．
の 3 サイクル以 降，
設 定 軸 力を100ton か ら125 ton に切換 え た。
各 試 験 体の名 称とパ ラ メー
タの関 係は，
表一1
の 下 段を参照 され た い。
表一
1 曲げせ ん断 実 験 試験 体．
．
一
覧 設 定軸 応力 馳 ／ り 横補 強 筋 ス パイ ラル 驪 σ団
1レ o ！ つ f匸
卩
z， α8／鰤2） 軸力N （しoゆ コ ア断面 全断面 圭 筋 S4剛50 鍬 謝 100211．
陳 ’1162 （O．
47σ．
｝ S6刪50 4911 窃 261（0．
54虻〜） 1盤．
詔σ 囚〕 時 ＠40P ，0．
6覗 珊 0 491100212 （0．
43f♂｝ 1δ1（D．
31σ」 4−
Dl3 P唱
・
0．
4且冤 σ广6，
71倣畝c躪2 瓣4H403炉一
黝 5船 馴〕1loolゐ 210．
42f‘） 細 （0．
53匠こ｝ 151．
31σH） 1銘 （0．
認び 露） D6−
＠55P ／0．
46％ 刪 o 491loo2 上2（O．
43f〜） 161（O．
31σ囗
〕 8−
D13 pも・
O．
81Z σ戸3溺0 ／zD6
−
＠40P ，0．
64X 共通享項・
断面 形状‘柱幅 〔b ） x 柱せい （D）F2 沁鵬x踟 m・
シアスパ ン比：彫 （OD）戸
2．
5，
内法ス パン長 さ：1撫・
横 補強筋の降伏応 力度：”
σ7＝
10，
152 ／ 1 1）コア供 試体圧 縮 強度 2） 中心 圧繍 （シリー
ズ1〕の最 大軸耐力3）S6P4嗣0
−
5Gに おいて は、
部 材角R＝
±1／50rad．
の3サイ クル目以 降に軸 力を1COt−・
1aStに変更S ：曲げせ ん断 実 験
6 ：幽 予基 準強度 Fc
冨
∈α工 ！omZ 〔d巳．
5X）kg／ つ4 ；醤t基準 ｛W度Fc
≡
4COkgXont（σ 臨．
SWWon2）P6 ：横補強筋比 PeO
．
64X P 4；横禧強筋比 PfO．
4ax H ：主筋に高強度鉄筋 （σy昌
6幽
710 ／cml）を使用L ：主筋に普通鉄 筋 （σf3
，
31PtcstcmDを使用40：軸応力≒0
．
4fc’
（コア断 面で｛kY）503 軸 応 力≒0
．
5f，
J
（コア断面で換算）28
一
熱 2 試 験 体 各 種 耐 カ
ー
覧 試験 体 名Q
皿u Qsu1 Qsu21Qsu22 S4P6H50 16．
2 22．
51．
391 34．
4 ｛2．
12｝ 25．
5 【157 S6P6H50 20．
8 25．
．
91 25 42．
712、
05｝ 30．
21151 S6P6H40 19．
3 24．
24．
01 ｝ 42．
7 【2．
21［ 30．
2 【1561 S6P4H40−
5019．
322．
4，
24，
3 11．
16，
1．
2632．
6 〔1．
69121 に．
．
127｝ S6P6L40 19．
3 21．
4 〔1．
11｝ 32，
61．
69｝ 21．
7 ほ．
12 括 弧 内はQロu に対 する比 Q囗uQSttlQsu21 ： Qsu22： （単 位 ：ton） ：引 用 文献4｝の 〔付2e．
43】式に よ る曲 げ 耐 力 時 せん断 力 ：引 用 文 献5｝の修正荒 川nean 式に よるせ ん 断 耐力 引 用 文 献6）の A 法に よ る せ ん 断耐 力 （邵 材 角Rp＝
lflOO） 引 用 文 献6）の A注に よるせ ん断耐力 〔部 材 角Rp＝
1／50） （計 算では コ ン ク リー
ト強度 にコ ア 供 試体圧 縮強 度 を 用い た）一
L− ’
加 力方 向噛
A−
n断 面 S6rSlt40 S6P6闢50 S4P6H50 た だ し S6P41且40・
50
（スパ イラルB6＠55） 鉐P5凵O （主 筋8−
OI3） 各 試 験 体とも，
せん断 破壊に対して，
明確に曲 げ降 伏 が先行す る よ うに設 計 されて いる。 既 往の提案式によ る 曲げ耐力時せ ん断 力およ びせ ん 断 耐 力 を 表一2
に示 す。 曲げ耐 力 時の 平均 せ ん断 応 力 〔τu＝
Qmu
／（bD
）〕の値は，
ほ ぼ0，
06
σ8程度で あ る。
な お， 表一
2におい て修 正 荒 川式 は本実 験の材 料 強 度は適 用 範 囲 外では あ る が，
