鋼繊維によって内的拘束を受けるモルタルの支圧強度に関する基礎的研究

銅繊維体積混入率Vf(日) 鋼繊維体積湿入率引(国) 銅繊維体積混入率Vf(百) (a)水セメント比(WjC)=65唱の場合 (b)水セメント比例jC)=40唱の場合 (c)水セメント比 (WjC)=2日の場合 図

-

2

最大圧縮耐力と鋼繊維体積混入率

(

V

f)との関係

1154

鋼繊維によって内的拘束を受けるモルタルの

支圧強度に関する基礎的研究

支圧耐力 コンファインドモノレタノレ 内的拘束 鋼繊維 支圧強度推定式 重回帰分析 1.はじめに 筆者らは、従来から鋼管形式による杭頭半剛接工法の 確立を目的とした一連の基礎的研究を行っており、これ までに鋼管や帯筋などによって外的拘束を受けるコンフ アインドコンクリートの支圧特性について、 連の実験 的および解析的1)な検討を行った。本研究では、引き続 き、鋼繊維によって内的拘束を受けるコンファインドコ ンクリートの支圧強度推定式、並びに鋼管や帯筋による 外的拘束との違いを調べるために、実験的に検討した。

2

.

実験方法 2.1試験体 本実験では、 表一

1

に示すように、何れの試験体も外形 (D) x高さ(h)が φ150x300mmの 円 柱 体 を 使 用 し 、 実 験 要 因としては、水セメント比 (W/C:65、40お よ び25%の3 種 類 ) 、 鋼 繊 維 体 積 混 入 率 ( げ 0.0、2.0お よ び4.0%の3 種類)、並びに支圧径 (B:50、75、 100お よ び 145mmの4 種類)を取り上げて、一連の支圧強度実験を行った。

2

.

2

加力および測定方法 加力要領を図一1に示す。 本 実 験 で は 、 約1/10スケール の 杭 頭 半 剛 接 合 モ デ ル 試 験 体 のl軸支圧力日力に際して容 量2，000kNの耐圧試験機を使用し、単調漸増l軸 支 圧 載 荷 表-1 実験の概要 試験体

l

_l

支圧径 寸法

l

I

B(mm) (lmn) 目 実験 シリーズ 佐 字 ペ リ 働

MW

鋼 混 別 W/C (%) 25

I

<p150x300目￨φ145， <p100， φ75，φ50 40 lφ150x300目￨中145，φ100， φ75，φ50 65 ￨φ150x300

I

中145，φ100， 中75，φ50 2000 2000

H

W/C=65%

卜

十一一 .8= 75mm

・

B

.

_

_

?

三

15凹 u a. 宍

重

10

∞

出

話

5曲

三

15

∞

U a. R

重

1刷 出

話

5

∞

日本建築学会大会学術講演梗概集 (九州) 2016年8月 正会員 O 関 俊力*1 同 瀬 古 繁 喜*2 岡 山 田 和 夫*3 を行って最大耐力と荷重一軸変位関係の測定を行った。 3. 実験結果とその考察 3.1圧縮耐力 図-2(a)~ (c)は 、 圧 縮 耐 力 と 鋼 繊 維 体 積 混 入 率 ( ゆ と の 関 係 に 及 ぼ す 支 圧 径 (B) の 影 響 を 水 セ メ ン ト 比 (附

C

)

別に示したものである。これらの図によれば、 鋼 繊 維 補 強 モ ル タ ル の 圧 縮 耐 力

(

p

c

)

は 、 一 般 的 に 母 材ベースモノレタルの水セメント比

O

f

グC)が 小 さ く 圧 縮 強 度 が 大 き い ほ ど 、 鋼 繊 維 混 入 率 ( ゅ の 増 加 に 伴 う 圧 縮 耐 力

(

p

c

)

の増大が著しいしことがわかる。また、 圧 縮 耐 力 に 及 ぼ す 支 圧 径

(

B

)

の 影 響 も 、 母 材 ベ ー ス モ ルタノレの圧縮強度が大きいものほど顕著となっている。 3. 2既往の支圧強度式による支圧強度推定結果 図

-

3

(a)~ (c)は、本実験によって得られた鋼繊維補強 モルタノレの支圧強度と支圧径との関係に関する実験結果 (図中の・、

O

お よ び・) と 式(1)で 表 さ れ る 六 車 ・岡 本が提案したコンクリートの支圧強度推定式による支圧 強度の推定結果(赤色の破線)とを比較したものである。

FB=F

・(Al

A

I

)

0439 (1) ここに、

F

B

:

支 圧 強 度 (N/mm2)、

F:

全 面 圧 縮 強 度

(N/mm2

)

、

A

:

支 承 面 積 (mm2)、

A

I

:

支 圧 面 積(mm2)。 全面加力 [単位:

m

m

J

支圧加力 図-1 試験体の加力および軸変位の測定要領 2000

三

15凹 o a 宍

襲

1刷 出

話

5

∞

FWldam巴ntalStudy on Bearing Strength of Mortar

having Int巴rnalConfinement by Steel Fiber SE

Kl

Tos十lik

α

'tsu，SEKO Shigeki YAMADA K

α

zuo

-307

400 400 400 "_E '3

∞

E 、 、 z 極20口 組 出 桝 100 0 0 0 0 0 0 3 2 1 F E E ¥ Z ) 制組出 M m "'300 E E 、 、 z 極2

∞

額 出 桝1凹 1 、 0 50 75 100 125 150 175 25 50 75 100 125 150 175 支圧径(mm) 支圧径(mm) 50 75 1日日 125 150 175 支庄径(mm) (a)鋼繊維混入率 (Vf)=0. 0唱の場合 (b)鋼繊維混入率 (Vf)=2.0唱の場合 (c)鋼繊維混入率 (Vf)=4.0唱の場合 図-3支圧強度と支圧径との関係(六車・岡本式との比較) 400 400 400

