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曲げ降伏先行型鉄筋コンクリート柱の限界部材角の評価

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(1)

【論   文】     日本 建 築 学 会 構 造 系論 文 報 告 集 第447号

1993年5月

Journal of Struct

 Constr

 Engng

 AIJ

 No

447

 Mny

1993

降 伏 先 行 型 鉄 筋

界部材角

 

EVALUATION

 

OF

 

DEFORMATION

 

CAPACITY

 

OF

 

REINFORCED

        

CONCRETE

 

COLUMNS

 

FAILING

 

IN

 

FLEXURE

 

Recently,

 the 

ductility

 of reinforced  concrete  co 且umns  has been  frequently researched

However

 the deformation capacity  of reinforced  concrete  columns  can  not  

be

 adequately  eva

luated

 

Therefore

 transverse  reinforcements 五n plastic 

hinge

 zones  of columns  can  not  

be

rationally  

designed.

 

This

 study aims  to 

derive

 the 

formulas

 

for

 evaluating  the 

deformation

 capacity  of reinfQrced concrete  columns  subjected  to antisym 皿etric 

bending

 moment  and axial 

force

 

in

 consideration  of

the confining  effect  of transverse  reinforcements

 

Also,

 it is intended to clarify the required trans

verse  reinforcements  in 

plastic

 

hinge

 zones  

for

 ensuring  the adequate  

deformation

 capacity

Kegtaonts

廉 伽 η caPacity

  C・mp 厂essieve strain caPacity

  C・nfining effect

 

Pla5tic

 

hinge

 Z・ne

      

deforaa(

ion

 mechanism  transverse rSinforclements

         限界 部 材 角

限 界圧縮ひずみ度

拘 束 効 果

ヒ ンジ領 域

変 形 機 構

横 補 強 筋

1.

序  RC 造 建 物の耐 震 設 計では

靱 性に富 む全 体 曲 げ 降 伏 機構を保証 する こ と が重 要とな る11。 こ の観 点か ら

RC

梁 部 材の 変形 能力に関す る研 究が多数 行わ れて いる が, そ の評価 方法はいま だ確立さ れて いない。  こ れ に関す る既 往の研究は

文 献

2

,3

)に詳し く示 さ れ て い る

こ の う ち

林の 平 石 , 稲 井 S) , 軸 力 と 曲 げ, せん 断 を受け る曲 げ 降 伏 先 行 型

RC

柱につ い て

材 端 部の 曲 げ 圧 縮 側コ ン ク リ

トの破 壊によ り変 形 性 能が決ま る場 合を対 象と して 限 界部 材 角の評 価 式 を提 案

して い る

軸 力と曲 げ, せ ん断 を受け る曲 げ降伏 先 行 型

RC

柱で は

材 端 部コ ン ク リ

トの 破 壊は

限 界 部 材 角 を支 配する主 要 因の

つ と考え られ る

なお 林は

限 界 変 形 を最 大 耐 力の 80 %耐 力 低 下 時の変 形と 定義し

ヒ ン ジモ デル に基づ き

限 界 部 材 角とコ ンク リ

トの 限 界 圧縮ひずみ度との 係 を実験 式 とし て導 出した が 副帯筋や横補強 筋 間 隔の影 響されてい ない。 また

平 石

稲 井は

限 界 変 形 と 引 張 側 主 筋の ひずみ度 の反 転 点

と を関 連づけ

トラ ス モデル に基づき

限 界 部 材 角の評 価 式を導 出し た。 こ の 評 価 式は 閉 解 的な形に なっ て お らず

設 計へ 適 用に難がある。  曲げ 圧縮側コ ンク リ

トの破 壊を考え る う えで は

横 補 強 筋に よる束 効 果が重要と な る

この題に関 連し て

中 心 軸 圧 縮 力 を受け る

RC

柱 を対 象と し て多数の 研 究が行わ れ て い る

すな わ ち

拘 束コ クリ

トの圧 縮 強 度な ら びに応 力 度

ひずみ度 関 係は 横補強 筋の 状, 間 隔お よ び材 料 強 度を考 慮に入れ評 価 さ れ てい る6}

η

た だ

中心軸圧縮 柱で得られた拘 束コ ン ク リ

トの特 性は

軸 力と曲げ

せ ん 断 を受け る柱の変 形 能 力 の評 価 式に ま で反 映さ れ ていない。

 

本 研 究で は

軸 力と逆対称 曲げせん断 を受け

曲げ降 伏が先 行し, 材端 部の降 伏 ヒン ジ 内の コ アコ ン クリ

ト の破 壊に よ り変形性能が決ま るRC 柱 を対 象 とし

そ の限界 部 材 角の評 価を 囲的と する

な お

主 筋を 対 称 に 配 し た正 方形断面柱を 研究対 象 と す る。

 

本 研 究に おい ても, 限 界変形 は, 文 献 1)

4)と同 様

最 大 耐 力の 80% 耐 力低 下 時の変形と定 義する。そ こ で

横 補 強 筋に よ る拘 束 効 果をふまえ て

軸 力と 逆対 称 曲げ せ ん断を受け る RC 柱の 限 界 部 材 角 時に お け る ヒ ンジ

 

s 領 域内ρ曲げ 圧縮側コアコ ンク リ

トの ひずみ度 (本論

文で は

,.