こ こ では 比較の た め材 料 強 度 をそ の ま ま用い た計算値を記し た。 試験体の配 筋詳細を 図一
1に示 す 。 B ）中心 圧縮 実験 試 験 体 中心 圧縮実 験 にお ける試 験 体の一
覧を表一
3．
に示す。
試 験 体は，
同一
の も のを2
体ずつ製 作し た （1 シリー
ズ 1体お よ び 2 シ リー
ズ1 体 ）。
な お，
コア断 面 内の拘 束 コ ンク リー
トの応 カー
ひずみ関係を得る た め に，
すべ て〜 7
加 力方向 踟登
s4田1駟 s6田1駒 S6P611dO 錫P4囮0−50
踟愚
図一
1 曲 げせん 断 実 験 試 験 体配筋詳 細 表一
3 中心 圧縮 実 験 試験 体一
覧 蹴 1シ1トズ2シ・
トズ コア供 試体圧縮強度 σ 廖 伽ノc・り 横 括 強 筋 （ス パ イラル〕 C4町 魄 無し 剛 職 跏 賂 ＠40 P炉0．
6硯 励 1 無し 職 謝 D6・
＠∞ P，0．
5α C6P41 42 時 觚 P／o．
娚 共通 事項・
コ ア断面形状；21E X21E・
試験体高さ：
珈・
圭筋及び かぶリコンク リー
ト無 し 1シリー
ズ：載 荷時の支持条 件 を 両端ピ ンと した。
2シリー
i：載荷 時の支時条件を両粥固定と した。
コア供拭体：φ100 x20Q C6P61穐
C ：中心抂 緬虞験 6 ：設計基準強Mu6cokofa：
（σs署
520 メ（の 4：
設 計 基 準強 度 Ft＝
4（XlkgXamZ（el＝
344kgfcmD PO ：横裙強筋無し，
P6：
梗補 強 海 比PrO．
6α P4 ；黼 獺 P“
O．
輒 1 ；1シ リー
ズ，
2：2シリー
ズ 山 N sspaAOB・
B断面 ▽ の試 験 体におい て， か ぶりコ ンク リー
トと 主 筋を除いた。 試験 体C4P61
（C4P62
），
C6P61
（C6P62
），
C6P41
（C6P42
） の断面 詳 細 （断 面形 状， コ ン ク リー
ト強 度 お よ び横補 強 筋 間 隔 ）は， 曲 げせ ん断実験 に お け る試 験 体S4P6H50
，S6P6H50
（S6P6H40
， S6P6L40 ），S6P4H40 −
50の主 筋 を 除くコ ア断 面詳 細と そ れ ぞ れ一
致 する。
さらに，
横 補 強 筋に よるコ ン ク リー
トの拘 束 効果を確認す る ため 横 補 強 筋 の 無 い 試 験 体 〔C4PO1
（C4PO2
），
C6PO1
（C6PO2
）〕を 加え た。 各 試験 体 の名 称とパ ラメー
タの関 係は，
表一
3の下 段 を 参 照 され たい。
試 験 体の高さは，500mm
〔2D
（D ：柱 せ い）に相 当〕で， 上下125mm 間は，
横 補 強 筋 を多 量 （ほ ぼ試験区 間の 2倍 ）に配 筋し， 中 央の長 さ250mm
〔D に相 当 〕の 領 域 を試験区 間と し た。 配 筋 詳 細 を 図一2
に 小 す。
C
） 純曲 げ実験試験 体 純 曲 げ実験に お け る試 験 体の一
覧 を表一
4に示す。
試験 体B4P6 −
50，
B6P6 −
50，
B6P6−
40，B6P4 −
40の 断 面 形 状，
コ ン§
▽ パ イラル−
∂40 ▲曲
ヨ
iiil
白
團
iiil
た だ し C6P41，
C6P42（スパ イ ラル D6＠55
） 図一
2 中心 圧 縮 実 験 試験体 配 筋 詳 細一
29
−一
表
一
4 純 曲げ実 験 試験 体一
覧 表一
5 中心圧 縮 実 験・
純 曲 げ実 験・
曲 げせ ん断 設定軸応力依幽ゴ ） 主 筋 横補強筋 実験の試験体の対 応 関係 蹴 び 8 D （kgん・：
） f〜2レ 依画 z ） 軸力N （ ） コア断 面 鯒 B4F6一
田 躍 謝 1002U （0．
54［〜｝162（O，
47σ 8） 中心圧縮実験 純 曲げ実
験 曲 げ せん断実験．
酬一
m 4911 器 ％瓦（o．
54ピ〜）19B．
認σ日
〕 06−
＠loめ
，，倣1
．
c6
脱一
S6P6L40
4・
Dl3 P唱
・
O．
41影 σ 广6、
710 価2 脚6−
4Q 491100212 （o．
43εの 161Φ．
31σの 日6P4一
