コ ン ク リー ト充 填 鋼 管 は りの 静 的 お よび 重 錘 衝 撃 実 験
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(2) 図‑1(a). 図‑1(b)応. 応 カ ー ひず み関 係(鋼 材). カ ー ひ ず み 関 係(コ. ン ク リ ー ト). 表 一1使 用 鋼材 の物理 的性 質. note: E=Modulus Fy=Yield. of elasticity, strength,. 表‑2コ. note:. mm)で. Modulus. ey=Yield Fu=Ultimate. stress, Su=Ultimate strength,. stress. L. E.=Limit. of elongation. ン ク リ ー トの 配 合 お よ び 物 理 的 性 質. of elasticity. E c = 27. 6 GPa. あ る. 図‑1(a)お よび(b)には, そ れぞ れ鋼 材. (A〜G)で,. お よび コ ンク リー トの材 料 試験 に お け る応 カ ー ひ ず み 関係 の例 を示 す. 表‑1は 鋼 材 の機 械 的性 質 を示 し. 各 種 類 に つ い て静 的 載 荷 試 験 に1体. (Sシ リ ー ズ)と ズ)を. 落 錘 衝 撃 載 荷 試 験 に3体(1シ. 製 作 した.. て お り, 鋼 管 がJIS12B号 試験 片, PC鋼 棒 と鉄 筋 が. 断 面 構 成 諸 元 を 図‑2(a)に. JIS14号A試 験 片 に よる各 々2本 の 引 張 試験 結 果 の 平 均 値 で あ る. また, 表‑2は コン ク リー トの配 合 お よ び機 械 的性 質 を示 して い る. 試 験 体 製 作 日を4回 に. TYPE‑A:. 分 け て行 っ たの で, 各 々 につ い て6本 の 円柱供 試 体. 行 っ た コ ン ク リ ー ト充 填 鋼 管 と言 え る.. (φ10×20cm)を 作 製 し, 35〜45日 の室 内養 生 後 に圧 縮 試験 と割裂 試験 を行 った結 果 の平 均 値 と標 準. TYPE‑B:. 偏差 を示 した. な お, 試 験体 へ の 載 荷 実験 は コン ク リー ト打 設 か ら35日 以 後 に行 った が, コン ク リー ト の材 料 試験 日 とは必 ず し も一致 して い ない.. TYPE‑C:. 試験 体 の 製作 は, 直 立 させ た 長 さ2mの. 示 す.. コ ン ク リ ー ト とPC鋼 棒 を 完 全 付 着 させ る. た め に,. φ13の ボ ン ド型PC鋼. 2本 を 配 置 した.. 棒(全. ネ ジPC鋼. φ13の ボ ン ド型PC鋼. 棒1本. を配 した コ ン. φ13の ア ン ボ ン ドPC鋼 棒(渥. PC鋼 棒)を. 用 い,. そ の 鋼 棒2本. な お,. 入 して い な い. II8. 青 材 を塗 っ た. をTYPE‑Aと. は り の 両 端 で は25mm厚. 板 とナ ッ ト を用 い て 定 着 した が,. 定 の鋼棒 を配 置 し, 上部 か らバ イブ レー タをか け な が ら コ ン ク リー トを 打 ち上 げ た. 試 験 体 は7種 類. 同 じ.. コ ン ク リ ー ト とPC鋼 棒 の 付 着 を無 くす た. 置 に 配 置 した.. 鋼管 に所. 棒). つ ま り, 高 強 度 鉄 筋 に よ る 補 強 を. ク リ ー ト充 填 鋼 管 で, そ の 他 はTYPE‑Aと. め に,. リー. そ れ ら の 仕 様 は 次 の 通 りで あ り,. 同 じ位 の鋼. プ レス ト レ ス は 導.
