鉄筋コンクリートはりの破壊性状と靱性設計に関する基礎的研究

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Title

鉄筋コンクリートはりの破壊性状と靱性設計に関する基礎

_{的研究( 内容の要旨(Summary) )}

Author(s)

岩瀬, 裕之

Report No.(Doctoral

Degree)

博士(工学) 甲第001号

Issue Date

1994-03-24

Type

博士論文

Version

publisher

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12099/1722

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氏名(本籍) 学位の種類学位記番号学位授与年月日専攻学位論文題目学位論文審査委員岩瀬裕之(岐阜県) 博士(工学) 甲第 1号平成 6 年 3 _月 24 _日生産開発システム工学専攻鉄筋コンクリートはりの破壊性状と敵性設計に関する基礎的研究 (主査)教授小柳拾 (副査)教授六郷恵哲教授中川建治論文内容の要旨本論文は､曲げを受ける鉄筋コンクリート(以下RCと略)はりを対象として､荷重変位曲線で表される破壊性状をもとに､とくに鉄筋降伏後のRCはり断面の特性について検討するとともに､その成果をもとにRCはり断面の靭性設計を確立することを目的としており､8章からなっている｡第1章の序論では､RCはりの破壊性状と靭性設計について概説するとともに､研究の目的と内容について述べている｡第2章では､全体･系とそれを構成する部分･要素の挙動の相互の関係を明らかにするため､まず要素モデルを用い､硬化･軟化を含めて要素の挙動を変化させ､系の破壊挙動を解析している｡また要素を直列に結合した静定系ならびに並列に結合した不静定系の耐力とエネルギー吸収量の特徴を明らかにし､これらの改善の一般的な方法について検討している｡さらに､分岐､変形の分散と局所化､スナップバックの各現象とその理由を示し､加えて､強度の寸法効果の原因として､弱い層

が形成されることによる強度低下､ならびに層内のひずみが不均一となることによ

る強度低下の2つの可能性を解析結果をもとに示している｡第3章では､RCはり断面の曲げ破壊過程を特徴づける点としての引張鉄筋の降伏終了点の概念を定義し､この降伏終了点までにRCはり断面で消散するエネルギーの算定式を導くとともに､断面の消散エネルギーに及ぼすコンクリートならびに鉄筋の材料特性および断面特性の影響について解析的に検討している｡その結果として､断面の消散エネルギーにはコンクリートの強度は直接は影響せず､コンクリートの靭性が影響することを明らかにしている｡また､面の消散エネルギーに対する圧縮鉄筋の寄与としては､圧縮鉄筋自体が降伏変形するよりも引張鉄筋の降伏変形を増大させる効果が大きいことを明かにしている｡また､引張鉄筋の降伏が生じる限界である降伏限界鉄筋比､ならびに破断が生じる限界の破断限界鉄筋比を算定する式を､コンクリートの靭性を用いた形式で提案している｡また､RCはり断面

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-1-の靭性を評価するためのパラメーターとして､引張鉄筋の降伏開始点から降伏終了点あるいは破断点にいたる間の消散エネルギーをもとに箕定される塑性回転能を定義し提案している｡第4章では､第3章で提案したRCはり断面の靭性を評価する手法の応用として､ RCはり断面の設計条件として曲げ靭性と曲げ耐力の億が与えられた場合における断面の計算方法を示している｡RCはりの曲げ靭性パラメーターとして､引張鉄筋の降伏開始点から降伏終了点までの間の引張鉄筋の降伏変形によるエネルギー吸収能､あるいはその間の塑性変形能を採用したことにより､RCはりの曲げ靭性を曲げ耐力と同程度の取り扱い易さでRCはり断面の設計計算に取り入れることが可能となることを示している｡第5章では､RCはりの靭性評価手法を補強材特性の異なるプレストレストコンクリート(以下PCと略)はりに適用するとともに､ひびわれ抵抗性.耐力.靭性の点で総合的に優れた高性能なPCはりの作成を行った結果を示している｡また､P Cはりの靭性情が断面定数および材料特性から定まるタフネス指数によって概略の推定が可能であることを示している｡さらに､圧縮鉄筋の配置や鋼繊維補強コンクリートの使用等によって圧縮側コンクリートの靭性を増すことによってタフネス指数が大となり部材の靭性値が大となるが､タフネス指数が過大になるとPC鋼材の破断が生ずるため､鋼材破断を生ずることなく高靭性を確保する上でのタフネス指数には上限が存在することを示している｡第6葦では､コンクリートはり中の鉄筋の降伏後の引張挙動を明らかにするために､コンクリート中に埋め込まれた鉄筋の両引き試験を行った結果を示している｡これにより､鋼材に異形鉄筋を用いた場合には､鉄筋とコンクリートとの付着により降伏域の進展が拘束され､降伏踊り場がなくなり降伏後直ちに硬化域に入ることを明らかにしている｡さらに､曲げを受けるRCはりの荷重変位関係の箕定にあたって､通常用いられている鉄筋のみの応力ひずみ関係のかわりに､両引き試験より得られたコンクリートに埋め込まれた鉄筋の応力ひずみ関係を用いることによって､荷重変位関係が実験値によく一致することを示している｡第7章では､RCはりの降伏後の変形性状に及ばす供試体寸法,圧縮鉄筋量t モーメントスパン内のスターラップの存在等の影響について実験的に検討した結果を示している｡その結果､部材変形能は､圧縮鉄筋比の引張鉄筋比に対する比が0.5 以上の複鉄筋はりではほぼ一定であるが､単鉄筋はりおよび上記の比が小さいはりでは､はり高さが大きくなるほど変形能が小さくなり､部材変形能にも寸法効果があることを確認している｡また､モーメントスパンにスターラップを配置した場合にはその拘束効果により､複鉄筋はりだけではなく単鉄筋はりの場合でも､最大変位量が増加することを確認している｡また､変形の局所化は最大荷重点以降に顕著になることを示している｡第8章は､2葺から7章までの結論を総括して要約したものである｡

