亜鉛メッキ鋼管 : モルタルの付着強度について
著者
三谷 勲, 馬籠 祥一
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
28
ページ
55-65
別言語のタイトル
Experiments on the bond strength between
mortar and zinked steel pipe
亜鉛メッキ鋼管 : モルタルの付着強度について
著者
三谷 勲, 馬籠 祥一
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
28
ページ
55-65
別言語のタイトル
Experiments on the bond strength between
mortar and zinked steel pipe
亜鉛メッキ鋼管一モルタルの付着強度について
三 谷 勲 ・ 馬 篭 祥 一 ＊
（受理昭和61年５月31日） ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＳＯＮＴＨＥＢＯＮＤＳＴＲＥＮＧＴＨＣ ＢＥＴＷＥＥＮＭＯＲＴＡＲＡＮＤＺＩＮＫＥＤＳＴＥＥＬＰIＰＥＩｓａｏＭＩＴＡＮＩａｎｄＳｈｏｉｃｈｉＭＡＧＯＭＥ＊
Awirenettingfencesupportedwithzinkedsteelpipetrusseswasblownｄｏｗｎｂｙａｔｙｐｈｏｏｎ
(1985,13).Thecauseofthefailurewasthoughtｔｏｂｅｔｈａｔｂｏｎｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｏｒｔａｒｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅ
ｂａｓｅｓｏｆｔｈｅｆｅｎｃｅａｎｄｔｈｅｓteelpipeswasnotsufficienttoresistthepull-outforcesofthewind・
Inordertoexaminethebondstrengthbetweenmortarandsteelpipes，pull-outandpush-down
testswereconducted・Ｔｈｅｅｍｂｅddedlengthsofthepipeinthemortaｒａｒｅ８００ｍｍｆｏｒｔｈｅｐｕｌｌ−ｏｕｔｔｅｓｔａｎｄｆｒｏｍ５０ｔｏｌ５０ｍｍｆｏｒｔｈｅｐｕｓｈ−ｄｏｗｎｔest・Thestrengthofmortarvariedineachtest・
Thepull-outtestresultswascompaｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｐｕｓｈ−ｄｏｗｎｔｅｓｔanditwasfoundthat
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testandprevioustestresultsshowsthatthebondstrengthbetweenthezinkedsteelpipeandmortar
isverysimilartothatbetweensteelplateandconcrete． １ ． は じ め に 柱脚を完全埋込形式（充填モルタルと鋼管の間の応 力伝達をすべて付着に依存する形式）とした鋼管フェ ンスが台風(1985年１３号)によって倒壊した｡倒壊フェ ンスは図−１に示す構造で，亜鉛メッキ鋼管を用いた トラスを支柱としている。倒壊フェンスの柱脚部は図 −２に示すように，台風時の引抜力により抜け出して おり，倒壊の主因は完全埋込形式の柱脚部が風圧に よって生じた引抜力に耐えることができなかったため であると推定された。 倒壊主因の構造的検討に際し，亜鉛メッキ鋼管一モ ルタル間の付着強度に関する資料を必要としたが，こ の方面に関する既往の研究が見当らなかったので，亜 鉛メッキ鋼管一モルタルの付着強度に関する資料を得 ることを目的として，現場引抜試験，実大模型引抜試 *旭化成工業株式会社 験，および押抜試験を行った。本報はその結果の報告 である。 ２ ． 実 験 ２ ． １ 現 場 引 抜 試 験 倒壊フェンスの大多数に柱脚部の抜出しが認められ たが，フェンス両端部には抜出しが認められないもの も あ っ た 。 