跏 501100210 ω，
42ε。
’
）161（0．
31σの 05−
＠55nB6P6
−
40
S6
剛40
P 491 ！DO212 （0．
43f〜）161（o．
31σ6） 8−
Dl3 Pし
・
D．
81霜 σr3，
訂0 ！竃
06−
＠4D4踟 P炉o．
6覗B6P6
−
50
S6P6H50
αア41
〔獅42
B6P4−
40
S6P4
｝願0
−
50
共通事項・
断面形状；
柱幅 〔b ）x柱せい 〔D）＝
漁 mX 黝・
内法ス パ ン：C4P61
〔B4P6
−
50
躙 1）コ ア供試体圧縮強度 黔 中 心抂 縮 実 験 （シ リー
ズ1｝の最大軸耐力 3）ス パイ ラル筋冒
Ov＝
10、
152kgXcm2 4）E〕型フー
プ”
Cvt4，
（ ｛eみa：
B6P6−
40『
B ：纏曲」濮 験 6 ：雷殳計基韈 Fc宣
50Gkg／crat（σ 1＝
5a）ngノ 【） 4 ：vat基準搬 Fc
＝
400kgXen2（σ
■呂
3蜘 ノ う P6：
横補強筋比 PiO．
6俣 P．
4：検 補強筋比p“O．
4礪 40：軸応 力≒
O．
4f．
d〔コア断面で換 算） 50；軸応力≒0．
5f、
1（コア断面で換算）羇
一 加 力方 向mb
、．
D19廟
A−
A断 面 一 加 力方怐 表一
6 材料試 験 結 果 呼 び名 公A5称断面 穰 （α ロリ 降 伏 強度 σy 馳ノc購
つ 最大強度 σ。
．
．
α画 り 降伏ひずみ ε yoo ヤ ング孫数 E．
伽ノ つ 鉄 筋 D60．
認 10152匸
レ
U837o．
701｝ 2．
00×10506o
．
詑 鰤 5146O．
22L 田 xlo6 Ol3L 幻 研10 8523o．
鑢 1．
田 刈O昏 013L2 ア 認70 飆 0．
IBL 昭 刈05 靉 計 基単 強 度 F。（ 加 り 圧綿 強度 σ 8 〔 1り 躑 ひずみ 賄GΩ ヤ ング係数
跏
E、
嘸 ノQ鬮軍） コ， ン クリ 1 ト 400 別4．
o．
222，
98x105 脚 o．
臼5．
3．
册×105｛
琶
1）O．
％ 残 留ひ ずみ時 2）1招σ薗
時割線剛 生 3）コ ア供試体 麟葺
B6P6−
40 B6盻一
50 B4％−
50 た だ し B6P4・
イ0 （ス パ イ ラルD6＠55〕 PBTEST（フー
プ 畤 ＠40，
主筋8−
n13｝ 図一
3 純 曲げ実験 試 験 体 配 筋詳 細 B一
臼断面 ク リー
ト強 度，
横 補 強 筋 間 隔，
主筋量， お よ び設 定 軸 力 は，
曲 げせん断 実 験にお け る試 験体S4P6H50 ，
S6P6H50
，S6P6H40 ，
S6P4H40−
50 （ただし，
設 定 軸力 は部材 角R ＝
±1／50rad，
の2
サ イクルまで ）とそれ ぞ れ一
一
．
致 する。
曲 げせ ん断実験に お け る普 通 強 度の主 筋を 用い た試 験 体S6P6L40
に対 応する試 験 体は ない。
各 試 験 体の名 称とパ ラメー
タの関 係は，
表一
4の 下段 を参 照さ れ たい。
試 験 体PBTEST
は，
載 荷装置の正常な作 動 を確認 す る た めに製 作した試 験 体であ り，
横 補 強 筋に 普 通 強 度の フー
プ を，
主 筋に普 通 強度の鉄 筋 を用い て い る。
試 験 体の 内法ス パ ンは， 500mm 〔2 D （D ：柱せ い） に相 当〕で あ る。
代 表 的な配筋 詳 細を 図一3
に示す。
D） 試 験 体の対応関 係中心 圧縮実 験， 純 曲 げ実 験お よび曲げ せ ん断実 験に お σ（kg〆c
印
り 11 4QOO ’ ／”
”
”
「dS
D13 レー ！
．
．
．
．
．
．
一
・
一
・
．
齟
齟
”
齟
’
鹽
’
……’
層
’
一
”
面 0 1 3 5 6ε
〔％） 図一
4 鉄 筋の引張 試 験 結 果 い て，
コ アコ ン ク リー
トが同じ断 面 性 能を 有 する試 験 体 〔同一
コ ンク リー
トで，
かっ 同一
横 補 強 筋 〔種 別・
量 〉 を配し た試 験 体〕の対 応 関 係を表一
5に示す。
2．
2 使 用材料コ ンク リ
ー
ト は，
川 砂， 川 砂 利を用い た粗 骨材粒 径 10mm 以．
．
F
の普通 コ ン ク リー