これを限 界 圧縮ひずみ度とぶ )の評 価 式を 示 す。 次に, こ の限界圧縮ひずみ度 を用い て断 面の曲 げ解 析 法に基づ き

曲 率の 価 式を組み立て た うえ で

RC

柱の限 界 変 形 時の変 形 機 構に つ い て理論 的 考 察を加 本 論 文の概 要は文 献 20)にて 発し たの で あ る

財 }

日本 建 築 総 合 試 験 所 主 任研究員

工博

Senior

 

Research

 

Engineer

 Genera且Building Research Corporation

(2)

Cd Cb    (nb 

 6 B

1 横 補 強 筋の形 状 と 拘 束 効果 be

 dc : コアコンク リ

ト断 面 の 幅お よ びせい         (外周 横 補強 筋の中心澗 距離 )   D

    Cb

 nb

(Cd

 nd 》:損幟 筋 で拘 廩 さ れ た主筋       間 (ア

チ〕距離お よ びその悟数         飆 TYpe  l  2   3   4     ti

  口 田

鬮   匪囗

nb

(nd 》  2  4  6  10  6て2) cb

(cd) dc de/2 dc13 dc/5 dc〆:1(dc) Kc 10

4 製

3 28

9 32

6   夏7

0 図

1RC 柱 断 面の諸 元 え

限界部 材 角の評 価 を行う

また

本 研 究では 所 要 限 界部材角 を確 保する ための必 要 横 補 強 筋 量 を定 量 的に 把 握す ること を試み る。 な お

本 論 文で提 示し た評 価 式 を組み立てるにあ たっ て参考に し た実 験は

すぺ て大 変 形 域に至る繰返し載 荷 履歴 を受け る 場 合 を対象 と して い る。 た だ

載 荷 履 歴の影響は, 厳密に は明確に され てい ない

 

方, 鈴木, 中塚 ら S )

曲 げ靱 性 確 保の た め の必 要 横 補強 筋量の定 式の提 案 を行っ て い る

こ の算 定 式は

拘束コンクリ

トの圧縮特 性に基づいた

定 軸 力 下にお け る曲げ解 析結果につ い て要因 分析 を行い

実 験 式 的に 導 出さ れて い る。 これ に対し て, 本論 文の提案式は, 鈴 木

中塚 ら と 同様

拘 束コ ン クリ

トの圧 縮 特 性に基づ い てい る もの の それ以 降の評 価 式の導 出が演 繹 的に行 わ れ て い る点が, 鈴 木, 中塚ら の算 定式 と異なる

 なお

,RC

部 材の曲げ降 伏 後の変 形 能 力に対して主筋 の座 屈 性状が影響を及ぼす もの と考え ら れる。 これに関 連し て

鈴 木, 中塚 ら 9 】お よ 加 藤ら1°)に よ っ て精 力 的 な研 究が行わ れて い る

これ らの研 究は

主と して中心 圧 縮 柱の主 筋の座 屈 を対 象 と してい る が

問 題の複 雑さ と も相まっ て

主 筋の座 屈が軸 力お よ び曲げ

せん断を 受け る

RC

柱の変 形 能 力に及ぽす 影 響 を評 価し得る ま で に は至っ ていない

本 論 文で提 示し た限 界 部 材 角の評 価 式に よ る場 合

横 補 強 筋に よる拘 束 量に応じて コア コ ンク リ

トの限界圧縮ひずみ度を評価で き るの で, こ の 値が過度に大き く なっ た場 合

文 献9 )

10 )等の研 究 結 果 をふ ま えて主 筋の座 屈につ い て 設計 的な 配慮が必要に な る

2

コ ア コ ンク リ

ト の拘束効 果お よび 限 界圧縮ひずみ度 2

1

拘束効 果の定義  

Sheikh

, 

Uzumeri6

, 中 心 軸 圧 縮 力 を受 ける正 方 形 断 面 柱の コ ア コ ク リ

トの拘 束 係 数

Ks

f

。 ,!

f

。p> の評 価 式 を示し た

こ の研 究は

副 帯 筋を有す る横 補 強 筋で拘 束 され たコアコ ンクリ

トの力 学モ デル を明確に した点で優れて いる

本 論 文で は

,She

h

式に以 下の 簡 略 化を加え

コ アコ ン ク リ

トの拘 束 係数

Sc

(=

fcc

fc

。) を (1

1)式に より定 義 する。  

1

fk

= anv と する

2 )横 補 強 筋で拘 束 された主 筋 間 距離

C

断 面の副帯筋が均等に配置され て い る とし設 定 する (図

1参 照 }

3

)主 筋の断 面 積

As

の 影 響は無 視する

4)Sheikh 式中の

f

。ρ

 

fc

。に置 き 換え る。 こ こ に

f

。c

 

f

。 ρ :コ アコ ン ク リ

よ び

           柱 )コ ン ク リ

トの圧縮強 度         

fc

。 :コ ン クリ

トシ リンダ

の 圧 縮 強 度

    

∫急

σnv :横 補 強 筋の コ アコ ンク リ

ト圧縮 強 度            時にお け る応 力度お よび降 伏 強 度

   

Sc=

1+κ。(1

− S

2

 

d

、) 2  v

/∫

…・

(1

1)         

Kc

:横 補 強 筋 形 状に よっ て決ま る係数 (表            

1参 照)         

dc

:コ ア コ ン ク リ

ト断 面の せい (外周横            補 強 筋 中心間 距離 >      

S

:横 補 強 筋の 間 隔 p. 。= aw /(bcS):コ ア コ ン ク リ

ト にす る横 補 強 筋 比        α 1組の横 補 強 筋の断 面 積         

b

。 :コ ア コンク リ

トの断面の 幅      単 位 系 二kgf

 cm

 

kgf

/cm2  (L1 >式の拘束係 数の定 義は, コアコ ン ク リ

トの圧 縮強 度の評 価のみを意 図せ ず

後 述の よ うに コアコ ン ク リ

トの限 界圧 縮ひずみ度の評 価の ための指 標 を与え こ れ に基づ き 限界部 材 角の評 価 式 を組み立て ること を 意 図 してい る

したがっ て 拘 束 係 数

Sc

の定 義にあた り 設 計上

物理 量 と し て 明確な横 補 強 筋の降 伏 強 度 σ wy お よびコ ンクリ

ト シ リンダ

の圧縮強 度ん を用いるこ と と し た

ま た

横 補 強筋形 状によっ て決ま る係 数

Kc

1に示す よ うに

各 横 補 強 筋 形 状に対 して定 数 と して与え られ, この値よ り横 補 強 筋 形 状に よ る拘束 効 果の違を と らえ ることが で き る

さ らに (1

1)式で は

せ ん 断 設 計と の 関 連を考え て

横 補 強 筋 比 Pw

を 用い て い る

 な お

横 補強筋形状に よっ て決ま る係 数κ、 は

上 記 の簡 略 化に従う と

1.