抜 出 し が 認 め ら れ な か っ た 支 柱 を 利 用 し て 倒壊フェンスの引抜耐力を調べた。 ａ・試験体および実験方法 支柱に使用された鋼管は外径６０．５ｍｍ，厚さ２．３ ｍ ｍ の 亜 鉛 メ ッ キ 鋼 管 で あ る 。 柱 脚 部 の 埋 込 長 さ は ｌＯＯＯｍｍで，基礎フーチングに設けられた直径約２００ ｍｍの穴に鋼管を挿入した後，モルタルが充填されて いる。 台風時に引張力を受けた側の鋼管を地上約５００ｍｍ の位置で切断し，引抜力載荷装置を取り付けた後，実 験 を 行 っ た 。 加 力 装 置 は 次 節 に 述 べ る 実 大 模 型 引 抜 試。②Ｃ○一 5６ Ｃ画つ［一 2000
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鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ８ 号 （ 1 9 8 6 ） 図 − ２ 柱 脚 部 の 抜 出 し の 様 子 r 媛 一 f も/
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' １ ． １１１‘ 画 Ｉ ▲ 加力装置を図−５に，加力風景を図−６に示す。基礎 フーチングに相当するコンクリートブロック（約lm3)には鋼管挿入用の穴(直径１５０ｍｍ,深さ１０００ｍｍ）
が１２個設けられている。この穴に鋼管を挿入した後， モルタルが充填される。充填モルタルの設計四週強度 は３種類とし，早強ポルトランドセメントを用いてい る。実験は４つのシリーズからなっており，そのうち ３つはモルタル充填後１２日目，1つは６８日目に載荷 を行った。各試験体の実験条件等を表−１に示す。同 表中モルタル強度はｌＯＯ‘×200のシリンダーによる 圧縮および割裂試験より求め，鋼管の降伏応力度等は 圧縮試験より求めたものである。 引抜力はＰＣ鋼棒を介してセンターホールジャッキ により加え，容量が５０トンのロードセルによって測 定した。変位（抜出し量）は鋼管露出部の最下部に目 印を付け，物指により測定した。また試験体材長方向 の応力変化を調べる目的で，６０−Ａシリーズの試験体 にはワイヤーストレインゲージ（ＷＳG）を貼付して いる。図−７に６０−Ａシリーズ試験体の様子を示す。 同図は実験終了後，コンクリートおよびモルタルを除 験の場合と同じ（図−５参照）で，実験風景を図−３ に示す○引抜力はセンターホールジャッキで与え，荷 重は容量５０トンのロードセルを用いて測定し，抜出 し量は鋼管露出部の最下部（コンクリート表面近く） に目印を付け，最小目盛０．５ｍｍの鋼尺を用いて測定 した。 ｂ，実験結果 平均付着応力度（て）−変位（抜出し量６）関係を 図−４に示す。なおｒ＝引抜荷重/付着表面積である。 図中に記したPmaxは各試験体の最大引抜耐力である。 鋼板とコンクリートの短期許容付着応力度は，コンクリート強度が200ｋｇ/cm2（建築構造物に使用され
る通常のコンクリートあるいはモルタルではこの程度の強度は充分期待できる）の時，６ｋｇ/cm2である1)･
本試験体（２体）の最大耐力時の平均付着応力度は5.1ｋｇ/cm2と３．５ｋｇ/cm2であり，６ｋｇ/cm2よりかなり
低い値である。この一因は付着長さが長いため，一様 な付着応力分布が期待できないことにあろう。 ２ ． ２ 実 大 模 型 引 抜 試 験 付着長が長い場合の付着強度を調べる目的で実大に 近い模型を製作し引抜試験を行った。 ａ、試験体および実験方法 試験体に使用した鋼管は倒壊フェンスと同質のもの で，６０．５‘×２．３および50.8＃×１．６の２種類である。蝉儲斗
3.0 セ ン タ ー ホ ー ノ て(ｋ９/cm2） モ ル ／接合 ボ ル ト 金具 支柱 (溝形鋼） 耐 圧 板 ５．０ 三谷・馬篭：亜鉛メッキ鋼管一モルタルの付着強度について、
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ト コ ン ク リ ー 砂 2.0 ダ ル ツキ鋼管 亜 鉛 メ 図 − ５ 引 抜 試 験 加 力 装 置 図 − ４ 現 場 引 抜 試 験 結 果 ￨・○ y蝋･畷；職 議
､‘..､’4..へ．-，."'･ ･、思凡;嬢鐙 ･_‘.'｡？P首..$, ０ １ ． ０ ２ ０ ろ . ０ ４．０ ８（c、）材 5８ Ｆｔ (kg／c'n2） ｌ