ト であ る。
設計 基 準 強 度 （Fc
＞は， 400kg
／cmz と600 kg／cm2 で あ る。
鉄筋は， 主 筋にDl3
の高 強 度 鉄 筋 （σy＝
6 710kg
／cm2 ）お よびSD
30
相当のDl3
の 普 通 強 度 鉄 筋 （a．＝
・
3
370
kg
／cm2 ） を 用いた。
横補 強 筋に は，
高強 度スパ イラル筋 （D6 ：t、
ay＝
10152kg ／cm2 ）お よ びSD
35
相当の普 通 強 度の フー
プ 筋 （D6 ：way＝
4065kg
／cmZ ） を用い た。 コ ン クリー
トお よ び 鉄筋の 材 料試 験結果 を表一
6に，
鉄 筋の引張試 験より得た応 カー
ひずみ関 係 を 図一
4に示す。
な お，
高 強 度ス パ イラル筋は，
明 確な降 伏点を示さ な かっ た た め， 0．
2％ の残 留ひずみと な る応力 を降 伏 点と定 めた。 コ ン ク リー
トの シ リン ダー
強 度 σ e は，
中心 圧縮 実験，
純曲 げ 実 験お よび曲 げせん断 実 験の柱試験体と同時に かつ 同一・
条 件で製 作 し た 無 筋の角 柱 （寸 法は，
中心圧縮 実験 試一
30
一
験体と 同
一
一
より コ ア抜き し た コ ア供 試体 （直 径100
mm，
高さ200 mm の円 柱 ）の試 験結果で あ る。 コン ク リー
トの打 設は，
中心 圧縮 実験の試験 体お よ び コ ア抜き取り用角柱は縦 打ち，
純 曲げ実 験および曲 げせ ん断 実 験の試 験 体は横 打ち と し，
コ ンク リー
トの設 計 基 準 強 度 別に同 時に行っ た。
2，
3 加 力 方 法・
測 定 方 法A
） 中 心 圧 縮 実 験加 力は単 調 載 荷と し
，
1OOO
ton アム ス ラー
に より行っ た。
た だし， 1 シリー
ズの試験体で は両 端の支 持 条 件 を ピン支 持 と し，
2シリー
ズの試 験体で は支 持条 件を両 端 固 定とし た。
変 位の測 定は， 両シ リー
ズ と も，
主に，
試 験 区間であ る試 験 体 中 央 部の長さ250mm （柱せいD
に相 当 ）の領 域の鉛 直変 位 を電 気 式 変 位 計 （以下，
変 位 計と呼ぶ ）に よ り4面で計測し た。 この検長は，
曲 げせん 断 実 験にお け る ヒンジ領域の長 さ をD
（柱せい ） と 想 定し て定め た もの で あ る。
な お，
2シ リー
ズの試 験 体に おいて は， ワ イヤー
ス トレインゲー
ジ を辺 中 央 部お よび端 部の上面 の横 補強筋 中心線上に添付し，
横 補 強 筋のひずみを測 定 し た。
B
） 純 曲げ実験純 曲 げ実 験の加力装置を図
一
5に示 す。
加 力は，
2台 の鉛直ア ク チュ エー
ター
に より，
試 験 体 上部に回転角と一
定軸力を与え，
水 平ア クチュ エー
ター
によ り柱に せ ん 断 力が作用し ない よ うに し た。
載荷 履 歴は， 柱の内法ス パ ン （長 さ ：500皿m ）間の平 均 曲 率に よ り制御し，
平 図一5
純 曲 げ 実 験加 力装置 図一
6 曲 げせ ん断実験加 力 装 置 均 曲 率の値で， ±100， ±200
， ±400，
±600，
±800
（× IO’
51 ／cm ） を 載 荷サイクル の ピー
ク値の 目 標に し，
正 負 交 番繰返しの載荷を行っ た （加 力 方 向の正負は図一5
参 照〉。
変位の測定は，
主 筋 沿い に柱の 内 法スパ ン 500 mm に わ た り取り付け たパ イゲー
ジ （検長 ：125
mm ）・
に よ り行い，
鉛 直 方 向の伸 縮 量 を測 定し た （パ イゲー
ジ の取 付け位置は， ほ ぼ曲げ せ ん断 実 験と 同 じで あり，
図一8
を参考にさ れ たい ）。
また，PBTEST
を 除 く 全試 験 体において，
主筋および横 補 強 筋のひずみ を，
添 付した ワ イ ヤー
ス ト レインゲー
ジに より計 測し た。
な お，
横 補 強 筋の ワイヤー
ス トレインゲー
ジ の添 付位置は，
中心 圧 縮実験の試験 体と同様に辺 中 央 部お よび端部の上面の横 補強筋 中心線上であ る。C