(3) A. B. C. E. F. G. D. (a)横 断面 形状 お よび寸 法. (b)供試 体の 寸法. 図‑2供. 試 体 の 形状 お よび 寸法. 写真‑1. 静的載荷試験および試験後 の供試体. (2)載 荷 方 法 と測 定 方 法 試 験 体 の 支 持 条 件 と治 具 は 静 的 載 荷 お よ び 落 錘 衝 撃 載 荷 に お い て 同 一 で あ り, 図‑2(b)に 示 す よ う に, 試 験 体 に は 支 間 長 が1. 6mに. な る よ う な 可 動 ・回 転 治. 具 を取 り付 け, そ の 治 具 を 図 一3の支 持 台 上 に セ ッ ト して1点. 載 荷 を行 っ た.. に は 鋼 管 の 円 周 の 約1/3が. ま た, 支 持 お よ び 載 荷 治 具 幅50m田 で 面 タ ッ チ と な る. よ う な鋼 板 を用 い た. 静 的 載 荷 試 験 に お い て は, 耐 圧 試 験 機(島 UH‑C500A>を 図‑3. に よ り加 力 し た.. 落錘 衝 撃 試験 装 置. が150mmで TYPE‑D:. φ13の. 用 い た 変 位 制 御(0.. ア ン ボ ン ドPC鋼 棒1本. を 配 した. 津 ・. 5〜5mm/min). た だ し, 試 験 機 の ス ト ロ ー ク 限 界. あ る こ とか ら, ス トロ ー ク 限 界 に 達 す る. 毎 に 除 荷 ・加 力 ヘ ッ ドの 再 セ ッ ト ・再 載 荷 を行 っ た.. コ ン ク リ ー ト充 填 鋼 管 で, そ の 他 はWPE‑Cと. 同 じ.. 荷 重 は試 験 機 の計 測 器 の 出 力 を 用 い, 変 位 は ス パ ン. TYPE‑E:. 同 じ位. の6等. φ22の 異 径 鉄 筋2本. 置 に配 置 し た. TYPE‑Aお. よ びCのPC鋼. の 鉄 筋 の 公 称 引 張 強 度(力)が う にD22を D22の. 用 い た.. をTYPE‑Aと. 棒 とTYPE‑E. ほ ぼ 同程度 にな る よ. 棒 の 約1. 17倍 で. びYL 10). ーエ ンス ・. 鋼棒 の中央部お よ 150mmの. 断面 には. 京 測 器 ・FLA5お. ‑を貼 付 し, ひ ず み の 計 測 を 行 っ た.. よ 静的. 載 荷 試 験 の 状 況 を写 真‑1に 示 す. 鋼 棒 に よ る 補 強 を行 わ な い コ ン ク リ ー ト. 落 錘 衝 撃 載 荷 試 験 に お い て は 図 一3の よ う な 載 荷 装 置 を 用 い た. 載 荷 板 の 上 部 に は ロ ー ドセ ル(東. 充 填 鋼 管. TYPE‑G:. ま た,. 部 材 軸 方 向 に ひ ず み ゲ ー ジ(東. あ っ た. TYPE‑F:. よ り計 測 し た.. び 鋼 管 の 中 央 部 と 中 央 か ら75,. た だ し, 材 料 試 験 の 結 果 か ら,. 鉄 筋 の 引 張 強 度 は φ13のPC鋼. 分 点 に設 置 した レ ー ザ 式 変 位 計(キ. LB60)に. 中 空 鋼 管.. なお, 供 試 体 に は そ の他 の 付 属 物(ダ. 器 ・KC 100‑A),. 京測. 半 円 柱 状 の 被 打 撃 部 と傾 斜 防 止 具. が セ ッ トさ れ て い る. 重 錘 は鋼 板 と鋼 塊 を ボ ル ト と. イ ヤ フ ラ ム 等). を取 り付 け て い な い.. 溶 接 で 一 体 化 した もの で, そ れ は2本 II9. の鋼 管柱 を ガ.
(4) 図‑4. 写 真‑3鋼 管 の破 断 とコ ン ク. 静 的荷 重, 仕 事 量‑た わ み 曲線. リー トの 抜 け 出 し(SF). びSBの 場 合 に は, PC鋼 棒 の破 断 に よ って最 大耐 力. 写真‑2落 錘衝撃載荷装置. を一旦 失 っ た後 に 一定 の耐 力 を持 続 す る ので, 鋼 管 イ ドと して最 大 落 下高4.0mか らほぼ 自由落下 す る.. が 破 断 して最 終的 に耐 力 を失 っ た と きとす る.. 重錘 重 量 は 当初8.OkNで 製 作 した が,. a)コ ンク リー ト充填 の効 果. 1回 の 落錘 衝. 撃 で は ほ とん どの 試 験 体 が完全 破 壊 に到 らなか っ た. 鋼管 の み のSGで は最 大 耐 力 に 達 した後, 凹 形 の. た め, 重 量 を10, 0kNお よ び 装 置 の 限界 値 で あ る 12.OkNに つ い て も実 験 を行 った。 そ して ロー ドセ ル. 局 部座 屈 変形 が進 展 して耐 力が 低 下 し, コン ク リ ー トを充填 したSFで は 凸形 の 局部 座屈 変 形 が生 じた 後. の出力, 鋼 管 お よ び鋼 棒 ひず み は, 動 ひず み計(東. もその断面 の引張 側 に鋼 管 の破 断 が発 生 す る まで 耐. 京 測器 ・DA12A, 三 栄 ・DC6M92)とAD変 換ボ ー ドを介 して0.2msec間 隔 で サ ン プ リング した. また,. 