芯鉄骨合成柱とRC梁で構成された十字形架構の弾塑性性状に関する実験的研究 [ PDF
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(2) 実験に用いた値 正しい値. Rp. CSRC-3A CSRC-3B 0.34% 0.53% 0.38%. 0.45%. RC-4A 0.50% 0.42%. 3 . 1 破壊性状. 東側 9. CSRC-4A. 10 歪ゲージ. 320. RC-3A. 60. 表 3 各試験体の R p 一覧 0.53%. 60. N HA. 100 1 11 3. はすべて R = 2 R p で柱. 西側. 100 12 2. 梁接合部パネルに曲. 4. ( ×Rp) 16. げひび割れを生じ. 4. 2. 0. 8. 6. 10. 14. 7. 5 13. 14 6. 8. は曲げひび割れは生. δ. P. -4. た。ど た。 どの試験体も梁. P. δ. 60. rotation angle R. 8. 12. ｌ. -8 -12. 歪ゲージ. 320. 12. 4. 十字形架構試験体. 東側. δ R = − l. HB. 15. 力比 0 . 3 の試験体は. number of cycles. 図 3 載荷プログラム. 図 5 歪ゲージ貼付位置. 図 4 部材角 R の定義. じ た も の の 、降 、降伏に は 至 ら な か っ た 。軸 。軸. 16. 60. -16. 西側. どちらも柱に曲げひ. は柱に所定の鉛直荷重を載荷し一定に保持した状. び割れが生じたものの柱は曲げ破壊しなかった。. 態で、梁 態で、 梁材端に地震時応力に対応する逆対称な変. R C - 3 A は R = 4 R p ( 1 回目 回目) ) で柱梁接合部パネルのかぶ. 動荷重を載荷した。加力サイクルは 動荷重を載荷した。 加力サイクルは図 図 3 に示すよう. りコンクリートが剥落し、R りコンクリートが剥落し、 R = 1 0 R p ( 2 回目 回目) ) で制御が. な漸増変位振幅で行った。R な漸増変位振幅で行った。 R p は弾性限部材角であ. 不能になり実験を終了した。CSRC-3A 不能になり実験を終了した。 CSRC-3A は R=6Rp ( 1 回. り、十 り、 十字形架構試験体は柱断面の終局曲げ耐力発. 目 ) で柱梁接合部パネルのかぶりコンクリートが剥. 揮 時 の 変 形 量 で あ る 。た 。た だ し 芯 鉄 骨 合 成 柱 断 面 の. 落し、R 落し、 R = 8 R p ( 2 回目 回目) ) で制御が不能になり実験を終. 終局曲げ耐力は一般化累加強度 2 ) によった。 によった。R R C 柱断. 了した。軸力比 了した。 軸力比 0 . 4 の試験体はどちらも R = 4 R p で柱. 面の終局曲げ耐力は文献 面の終局曲げ耐力は 文献 3 ) によった。 によった。ト字形試験 ト字形試験. 梁接合部のかぶりコンクリートが剥落し柱が曲げ. 体は梁の終局曲げ耐力 3 ) 発揮時の変形量である。 発揮時の変形量である。部 部. 破壊した。RC-4A 破壊した。 RC-4A は R=6Rp(1 回目 回目) )で、 で、CSRC-4A CSRC-4A は R=-. 材角 R の定義を の定義を図 図 4 に示す。 に示す。表 表 3 に各試験体の部材. 6 R p ( 1 回目 回目) ) で柱主筋が座屈し、 で柱主筋が座屈し、軸力保持不能とな 軸力保持不能とな. 角 R p の一覧表を示す。 の一覧表を示す。なお、 なお、今回の実験に用いた 今回の実験に用いた. り実験を終了した。ト字形架構試験体の り実験を終了した。 ト字形架構試験体の C S R C - 3 B は. Rp の値は CSRC-3B および RC-4A の 2 体の試験体に関. R = 2 R p ( 1 回目 回目) ) で柱面から 4 0 c m のところにひび割れ. して計算ミスがあり、誤った値を用いた。 して計算ミスがあり、 誤った値を用いた。表 表 3 の上. が生じた。R が生じた。 R = 8 R p ( 1 回目 回目) ) で梁下面のかぶりコンク. 段 の 値 が 実 験 に 用 い た 値 、下 、下 段 の 値 が 正 し い 値 で. リートが剥落し、R リートが剥落し、 R = 1 2 R p ( 2 回目 回目) ) で梁の主筋および. ある。歪ゲージの貼付位置を ある。 