∞

∞

∞

3 2 1 FEE ¥ Z ) 悩銀出桝

凹

∞

凹

3 2 1 F E E ¥ Z ) 悩額出桝 0 0 0 0 0 日 3 2 1 F E E ¥ Z 一 ) 悩額出桝 50 75 100 125 150 175 支圧径(mm) 50 75 100 125 150 175 支 圧 径(mm) 50 75 100 125 150 175 支圧径(mm) (a)鋼繊維混入率 (Vf)=0.0唱の場合 (b)鋼繊維混入率 (Vf)=2.0唱の場合 (c)鋼繊維混入率 (Vf)=4.0唱の場合 図

-

4

支圧強度と支圧径との関係(重回帰分析結果) これらの図によれば、六車・岡本式による支圧強度推 (N/m m2_{)、Vj:鋼 繊 維 体 積 混 入 率 (%)。} 定 値 は 、 鋼 繊 維 体 積 混 入 率 ( ゆ が 2.0%の試験体では、 また、母材ベースモルタルのC値 (Co)と全面圧縮強 水セメント比 (W/C)に関わらず実験結果と良く一致し 度 (Fo)との聞に次の 式 (5)の線形関係式が得られた。 て い る が 、 げが0.0お よ び4.0%で 支 圧 径 (B)が 75mm以下 C

o

=

ー0.00094Fo+0.40 の場合には、それぞれ過大評価および過小評価となり、

(

2

)

支圧強度推定式の適用性 (5) その差は母材ベースモルタルの強度が大きくなるほど増 大する傾向にあることがわかる。以上のことから、鋼 繊 維によって内的拘束を受けるコンファインド、モルタルの 支圧強度と支圧径との関係は、鋼管や帯筋などの外的拘 束を受ける場合と同様に、鋼繊維による内的コンファイ ンド効果によって影響を受け、 一般的に母材ベースモル タノレの強度が大きく、かっ鋼繊維による内的コンファイ ンド効果が大きいものほど、全面加力時の圧縮強度に対 する支圧強度の増大が著しくなる傾向にあるといえる。 3. 3内的拘束効果を考慮した支圧強度推定式 (1)支圧強度推定式 本研究では、 鋼 繊維の混入によって内的拘束を受ける コンファインドモノレタノレの支圧強度推定式として、

F

e

=

F

・

(

A

I

A

I

)

C

(

2

)

を使用した場合の係数であるF値(コンファインド、モノレ タルの全面圧縮強度)およびC値の定量化を試みた。な お、定量化に際しては、 F値およびC値 を 母 材 ベ ースモ ノレタルの値 (Foおよび~Co) と鋼繊維の混入に起因して 生 じ る 増 分 値 (LlFお よ びLlC) との和として定義し、 重回帰分析によって次の式(3)および式 (4)が得られた。 F=Fo+ LlF=Fo+e-36.6・F08.98・Vj065 (3) C=Co+ LlC=CO+e-2.62・Fo日09・Vj059 (4) ここに、

F

O

母材ベースモルタノレの全面圧縮強度 図

-

4

(a)~ (c)は、前 掲 の 式 (2)中の

F

値お よ び

C

値を、 それぞれ式 (3)、式 (4)お よ び 式 (5)で評価した場合の支 圧強度に関する実験結果と推定結果とを比較したもので ある。これらの図によれば、 実験結果と推定結果は、鋼 繊 維 体 積 混入率 (Vj)およひや水セメント比 (W/C)に関 わらず良く一致しており、支圧強度と支圧径との関係に 及ぼす母材強度 (Fo)お よ び鋼繊維混 入 量 ( 明 の影響 は、 Foとげの相互作用の影響を考慮した式 (3)、式 (4)お よび式 (5)を用いることで合理的に評価できるといえる。

4

.

むすび 本 研究の結果、①六車・岡本式による支圧強度の推定 値 は、鋼 繊 維 混 入 量 が2.0%の場 合 には実験結果と良く 一致 す る が、鋼繊 維 体 積 混 入率が0.0および4.0%の 場 合 で、支圧径が75m m以下になると、それぞれ過大評価お よび過小評価となること、②支圧強度と支圧径との関係 に及ぼす母材強度および鋼繊維混入量の影響は、本研究 で提案した母材強度と鋼 繊維混入量の相互作用の影響を 考慮に入れた式 (3)、式 (4)および式 (5)を用いることに よって合理的に評価 できること、などが明らかとなった。 [参 考文献

I

1)関俊力他:支圧荷重を受けるコンファインドコンクリー 卜の多軸効果成分とせん断抵抗成分に関する実験的検討、 日本建築学会大会講演梗概集(近畿、) pp.633司634、2014.9 *1 愛 知 工 業 大 学 工 学 部 研 究 生 ・修士(工学) *2 愛 知工業 大 学工学 部 准 教 授 ・博士(工学) *3 愛 知 工 業 大 学 大 学 院 教 授 ・工博

*

1 ResearchStudent， AichiInstitut巴ofT巴chnology，M.Eng

*2 Ass.Prof.， Facultyof Eng.， AichiInstitut巴ofT巴chnology，Dr.Eng

*3 Prof， Facultyof Eng.， AichiInstitute of Technology， Dr.Eng

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