力 を持 続 した. 写 真 一3はSFの 破 断 の状 況(引 張試 験. 高 速 ビデ オ レ コ ー ダ ー(コ ダ ッ ク ・エ ク タ プ ロ 1000)を 用 い て載 荷 点付 近 の 画 像 を毎 秒1000コ マ の レー トで撮 影 し, そ の画像 か ら1.0msec毎 の載荷 点. クリー トの抜 け出 し状 況 を示 して い る. コ ンク リ ー トを充填 す る こ と に よ り最 大耐 力 お よび塑性 変 形 能. にお け る破 断面 に 類似)と 供試 体 端部 にお け る コ ン. 力が 向 上 し, 図 中 に記 入 した両 者 の終 局 状態 の 吸 収 エ ネル ギー値 で比 較 す る とSFはSGの 約8倍 に な っ. 変 位 を解 析 した. な お, ビデ オ画 像 には ロー ドセ ル との 同期 を とる た め の フ ラ ッシ ュ信 号 を入 れ たが,. て い る.. ±2msec程 度 の 誤 差 は あ り得 る. 落錘 衝 撃 載 荷 試 験 の状 況 を写 真 一2に示 す.. b)PC鋼 棒 の種 類 と量 に よる補 強効 果. 3.. は鋼 棒 の種 類 に よ っ て大 き く異 な って い る. す な わ. 試 験体 の 耐力 は鋼 棒 に よる補 強 に よっ て上昇 して い るが, それ らの 塑 性 変形 能 力(吸 収 エ ネル ギ ー). 実験 結果 お よび考 察. ち, ア ンボ ン ド型PC鋼 棒 を使 用 したSCお よびSDの (1)静 的載 荷 試験. 荷重 一た わみ 曲線 の勾 配 は, そ れ ぞれ ボ ン ド型PC鋼. 図‑4は 静 的載 荷 試 験 の結 果 を表 して お り, 図の 上側 には荷 重 とス パ ン中央 た わ み の 関係 が, そ して. 棒 を使 用 したSAお よ びSBに 比べ て 早期 に低 下 して い る. しか し, SAお よびSBは, た わみ が100mm前. 下側 には そ の 曲線 の 積分 値(外 力 仕事=吸 収 エ ネ ル ギ ー)と た わみ の 関係 が示 され て い る. 試験 体名 は. 後 の ときに鋼棒 の 破 断 を生 じ, その 後SFと 同様 な挙. 静 的載 荷試 験 で あ る こ とを表 す た め に, 各 タイプ 名. 状 態 に到 っ て初 め て鋼 棒 が破 断 した. これ は, PC鋼. (A〜G)にSを 付 して あ る. ま た, 終 局状 態 の 吸 収 エ ネ ルギ ーの 値 を試験 体 名 の後 に記入 してあ る. こ こに, 終局 状 態 とは最大 耐 力 時 を さす が, SAお よ. 棒 の伸 び 限界 が9%と 小 さ い 上 に ボ ン ド型PC鋼 棒 は コ ンク リー トと一 体 とな って 曲げ に抵抗 す るた め 荷. 動 を して い るの に対 して, SCお よびSDは ほ ぼ終 局. 重 点付 近 で塑性 域 が 集 中す るの に対 して, ア ンボ ン 120.
(5) の はゲ ー ジの不 都 合 に よ り計 測 で き な くな った た め で あ り, 鋼棒 や鋼 管 の破 断 を表 す もの で は ない. 図 か ら, 鋼 棒 の種 類 に よ る上 述 した よ うな挙動 を説 明 で きる. まず, SCお よ びSDの ア ンボ ン ド型PC鋼 棒 ひず み は それ ぞれSAお よびSBの ボ ン ド型PC鋼 棒 ひず み に 比 べ て十 分 小 さ く, 逆 にSCお よびSDの 鋼管 ひず み は それ ぞれSAお よびSBの 鋼 管 ひず み よ り大 き く, Rod mean-strain. at midspan. む しろSFの それ に近 い. したが って, ア ンボ ン ド型. (a)中点 での鋼棒 の荷 重 一ひず み 関係. PC鋼 棒 はほ とん ど曲げ 剛性 に寄 与 してい ない とい え る. た だ し, 終局 状 態 にお い て, SCお よ びSDの ア ンカー プ レー トが コ ンク リー トにめ り込 む とと もに PC鋼 棒 が ア ン カー部 近 くで破 断 して飛 び出 した こ と か ら, ア ンボ ン ド型PC鋼 棒 は 曲げ 変形 が 大 き くな る に したが って有効 に働 く もの と考 え られ る. 次 に, SAお よびSEの 単位 荷重(kN)に 対 す る鋼 棒 ひず み εrodと鋼 管 ひずみ εtのは り理 論 に よる値 は次. Tube-bottom. strain. 式 で表 され る. た だ し, 引張 側 の コ ン ク リー トを有. at midspan. 効 と し, 初 期 剛性 を用 いた.. (b)鋼管 底面 での荷 重 一ひず み 関係 図‑5. 