歪ゲージの貼付位置を図 図 5 に示す。. あばら筋が露出し、R あばら筋が露出し、 R = - 1 2 R p ( 2 回目 回目) ) で梁が曲げ破. 3 . 実験結果および考察. 壊し実験を終了した。. 150. 100 Load P(kN). Load P(kN). 50 0. CSRC-4A. 100. 50. Load P(kN). 100. 150. 150. CSRC-3A. 0. 50 0. -50. -50. -50. -100. -100. -100. -150. -4. -2 0 2 Rotation Angle R(%). 4. 150. -4. -2 0 2 Rotation Angle R(%). 4. -150. -4. -2 0 2 Rotation Angle R(%). 150. RC-3A. 100. 50. Load P(kN). Load P(kN). 100. -150. CSRC-3B. 0. RC-4A. 梁の終局曲げ耐力 3 ). 50. 柱の終局曲げ耐力 芯鉄骨合成柱 2 ). 0. -50. -50. -100. -100. -150. -150. 4. R C 柱 3 ) 柱梁接合部の. -4. -2 0 2 Rotation Angle R(%). 4. 終局せん断耐力 3 ) -4. -2 0 2 Rotation Angle R(%). 図 6 荷重変形関係. 59-2. 4. ●. 柱主筋座屈点.
(3) 3 . 2 荷重変形関係. 実験が終了した段階および梁端荷重 P が最 大値. 図 6 に荷重変形関係を示す。 に荷重変形関係を示す。R R C 柱試験体は 柱試験体は文献 文献. の 8 5 ％まで低下した段階までに架構が吸収した累. 2 ) で鉄骨の効果を無しとした柱梁接合部の終局せ. 積エネルギーを、図 積エネルギーを、 図 1 0 に示すような理想弾塑性型. ん断耐力および柱の終局曲げ耐力 3 ) に達している。. のエネルギーと等価になるようにし、塑性変形倍. 芯鉄骨合成柱試験体は柱梁接合部の終局せん断耐. 率 µ を算定した。 を算定した。図 図 1 0 中の c P p は柱の終局曲げ耐. 力には達しているが柱の終局曲げ耐力. 力発揮時の梁端荷重であり、R 力発揮時の梁端荷重であり、 R p は弾性限部材角で. 2). には達して. い な い 。ト 。ト 字 形 架 構 試 験 体 は 柱 梁 接 合 部 の 終 局 せ. ある。. ん断耐力および梁の終局曲げ耐力. 3 . 5 . 1 P ≧ 0 . 8 5 P m a x までの変形能力 までの変形能力 . 3). に達している。. 図 1 1 に梁端荷重 P が最大値に達した後 8 5 % まで. 図 7 に軸力比別 に 各 試 験 体 の 軸 縮 み の 履歴を示. 低下したときの部材角 R85 示す。 示す。軸力比 軸力比 0.3 では RC-. す。RC-3A,CSRC-3A す。 RC-3A,CSRC-3A を比較すると、 を比較すると、RC-3A RC-3A は R=6Rp(1. 3A が 4Rp(1 回目 回目) ) 、CSRC-3A が 2Rp(1 回目 回目) ) であり、. 回目)) まで、 回目 まで、CSRC-3A CSRC-3A は R=4Rp(1 回目 回目) ) まで安定して. 軸力比 0.4 では RC-4A RC-4A、 、CSRC-4A は共に 2Rp(1 回目 回目)). いる。その後、 いる。 その後、両試験体とも急激な軸縮み量の増加 両試験体とも急激な軸縮み量の増加. であった。梁端荷重が最大値に達した後 であった。 梁端荷重が最大値に達した後 8 5 % まで低. が見られた。RR C - 4 A と C S R C - 4 A は共に柱軸力載荷時 が見られた。. 下したときの塑性変形倍率 µ を各試験体毎に を各試験体毎に図 図1 2. に 2 m m 程度の軸縮みを生じた。 程度の軸縮みを生じた。共に 共に R = 4 R p ( 1 回目 回目) ). (a)に示す。 (a) に示す。軸力比 軸力比 0 . 3 の C S R C - 3 A は R C - 3 A を下回. までは安定していたが、R までは安定していたが、 R = 4 R p ( 2 回目 回目) ) から軸縮み. り、軸力比 り、 軸力比 0.4 の CSRC-4A は RC-4A の 1.5 倍程度の. 量が増加し、共に 量が増加し、 共に R = 6 R p ( 1 回目 回目) ) で急激に縮み量が. 変形能力を有している。. 増加した。