） 曲げ せ ん断 実 験曲げ せ ん断 実 験の加 力 装 置 を図
一6
に示す。 載 荷 中は，
2
台の鉛直ア ク チュ エー
ター
に よ り，
逆対称変形お よ び一
定軸 力を保 持し ， 水 平ア ク チュ エー
ター
によ り押し を 正 とする正 負 交 番繰返し載荷を行っ た。 載 荷の制 御は，
上下ス タ ブ間の水 平 変 位によ り行っ た。
標 準 的な載 荷ス ケ ジュー
ル を図一
7に示す。
上記の水 平 変 位とと もに， 主に，
主 筋 沿い に取り付け たパ イ ゲー
ジに より，
鉛 直 方 向の伸 縮 量 を 計 測し た。
変位量の計測 位 置 を図一8
に示 盒 ギ寶
E
−
図一
7 曲 げ せ ん断 実 験 標 準 載 荷スケ ジュー
ル 計甜フレー
ム 上 部 対 称 仕 鄙スタブに 固定） 1 吐 柱 儲 賠 吩 〕羣唱
舅ヤ
聲 制 御用 罷 8一
お 梁 霊 o 罎け出し 蠶誤促 用 鴎一
卩
下 部スタ ブ．
1」
主筋 位 置 80’
9393 諭 誤 計測フ レー
ム ＋ パイゲー
ヅ取付 け位 澀一
亠一
変位計取付 け位 置 図一
8 変位量の計 測位 置 （曲 げせん断 実 験 ）一
31
一
す
。
ま た，
主 筋お よ び横 補強筋の ひずみ の測定を， 添 付 した ワイ ヤー
ス トレインゲー
ジに よ り行っ た。
な お，
横 補 強 筋の ワイヤー
ス トレインゲー
ジの添 付 位 置は， 中心 圧 縮 実 験の試 験 体と同様に辺 中央 部お よび端部の上面の 横 補 強 筋 中 心 線上である。 §3．
実 験 結 果 3．
1 中 心 圧 縮 実 験 代 表 的な試 験 体の最 終破 壊状況 を 写真一
1に示す。
ま た， 中心 圧 縮 実 験 より得ら れ た拘 束コ ン ク リー
トの軸応 カー
軸ひずみ （検 長 ：250mm ，
柱せいD
に相 当）関 係 を 図一
9に，
実 験 結 果の一
覧を表一
7に示す。 横 補強 筋 に よ り拘束 を受ける試 験 体で は，
横 補 強 筋の無い試 験 体 と比べ，
最 大 軸 耐 力の上 昇 お よびひずみ軟 化 域で の負 担 圧縮応 力の 増加が顕 著で ある。
特に，
2シ リー
ズに お い て は，
軸ひずみ が3
％以 上 進ん で も耐 力 的に安 定して い る棚が明 確に存在して い る。
な お，
中 心 圧 縮 実 験は断 面 解 析に用い る 拘束コ ン ク リー
トの応 カー
ひずみ関 係 を 得ること を目的と し て お り， 断 面 解 析での使 用 範 囲の上 限と考え ら れ た 5− 6
％の軸ひずみ で載 荷 を 中 止し た。
図一
10に，
試 験 体C4P62
の軸ひずみ の進 行に伴う横 補 強 筋の ひずみ状況 を軸応 力の変 化と併せ て示す。
横 補 強 筋の ひずみ は，
最大軸 耐力 時に おいて，0，
2％ 程 度で ある （各 試 験 体の最大軸耐 力 時の横 補 強 筋 のひずみ は，
表一
7を参 照さ れ たい）。 その後， ほ ぼ軸ひずみ が1
％ 程 度で横 補 強 筋の ひずみ は横 這い になり，
加 力 終 了に至 る まで，
降 伏ひずみ （0．
2％残 留ひずみ時の ひずみ ）に は達し てい ない。
最大 軸 耐 力 時 以 降， 軸ひずみ の進 行に 伴い試 験 体 断 面の各 辺の中 央 部が膨ら み，
断 面 形 状が角 写真一
1 最 終 破壊状況 （中心 圧縮 実 験C6P62 ） σ（k匹ノc口
り 細 姻 瓢 跏 R 壌 羃 1co 〔シiJ一
ズ1） 丶f
＼、
’
．X
「mL＼
＼詳
L
丶 1 σ〔k呂ノ匸1零
） 硼 細 姻 尺肄
跏 100 （シ：J一
ズ2）・
1
覧
…
羃
型か ら円型に移 行し た。 この移 行 段 階におい て は， 横補 強 筋の ひずみの伸び は ほ と ん ど ない ものと考え ら れ る。
な お， 試 験 体 端 部の支 持 条 件に よ る 明 瞭 な 差 異 は確 認 で きなか っ た。 既 往の拘 束コ ン ク リ
ー
トの応 カー
ひずみ関係の推 定 式8 ）−
10 ）に よ る推 定 結 果を実 験 結 果と 比 較 し た一
例 を 図一
11に示 す。
各 文 献に従い，