鋼棒 お よ び鋼管 の荷 重 一 ひず み 関係. SA:. erod‑14.. SE:. εrod=11.. OX106/kN. (1.a). et=25.2×10"6/kN. ド型PC鋼 棒 は定 着長 さ(こ こで は試験 体 長 さ)全 体 の 一様 な伸 び に よ っ て曲 げ に抵 抗 す るの で 曲げ変 形. 3×10‑6/kN. が 大 き くなる まで 有 効 に働 か な い こ とに よる. 限 界. Et=21. 6×106/kN (1.b) また, 図一5の曲線 の初 期 勾 配 の逆 数 と して実験 値 が. 吸 収 エ ネル ギ ー(終 局状 態 に到 る までの吸 収 エ ネ ル. 次 の よ うに得 られ る.. ギー)に 着 目 した場 合, ア ンボ ン ド型PC鋼 棒 に よ る 補強 はボ ン ド型PC鋼 棒 に比べ て効 果的 であ る. また, SC, SDお よびSFの 吸収 エ ネル ギ ー の比較 か ら, 適. SA:. εrod=18. εt=25.. SE:. 量 な ア ンボ ン ドPC鋼 棒 を用 い る こ とに よ り限界 吸 収 エネ ルギー を よ り効 果的 に増 大で きるこ とがわ か る.. εrod=:. 3×10‑6/kN. (2.a). 1×10'6/kN 9. 6×10'6/kN. εt=20. 1×10‑6/kN (2.b) 理論 値 と実験 値 はほ ぼ等 しい. とこ ろで, 図 か らSE の鉄 筋 ひず み はSAに 比べ て小 さ くなっ てい るが, 鉄. c)鋼 棒 の 材 質 に よ る影 響 鉄 筋 を用 い たSEと ボ ン ド型PC鋼 棒 を用 いたSAの. 筋 の降伏 ひずみ(約0. 2%)が. 比較 の た め に, そ れ らの鋼棒 の公 称 引 張強 度(力) は ほぼ等 し くされ てい る. したが っ て, 鉄 筋 の断 面. 小 さい ため, 降伏 ひ ず. み に達 す る と急 激 に ひず みが増 加 して い る. e)大 変 形 に よ るスパ ン長 の 変化 を考慮 した. 積 はPC鋼 棒 の2.9倍 と な り, SEの 曲げ 剛 性 が僅 か に. モー メ ン トー た わみ 関係. 大 きい. その ためSEの 載 荷 初期 の た わみ はSAに 比 べ て小 さ くなっ て い る. 一方, 鉄 筋 の 降伏 ひず み は. 右 上 が りに な ってい るが, 先 に 行 っ た実 験 勘で は,. 0.2%で あ りPC鋼 棒 に比 べ て はる か に小 さい ので鉄 筋 は早期 に降 伏 す るが, 伸 び限 界 は35%と 大 きい た め. 荷 重 が ほ とん ど上 昇 す る こ とな く変位 が増 加 す る と い う載荷 点部 の塑 性 回転 変 形 を示 した. この理 由 と. 図‑4のSCお. よ びSEの 勾 配 は終 局 状 態 にお いて も. に鉄 筋 は破 断 す る こ とな く, 鉦 の耐 力 お よび塑性 変. して, 先 の実 験 で は本実 験 と同 じスパ ン長 で はあ る. 形 能力 は と もに優 れ た結 果 に なっ てい る. た だ し,. が, 載 荷 点 間隔250mmの2点. 実 用上 は配筋 スペ ー スの 問題 が あ る と考 え られ る. d)荷 重 一鋼 棒 ・鋼 管 ひず み関係. げ領域 が存在 した こ とが 一 因 と考 え られ る. さ らに,. 集 中載 荷 に よる 一様 曲. 先 の試 験体 は曲 げ剛性 が 高 く, 最大 たわ み が200mm. 図‑51a)お よ び(b)は, そ れぞ れ 荷 重 一 鋼棒 ひ ずみ. 程 度 であ っ たた め 変形 の影響 が 少 なか った こ と も考 え られ る. そ こで, 図一6のよ うな最 大 曲 げモ ー メ ン. 関係 お よび荷 重 一鋼 管 ひ ずみ 関係 を表 して い る. な お, 鋼 棒 ひずみ は 鋼 棒 中央 部 に貼 付 した ゲ ー ジの 平. トとたわみ の関係 を求め た. 最大 曲げモ ー メン トは,. 均値 であ り, 鋼 管 ひず み はス パ ン中央 下側 にお け る. 図 中 に示す よ うな た わみ 変形 に伴 うスパ ン長 の変 化. 部材 軸 方 向 の値 で あ る. また, 曲線 が途切 れて い る. (実験 中 に数 回計 測 した値 で補 間 を行 った)を 考 慮 121.
(6) 図‑6. 曲 げ モ ー メ ン トー た わ み 曲 線. 図‑8. 鋼 管 ・充填 鋼 管短 柱 の荷 重 一 圧縮 ひず み 曲線. 表‑3静. 図‑7. 的 曲げ耐荷 力(kNm). 仮 定 した応 力 分 布. 表 さ れ て い る. ス パ ン長 の 変 化 を 考 慮 す る こ と に よ. 関係 を表 してい る. コン ク リー ト充 填鋼 管 へ の載 荷 は図 の よ うに二通 りを試 み た. い ず れ の場 合 も載 荷. り図 一4の よ う な 耐 力 の 右 上 が り傾 向 は小 さ くな り,. 