2) 式の よ うに導 出さ れ る

    

Kc

α

11

ηoC ち十ndC /(5

5 

dZ

}}

……・

…・

(1

2 )

 

a

=26.

9

(単 位 系 :kgf/cm2 )  β

ρs/Pw。 :体 積比と横補 強 筋 比 との換 算 率     (表

1 中の

Type

 1

4 :β

2 

Type

 5:β亟 1

5  

Cb,

 

Cd,

 nb

 nd :横 補強筋で拘 束さ れ た主筋間 距離お            よびその個 数 (図

1 参照〉   表

一1

中の Type 5

片 方の 2辺の み サブタ イで拘

 

120

(3)

605040302001 3

85 ≦ h!D ≦ 4

80 30

0 ≦  D  ≦ 33

4 (じ皿 0

20 ≦ 闘!(fcoED) ≦ 0

61 182  fco  622 kgfc皿2) ∈cu 〔x  10

3

  ▲  

    ▲

    ▲ ○ ○ ◆ 0

32 ≦ Pw ≦ 0

82(瓢)

91

:;

 

ll

≦ ≦ 1

1

、 ‘

ll

, 01

DO 3x10

3         試験障数;35体 △ 、

9x

,。

1

_

r

e ▲ : SOOOkgf!c皿2

−…

◆:13000kgf!  2

…・

Ol13000kgf !・凱2

…・

eu

PS 【1 + 5 {Sc

11   Epu =   4 】t1 『3 3

5x10

3 1

251

50L752

00

2 e

u

(S

)。

a関係 (Sc)ana

束され て い るが こ の場 合, C お よ び n は, サ ブ タ イ で拘 束 され た2辺と拘 束さ れて いない 2辺にわ け て与え た

2

2 限界圧 縮 ひずみ度の評 価  軸力と逆 対 称 曲 げせ ん断を受け, 曲げ降伏が先 行し材 端 部 に 降 伏 ヒンジ を 形成し た と考え られ る高 強 度 鉄 筋 を 横補 強 筋に用い た

RC

試 験 体 (35体 )211

い て

実 験 結 果の限 界 部 材 角

Ru

時の材 端 部

圧 縮 鉄 筋 位 置の ひずみ度 をヒ ンジ領 域におけるコ ア コ ン クリ

トの限 界 圧 縮ひずみ度 εcu と定 義し

こ れ と拘 束 係

数 Sc

との 関 係 を 図

2に示し た

こ れ によると, eCtiと

Sc

と は良い 相 関性 を示している

なお

検 討 対 象 試 験 体の諸 元 を図

2に示し た

また 本 論 文で は

横 補 強 筋の降 伏強 度 σur が

8

 

OOO

 kgf/cm1 を境に し, 普 通 強 度 鉄 筋と高 強 度 鉄 筋 を区 別した

  実 験 結 果の 限 界 部 材 角Ru は

3に示す よ うに

繰 返し載 荷に よる荷 重

変 形 関 係の包 絡 線に おいて最 大 耐 力の

80

%耐力 低下時の 形 と定 義 し た1 )

4 ) 。 ま た

材 端 部

圧 縮 鉄 筋 位 置の ひずみ度は

4 に示す よ う に

材 端 部ID (D :柱せい )の区間 に おい て測定し た 曲 げ変 形 θおよび軸 方 向 変 形 δ。より算 出し た平 均ひず み度で ある

上 記の測 定 区 間 を設 定する にあた り, 材 端 部 ID の 区 間をヒ ンジ領 域 長さ らの第 1近似と仮定し た

な お, 後 述の吉岡 ら 16〕 の評価式 ((

8

)式)に よ る と, (∈ cu )te8t!(∈ 。u)ca1

3,

0

      ○

          :

____

⊥       A      ◆       タ    ム    ムリ

ー ・

L

L

      N /(fco BD ) 図

3RC 柱の限 界 部 材 角 の定義

2,

0

1

0         D ,。、、

F

・・

Measuring  Rig

δ01

干 国 犀 1111 Longitudinal Reinforcement Pin  Spri  Displace皿ent Tran8ducer End   δc

δn 十 ejt!2

 c

5b /D 図

4 材端部に お け る 変 形の定 義 図

2で対 象とし た験体で は

ヒ ン ジ領域長さ

lp

O.

 

90

 

D 〜1.

08D

あ り

部 材 せい

D

と 大 き な 差 は ない

 

方,

Richart

ら 1]) は, コアコ ン ク リ

トの圧縮 強 度 時の ひずみ度 εcc を次 式で示している7)

    εcc= εco }1

5

Sc−

1)

1

 

一・

 

t−…

 (2

1)  ε。e :プレ

ンコ ンク リ

トの 圧縮 強度時ひずみ度  そこ で

プレ

ン コ ン ク リ

ー・

トの限 界 圧 縮ひずみ度 を εpu と し

ε。u とερ 。 につ い て も (

2.

1)式 と 同様の関係 が成り立つ と仮定す る と,     εcu

εpul1 十

5

Sc−

1)}

 

t・

 (2

2>  εPt

3

3

5

4× 10

1と し て求めた計 算 結果 を図

2 中に併 示し たが

εpu

4×10

3 る こ

計 算 結 果は

や や安 全 側で あ る が

実 験 値にお お む ね対 応す る

この ことか ら

本 論文で は

コ ン グ リ

ト強 度等に か か わ らず

εpu = 4×

10

3と設定す る

な お, 本論文で は, 限界部材 角の評価式の構築を目的と し てい ること

か ら, ε‘

の評 価 式の簡 潔さを重 視し,ερu は

定 値 とし た

 図

5に示す よ うに 限界圧 縮ひずみ度 ε 。 。の計 算 値 は, 軸 力 比, 横 補 強 筋 量お よびコ ンクリ

ト強 度影 響 (∈ut ・・t/{∈・u)。。1

 

P。 ・ ・w!(。 B) (・。 。)t。,tノ(∈e。),。エ

3.

0

      3

0

2.