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場合で，それぞれＦｃ＝248および331ｋｇ/cm2である。
使用鋼管の降伏耐力は６０−Ａおよび60-Ｂシリーズ
の場合１５．３トン，５０−Ｃおよび５０−，の場合８．１ト ンである。従って，６０−A−１および５０−，−２の試 験体の最大荷重は鋼管母材の降伏耐力に近く，６０−Ｂ −１，５０−Ｃシリーズ，５０−，−１，および5０−，− ３の場合は最大荷重が降伏耐力を上回っている。いずれの試験体の場合もモルタル強度は２００ｋｇ/cm2を上
回っているが，平均付着応力度の最大値（てmax）は 図 − ７ ひ ず み ケ ー ジ を 貼 付 し た 試 験 体 の 内 部 の 様 子 4.6∼11.0ｋｇ/Ｃm塾の範囲にあり，モルタル強度を200 kg/cm2としたときの鋼板一モルタル間の短期許容付 着応力度６ｋｇ/cm2が必ずしも達成されていない。但 し，６０−Ａシリーズの試験体ではＷＳＧの防水保護膜 が施されているので，付着面積が約１０％減少するが でmaxの計算において付着表面積は（周長）×（埋込 み深き）としている。 ６０−Ａシリーズ試験体の上部２ケ所（コンクリート 上端面より２５ｍｍおよび175ｍｍ，図−９中挿図参照） に貼付したＷＳＧによるひずみ測定結果より，この２ 点間における付着応力度を求めた。その結果を図−９ に 示 す 。 同 図 の で − Ｐ 曲 線 の 勾 配 が 急 変 す る 点 （ 図 中 表 − １ 実 大 模 型 引 抜 試 験 ・ 実 験 条 件 等 3３１ 6８ ひ ３．４３ 管 洲 ル タ ル モ Ｆｃ (kg／cm2） 、 (m､） △面 5０．９ 試 験 体 名 ３．７］ Fc＝圧縮強度，Ｆｔ＝引張強度，Ｄ＝鋼管外径，ｔ＝鋼管厚さ，｡v＝降伏応力度，２＝埋込み深さ ｏｙ (ｔ／cm2） （日） Ｉｍｍｌ １ ６０−Ａ 2７０ 2４ １２ ３ 2２９ 6０．６ ２．２ ６ ０ − Ｂ − ２ ３ 2０ 1２ 8００ ５ ０ − Ｃ − ２ ３ １ ５０−，−２ ３ 1２ 248 r〕の5９ Ｔ（ｋ９/cm2） '５ ８(ｍ、） 60-Ａ−ｌＰ■ax二１５．０ｔon．Ｔ■ax二9.8k月/㎡ 60-Ａ−２Ｐ■aX二7.0t０，．Ｔ■aX二4.6kg/ｃｄ ６０−Ａ−３Ｐ■aX=7.0t０，．丁■ax=4.6kg/Ｃｄ
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４[】 三谷・馬篭：亜鉛メッキ鋼管一モルタルの付着強度について ５ 。 ２０ ４０ ６０ ８（ｍ、） （ｃ）５０−Ｃシリーズ実大模型引抜試験：平均付着応力度一変位曲線
(b）６０−Ｂシリーズ Ｔ（ｋ９/cmE） ０ 1５ 50-Ｃ−１Ｐ■ax=8.6ton、７■ax=6.7kg/㎡ 50-Ｃ−２Ｐ■aX=9.9ton，γ■ax=7.7kg/㎡ ５０−Ｃ−３Ｐ■ax二9.8ton．ｒ■ax=7.7kg/㎡ １−−− 1０ ｂ − ｌ ０ ０ ２ ０ ４ ０ ６ ５ 図 − ８ ０ ５／−− -竺聖了
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6０ Ｔ（ｋ９/cｍ量） '５ 1０ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ８ 号 （ 1 9 8 6 ）
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(a)参照）であるから，局所的に付着が破壊するときの て(k9んrTf） ２ Ｖ↑
Ｘ／6Ｃ Ｚ、ひ--。- ｡ 司戸一宅 図 − ９ ひ ず み ゲ ー ジ よ り 求 め た ｒ − Ｐ 関 係 （但し，では挿図中150ｍｍ間における付着応力度） 付着強度はこれらの約２倍であることがわかる。 ２ ． ３ 押 抜 試 験 付着長さが長い場合，最大引抜荷重時の平均付着応 力度は局所的に付着の破壊が生ずる時の付着強度をか なり下回ることが前節の実験で明らかになった。鋼板 とコンクリートの付着強度に関する実験において，引 抜試験結果と押抜試験結果との間に差異が認められな い2)ので，本節では加力装置が簡単な押抜試験により， 付着長さが短い場合についての付着強度を調べる。 ａ、試験体および実験方法 試験体の１例を図一１０に示す。