４．コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果

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(1)ねじりを受ける合成部材の力学特性に関する研究第４章コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果. ４．コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果ねじりを受ける合成部材の力学的性質は曲げやせん断、軸圧縮力などを受ける部材に比べて、不明な点が多い。そこで、基本的なねじり特性や力学的拳動を検討するため、静的載荷実験として鋼部材およびコンクリート充填鋼製柱の合成部材に純ねじりを載荷する。実験は箱形断面の鋼殻部材と正方形断面の合成部材を一端固定、他端ねじりの条件で行った。. ４.１. 供試体. 図4.1に供試体の基本構造を示す。鋼板の厚さが異なる両端コンクリート中詰めの鋼殻柱部材３体、全断面コンクリート充填鋼製柱の合成柱部材３体及び１体の無筋コンクリート柱部材をねじり載荷試験に用いた。鋼殻部材は、両端から150mmの範囲に支持板を設けて中詰めコンクリートを用いて補強を行った。いずれの供試体でも基本寸法は全長１ｍ、断面15×15cmとした。また、供試体の種類を表4.1に示す。. 150. 150. 1000 コンクリート柱中詰コンクリート. 150. 支持板 150 1000 鋼殻柱. 充填コンクリート. 150. 1000 合成柱. 図 4.1. 150. 供試体の基本構造. 35.

(2) ねじりを受ける合成部材の力学特性に関する研究第４章コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果. 表 4.1 供試体名. 断面形状(mm). RC. コンクリート充填鋼殻柱の種類種. 類. コンクリート柱. 板厚(mm). 板厚の比(h/t). ――. ――. 2.3. 65. 3.2. 47. 4.5. 33. 2.3. 65. 3.2. 47. 4.5. 33. RS23 鋼殻柱. RS32 □ RS45. 150×150. RH23 RH32. 合成柱. RH45. ４.２. ねじりモーメントとねじり率. 載荷試験から得られたねじりモーメントとねじり率の関係を図4.2〜図4.4に示す。鋼板の厚さが4.5mmの鋼管柱RS45供試体では、ねじりモーメントが35kN･m程度まで両者の関係は直線的であり、約40kN･mを超えたあと曲線の勾配が徐々に緩やかになった。RS32供試体では、28kN･m程度で横這いになり、ねじり率が0.21(rad/m) 程度でねじりモーメントが急激に低下して、その後は徐々にねじり耐力が減少した。この供試体では図4.5に示すように供試体中央部に局部座屈現象が生じた。RS23供試体でもねじり耐力は15kN･m程度で急に折れたあと徐々に減少した。RS23供試体にはRS32供試体よりも大きい局部座屈による変形が見られた。. Rectangular Concrete Column. 3.0. TORQUE (kN・m) a. 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.000. 図 4.2. 0.004. 0.008. 0.012. ANGLE of TWIST (rad/m). 0.016. コンクリート角柱のねじりモーメントとねじり率. 36. 0.020.

(3) ねじりを受ける合成部材の力学特性に関する研究第４章コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果. Rectangular Steel Column. TORQUE (kN・m). 45. RS45. 40. RS32. 35. RS23. 30 25 20 15 10 5 0 0. 0.05. 0.1. 0.15. 0.2. 0.25. 0.3. 0.35. 0.4. Angleofoftwist Twist (rad/m) Angle (rad/m) 図 4.3. 鋼殻柱のねじりモーメントとねじり率. Rectangular Composite Column. 80 70. TORQUE (kN・ m). TORQUE (kN・m). 50. 60 50 40 30. RH45. 20. RH32. 10. RH23. 0 0. 0.05. 0.1. 0.15. 0.2. 0.25. 0.3. 0.35. 0.4. 0.45. 0.5. Angle of twist (rad/m). 0.55. 図 4.4. コンクリート充填鋼殻柱のねじりモーメントとねじり率. 37.

(4) ねじりを受ける合成部材の力学特性に関する研究第４章コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果. 図 4.6 RH23 供試体での溶接部の破断. a.. RS23 供試体. b.. RS32 供試体. 図 4.5 鋼殻柱供試体における局部座屈. コンクリート充填鋼殻柱の合成部材は、いずれの供試体でも中の充填コンクリートが破壊されると思われるねじりモーメントが小さい段階で曲線が若干折り曲がる現象が起きた。その後のねじりモーメントとねじり率の関係は、鋼材の降伏までは直線的であって、降伏後はほぼ水平となった。鋼板の厚さが4.5mmのコンクリート充填鋼殻柱のRH45供試体では、ねじりモーメントが50kN･m 程度まで直線的であった。また50〜60kN･m で勾配が徐々に緩やかになって約60kN･m を超えたあと曲線の勾配がほぼ水平になった。RH32供試体でも部材が降伏する前の35kN･m程度までは直線的であって、約40kN･mを超えた後の降伏後の挙動はRH45供試体と似ているような結果となった。RH23供試体では少し折れたあと最大ねじりモーメント30kN･ m程度まで緩慢な曲線が描かれた。この供試体では、図4.6に示すように角部の溶接されている部分の破裂のため載荷はその時点で終了した。. 38.