0

1

0

○ ○

一一一 一一

 

 

一一 一一

   

2,

0

▲   ム ム

ー ・

1

A

2

τ 4

      ◆      

ム        Pk σ 町 /fco ◆ ●       0

0 e

0  

0,00

     

0,

25

     

0.50

     0

75    

0,

0

      

0,

1

      

0。2

        (a) 軸 力 比の影 響       (b) 横 補 強 筋 量 の 影 響 1

0

      △ ▲◆ o:      

◆    

2参照

      ■

_ ____

A

_ _ _ __

      ○       ム         ム       の   ム ム RF

−一 一

峯一

       fco (  f/c皿2)     o

00

3

  亘00 200 300 400 500 600 ?00       (の コ ン ク リ

ト強 度 の 影 響 図75  〔ε

u}t

tf(ε

}c

1に及 ぼ す諸 因 子の影 響

(4)

2 解 析 対 象試 験 体21] 概 要 fcc 痂       N     fco      P9 試 験 体

     fcoen  (  f/en2 )    (幼 P輙    σvy (黠) (  f/  2) 備   考 No

5   0

34 Ne

6   0

45                ∈pu 図d6  拘 束コ ク リ

トの応 カ

ひずみ関 係 凹o

?   O

34       1

69       333

iil

 

i

ii

国o

11  0

35 を あ ま り受けずに評 価さ れて いる。 これ ら の実 験で は

試験 体断 面せい は

30− 33.4

c皿 で あ り

全 断面積に対す るコア コ ン ク リ

ト断 面 積 の

bcdc

BD

0.

70 

0,

85

と比較 的大き く

実 部 材に近い値と なっ てい る

No

lz  o

50182

0

8   B900    『  300  ド _

L

      : 皿 皿

3.

限 界 変 形 時の N

M

D¢ の関 係

3.

1

 平 面 保持解析 3

1.

ユ  解 析 方 法  コアコ ン ク リ

トの応 カ

ひずみ関 係

Mander

らη と同 様

 

Popovicsi2

}式 ((3

1) 式 ) を仮 定する

ま た

かぶ りコ ン クリ

トの応 カ

ひずみ 圧縮強 度 時ま で は

Popovics

式 ((

3.

2 )式〉によるが

圧 縮 強 度 時 以 降は

εSp

3ε、。 に 向 けて直 線 的に強 度 低 下 を起こ す と仮 定す るt3}

6参 照 )

な お

主 筋の応 カ

ひ ずみ関 係 は

完 全弾塑性型 を仮 定す る。  σerfcceenc /(nc

− 1

十e慧c)        

…………・

(3

1)  σ、

ゐ。en ノ(η

1+ e ” )        

…・

………

(3

2)  nc ;

Ec

/〔

Ee − Ecc

     

E 。

:初 期 接 線 係 数  

E

, ,rfe,/εcc

θ,

ε。/ε,c

     ε、。 :(

2.1

)式  n=

Ec

/(

Ec− Ece

 

E

,。

fc

。/ε。。

  e

ε,/ε,。   以上の応 カ

ひずみ 関 係に基 づ き

平面 保 持 を仮 定 した う え で, コ アコ ン ク リ

ト最外縁の ひずみ度が

圧 縮 強 度 時ひずみ εcc(

f

,e)お よ び限 界 圧 縮ひずみ 度 ε。u に達し た時 点を そ れ ぞ れ 終局耐 力 時お よ び限 界曲率 時と し

各 時 点の

N −

M お よび

N −D

φ関 係を求め る (

N

・。 40D 200 0

108 ・ 鰰 ・ 皿・〕 3∈ 。 。

7

2x10

3 400 200 (・}f、。

333kgf〆・ 皿2

ξ。。

2

4・10ヨ

12 0 

     

3・ 。 。

6

h

・10

3 ω f,。

18晦 f/・・2∈。。

2

tx10

3 図

7 コアコ ン クリ

トおよ びか ぶ りコ ン クリ

トの応カ

ひ      ずみ関係の解析結果

二 二

1

1

 n

N/〔fccAcc) ●:(eu)te8t ◆;〔  )test ’

 

D

 

 

 1

 :

   

一.

.  「

 r

 

F

r

5 ’ 曽

皿 ,

_

ζ 三ゴ ‘プ

fccAe 40 2000

10

20

3 D Klo

31 (a) 試 験 体 No

5

 No

6       t       ‘      

へる

アも

f ,

M

,。j,三三ニ ニ〆     醸ミ

  

1

。 ’

1

/o

5

一一r−一

t

提塞式  40       20 0Φ(xlo

3〕 0 n

か n

 

i

 .

/7 /  1 ! ! 〜 ノ

  0

5

7

」μ

= ニ ニ

r們

°

皿 ク

40 20o

0

10

2o

3 DΦ(xlo

3)       m

Z

_

L

_

O

1 0

2 0

3 (b} 試 験 体 No

7 No

s 告

、 ,

n

 ,

’ ’ ∫1

O ノ 戟

  丶

 

 \

     n

    

4

        / ● ケ ∠

    」

F

r・

  卩

 ’

 ,

 ’

r’

0

5

   

b

= 巴    40D Φ(xlr3 ) 2000

1!0

20

3

 .

