（Major 軸）

Kosuke YOSHITANI, Kojiro UENAKA and Hisao TSUNOKAKE Email: [email protected]

第 I 部門 大径厚比を有するコンクリ－ト充填楕円鋼管部材の曲げせん断特性

神戸市立工業高等専門学校 学生員○吉谷 康佑 神戸市立工業高等専門学校 正会員 上中宏二郎 大阪市立大学院工学研究科 正会員 角掛 久雄

1．はじめに

コ ン ク リ ー ト 充 填 楕 円 鋼 管 部 材 （Concrete Filled Elliptical Steel Tubular Members，以下，CFEST，図－1）と は楕円鋼管（CFT）にコンクリートを充慎した構造であり，

従来のコンクリート充慎鋼材部材の利点を有する構造で ある．著者らは大径厚比（69< 2a/t<160）を有するCFEST の圧縮実験^1），曲げ実験^2）を行ってきた．本研究では，続 いて大径厚比を有するCFESTの曲げせん断実験を行い，

CFESTの曲げせん断特性について検討することを目的と

する．

2．実験方法

（1）供試体の概要

表－1に供試体一覧を示す．楕円鋼管は1.0，1.6，2.3mm の薄鋼板を楕円形に形成させ，突合わせ溶接をすること に よ り 成 型 し た ． 供 試 体 は 長 径 ， 短 径 が そ れ ぞ れ

2a=160mm ならびに2b=80mm（a/b=2.0）であり，径厚比

（2a/t）の範囲は69~160となる．

（2）載荷方法と測定項目

図－2に示すように供試体の添接板に載荷治具をボル トで固定し，500kN曲げ試験機を用いた逆対称二点載荷 方法により供試体に一定のせん断力（V=Pl/(l+H)）を作 用させた．また，供試体軸方向中心断面に三軸ひずみゲ ージ一枚と，二軸ひずみゲージ三枚を貼付した．さら に，供試体下部に変位計を設置した．

3．実験結果と考察

（1）破壊形式

得られた破壊形式を，右の写真－1，2に示す．Minor 軸ではせん断作用下の反対側で曲げ引張による鋼管のひ び割れが確認できた．またMinor軸実験では曲げ引張破 壊のみが発生して終局状態に至った．これはMajor軸よ りも有効高さが小さくなり，せん断スパン比が大きくな るためと考えられる．Major軸ではコンクリートのせん 断破壊がわずかに確認された．

（2）変形特性

図－3に変位（δ）と作用せん断（V）の関係を示す．

Major，Minor軸共に鋼管厚（t）が大きくなると変形性

能は向上した．これは既報^1），2）の実験と同様の傾向であ る．一方，せん断強度は増加しているもののMajor軸

写真－1 major 軸

Crack Crack

写真－2 minor 軸 図－2 載荷方法

図－1 CFEST の断面 Major axis

Minor axis

80 160

鋼管 a

b

充填 コンクリート

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では脆性的な挙動を示した．

（3）せん断強度

表－1に得られた実験せん断強度（𝑉𝑒𝑥𝑝），算定せん断 強度（𝑉𝑒𝑠𝑡）を示す．ここで表される𝑉𝑒𝑠𝑡とは以下の式

－1の通りであり，𝑉𝑢とは二羽らが提案したRCのディ ープビームのせん断耐力式^3）で，𝑉_𝑠とはRCのせん断補 強筋によるせん断強度式である．これをCFESTに用い るために，ウェブ幅，有効高さを楕円鋼管と同じ高さで 等面積の長方形断面に置き換えて，下式により求めた．

𝑉𝑒𝑠𝑡= 𝑉𝑢+ 𝑉𝑠

また図－4に算定値（𝑉𝑒𝑠𝑡）と実験せん断強度（𝑉𝑒𝑥𝑝） の関係を示す．同図より相対比（𝑉_𝑒𝑥𝑝/𝑉_𝑒𝑠𝑡）=1.02，相関

係数r=0.96となり，算定強度は実験強度と概ね一致し，

精度良く評価できることが確認できた．なお，上記の式 はせん断スパン比0.5~1.0のCFESTのせん断算定に適用 が可能であると考えられる．

（4）応力状態

鋼管は三軸ひずみゲージを貼付している．これより主 応力（𝜎1，_𝜎2）を求めた．なお，弾塑性状態での降伏条 件はvon Misesの降伏条件を用いた．図－5 はMajor軸 の供試体中央部の鋼管の主応力状態を示す．弾性域では