CC S R C - 3 B は縮み量が少なく終始安定し 増加した。. 3 . 5 . 2 実験終了までの変形能力 . た。. 図 1 2 ( b ) に実験終了までの塑性変形倍率 µ を各試. 3 . 4 架構のエネルギー吸収能力. 験体毎に示す。P 験体毎に示す。 P ≧ 0 . 8 5 P m a x までの場合と同様に、. 図 8 に示す梁端荷重 - 梁鉛直変位関係の曲線グラ. 実験終了までにおいても軸力比 0 . 3 では、 では、C CSRC-3A. フの縦軸正側部分の面積（着色してある部分 フの縦軸正側部分の面積 （着色してある部分) ) を各. は RC-3A を下回り、 を下回り、軸力比 軸力比 0.4 では、 では、CSRC-4A CSRC-4A は RC-. 部材角ごとに求め、これを履歴面積 部材角ごとに求め、 これを履歴面積( ( A r e ) とし、 とし、図 図. 4 A の 2 倍以上の変形能力を有している。. 9 に示す。 に示す。これにより架構のエネルギー吸収能力に これにより架構のエネルギー吸収能力に. 3 . 6 芯鉄骨の負担軸力に関する考察. ついての考察を行う。RC-3A ついての考察を行う。 RC-3A 、C S R C - 3 A を比べると、. 芯鉄骨合成柱試験体の上下の柱の内法長さ部分. 履歴面積の値は C SRC-3A の方が大きく、 の方が大きく、最大値は 最大値は 30. には鉄骨が内蔵されており、鉄骨の両側フランジ. ％ほど高い。RR C - 4 A 、C S R C - 4 A を比べると、 ％ほど高い。 を比べると、履歴面 履歴面. にはそれぞれ芯鉄骨材端より 6 0 m m の位置に歪ゲー. 積の値は C S R C - 4 A の方が大きく、 の方が大きく、最大値は 最大値は 3 0 ％ほ. ジを貼付している。この歪ゲージのうち、 ジを貼付している。 この歪ゲージのうち、接合部側 接合部側. ど 高 い 。こ 。こ の こ と か ら 芯 鉄 骨 合 成 柱 を 用 い る こ と. の材端から 6 0 m m の位置にある 2 つのゲージ つのゲージ( (図 5 参. でエネルギー吸収能力は向上するといえる。C でエネルギー吸収能力は向上するといえる。 CSRC-. 照 ) の値の平均値を芯鉄骨の圧縮歪とし、 の値の平均値を芯鉄骨の圧縮歪とし、これを用 これを用. 3 B は終始高いエネルギー吸収能力を有した。. いて芯鉄骨の負担軸力を求めた( いて芯鉄骨の負担軸力を求めた ( ※歪ゲージの値は. 3 . 5 架構の変形能力. 弾性域を超えていないので( 弾性域を超えていないので ( 3 . 1 ) 式、( 3 . 2 ) 式で芯鉄. 2. CSRC-3B 0. 2.5. -2. 2. 2. 2. 1.5. 1.5. 1.5. CSRC-4A. -8 0. 2. 4. 6. 8. Number of cycle. 10. 1. Are (kNm). -6. Are (kNm). CSRC-3A. 1. 0.5. 0.5. 0. 0. Rp. 0.5. 2Rp. 4Rp. 6Rp. 8Rp. 10Rp. 0 Rp. 12Rp. 2Rp. 4Rp. 6Rp. 8Rp. 10Rp. 12Rp. Rp. RC-4A. -6. δ. -8 -10. 0. 2. 4. 6. 8. Number of cycle. 10. 12. 2. 1.5. 1.5. 1. 0.5. 図 7 柱の軸縮み. 2Rp. 4Rp. 6Rp. 8Rp. Rotation Angle R(%). 10Rp. 12Rp. 1. 10Rp. 12Rp. Rp. 2Rp. 4Rp. 6Rp. 8Rp. Rotation Angle R(%). 図 9 履歴面積の推移. 59-3. 12Rp. 0 Rp. 図 8 履歴面積モデル. 10Rp. 0.5. 0. (b) 軸力比 0.4. 8Rp. RC-4A. 2. Are (kNm). -4. Are (kNm). CSRC-4A. 6Rp. 2.5. RC-3A. P. 4Rp. Rotation Angle R(%). 2.5. 0. 2Rp. Rotation Angle R(%). Rotation Angle R(%). 2. -2. 1. 12. (a) 軸力比 0.3 Axial displacement δ(mm). 2.5. CSRC-3A. RC-3A. -4. -10. 2.5. CSRC-3B. Are (kNm). Axial displacement δ(mm). 3 . 3 柱の軸縮み.