/  (c ) 試 験 体 No

9

10         (d)試 験体 No

11

 No

12

    図

一8

終 局 耐 力 時お よび 限 界 曲 率 時の n

m

DΦ関係

 

122

(5)

力,

M

:曲げモ

メ ン ト, φ :曲率, 

D

:柱せい )

3

1

2  解 析 結 果  解 析 対 象は

唐 津ら21〕 よ る

8

 

OOO

 

kgf

/cm2 級 高 強 度 横 補 強 筋を 用い た柱長 さ 比

h

D

; 4の

RC

柱 試験体8 体で あ り, その概要を表

2

  解 析 結 果の コアコ ン クリ

トお よびか ぶ りコ ン ク リ

トの応 カ

ひずみ関 係 を図

7に

n

m

−D

φ関係を 図

8に示す

こ こ に nt

N

/(

fccAec

),  m   1

M

/(

fccAcejt

, M

Qh

/2

 

Q

:せ ん断 力

 

h

: クリア高さ

A、c (

=bcdc

) :コ アコ ン クリ

トの断 面 積

jt

;主 筋 間 距離   図

一8

中に は

最 大 耐 力お よ び限 界 部 材 角

R

。時の材 端 部 曲げ変形 (限 界 曲げ変形 )&の実験 結 果を併 示し た。 限界 曲 げ 変 形θ

2

2節の限 界 圧 縮ひずみ度と同様

材 端部 ID の区間に おける測 定値で ある 同 図よ り

実 験 結 果の最 大 耐 力お よ び限 界 曲 げ変 形は, 解析 結果と おお む ね

致し てい る

なお

この解 析で は

曲 げ変形 の測 定 区間を 材 端 部 ID と してい る こ と か ら

同 区 間 内の曲 率 分 布 を

様 どし, 曲 げ変 形 θ

=D

φと

し た。 ま た

本 解 析 対 象 試 験 体の吉 岡らの評 価 式 ((

8

)式)に よる ヒ ン ジ領 域 長さ tは O

90D で あ り, 部材せ い

D

と大き な差はない

3

2 3質 点モ デル解 析 3

2

1 解析方 法  本 節では

限 界 曲 率の評 価 式の定 式 化 を意 図し, 図

9に示 す よ うに

か ぶりコ ンクリ

トを無 視 し

コアコ ン ク リ

ト断 面を 3質 点モ デル14) に理 想化す る ことにょ り

限 界圧縮ひずみ度 時の

N −M −D

φ関 係を求め る。 こ こ で は

計 算の簡略 化を 図 る た め に

ε,u≧

3

ε、。の

合のみ を 想定 し

一10

に示 す よ うに

主 筋 お よ びコ アコ ンク

リ∴ 応 カ

関係を それ ぞれ完 全 弾 塑 性型に仮定す る

ま た

簡 略化の た め に

e。y

ε,。 を仮 定す る と と もに

中段筋の 効果を 無視す る。  以 上のづ く と

π

ゐΦ関 係は

11に 示す よ うに

断面の ひずみ度状態に 対応 し た 釣合 式を考 え ることによ り理 論 的に求 め られ る

な お

本 解 析で は

圧縮 側 主 筋 位置の ひずみ度が コ アコ ク リr トの限圧 縮ひずみ度 ε 。u に達 した時 点 を限 界 曲 率 と定 義す る

3

2

2  解 析 結 果  3

1節と同「 解 析 対 象につ いて解 析した結 果を図

8 中に併 示し た。 本解 析で は

コ ンク リ

ト質点の断 面 積 比 α。 (図

9 参照〉を

0.25

お よび

0.

3

と し た

 図

一8

に 示 す よ うに, n

−D

Φ 関係につ いて は

 a,=

0.

25

0.

3

と し た解 析 結果 で は あ ま り差は み ら れ

それ ぞ れ平面 保 持解析のと も お お む ね

致して い る

ま た

n

m 関 係につ いて は

  a。=

0,

25と し た解 析 結 果の方が

平 面 保持解析に よ る限 界圧縮ひずみ度 εcu 時の解析結果に

致する傾 向が ある

なお

実 験 結 果の 最 大 耐 力と 比較 し た 場 合

α,

O

3と し た解 析 結 果の方        ac (bo dc)

1

9 コ アコ ンクリ

ト断 面の 3質 点モデル OSY σ 8

L

sy (a)主 筋 σ C     Confined

Plein   丶 ∈ C ∈ co     ∈ cu (b)コ ン クリ

ト 図

10 主 筋お よびコ ン クリ

トの応 カ

ひずみ関 係        ∈c。 (・ ∈8y )        

r−

L

 

      jt/2   ト

  

jt/2    

        限界圧縮ひずみ度時の 境界 点    n

jte     n     ac   m  ac /2 + (s μt)c

τ

L

・・    ひ ず み 状 態    (∈cu ≧3 ∈ 。 。) jtΦ 2 ∈eu

        既    n    ac   an      皿    αc/2 + 8 靴c 2∈cu  ∈CU

∈CO jtΦ  2 (∈cu  十 ∈ co ) n   :1+ 2 sPt )c          n     ac + αn   m  ac/2 + sPt d jtΦ   ∈CU  十 ∈CO n   ac + an + (sPt )c  

     皿   皿  [ac + sPt e2 jtΦ  ∈eu

 2(sPt )C n  1 + 2 〔sPt c    m   o        jtΦ ∈cu  ∈CO     n

jtO 係 (・既)c

(at〆Acc)〔・sy/fec ) 

sPt /(S。 kc) ・Pt

at ・8y/(Ac f。。) kc

Acc/Ac

 Acc

bc dc

 Ac

BD 図

ll  3

質 点モデル による限界 圧 縮ひずみ度 時の n

m

−j、

Φwa       係 が よ り

致する

た だ

平 面 保持解 析の場 合

限界圧縮 ひずみ度 時に は

か ぶ りコ ン ク リ

トは耐 力 を喪 失 し(

7参 照 )

ク リ

を 無 視し た

3

質 点モ デ ル解 析の仮 定に近い状 態にある と考え られ る

よっ て 両 解 析 仮 定の整 合 性を重 視し

本 研 究で は

上記の α。 の値を

0.25

に設 定 する。

3.

3

 限 界曲率の評 価 式  図

一8

中に示 し た平面 保 持 解析と3質点モデル解 析の 結果 を 比較す る と

各場合と も

平 面 保持解 析の結果は

3

質点モ デル解析にお け る境 界点  と  (図

11参 照 ) を 通 る 曲 線で近 似で き る もの と考え られ る

そこで

境 界点  と  の間を φ

j

di

a/(n +

b

)の双 曲 線で近 似 する

すなわ ち

境 界点  と  に お ける軸 力と曲 率 を (n,

 

ei

)お よ び (n4

φ∂で表す と

双 曲線 式にお ける係 数

(6)

α

bは (4

1 )式で求まり

中段 筋を考慮に入 れ た場 合

境 界 点   と  における軸 力と曲 率は (4

2

)式でさ れ るの で

限 界 曲 率の評 価 式は (

4.