板 近 くで局 部座 屈 が発 生 し, 中空鋼 管 で は降伏 強度. SEで は耐 力 の 低 下(除. Fy(=714kN)に 達 する こ とな く耐力 を失 っ ているが, コ ン ク リー ト充 填 鋼 管 短 柱 と鋼 管 短 柱 の 強 度 差. した もの が 実 線 で 表 さ れ, 考 慮 し な い も の が 破 線 で. 荷 域)が. 認 め られ る.. fl断 面 分 割 法 に よ る 曲 げ 耐 荷 力 の 算 定 コ ン ク リ ー ト充 填 鋼 管 は りの 曲 げ 耐 荷 力 蛎. の算. (716kN)は. コ ン フ ァイ ン ドコ ンク リ ー トの圧 縮 強. る 手 法 を用 い る こ と が で き る. 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト部. 度 に相 当す る と考 え る こ とが で き る. したが っ て, コ ンフ ァイ ン ドコ ン ク リー トの圧 縮 強 度fc,confined. 材 の 一 種 と見 な せ る 試 験 体 鉦 に つ い て 断 面 分 割 法 に. は次 式 で求 め られ る.. よ る 曲 げ 耐 荷 力 の 検 討 を 行 う.. fc, confined=716kN/Ac=52.8MPa (3) こ こ に, A, は コ ン ク リ ー ト部 の 断 面 積 で あ る.. 定 に は, 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト部 材 に お い て 行 わ れ て い. ま ず, 図‑7の. こ こ で は 怖 が 終 局 状 態 を表 す こ と か ら,. 同様 に コ ンフ ァ イ ン ドコン ク リ ー トの圧 縮 強度 を. よ う に コ ン ク リ ー トの 引 張 強 度 を無 視 し た 応. 力 分 布 を 仮 定 し, 各 材 料 強 度 と し て 表‑1お. 用 い て算 定 した曲 げ耐 荷 力 を表‑3に 示 す. SEの 場 合 は低 く算 定 され たの に対 して, SAお よびSBは 鋼 棒. よ び2の. 極 限 強 度(σuお よ びfc)を 用 い た. そ の 結 果, 怖 =62. 2kNmが 得 られ, 図一6か ら得 ら れ る 最 大 曲 げモ ー メ ン トMmax=73kNmに. 比 べ て 約15%低. の伸 び限界 が小 さい こ と, SFは 写 真‑3で 示 した よ う に コ ンク リー トが 端 部 か ら抜 け 出 す な どの 影響 で 実. く見積 も ら. 験 値 が低 くな った もの と思 われ る. 一 方, SCお よびSDの ように 鋼棒 が ア ンボ ン ドの. れ る. 次 に, コ ン フ ァ イ ン ド効 果 を 考 慮 した コ ン ク リ ー トの 圧 縮 強 度 と し てfc,cibfubed=52.8MPaを こ ろ 曲 げ 耐 荷 力 はMp=67.0kNmと べ て8. 1%低. 場 合 に は平面 保持 の仮 定 が成 り立 た ず, 図‑7の. 用 いた と. な り, 実 験 値 に 比. く見 積 も る こ と が で き た.. よ. うな応力 分布 を仮 定 で きない. ア ンボ ン ドPC部 材 の 曲 げ耐荷 力 は, ボ ン ドタ イ プの85〜95%で あ る と言. こ こ に, コ ン. フ ァ イ ン ド コ ン ク リ ー トの 圧 縮 強 度fc,confined=. われ て い るが 廟, ア ンボ ン ド型 のSCお よ びSDの 実. 52. 8MPaは. 験 値 は, ボ ン ド型 で あ るSAお よびSBの 実 験 値 よ り. 以 下 の よ う に 仮 定 した.. 図 一8は, 試 験 体. もそ れ ぞれ高 くな って い る. これ は, 通常 の ア ン ボ ン ドPC部 材 は コン ク リー ト充 填鋼 管 の場 合 と異 な っ. と同 じ材 料 で 作 製 し た コ ン ク リ ー ト充 填 鋼 管2本 (φ139. 8×4. 2×300)お 139. 8×4. 2×150)の. よ び 中 空 鋼 管1本(φ. 圧 縮 試 験 に よ る荷 重‑ひ. て, ア ンボ ン ドPC鋼 棒 が全 塑 性 強度 を発 揮 す る前 に. ずみ. 122.
(7) ロ ッ トした. 落 錘 条件 と して, 試 験 体lB3は10kNの. 1A2:. Falling Weight. 12kN,. Height. 重錘 を4mの 自由 落 下, お よび 試験 体IG2は12kNの 重錘 を2mの 自由 落下 と し, そ の 他 の試 験 体 は12kN. 4m. の重 錘 を4mの 自 由落 下 ど し た. 時 間 一衝 撃 力 曲線 にお けるPeak値 は計 測 され た 最大 値 で はあ るが, 試 験 体 の最 大 耐 力 と考 え るの は妥 当で な い 勘 試 験 体 lC2お よびIE2は1回 の 落錘 で完 全 に破 壊 させ る こ と 1B3:. Fallina. Weiaht. 10kN.. Heiaht. は で きず, 重錘 が飛 び跳 ねた た め60msec付 近 で衝 撃. 4m. 