(5) ねじりを受ける合成部材の力学特性に関する研究第４章コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果. ４.３. ひずみの計測結果. ４．３．１. コンクリート角柱のひずみ. コンクリート柱のRC供試体でのひずみ計測結果を図4.7〜図4.10に示す。ここには、全16ヶ所の計測位置から前面の中央の一列、4ヶ所の計測結果を示すことにし. ねじりモーメント（kN・m）. た。また、各方向のひずみ結果から面内せん断ひずみを求め、図4.10に示した。. ひずみ. ひずみ. 図 4.8 Y 方向のひずみねじりモーメント（kN・m）. 図 4.7 X 方向のひずみ. ひずみ. ひずみ. 図 4.9 45°方向のひずみ. 図 4.10. 39. 面内せん断ひずみ.

(6) ねじりを受ける合成部材の力学特性に関する研究第４章コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果. ４．３．２. 鋼殻柱の鋼板のひずみ. 鋼殻柱３体の中でRS45供試体でのひずみ計測結果を図4.11〜図4.14に示す。ここには、全16ヶ所の計測位置から前面の中央の一列、4ヶ所の計測結果を示すことにした。なお、他の供試体については各方向のひずみ結果から面内せん断ひずみを求. ねじりモーメント（kN・m）. め、図 4.15と図 4.16に示した。. ひずみ. RS45 供試体の X 方向のひず. 図 4.12. RS45 供試体の Y 方向のひずみ. ねじりモーメント（kN・m）. 図 4.11. ひずみ. ひずみ. RS45 供試体の 45°方向のひずみ. 図 4.14. RS45 供試体の面内せん断ひずみ. ねじりモーメント（kN・m）. 図 4.13. ひずみ. ひずみ. 図 4.15. ひずみ. RS32 供試体の面内せん断ひずみ. 図 4.16. 40. RS23 供試体の面内せん断ひずみ.

(7) ねじりを受ける合成部材の力学特性に関する研究第４章コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果. ４．３．３. コンクリート充填鋼殻柱の鋼板のひずみ. コンクリート充填鋼殻柱３体の中でRH45供試体でのひずみ計測結果を図4.17〜図4.20に示す。ここには、全16ヶ所の計測位置から前面の中央の一列、4ヶ所の計測結果を示すことにした。なお、他の供試体については各方向のひずみ計測結果から面内せん断ひずみを求め、図 4.21と図 4.22に示した。. ひずみ. 図 4.17. ひずみ. RH45 供試体の X 方向のひず. 図 4.18. ひずみ. 図 4.19. ひずみ. RH45 供試体の 45°方向のひずみ. 図 4.20. ひずみ. 図 4.21. RH45 供試体の Y 方向のひずみ. RH45 供試体の面内せん断ひずみ. ひずみ. RH32 供試体の面内せん断ひずみ. 図 4.22. 41. RH23 供試体の面内せん断ひずみ.

(8) ねじりを受ける合成部材の力学特性に関する研究第４章コンクリート充填鋼殻柱の載荷試験結果. ４.４. まとめ. 今回のねじり載荷試験において中空鋼殻柱の破壊性状は、鋼板の厚さが薄い場合局部座屈で破壊して、厚い場合は鋼材の塑性で破壊することがわかった。また、鋼管にコンクリートを充填した合成部材では、鋼殻柱部材と比較して大きな耐荷力があり、かつコンクリートの存在により局所座屈が防止された。合成柱の角部の溶接部での破断がなければ10程度大きな靭性率が得られることがわかった。載荷試験結果から、コンクリート充填鋼殻柱のねじり耐荷力はコンクリート柱と鋼殻柱の耐荷力を単純累加方式により求めたねじり耐荷力より30%ほど大きくなり、かなりの合成効果が得られることがわかった。これは、見かけ上拘束力によりコンクリートの強度が高くなり、鋼板の局部座屈や変形がコンクリートにより抑えられるからである。ところが、ねじりモーメントが比較的小さい段階から、載荷試験ではねじり剛性が低下する傾向があった。この原因としてコンクリートにひび割れが入るとねじり剛性は鋼部分のみで寄与しているためだと考えられる。このためひび割れ発生後は、剛性の累加は出来ないといえる。. 図 4 . 2 3 充填コンクリートのひび割れ状況. 載荷試験後に合成柱供試体の鋼板を切り開き、観察された充填コンクリートのひび割れ状況を図 4.23 に示す。合成柱供試体の充填コンクリートはひび割れが全面に渡り等間隔に生じ、ひび割れの方向は大体 45°でせん断崩壊している状況がわかった。. 42.

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