六車式8） お よび 修 正Kent
andPark
式9〕に おい て はコア供試体の試 験結果か ら，
Mander
式1°｝におい ては 横 補 強筋の ない中心 圧縮 試 験 体 の実 験 結 果か ら拘 束コ ンク リー
トの応 カー
ひずみ関 係 を算 定し た
。
な お，
修正Kent
andPark
式9〕お よびMan ・
der
式1ωに お い て は，
角 型フー
プの場 合の 推定式 を 用い た。
各推 定 式は， 負 担 最 大 圧 縮 応 力 を過 大に評 価す る傾向 表
一
7 中心 圧縮 実験 結 果一
覧 最 大 軸 耐 力 時 蹴 割線 剛 性 （fc73時） ×103依ガc国う α軸応 力9／ り 軸ひずみG
Ω 横補強筋 ひずみGO
C4剛 跏 212．
7O．
1鮎 C4田1 147 3go．
9O．
665 C6PO1 細384．
了0．
202
C6P61 鵬 491．
9O．
3 C6P41 跏50Loo
．
4
弱 αPO2 嬲 300．
10．
164 贓 嬲 363．
8O．
3810．
212 謝 綴L5O
．
166
磯281
講．
9O
．
2η G．
1
測 C6P42 踟 5蹲．
3o．
2
嘘0．
1％ fc’
：最大軸 耐力 （応力） 心LO
く） le−
mO．
5… 罎o
載荷前 最 終 … ％・□
璽
o
’丶．
．
＼，
横 補強筋の降伏ひ ずみ 三一胛
一
曳7｝一一 一一一一
；1−
R・
く
讐
爨
鍔
鬟
σ（kg／cm「 ） 図一
101
3
4
5
6
ゲ
ー
ジ位 置 e（％ ） 軸ひず み 横 補 強 筋ひずみ一
軸ひずみ関 係 （中心 圧縮 実 験C4P62 ） σ（kg／cm2） 飢 伽 踟 鋤 踟 R 馨槲
一
実 測値一
曹
一
・
理 論 値ボ
ー
丶 丶・
・
軸賦
彰誌
、
＼
Lヤ
も
丶 丶 C4P61 六 車 式 ＼ 修 正＼一
一
一
一
一
一
C4冊1 Kent＆Park式 σ〔kg／c”
t） 即 憎 謝 鋤 脚 尺 碧 欝盈
一
実蘭 値 Ps−一
一
理論 値 ：、一
、
．
粲
＼
＼ ＼L
／ N ，＼
丶 」 靼
聖
「式■
L
」
，
亀
、
丶’
c6P61ミ
＼
六 軾 ＼ OSPOI 修孟一
”…−
K帥 t＆Pa：k式 0 1 2 3 4 5 5 D 1 2 3 4 鱈ひずみ 書（％） 輌ひずみ 図一
9 軸応 カー
軸ひずみ （検 長 ：250皿 m ｝関 係 （中 心 圧縮 実 験 ） e t 3 ‘ 5 5 0 L z 1 4 5 5 軸ひずみ ε（％｝ 軸ひずみ ε（％） 5 6t （％ ｝ 図一
11 中 心 圧 縮 実 験の軸 応 カー
軸 ひ ず み 関 係 （実 験結果と既 往 の算 定 法と の比 較 ）一 32 一
がある。 こ の原 因 として は， 本 実験で は横 補強筋 （角 型 高 強 度スパイラル筋）の ひずみ が さ ほど伸び な かっ たこ と， 結果と して， コ ンク リ
ー
トに作 用 する側 圧が， 推 定 式で期待し てい る ほ ど大き く な ら な かっ たこと が考え ら れ る。
3．
2 純 曲げ実 験A
） 破壊経過 代 表 的な試 験 体の最 終破壊状況 を写真一
2に示す。
最 終破 壊は柱の中央部に集中し た。 各 試 験 体の実 験 結 果の一
覧 を表一8
に ， 破 壊が集 中し た柱の中 央 部に おける モー
メ ン トー
曲 率 〔検 長 ：250mm （柱せ い D に相 当 ）〕 関 係 を 図一
12に示す。
各 試 験体と も最 大 耐 力に達 した 直後， 圧 縮 側かぶ りコ ンクリー
トが柱の全内法ス パ ン に 5011一
2000 写 真一
2 最 終 破 壊 状 況 （純 曲げ実験 B6P4−
40） 表一
8 純 曲げ実験 結果一
覧 最 大 耐 力 時 蹴 曲げモー
メン ト（ ） 棲補強 筋 ひず みGD 瞞一
ω lL8．
黔95
（（正） 負）0．
044
（正） 0．
047（負） 讎G−5010
．
．
55
（iD9
瞞 0．
043（正） 0．
031（負） B6P4−
40 乳0．
61（正 ） 9．
54
（負） 0，
0鴿〔正） 0，
0宏〕 略 508．
99（正） ＆51
〔負）0，
〔岡（正 〕 0．
〔印 瞰11．
17