3

)式の よ う に求ま る

な お

中 段 筋の考 慮の無によっ て

境界 点  と  の軸 力 と 曲 率の う ち

境 界 点   の軸 力 n、のみ相 違す るこ と か ら

高軸力の場 合 以外に は

限界 曲率に及ぼ す中段筋 の影 響は あ まり大き く ない と考え ら れ る

      a= n ‘

nI)φ匚φ4/(φ1

φ4)

 

 

 

                        

 (4

1 >       

b=

(n4il4

nldi])/(φ、

φ4)

 

 

 

       nl

αc

       φ1

2εc

 

                           

 (

4,

2)       π、

1+2〔。μ。), , φ、

ε,u

εc。      五φ脳

12

[1十(sμ9)c

α c]εcu(ecu

1)}/

ln

(e,u十1}           十[

1

十(sμg)c](eeu

− 1

− 2acecu

…・

(4

3

)      (。μ,)。; (α。/

Acc

(σ。 。/

fcc

}, e

=・ε

/ε

。  α。

=O.

25, αg,σ ev :主 筋の全 断 面 積およ び降 伏 強 度  

,3

質 点モデル解 析の場 合

n≦acの軸 力レ ベ ル で は

限界 曲 率は 無 限大と な る

そこで, n≦ac につ い て は

12にす よ うに 圧縮コ ン ク リ

トプロ ッ クを考え

,3

質 点モデル解 析と同 様, 圧 縮 側 主 筋 位 置の ひずみ度が コアコ ン ク リ

トの限 界 圧 縮ひずみ度 ε

u に 達し た時 点を限 界 曲 率とし

3質 点モデル解 析に より求 ま る境 界 点  におい て連 続す る よ う

に, n

α c に お け る 釣合い を (5

1)式の よ うに考え る

す な わ ち

圧 縮コ ン ク リ

ト ブロ ッ クの 有 効 範囲を

kXidc

と し

  Xi (5

2)式よ り求め る と,

h

は (5

3)式で求 まる。 n

ac における釣 合 式 :      n

N /(

fccbcdc

=kX

ac

…・

………

(5

1 )

   X

〔εcu

εev)/(

jtdiu

}= (εCu

εco)/(

2

εcu )

 

5,

2 )

     

h=

2acεcu/(eeu

εco)

 (

5.

3

 n〈α。 につ い て も

n

=hX

,が成り立つ と し

これに (5

2)

(5

3)式 を 代 入 すると

n≦α。における隈 界曲 率

j

,Φu は (6>式で求 まる。      

j

,di.

2acεcu/n

 t

−・

 

t・

 (6 )   3

1

3

2節と同

解 析 対 象につ い て

(4

3

)式お よ び (

6

)式を用い て求め た 限界曲 率 を 図

一8

中に併 示し た

こ れ らの 限 界 曲 率の計 算 値は

平 面 保 持 解 析および3質 点モ デル解 析の結 果な ら びに験 結果 と比 較して おお む ね妥 当に評 価さ れ ている と考え られる

4.

ヒ ン ジ領 域に お け る変 形 機 構と限 界 部 材 角  逆 対 称 曲 げせ ん断 を 受 ける RC 柱 部 材の崩 壊モ

ド は

限 界 変 形 時の n

m 相 関 関 係 (図

一11

参 照)に基づ く と, (1 )曲 げ引 張モ

2)曲引 張

, (

3

)曲げ圧縮モ

ドに分 類で きる

これ らの各モ

ドは

13中に示 した両 材 端 部に ヒ ンジ領 域を有 し

中 央 部を剛体と し た各変形機構に対 応する

13は 3質 点モデル よ り求ま る n

m 相 関 関 係 と 各 変 形 機 構 との対 応 関 係 を示す

124

  

・u f 。 。) k Xldc

 

∈ ・ ・ (f・・)

 

k Xld,      (an

ac       

lb

}n くac 図

12

 

n≦α cに お け るひずみ度 分 布とコ ク リ

トの圧 縮 ブ       ロ ッ ク

R

TellsYiel     (a ) 曲 げ引張モ

ド (b) 曲 げ 引張

圧縮モ

ド 図

13  降 伏 条 件 と 変形 機 構 表

3  各 崩 壊モ

ドに対す る降 伏 条 件と 塑性流動 則 崩 壊 モ

ド    降伏条件 塑 性 流 動 則 曲‘ナ 弓1張   n

m /2

nUt   En

=一

θjt1(21p)

 且

θ 曲げ引 張 圧縮  0

mu En

O

il

θ(1

1P/h) 曲げ圧 縮

 

n 恤12

nuc

 

En

;bjt

/(21p)

 

il

「股化応力 : n

N1(fce Aee

即(fcc Aec 

jt

般 化 :  εn

fce

Acc

lp

  θ

fcc

Aec

jt Mv

αC!2+(S μt)C

 nu

[=

1十(S μ9)C

 n

t

=一

(Sμ9)e (sμ9)c

2(s μt)c +(s μ n〕c

 (sμn )c

as σsy/(Ace fce a、 :申段筋の断面積

,Em =

δnllp

 Lp:ヒ ンジ領域 艮さ,h:柱 長 さ  す な わ ち, θ謂 φらが成 り立つ こ と を前 提と して

,3

質 点モ デル よ り求 まる降 伏 条 件 として の n

m 相 関 関 係 に塑 性 流 動 則15 )を適 用し求め た ξn と θとの関 係は

上 述 の各 変 形 機 構に おい て も 成 り立つ θ:軸 方 向ひ ず み お よ び曲げ変形速度増 分

一3

参 照 )。し た がっ て

一13

に示 し た各 変 形機構は

降 伏 条 件に対して塑 性 流 動 則を満足 す る よ うに規 定さ れてお り

力 学 的な必 然 性 を有 して いる

な お

平 石 ら5) RC 曲 げ変 形 性 能の評 価に あ た り

13中に示し たモ

ドと同 様な 変形 機 構 を仮 定して いる。 これ は

引 張 鉄 筋の降 伏を前 提に し, 中 立 軸 位 置に応じて引 張ヒ ンジ領 域と圧 縮 ヒ ン ジ領 域の範 囲が変 化す るこ と に な る が

n

m 関 関 係

(7)

Ru (x lo

3rad

lOO80604e02

  検 討対 象 鬪 験体 は

2の場 合と等し い

      △ ▲ ◆ ◇ :図

2参 照 Ru!eu       試 験 体数: 35体 L6 1

2

ψ      

O.