使用鋼管はすべて 48.8ウ×２．３の亜鉛メッキ鋼管である。実験変数は付 着長さ２（＝50∼150ｍｍ)，モルタル強度（水セメン ト比で４５∼７５％）および載荷位置の３つである。各 試験体の実験条件等を表−２に示す。試験体名田一回 一回のうち田はモルタルの水セメント比（％)，回は 付着長さ（ｍ､)，囚は載荷板の半径の別（Ｓ…内径６０ mm，Ｌ…内径１００ｍｍ，図−１１参照）を表している。 加力装置の概要を図−１２に示す。押抜力を万能試験 機で加え，試験体下端部とモルタル上端面間の相対変 位をダイヤルゲージを用いて測定している。 ｂ・実験結果 平均付着応力度（ｒ）−変位（６）曲線の数例を図 − １ ３ に 示 す 。 変 位 ６ に は モ ル タ ル お よ び 鋼 管 の 圧 縮 変形も含まれているので，付着の破壊はｒ−６曲線の 最大点であるとしてよい。引抜試験体の場合に比べ， 最大耐力以後の耐力低下が急激である。これは付着長２．３ 6１ 4８．９ が短かい場合には付着応力が材長にわたってほぼ一様 に分布し，付着の破壊が付着表面の全体において同時 に生ずることに起因する。 よ−ﾉ阿亘 ３．実験結果の検言寸 で同時 ３．１Tmax-Fc関係に及ぼす諸要因の影響 本実験結果の一覧を表−３に示し，でmax-Fc関係 を図−１４に示す。同図中，破線は文献１）に示され る鋼板の短期許容付着応力度である。一点鎖線は押抜 試 験 の 結 果 の 上 ・ 下 限 の 目 安 を 与 え る も の と し て 選 ん だものである。 同図より下記１∼４の事柄が認められる。 １．付着長が50∼１５０ｍｍの範囲においては，付着長 は付着強度（＝最大荷重/付着表面積）に影響を与 ル タ ル えなし』・ ２．鋼管の降伏荷重に近ﾙ､引抜力を付着抵抗のみに よ っ て コ ン ク リ ー ト へ 伝 達 で き る 程 度 に 付 着 長 が 長 い場合の付着強度は，付着長が短い場合の５０％以 下であり，鋼板の短期許容付着応力度に対しての余 裕はほとんどない。 ３．亜鉛メッキ鋼管一モルタルの付着強度ｒｍａｘは ０．０４Ｆc＋５≦てmax≦０．０６Ｆc＋８ の範囲にある。 ４．載荷板の半径（Ｓタイプ…６０ｍｍ，ＬタイプlOO mm） が付着強度に及ぼす影響は小さい。 押抜試験・実験条件等
／鋼管
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００００６６７７
図−１０押抜試験体の例 表 − ２ ２．３ 1５ ２竿
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数
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鋼 モ ル ダ ル 埋 込 長 ０（m､） 材 令 （日） ｊＤｍ
ｌ 試 験 体 名 Ｆｔ (kg／cm‘） Ｆｃ (kg／cm2） (m､） lＯＯ慨
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２２
４５−０５０−Ｌ ４５−ｌＯＯ−Ｌ ５０ １００ 三谷・馬篭：亜鉛メッキ鋼管一モルタルの付着強度について 1７２ 1４ 1１ 260 ７５−０５０−Ｌ ２．６０ ２．０４ ６．１６ ２．１０１１１１−１１１１
７５−１００−Ｌ５５００７７５５
１１
Fc＝圧縮強度，Ｆｔ＝引張強度，Ｄ＝外径，ｔ＝厚さ 4８．９ 2０ 1７ 5０ ２ ２．０３ １．６５ ３．５５ ４．６３ ７５ ７５ １５０ １５０ 4 ８ ． ９ １ ２ ． ３ 1７ 1７ 1７ 226 4 ８ ． ９ １ ２ ． ３慨
隙
6２ Ｄ ５ Ｃ モ ル タ ル モ ル タ ル 荷板 荷 板 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ８ 号 （ 1 9 8 6 ） 、
一 一 一 z Q Q - 、 、 鋼 管
（ａ）ＳＴｙｐｅ 管 (ｂ）ＬＴｙｐｅ 図−１１押抜荷重の載荷位置 表 − ３ 実 験 結 果 の 一 覧 ０．０７４ 平 均 値 ｒｍａｘ (kg／c肝） 恥一Ｈｌ唖岬唖唾一心 試 験 体 名 備 琴 ６０−Ａ ６０−Ｂ ５０−Ｃ ５０−Ｄ 平 均 値 ４５−０５０−Ｌ 270 229 248 331４０２８２２２２
６．３ ９．４ ７．４ ７．０ ０．０２３ ０．０４１ ０．０２７ ０．０２４引抜試験