〔正） 10．
η（負） 正・
負 は加力方向を表す．
M｛t・
■） 脚4−
40 15瞭・
爾 ム 且o e6P6，
so一
2000 2DDD 4000 ¢（xle”
1！orn）一
10一
工5 瞭且510・
ゆ じ》NPS−
se一
4cu）−
z〕03 瞭15・
ゆ b 瞞 」40 10 φ（x10’
，1／t，D一
10 ▽ 15 i5圏（レゆ レ 10 鬮，
一
一
am 200D 40DO φ（×10r』UcrrD ▽−
10−
15’
i4
（DO一
lo ▽−
15 φ（×二『』
1！ ） ▽ ：か ぶりコ ンクリー
ト 圧壊・
剥離 O ：最 鮗 サ イク ル時 引張 側 主筋の ひずみ の 上 限 点 4［x）o φ（XIO−
．1／di X 軸；曲率φ ｛x10’
・
1／c吊）−
10 Y軸：モー
メ ン トM（t・
m） 15 図一
12 モー
メ ン トー
曲 率 （検 長 ：250mm ）関 係 （純 曲 げ実 験 ） わ たり圧 壊・
は く離 （図一
12中の▽ 印 ）し，一
時 的に 急 激な耐力低 下を示 したが， その後は安定し た挙 動 を 示 し た。 た だ し，
試 験 体B6P6 −50
は，
繰返し載荷による 耐力低 下の進 行が顕 著で あっ た。
各 試 験 体とも最 終 的に は，
コ ア断 面 内の圧縮 側コ ンク リー
トが圧 壊し， 軸 力を 保 持で き なくなっ た。
実 験 終了後の観察では，
すべ て の 試験体におい て，
圧 縮 側 主 筋の座屈が認められた。
図
一
13に試 験 体B4P6−
50の曲率の進 行 （包 絡 線 上） に伴う横 補 強 筋の ひずみ状 況 を示す。
すべ て の試 験 体 （PBTEST
を除く）に おい て，
最 終 破 壊 まで横 補 強 筋 の ひずみ は降 伏ひずみ に達し てい なか っ た。B
） 引張 側 主 筋の ひずみ図
一
14 に，
各試 験 体の最 終 時において引 張 側となっ た主筋の ひずみ （検 長 ：中 央部 250mm ） 履 歴 を示す。
な お， このひずみの値は，
平面保持を仮定し，
主 筋 沿い に取り付け たパ イ ゲー
ジの実 測値を引 張 側 主 筋 位置の値 に修正 した もの である。
試 験 体
B6P4 −
40，
B6P6 −40，
B4P6 −50
お よ びPBTEST
におい て は，
引 張 側 主 筋の 伸び が最 終 破 壊の 前に，
最 終ルー
プ上で極 値と な り， かつ 最 大と な る現 象 が 現 れて い る （図一
14中の○ 印 参照）。
これ ら は，
著 者 ら が文 献3〕におい て，
提 案し た“
安 定限 界”
に ほ ぼ対 応 してい る もの と考え ら れる 〔詳 細な検討は，
追っ て報 告 す る同名論 文 （その 2）で行う〕。
試 験体B6P6 −
50で は， 引 張側主筋の伸び が，
最 大で はない が最 終ルー
プ 上で極 値と な り （図一
ユ4中の○ 印 参照）， この点を境に性 状が 急 変し た。 本 論 文では，
こ の現 象が上 記の安 定 限 界に お け る現 象と極めて類 似 して い ること か ら，
こ の引張 側主 ε囲（％ ） 1．
0 ト．
．
90．
5 潰 0 加 力方 向 一響
劉
100D 2COO 3000 400X｝ 曲 率φ （xlo−
bl／c陶）廱
ゲー
一
ジ位置 図一
13 横補 強筋の ひ ず み状 況 （純 曲 げ実験B4P6−
50） ST（％）一
2 B6P4．
40 εT（％〕ε
T（％） B6P6．
50 0−
OOOOm ） B4P6−
50 eT（％ ｝ B5P6・
40 4．
o 4．
O 2．
0 2．
2000 。 4000−
2000o20004000 φ φ ωO’
‘
1／c閉） （乂10−
61／ω一
2．
0一
2．
0 er（％ ） PBTESt 2．
0 2．
o o2000400D−
2000o20004000 φ φ ωO’
・
V ） （xlO−昂
畳〆の・
2．
0一
2．
0 図一
14 引 張 側 主 筋の ひずみ （検 長 曲 げ実 験 〉 O ：最終サ イ クル時 引彊 側 主筋の ひずみの上 限 点 4 〕ε
了 ：引張側主筋の ひずみ （引張側を 正と した ） 中 央250mm ）履 歴 （純一一33 一