力が 低 下 して い る. それ ら以外 の試験 体 にお いて は 50msec付 近で衝撃 力が急 激に増加 してい る. これは, 30〜40msecに お い て 鋼 管 が破 断 し耐力 を失 った た め試験 体 が接 地 した こ とを表 してい る. 1C2:. Falling Weight. 12kN,. Height. 4m. なお, 測定 され た鋼 管 ・鋼 棒 の ひずみ 速 度 は, 鋼 棒 の 種類 に よって異 な り, 1〜5/secで あ った. 文献 12>に よ れ ば, この値 は鋼 材 の破 断 ひず み や引 張 強 度 の 上昇 に影 響 してい る こ とに な る.. 1D2:. Falling. Weight. 12kN,. Height. 図‑10に は, 各 タイ プ の代 表 的 な試 験 体 につ い て 図‑9の よ うな時 間 一衝 撃 力 関係 と時 間 一載荷 点 変位. 4m. 関係 か ら時 間軸 を消 去 し て得 られ る衝 撃 カ ー載 荷 点 変 位 関係 が実 線 で示 され, 対 応 す る静 的載 荷 試験 体 の荷重‑載 荷 点変 位 関係 が○ 印 で示 され て い る. 衝 1E2:. Falling Weight. 12kN,. Height. 撃 載荷 試験 にお い て鋼 管 が破 断 しな か った試 験体 に つ い て は変位 の最 大値 ま で を プ ロ ッ トした. また,. 4m. 各々の曲線の変位 軸に関す る積分値(吸 収エ ネルギー) と変位 の 関係 も同様 に示 してあ る. 荷 重 ー変位 関 係 1F2:. Falling Weight. 12kN,. Height. 図 中 の+印 は終局 限界 状 態(こ れ は, 荷重 値 が急 激 に低 下 す る状 態 とす る. た だ し, 鋼 棒 の破 断 に よ る 一 時的 な低 下 は含 め ない.)を 表 し, そ の と きの 限. 4m. 界吸 収 エ ネ ルギ ー量が 記 入 され て い る. 個 々の 図 中 には, 試験 体名, 落錘 条件 お よび破 壊状 況("break" 1G2:. Falling Weight. 12kN,. Height. は載 荷 点 の引張 側 で鋼 管 が 円周 方向 に破 断 した こ と. 2m. を表 し, "crush"は試験 体 が 接 地 して押 し潰 され た こ とを表 す)な ども記 入 され てい る. さ らに, IAお よびICタ イ プ につ い てそ れぞ れ3種 類 の落 錘条 件 に よ る衝 撃 カ ー変位 関係 が, 図‑11に 示 されて い る. これ らの 図 か ら次 の こ とが わか る. a)PC鋼 棒 の種 類 に よ る補 強 効 果. 図ー9荷 重 お よび た わみ の経 時変 化. コ ンク リー トの圧 潰 に よ り脆 性 的 に耐力 が失 われ る. lAタ イ プ とICタ イ プあ るい は旧 タイ プ とIDタ イプ の比 較 か らPC鋼 棒 の ボ ン ド型 とア ンボ ン ド型 に よる. ため で あ る と考 え られ る.. 違 い が わか る. まず, 図‑11の‑AとICに. つ い て, 3. 種 類 の落錘 条 件 のい ず れ にお い て もア ンボ ン ド型 の 鋼 管 は破 断 しな い が, ボ ン ド型 の鋼 管 はIA3お よび. (2)落 錘 衝 撃 載荷 試 験 本 節 で は試 験 体 名 は衝 撃 載荷 試 験 であ る こ とを 表 す た め に, 各 タ イ プ名(A〜G)に1を 付 し, さ ら に適 当 な番 号 を付 け て区別 す る.. ‑A2が 完 全 破 壊 を して お り, ア ン ボ ン ド型 の優位 性 が 認 め られ る. ボ ン ド型 の場 合 には いず れ に も衝 撃 力 の急 激 な変動 が見 られ, PC鋼 棒 が 破 断 した もの と考 え られ る. た とえ ば, 写 真‑4はIA1の 試験 後 の. 図一9は 各 タイ プ の代 表 的 な試 験 体 に つ い て 時 間 一衝 撃 力 関係, お よ び時 間 一載 荷 点(載 荷 板)変 位. 状 況 であ るが, 鋼 管 の局 部座 屈領 域 で コ ンク リー ト の圧 潰 が見 られ, コ ンク リー トを取 り去 る と2本 の. 関係 を示 してい る. た だ し, 変 位 は最 大値 まで を プ 123.
(8) 図‑10. 荷 重, 吸 収 エ ネ ル ギ ー‑た わみ 関 係. 124.
(9) 図‑10荷. 重,. 図‑11(a)衝. 吸 収 エ ネ ル ギ ー‑た. 撃 荷 重‑た. わ み 関 係(つ. づ き). 写真‑4. 衝 撃 載荷 後 の供 試 体 向A1. 写 真‑5. 衝 撃 載荷 後 の供 試 体IC2. 図‑11(b)衝. わ み 曲 線(TYPE‑A). I25. 撃 荷 重 一 た わ み 曲 線(TYPE‑C).