(4) 表 4 載荷軸力と上側柱芯鉄骨の負担軸力の関係. 12Rp(2) 12Rp(1) 10Rp(2) 10Rp(1). CSRC-3A CSRC-3B CSRC-4A. 8Rp(2) 8Rp(1) 6Rp(2) 6Rp(1). cPp Load P (kN). 4Rp(2) 4Rp(1). Rp(2) Rp(1) Rotation Angle R (%). µRp. 図 10 10 µ 算定モデル 30. µ. n=0.3. n=0.4. RC-3A. n=0.3 24.7. 25. 30. 20. 15. 15. 10. 10. 4.1. 1.7. 2.5. RC-4A. CSRC-4A. 4.1. 0. µ. n=0.3. CSRC-3B. n=0.4. 100. n=0.3. 28.8. 25. 20. 5. CSRC-3A. 図 11 11 R85(P ≧ 0.85Pmax). 芯鉄骨の負担軸力. Rp. 12.8 9.2. 8.9. CSRC-3A. RC-4A. CSRC-4A CSRC-3B. RC-3A. (a)P ≧ 0.85Pmax 時まで. CSRC-3A. RC-4A. Ne sNe / Ne 826kN 10.1% 791kN 10.6% 1178kN 8.5%. sNe : 実験時に芯鉄骨が負担した軸力(kN) Ne : 実験時の載荷軸力(kN) sNe / Ne : 実験時の載荷軸力に対する芯鉄骨の 負担軸力の割合(％). CSRC-4A. 80 70 60 50. 30. 0 RC-3A. sNe 83.2kN 83.8kN 100.6kN. 90. CSRC-3A. 40. 3.9. 5. sN 135kN 135kN 180kN. sA /A : 柱全断面積に対する芯鉄骨の 断面積の割合(%) sN : コンクリートおよび主筋が芯 鉄骨と同様に歪むとした場合 の芯鉄骨の計算負担軸力(kN) (kN) 110. 2Rp(2) 2Rp(1). E. sA / A 2.3% 2.3% 2.3%. Rp(1). Rp(2). 2Rp(1) 2Rp(2) 4Rp(1) 4Rp(2) 6Rp(1) 6Rp(2) 8Rp(1) 8Rp(2). 部材角R ＊()内の数字は繰り返し数. CSRC-4A CSRC-3B. ( b ) 実験終了まで. 図 1 3 芯鉄骨の負担軸力の履歴 て、( 3 . 1 ) 式および および( ( 3 . 2 ) 式により芯鉄骨の負担軸力. 図 1 2 塑性変形倍率. の履歴を求め、これを の履歴を求め、 これを図 図 1 3 に示す。 に示す。C C S R C - 3 A は負. 骨の負担軸力を求めることができる) 骨の負担軸力を求めることができる )。. ε 0 = (ε 1 + ε 2 ) 2. (3.1). sNe = ε 0 × sE × sA. (3.2). 担軸力の低下が著しいのに対して、C 担軸力の低下が著しいのに対して、 C S R C - 4 A は著し い負担軸力の低下が見られず柱が曲げ破壊を起こ すまで安定している。このことから すまで安定している。 このことから C S R C - 3 A は鉄骨. 柱に軸力を載荷した直後における芯鉄骨の負担軸. 下側のコンクリートが鉄骨の応力を支えきれなく. 力の割合を表 力の割合を 表 4 に示す。. なったため、芯鉄骨は軸力を十分に負担できな. 3 . 6 . 1 芯鉄骨の負担軸力の割合. かったと考えられる。. 芯鉄骨は柱軸方向にもコンクリートに内包され. 4 . まとめ. て お り 、柱 、柱 に 加 え ら れ た 軸 力 は 直 接 に は 芯 鉄 骨 に. 芯鉄骨を柱梁接合部内に貫通させない構法を用. 