8

  

eu

(x

10

3ra4

      0

4         o

      N!〔fco B D) 00    20  40  60  80  100   

 0

00     0

25     0

50     0

75    (a》R

、_

θ

閲 係            (b)軸 力比 の影 響       図

14  限 界 部 材 角と限 界 曲げ変 形との閧 係 表

4 提案式の適合性の検討対象試 験体 麟 臘

  ・

口    

△ 田

鬮 [

ln

◇ ▲ ◆ (Bu)test (xlr3r 己d

) 100

80

融 筋 融 筋 WW   D

L

 

fc°

 

σW

 

pa

 

paa”y   psa’°「

強 度 形 状 数  (cu)

D   fctiBI) (  f/  2) (  f/a囗2) (沿   (kgfXem2) fQO60

      Type    12   25   3

0   0

10 普 通  1    

40

6

0

0

2e 強 度 Type   13  25  4

0  0

且0      2

5       

40       

0

6e 234

477287

680 2830    0

36    12

7    0

       40

嘱30   

1

75  

51

4   

0

16 2950    0

36    13

7    0

ca      

20

5310  

1

75  

58

4  

0

16 融 Type    ll   25   3

O    O

11    234     10150    0

3e    47

3    0

09 1        

30 

5

O  

O

41  

501   

1UOse  

0

85  

93

9  

0

30 Te8t/Ca1

2O / ん ゜     〆 /

OO シ

備     わ /

        !   Test/Cal ■      

1

  /

/  

。    (Ru)cal (x10

3rad

) Type    52   25   3

9   0

20    1B2     8310    0

32    26

5    0

M 2

5    

33

4

4

8 

0

61  

BeC  〜144eO 

0

95

131

5 

O

30 0  0    20    40    

60

    

80

   ioO 図

15 (R“)魅e

ド(R

}ca潤 係 と変形 機 構との対 応 関 係は明確に さ れ ていない

2

2節と 同

検 討 対 象 試 験 体の実 験 結果の

Ru−

 eu関 係 お よび

R

。/ 

e

。 と軸 力 比との関 係 を図

14 (a)

b

)に示 す

同 図によ ると

θ

Ru

に ほぼ

致 し

軸 力 比に か か わ らず,

Ru

/θ

の値は お お む ね 1±0

2の範囲内にあ る

よっ て

上記の破 壊モ

ドに か か わ らず Ru≒ θ の関 係が成り立つ と考え られ る。 すな わち

13の 変 形 機 構によ る と

曲げ引 張モ

ドお よ び曲げ 圧縮モ

ドで は Ru= θ . と な るの に対 して

曲 げ 引 張 圧縮モ

ド で は

R

 

eti

1,

 

t

./

h

}と な る が, 第

2

項 ( ) 内は

lp

h =1

/4 と す る とo

75と な り, こ の影 響は実 験結果 に対 して明瞭に現れ ないと考え られ る

 以 上の検 討 結 果よ りtt (7)式に示す よ うに, 限界部 材 角 と 限 界 曲 率 と

関 係づ けられ

4,3

6

(7 ) 式よ り 限界部 材 角 を評 価できる

なお ヒ ン ジ 領域長 さ らは,

吉岡ら16} 評 価 式 ((

8

)式)に よ り求め るこ と と す る

(Ru)te。t/(Rii)caエ 3

e 2

0 1

0

    ム

        

Nノ(f。。 BD )

0,0

 0

00 (Ru)tegt /(Ru〕c&1 3

0

2

0 1

0       o

0 0

25 

   0

50

     

0,

75

    

0.

0

〔a ) 軸 力 比の影 響

Ru

θu

φ

tp・

 

r7・

 

r・

・rr

(7 )    

lp

h

l

))ゼd4

 3hD6

 8

d

材の有効せい

5.

限 界 部材角 の推 定 結 果   曲げ降 伏が先 行し

材 端 部の曲げ 圧縮 破 壊を 生 じ た と 考え ら れる試 験 体88体21}

s6) い て

限 界部材 角 験 値と計 算 値の比較

検 討を行う

R 。

)te

t

(Ru}c

1 関係 を 図

15に Ru )tet

(R。)cai に及ぼす諸 因子の影 響を図

16

こ こ に

Ru LeSt

(Ru)ca】:限 界 部 材 角の実験 値およ び計 算 値   な お

4に示す よ うに

普 通 強 度鉄 筋 お よ び 高 強 度 鉄 筋を横 補 強 筋に用いた場 合

な ら びに種々の形 状を もつ横 補 強 筋を用い た場 合を検討 対象とし て いる

  図

15

16に示す よ うに

限 界 部 材 角の実 験 値と計 算 値との相 関 性は良く

R

。)teSt /(

Ru

)lr。 ]の値は

軸 力 比

横 補 強 筋 量お よびコ ン ク リ

ト強 度に か か わ らず

ほ ぼ        (Ru)test /(恥 )ca1         △ ▲ O ◆ :        3

0 2

0

1

0       図

14参 照         A

           fco {蹴 /em2)      

0,

0

  0

1

      0

2      

0.3

    100  200  30D  400  500  600  700 (b) 横 補 強 筋 量 の 影 響      (c )コ ン ク リ

ト強 度の影 響 図

16  (R

)test /{R

に及ぼ す諸 因子の影 響

(8)

1

e〜2.