圧縮ストラットにより両主応力は圧縮かつ引張側に進行 した．さらに鋼管が降伏応力（𝑓_𝑠𝑦）に達すると，共に引 張側に流動した．これはコンクリートが膨張し，正のダ イレイタンシーのためであると考えられる．

4．まとめ

1）破壊形式はコンクリートのせん断，または鋼管のひ び割れであった．

2）実験せん断強度（𝑉𝑒𝑥𝑝）はRCの手法を用いて良好に

評価できた．

3）得られた主応力（𝜎1，𝜎2）は降伏に到達後，主に引

張―引張方向に流動した．

参考文献 1）Uenaka, K.: Experimental Study on Concrete Filled Elliptical/Oval Steel Tubular Stub Columns under Compression, Thin－Walled Structures, Elsevier, 78, 131-137,

2014. 2）上中，角掛：コンクリート充填楕円鋼管部材

の純曲げ実験，コンクリート工学年次論文集，日本コン クリート工学会，35 (2), 1159-1164, 2014. 3）二羽淳一 郎：FEM解析に基づくディープビームのせん断耐荷力 評価式，第2回RC構造のせん断問題に対する解析的研 究に関するコロキウム論文集，日本コンクリート工学協 会，pp. 199-128, 1983.

表－1 供試体一覧と実験結果

0 100 200 300

0 10 20

10-major 16-major 23-major 10-minor 16-minor 23-minor

作用せん断力:𝑉𝑒𝑥𝑝（kN）

せん断変位:（mm）

0 100 200 300 0

100 200

300 minor major

算定せん断強度:𝑉_𝑒𝑠𝑡（kN）

実験せん断強度:𝑉𝑒x𝑝（kN）

𝜎_𝑧²− 𝜎_𝑧𝜎_𝜃+ 𝜎_𝜃²

= 𝑓𝑠𝑦2

図－5 主応力状態

（Major 軸）

𝑉𝑒𝑥𝑝/𝑉_𝑒𝑠𝑡

=1.0

𝜎1/𝑓_𝑠𝑦

𝜎₂/𝑓_𝑠𝑦 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

-1.5 -1 -0.5 0

10-mj 16-mj 23-mj

図－3 実験値－変位 図-4 実験値-算定値 Concrete

Major Minor

1 10-minor 160.0 80.0 160.0 1.0 160.0 80.0 196.0 34.9 35.2 ^{31.2 66.3 86.8 1.31}

2 16-minor 160.0 80.0 160.0 1.6 100.0 50.0 313.3 34.9 40.0 79.4 119.4 115.4 0.97

3 23-minor 160.0 80.0 160.0 2.3 69.6 34.8 298.7 34.9 44.5 108.3 152.8 143.6 0.94

4 10-major 80.0 160.0 160.0 1.0 80.0 160.0 196.0 34.9 21.2 62.5 83.7 128.0 1.53

5 16-major 80.0 160.0 160.0 1.6 50.0 100.0 313.3 34.9 23.8 159.6 183.4 180.4 0.98

6 23-major 80.0 160.0 160.0 2.3 34.8 69.6 298.7 34.9 26.4 218.3 244.7 242.5 0.99

2a(mm)2b(mm)H(mm)t(mm) 2a/t 2b/t (kN) (kN) (kN)

Experimental results

No. Tag

Diameter

Height Thick Ratio yield stress stress Steel Tube

(Mpa)

(Mpa)𝑓_𝑠𝑦 𝑓 𝑉_𝑢 𝑉_𝑠 𝑉_𝑒𝑠𝑡=𝑉_𝑢+ 𝑉_𝑠𝑉_𝑒𝑥𝑝 𝑉_𝑒𝑥𝑝 𝑉_𝑒𝑠𝑡

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