０．０２９ ０．０２８ ０．０５４押抜試験
幡心一哩唖 Fc，Ｆｔ＝それぞれモルタルの圧縮強度および引張強度 てmax＝最大耐力／付着表面積 引張試験結果は各シリーズ３体の平均値である。 ４５−１００−ＬＳＬＳＬＳＬ
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００００００６６６６７７
１．１３ ０．８９ ７５−ｌＯＯ−ＬＳＬＬ
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一○一○５１１０
００５７７７
1５．４ ２０．１ １３．４ １８．４０ 6３ ２ ０ ０ ｄ 図−１４てｍａｘ−Ｆｃ関係 ３ ． ２ 付 着 長 さ が 長 い 場 合 の 付 着 強 度 と 局 所 付 着 強 度 と の 比 較 ６０−Ａシリーズにおいてはひずみゲージによるひず み測定結果に基づいて，局所付着応力度の変化を調べ た（図−９参照)。表−４に平均付着強度と局所付着 強度との比較を示す。同表より付着長さが長い場合， 平 均 付 着 強 度 は 局 所 的 に 付 着 が 破 壊 す る 時 の 付 着 強 度 の５０∼６０％であることがわかる。従って，支柱の全 引抜力を付着抵抗に期待するような設計では許容付着 ﹃︺ 応力度の低減が必要である。 八 1 「
図−１２押抜試験実験装置（斜線部が試験体）
Ｔ(k9/cnf） ３０Ｆ
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引抜８００ ｔｍｏｘ(k9/cm2） ３一 ・ イ
ーくてｍａｘ＝０．０６Ｆｃ＋８
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一一一一一一一一一一 。 ２6４ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ８ 号 （ 1 9 8 6 ） 表−４平均付i奇強度と局所付着強度との比較 （ヅ￨抜試験６０−Ａシリーズ） 試 験 体 堀 平 均 付 着 強 度 ｒｍａｘ（kg/cnr） 局所付着強度*’ 唾（kg/(wf） てmax/産 ９．８ １８．０ − ().５４ ４．６ ９．２ 60-Ａ−３ ４．６ ７．８ ０．５９ ＊１防水保護膜による付着面積の減少を無視している。 ３．３鋼板，丸鋼に関する実験結果との比較
鋼板および丸鋼に関する実験結果2.3)を表−５に示
す。また本実験結果のうち，付着長さが短い押抜試験 結果との比較を図−１５に示す。同図の縦軸は付着強度ｒｍａｘとコンクリートあるいはモルタルの引張強度Ｆｔ
との比である。同図より下記の事柄が認められる。 ｌ・鋼板・亜鉛メッキ鋼管とも，Ｆｃの変化にかかわらず，でmax/Ftの値は約１．０であり，資料分布の
下限はｒｍａｘ/Ft＝０．８である。 ２ ． 亜 鉛 メ ッ キ 鋼 管 の 付 着 強 度 は 丸 鋼 の 約 ２ ／ ３ で ある。 ４ ． 結 び 亜鉛メッキ鋼管一モルタルの付着強度を知る目的で 引抜試験および押抜試験を行ない，付着強度とモルタ ル強度との関係，付着長さが長い場合の平均付着強度 と局所付着強度との関係を調べた。更に鋼板および丸 鋼に関する付着強度との比較を行ない，次の結論を得 た。 １．亜鉛メッキ鋼管一モルタル付着強度は鋼板一コン クリートの付着強度と同程度である。 ２．亜鉛メッキ鋼管一モルタルの付着強度はモルタル の引張強度にほぼ等しい。 ３．付着長さが長い場合，許容付着応力度を約５０％ 低減する必要がある。 表 − ５ 鋼 板 お よ び 丸 鋼 に 関 す る 既 往 の 実 験 結 果 bノ【羽 Fc、Ｆｔ＝それぞれコンクリートの圧縮強度および引張強度 《 ＝ 埋 込 み 深 さ （ 付 着 長 さ ） てmax＝最大耐力／付着表面積 文献２）は凪−６×50,文献３）は16ｄに関するものである。同解説，1980年，ｐｐ・’0. 2）坪井善勝，若林実，末永保美：鉄骨鉄筋コンクリー トに関する実験的研究No.１２鉄骨の付着に関す る実験(1)，日本建築学会関東支部第18号研究発表 会1955年９月，ｐｐ、７９∼82. 3）六車照，森田司郎，富田幸次郎：鋼とコンクリー トの付着に関する基礎的研究（１．付着応力分布 について)，日本建築学会論文報告集，第131号， 1967年１月，ｐｐ．l∼８． 6５ 文 献