0

の範囲に あ り

本提 案式に よっ て お お むね安 全 側に限 界部材角を 評価で き る

こ の ことは コアコン ク リ

トの 限界圧縮ひずみ度の評 価 式 ((2

2)式 )が や や安 全 側に導 出され ていること (図

2参 照 ) や

ヒ ン ジ領 域 長さを吉 岡らの評価 式 を用い た結 果に よると考え られ る

 

な お

17の (

Ru

)te。t/(

R 。

paiの ヒ ス トグ ラ ム に示 す よ うに

全 試 験 体

88

体に対する (Ru)t。。t/(Ru)。。1 の平 均値お よ び変動 係 数は 1

43および O

26であり 普 通 強 度 鉄 筋および高 強 度 鉄 筋 を横 補 強 筋に用い た場 合とも

本 提 案 式の適 合 性が良い こと が わか る。

6.

必 要 横 補 強 筋 量の検 討   本提案式に よ る場 合

横 補 強 筋 等の諸 元 を 与えれ ば

限 界 部材 角を評 価で き る

また

所 要 限 界 部 材 角 R

a を 設 定し,

Pw

σwy を 未 知 数 とす れ ば

必 要 横 補 強 筋 量 Pwσwv を反 復 計 算により求め ること がで き る。  そ こ で

正方形 断 面柱につ い て

,h

l

)= 4

  e μg=

0.

25,

j

ID

O

8,

 

dc

D ≡

O

85,

εco; 2

0

×10

3 と し

5 に示し た

4

因 子が必 要横 補強 筋 量に及ぼ す影 響を検討す る こ こ に

sμg

(αg/BD )

(σsy/

fc

))

す な わ ち

これ らの 4因 子に対 して そ れ ぞ れ付 帯条 件を設定し た うえ で

本 提案式 ((1

1

2.

2

4.3

6

7

)式 )お よ び (8 )式 を用い て

各因 子 ご とに

N

/(

fc

BD

pωσwy 関 係を求め

一18

(a)

d

)にそれ ぞれを示 した

強筋量 は, 高 軸 力を受け, 副帯筋 を配 して いない外 周 筋 の み の場 合や補 強 筋 間 隔が粗い場 合には

危 険 側にな る おそれ が ある

ま た

18(

d

)の解 析結果で は

コ ンクリ

ト強 度が低い場 合

NZ 規 準と本 提 案 式によ る 必 要 横 補 強 筋 量は

致す る傾向が あ るの に対し て, コ ン 鄰 ) M ‘

00000

54321

攤 隱

     

; L 軌 臥 N  

 

 

体 値   ー

i

1

ilil

u)test 瞞 O   O

5   1   1

5   2   2

5 図

17 〔Ru)teSt /(Ru}

a

の ヒス ト グ ラム 表

5 必要 横補 強 筋 量の解析 因 子 付 帯 条 件 解 析 因 子       a     補強筋  feo   Sゆ        (xlO

Srad

) 形 状 ( gf/an2) (1)所 要 限 界 部 材 角  

〔2〕補 強 筋 形 状   30

囲    

40e

 

o

1       400   0

1 (3〕コン クリ

ト強度    30

0」 (4}補強筋間隔 比    30

囲 

400 同 図 中に は

,ACI

規 準切 NZ 規

uels

要 横 補 強筋 量 を併 示 し た。  こ れ らに よ る と,

ACI

規準に 対して

NZ

規 準で は

軸 力の効 果 を考慮に入れて い る の で 高 軸力 に な るほ ど必 要 横 補 強 筋 量が増 え

本 提 案 式に よ る場 合と傾 向は

18aに示す よ う に

NZ

規 準に よる必 要 横 補 強 筋 量は

本 提 案 式による所 要 限界 部 材 角

Rua

がほ ぼ 20×10

3

30×

IO

3 rad

の 場 合に対 応 する。 た だ

本 提 案 式に よ る解 析では

囲 の 形の補 強 筋 形 状 を 仮定して い るの にして

NZ

規 準の必 要 横 補 強 筋 量の 算 定 式 (

Eq .

6

24

6

25)ls}で は

補 強 筋 形 状お よ そ の間 隔は考 慮さ れて お らず

こ れらは構造規 定と し て示さ れ てい る

し た がっ て

18 (

b

(c) の 解 析 結 果と考え 合 わ せ る と

NZ

規 準の算定式に よ る 必要横補 Pwσwy (kgf150 100 50 fco=4001cgf/c皿2 S/D

0

1

  Type        PPtOwy

。 e  0     0

25   0

5   0

75   1

0    (a) 所 要限界 部 材 角R甑 の 影 響       fco

400kgf!c皿2 Pwawy

 

hO

 

R

・30・10

3・ad

〔  f150 100 50 0 fco=400kgfCtG2

S/1〕

0

1

 Rua

30xlO

3rad

0

25  0

5  0

75  1

0 〔b) 補 強 筋 形 状 の 影 響          T” e :       Sゆ

0

1

  馬a

30x10

3r岨

O     D

25   0

5   D

75   1

0    0     0

25  0

5   G

75   1

0    (e)補強筋間 隔 比S/Dの 影 響     (の コ ン ク リ

ト強 度fco の影 響       図

一18

 必 要 横 補 強筋 量の解 析 結 果

126

表 一 2   解 析 対 象試 験 体 21 ] の 概 要 fcc 痂       N       fco       P9試 験 体一     fcoen  ( f/en2 )     ( 幼 P 輙     σ vy(黠) ( f /  2 ) 備   考 No .5     0 . 34 Ne .6     0 . 45                     ∈ pu 図 d6  拘 束 コ ン ク リ ー ト の 応 カ ー ひ ず み 関 係 凹 o ■ ?    O ・ 34       

参照

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(2)

鉄筋まで 15mm ※3 以下 鉄筋まで. 15mm

100~90 点又は S 評価の場合の GP は 4.0 89~85 点又は A+評価の場合の GP は 3.5 84~80 点又は A 評価の場合の GP は 3.0 79~75 点又は B+評価の場合の GP は 2.5

100~90点又はS 評価の場合の GP は4.0 89~85点又はA+評価の場合の GP は3.5 84~80点又はA 評価の場合の GP は3.0 79~75点又はB+評価の場合の GP は2.5