筋の ひずみの最終ル
ー
プ上にお ける伸 びの上 限 を“
擬 似 安 定限界”
と名 付ける。
な お，
安 定 限 界お よ び擬 似 安 定 限 界時の曲率を 各 試 験 体の モー
メ ン トー
曲 率 関 係上に表 示 （図一12
中の○ 印 ） する と，
ほ ぼ 最 終 破 壊の直 前に 位 置し ている。
なお，
安 定 限界および擬 似 安 定 限 界の以 前に おい て は， 圧 縮 側 主 筋の明 瞭な湾 曲ある い は座 屈は 観察さ れ ていない。
3．
3 曲 げせ ん 断 実 験A
） 破壊経過 代表 的な試 験 体の部 材 角R −
1〆50rad．
時の ひび割れ 状況 お よび最 終 破 壊 状 況 を写 真一
3および写 真一
4に示 す。 図一15
に各試 験体の せ ん断 カー
部 材 角 関 係 を ， 表一
9に各種 強度の一
覧を示す。
曲 げひび割れ強 度， 曲 げせ ん断ひび割れ強度お よび 曲 げ強 度に関し て， 既 往の強 度 算 定 式 〔表一
9中の （1 ）一
（3 ）式〕な ら びにFiber
モ デル の解 析値 （Fiber
モ デル に よ る解析は§4．
で詳細を 述べ る）は，
実験 値にほ ぼ一
致し た。
最 大 耐 力に 至 る まで の各試験体の破壊過程は おお むね 共 通して お り以 下の と お り で あ る。
まず，
柱頭，
柱 脚に曲 げひび割 れ が 発 生し，
変 形の増 大に伴い， 曲げひび割れ が 進展し た。
その 後，
部 材角 R＝
1／150−
1／120rad．
で最 大 耐 力に 達 し た。 最 大 耐 力 時の前後におい て，
曲げ せ ん断ひび割れの発 生，
主 筋の 圧縮 降 伏 （図一
15中の ▼ 印 参 照）お よ び 圧 縮 側 かぶ り コ ン クリー
トの圧壊・
は く離が起こ っ た。
最 大 耐力後の各試 験体の 挙 動は，
以 下の と お りで あ る。
軸 力 比の大きい試験体S4P6H50
（コア断 面 軸 応 力 ： O．
54∫a
，S6P6H50
（コ ア断 面軸応 力 ：0．
54
／9
お よ びS6P4H40 −
50 （コ ア断 面 軸 応 力 ：O．
42ft
一
＋ O．
53 ∫D
は大 変 形 領 域に お け る繰返 し載 荷に よ り大き く耐 力 低 下が進 行し，
最終 的に はコア断面 内圧縮 側コ ンク リー
トの圧 壊によ り軸 力を保持で き な く なっ た。
実 験終 了後の観 察で は，
圧縮 側主筋の座屈が確認 さ れ た。
一
一
方，
軸 力 比の小さい試 験 体S6P6H40
（コ ア断 面 軸 応 力 ：O．
43fl ），
S 6 P 6L40 （コ ア断面軸応 力：0．
43fZ ） は， 最終まで耐 力低 下の少ない安 定し た挙 動を示 し （せ ん断 力は主に P一
δ効 果に より減 少して いる），
部 材 角 R＝
1／12rad．
（加 力 装置の許 容 水平変 形量の上限）で加 力 を終了 した。
図一
16に， 試 験体S4P6H50
の部材角の進行に伴う 写 真一
3 ひび割れ状況 （曲 げ 写 真一
4 最終 破壊 状況 （曲げ せ ん 断実 験S6P6H40 せん断 実 験S6P6H40 ） 部 材 角R≡
＋1／50rad．
） Ω⊂ ｝ 9 〔ω 黼 扨 s5 剛40 L 匚o．
お丶．．
、
’
k
．
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15 せ ん断 カー
部材 角 関 係 （曲げ せ ん断 実験） 表一
9 曲 げせ ん断 実 験 各種 強 度一
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メ ントの値は、
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図一
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ヅ位置 横 補 強 筋の ひず み状況 （曲げ せ ん断 実験S4P6H50 ）一
34
一
横 補 強 筋の ひずみ状 況 を 示す。 すべて の試 験 体で