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-2-論文審査の結果の要旨本論文は､曲げを受ける鉄筋コンクリート(以下RCと略)はりを対象として､荷重変位曲線で表される破壊性状をもとにとくに鉄筋降伏以後のRCはり断面の特性について検討するとともに､その成果をもとにRCはり断面の靭性設計を確立することを目的としており､得られた成果は次のとおりである｡ ① 硬化･軟化を含む要素の挙動をもとに､要素の集合体である系の破壊挙動を解析し､系の耐力とエネルギー吸収量の特徴を明らかにするとともに､これらの改善の一般的な方法について明らかにしている｡また､強度の寸法効果の原因についての2つの可能性を明らかにしている｡ ② RCはり断面の曲げ破壊過程を特徴づける点として引張鉄筋の降伏終了点に着目し､降伏終了点までにRCはり断面で消散するエネルギーの算定式を導くとともに､この断面の消散エネルギーに及ぼす使用材料の特性および断面特性の影響にっいて解析的ならびに実験的に明らかにしている｡また､引張鉄筋の降伏が生じる限界である降伏限界鉄筋比.ならびに破断が生じる限界の破断限界鉄筋比の算定方法を､コンクリートの靭性を用いて明らかにしている0 ③ RCはり断面の靭性を評価するためのパラメーターを消散エネルギーにもとづいて提案し､設計条件として曲げ靭性と曲げ耐力の値が与えられた場合の断面の設計計算方法を明らかにしている｡ ④ RCはりの靭性評価手法を補強材特性の異なるプレストレストコンクリート (以下PCと略)はりに適用するとともに､ひびわれ抵抗性･耐九靭性の点で総合的に優れた高性能なPCはりの作成方法を明らかにし､またこの方法で作成された PCはりの靭性値が断面定数および材料特性から定まるタフネス指数によって概略の推定が可能であることを明らかにしている｡ ⑤ _{コンクリート中に埋め込まれた鉄筋の両引き試験の結果より､コンクリート} 中にある鉄筋の降伏後の引張挙動を明らかにし､異形鉄筋を用いた場合には付着にょり降伏域の進展が拘束され､降伏踊り場がなくなり降伏後直ちに加工硬化域に入ることを明らかにしている｡さらに､曲げを受けるRCはりの荷重変位関係の算定にあたっては､この両引き試験より得られた鉄筋の応力ひずみ関係を用いることにょって､荷重変位関係が実測値に一致することを明らかにしている0 ⑥ RCはりの降伏後の変形性状に及ぼす供試体寸法t圧縮鉄筋鼠モーメントスパン内のスターラップの存在等の影響について検討し､単鉄筋はりでは部材変形能に寸法効果が認められること､単鉄筋はりの場合でもスターラップの効果により最大変位量が増加すること､また､変形の局所化は最大荷重点以降に顕著になることを明らかにしている｡以上要するに､本論文は鉄筋コンクリートはり断面の力学特性ならびに破壊性状および靭性におよばす各種の要因について多くの知見を得たものであり､学術上実際上寄与することが少なくない0よって､本論文は博士(工学)の学術論文として価値あるものと認める｡