伝 達 さ れ ず 、芯 、芯 鉄 骨 の 上 方 の コ ン ク リ ー ト を 介 し. いた芯鉄骨合成柱と R C 梁で構成された十字形架構. て伝達される。鉄骨はコンクリートとの付着によ. の実験を行った結果、以下の知見を得た。 の実験を行った結果、 以下の知見を得た。. る 軸 力 の 伝 達 は あ ま り 期 待 で き な い た め 、 芯鉄骨. ( 1 ) 柱の内法高さ区間に芯鉄骨を挿入した場合、 柱の内法高さ区間に芯鉄骨を挿入した場合、芯 芯. の負担軸力の大きさは鉄骨の上方のコンクリート. 鉄 骨 の 軸 力 負 担 に 確 実 性 が 見 ら れ な か っ た 。確実 。 確実. から伝達される力で決まると考えられる。. に負担させるためには何らかの工夫が必要である。 ( 2 ) 芯鉄骨合成柱と R C 梁で構成された架構は、 梁で構成された架構は、芯鉄 芯鉄. sE ⋅ sA sN = N × （3.3 3.3） ） sE ⋅ sA + cE ⋅ cA + rE ⋅ rA. 骨が軸力を負担できた場合は芯鉄骨の存在により 架構の変形能力およびエネルギー吸収能力の点で. ( 3 . 3 )式で求められる計算値 ) 式で求められる計算値 s N と実験値 s N e の差が. 上回った。これにより芯鉄骨に確実に軸力を負担. 大 き い こ と か ら 、柱 、柱 の 内 法 長 さ の み に 芯 鉄 骨 を 配. さ せ る 配 置 と す れ ば 、芯 、芯 鉄 骨 合 成 柱 を 用 い る こ と. 置した芯鉄骨合成柱と R C 梁で構成された架構の場. で架構の耐震性能を向上させることが期待できる。. 合、芯 合、 芯鉄骨は大きな軸力を負担することができて. ( 3 ) 梁の曲げ破壊を先行させたト字形試験体は 梁の曲げ破壊を先行させたト字形試験体は芯鉄 芯鉄. い な い こ と が わ か る 。確 。確 実 に 大 き な 軸 力 を 負 担 さ. 骨の存在によって接合部パネル内のコンクリート. せるには何らかの工夫が必要となってくる。. が 破 壊 さ れ る こ と も な く 、柱 、柱 の 軸 縮 み お よ び 架 構. 3 . 6 . 2 芯鉄骨の負担軸力の履歴. エ ネ ル ギ ー 吸 収 能 力 、変 、変 形 能 力 に お い て 優 れ た 性. 3 . 5 節の架構の変形能力の考察では、 節の架構の変形能力の考察では、C CSRC-3A は. 能を示した。. R C - 3 A に比べて劣っており、 に比べて劣っており、C C S R C - 4 A にも劣ってい. 参考文献 1 ） 堺純一、 堺純一、松井千秋、 松井千秋、南宏一、 南宏一、平川葉子 平川葉子： ： 芯鉄骨合成柱の耐震性能に. る。この要因を調べるために以下の考察を行う。. 関する実験的研究、日本建築学会構造系論文集、 関する実験的研究、 日本建築学会構造系論文集、第 第 5 2 6 号、 号、p pp201-. C S R C - 3 A 、C S R C - 4 A について、 について、接合部側の芯鉄骨材 接合部側の芯鉄骨材 端から 6 0 m m の位置にある歪ゲージのデータを用い. 208、 208 、 1999 年 12 月 2 ) 日本建築学会 日本建築学会： ： 鉄骨鉄筋コンクリート構造計算規準 鉄骨鉄筋コンクリート構造計算規準・ ・ 同解説 3 ) 日本建築学会 日本建築学会： ： 鉄筋コンクリート構造計算規準 鉄筋コンクリート構造計算規準・ ・ 同解説. 59-4.
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