(10) 表一4静 的 お よび衝 撃試 験 に よるエネ ルギー吸収 能. 写 真 一6 試験 後 の供 試体IE3. 鋼 棒 は破 断 してい た. IAタ イ プ につ い て衝 撃力 の 急 激 な変動 が見 られ る位 置 の変 位 量 は 静 的載 荷試 験体 SAに お ける一 時 的 な耐 力 の低 下位 置 とほ ぼ一致 して. d)コ ン ク リ ー ト充 填 お よ び 補 強 効 果. い る. ア ンボ ン ド型 の衝 撃 力 は振 動 してい るが, そ. e)限 界 吸 収 エ ネ ル ギ ー. 図‑10のIF2とIG2の. 比 較 か ら, コ ン ク リ ー ト充 填. の 効 果 が 著 し い こ とが わ か る.. の平 均 的 な 値 と右 上 が りの 傾 向 はSC曲 線 と同等 で. 表‑4は 静 的 載 荷 試 験 お よ び 落 錘 衝 撃 載 荷 試 験 に お. あ る.. け る 限 界 吸 収 エ ネ ル ギ ー を ま とめ た もの で あ る. 衝. 図‑10か ら, ア ン ボ ン ド型 の 向D2は鋼 棒 量 が少 な い ため 完 全 破壊 して い るが, 衝 撃 限界 吸 収 エ ネ ル. 撃 試 験 の 場 合 が 僅 か に 大 き く な る 傾 向 は あ る が,. ギ ー は35.6kNmで, これ は ボ ン ド型 のIB3の1. 3倍 の エ ネ ル ギ ー 吸収 能 力 で あ る. ア ン ボ ン ド型 の場 合. 動 を解 析 的 に把 握 で き る よ う に な れ ば, 衝 撃 限 界 吸. の破 壊状 況 を写真‑5に 示 す. 1D2は 鋼 棒 が定 着 部付. り落 錘 衝 撃 載 荷 装 置 の 特 性. 者 は 同 等 で あ る と い え る.. 両. し た が っ て, 静 的 曲 げ 挙. 収 エ ネ ル ギ ー を評 価 で き る.. 近 で 破 断 して飛 び出 した. また, 向C2の定着 部付 近 の コ ンク リー トは 写 真 の ように 支圧 力 で圧 潰 し て いた.. 位置 エ ネ ル ギ ー に 対 す る 最 終 的 な衝 撃 吸 収 エ ネ ル ギ ー. b)PC鋼 棒 量 の効 果. IC3(77%),. 図‑10のICタ イプ お よびIDタ イ プの比 較 か ら アン ボ ン ドPC鋼 棒 の本 数 に よる違 いが わか る. 鋼 棒 が2. E3(82%)で. 完 全 破 壊 に 到 ら な か っ た 試 験 体 に つ い て, 落 錘 の. の比 を求 め る と, IA1(77%), ID1(81%), あ っ た.. IC1(76%), IE1(79%),. IC2(78%), IE2(82%),. し た が っ て, 本 実 験 の 落 錘 衝 撃. 載 荷 装 置 の エ ネ ル ギ ー 伝 達 効 率 は 約80%と. い え る方. 本 のlC2で は, 鋼棒 が1本 のID2に 比べ て衝 撃 力 の 平均 的値 が僅 か に 大 きい だけ で な く, それが 右上 が り傾 向 を示 し, 鋼 棒 が適 量 で あれ ば衝 撃 限界 吸収 エ. 4.. 結 論. ネル ギー を飛 躍的 に増大 で きる可 能性 を示 してい る. 本 研 究 で 得 られ た 結 果 は, 静 的 載 荷 試 験 お よ び 落. c)鋼 棒 の 材質 に よ る比 較. 錘 衝 撃 載 荷 試 験 と も ほ ぼ 同 様 で あ り, 以 下 の よ う に. 図‑10の 向Aタイ プ, ICタ イ プお よびIEタ イプか ら 鋼 棒 の材 質 に よる 影響 が わ か る. 鉄 筋 は ボ ン ド型 の. 要 約 す る こ とが で き る.. 鋼 棒 と言 える が, PC鋼 棒 に比 べ破 断 までの伸 びが 大 きい の で, IAタ イ プの よう な鋼棒 の破断 は起 こ らず,. (1)鋼. 管 に コ ン ク リ ー トを 充 填 す る こ と で, 鋼 管 の. み の 場 合 に比 較 し て 大 き い耐 力 お よ び 塑 性 変 形 能 力. どの落 錘 条件 にお い て も完 全 な破 壊 に到 らな い. 写. を 得 る こ とが で き る.. 真 一6はIE3の 試験 後 の コ ン ク リー トお よび鉄 筋 の状. (2)限. 況 で あ る. 引 張 ク ラ ック が多 数見 られ るが, 鉄筋 は. 鋼 捧 に よ る 補 強 よ りア ン ボ ン ド型PC鋼. 破 断 して い ない.. 方 が 効 果 的 で あ る,. I26. 界 吸 収 エ ネ ル ギ ー に 関 し て は,. ボ ン ド型PC 棒 を用 い た.
(11) (3)鉄 筋 の 方がPC鋼 棒 に比 べ破 断 までの伸 びが大 き い ので, ボ ン ド型PC鋼 棒 よ り も同程 度 の 引 張 強度. 論 文 集, 6). Vo1. 34A,. Usami, T.. を有 す る鉄 筋 を用 い た 方が, 耐 力 お よび塑 性 変形 能. Compression. 力 と も優 れ てい る. た だ し, 限 ら れ たスペ ース に 大. Stability. 量 の 鉄筋 を配 置 す る こ とは困難 で あ る.. Cyclic. (4)曲 げ 耐 荷 力 は鋼 管 に よる 拘 束 を考慮 した コ ン ク リー トの応 カ ー ひ ず み関 係 を用 い て, 断面 分割 法 で. et. pp. 265‑274,. al.:. Steel. Members and. CRC. Concrete-Filled. under. Ductility. Loading,. 1g88.. and. of. Cyclic. Steel. Press,. Steel Loading,. Structures. Florida,. under. pp. 123-138,. 1992.. 7)宇. 佐 美 勉, 他:. コ ンク リー トを 部 分 的 に 充 填 した 無. 補 剛箱 形 断面 鋼 圧 縮部 材 の繰 り返 し弾塑 性 挙 動, 構. 推 定 が可 能 で あ る. (5)落 錘 衝 撃載 荷 試 験 にお け る限界 吸収 エ ネ ルギ ー は, 静 的 載荷 試 験 の もの とほぼ 同 等 で あ り, 静 的 曲 げ挙 動 か ら衝 撃 限 界 吸 収 エ ネル ギ ーの評 価 が可 能 で あ る.. 造工 学 論 文 集, Vol.39A, pp.249‑262, 8)葛. 1993年3月.. 漢 彬, 他: 繰 り返 し挙動 を受 け る コ ン ク リー ト充 填鋼 柱 の 強度 と 変形 能 に関す る研 究, 構 造 工学 論 文 集, Vo1,40A, pp.163‑176, 1994年3月.. 9)中. 井 博, 他:. コ ン ク リ ー トを 充 填 し た 長 方 形 箱. 形 断 面柱 の耐 荷 力 と変 形 性 能 に関 す る実 験 的研 究,. 謝 辞: 本 実験 にお い て供 試 体 の提 供 を頂 い た 日本 ゼ ニ スパ イプ株 式 会 社 お よび本実 験 の ため の落錘 衝 撃. 構造 工学 論文 集, Vo1.39A, pp.1347‑1360, 1993年3月. 10)中 井 博, 他: 地 震荷 重 を受 け た後 の 合 成柱(充 填 形. 試験 装 置 を製 作, 提 供頂 い た金 森 藤 平 商事 株 式会 社 に感 謝 い た します. また, 実験 に協 力 を願 った高 木 一成, 裕司 両 君 に感 謝 します.. 式)の 耐 荷 力, お よ び変 形性 能 に関 す る実 験 的研 究, 構造 工学論文 集, Vo1.40A, pp. 1401‑1412, 1994年3月. 11)伊. 藤一 雄, 他: モ ル タ ル充 填鋼 管 は りの衝 撃 限界 吸. 収 エ ネ ルギ ーに関 す る実 験的 考 察, 構 造工 学 論 文集,. 参考文献 1)建 設 省土木研 究所: コンクリー ト充填鋼管の耐荷 力. Vo1.37A,. pp.1581‑1589,. 1991.. 12)伊 藤 一 雄, 他: コ ンク リー ト充 填 鋼管 は りの衝 撃 限. (その1), 土木研究所資料第1728号, 1981. 2)中 井 博, 吉川紀: コンクリー トを充填 した鋼製橋 脚 の耐荷性 に関す る実験 的研究, 土木 学会論 文集, 第. 13)日 本 道路 協 会: 落 石対 策 便 覧, 丸 善, 1983.. 344号/I・1, pp.195‑204, 1984. 3)建 設省 土木研 究所: コ ンクリー ト充填鋼 管の耐荷力. 15)前. 界 吸 収 エ ネ ルギ ー に関 す る解 析 的 考 察, 構 造工 学 論 文集, Vol.38A,. pp.1553‑1563,. 1992.. 14)日 本 道路協 会: 防 護柵 設 置 要綱, 丸 善, 1972,. (そ の2), 土 木研 究 所 資料 第2724号, 1989. 4)松 村弘道, 佐 久間仁: 充填型角 形鋼管 コンクリー ト. 論 文 集, Vol.39A, 16)土. 柱 の耐力 と靭性 に関す る実験, 構造工 学論文 集, Vo1.34B, pp.227‑236, 1988. 5)桜 井孝 昌, 他: 交番 曲げを受け るコンク リー ト充填. 川 幸 次, 他: PC鋼. 棒 で補 強 され た コ ンク リ ー ト. 充 填 鋼管 は りの 曲 げ耐 荷 力 に 関 す る 研 究, 構 造 工 学 pp. 153‑164,. 19g3.. 木 学会: プ レス トレス ト コ ンク リー ト構 造 の 現 況. と設計 方 法 の動 向, コン ク リー ト技 術 シ リー ズNo. 5, 1994.. 角形鋼管 梁の耐荷力 に関す る実験 的研究, 構造工 学. IMPULSIVE. LOADING STEEL. BEAMS. TESTS. (1994. 9. 5受 付). ON CONCRETE-FILLED. REINFORCED. WITH. TUBULAR. TENDON. Koji MAEGAWA and Hiroshi YOSHIDA This paper presents an experimentalapproach for the energy absorption capacity of the concrete-filled tubular steel beams subjected to the static and impulsive loads. Twenty-eight test beams of the concretefilled steel tube reinforcedwith several types of tendons, that is, reinforcedbars, bonded PC bars and unbondedPC bars, are tested understaic and impulsive loads. It was confinned from the test results that both the filling up a steel tube with concrete andthe well-disposingtendons were effective for increasing the strength and ductility, and thus the energy absorption capacityof the tubular steel beams.. 127.
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