亜熱帯の塩害環境下におけるRC柱の耐震性能に関する実験的研究: University of the Ryukyus Repository

(1)

Title

亜熱帯の塩害環境下におけるRC柱の耐震性能に関する実

_験的研究

Author(s)

山川, 哲雄; 伊良波, 繁雄; 玉城, 康哉; 中山, 耕一

Citation

琉球大学工学部紀要(48): 1-18

Issue Date

1994-09

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12000/17650

Rights

(2)

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An Experimental Study on Aseismatic Behavior of

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Columns

Under Chloride Attack Environment in Semitropical Region

Tetsuo Y AMAKA W A * Yasuya TAMAKI** and

Shigeo IRAHA * Koichi

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Abstract

In order to investigate the damage affecting aseismatic behavior of

Ric

columns,

RiC

column specimens sustained damage by electrolytic corrosion test were tested under a constant axial load and alternately repeated lateral loads by using the loading apparatus. Furthermore,

Ric

column specimens using FRP grid as hoops were tested in the similar manner. The other test specimens were offered to the exposure test in high salty environment in the semitropical and marine region at the coast in Okinawa. When the exposure test comes to an end several years after, these test specimens will be loaded laterally and vertically in order to discuss the damage affecting aseismatic behavior of

RiC

columns under chloride attack environment in the semitropical region.

Keywords:

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column, Aseismatic behavior, Corrosion, Exposure test, FRP grid, Electrolytic corrosion test

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山川･伊良波･玉城･中山：亜熱帯の塩害環境下におけるRC柱の耐震`性能に関する実験的研究２中子筋付の帯筋として用いたRC柱の耐震`性能について検討する．３）鉄筋腐食により損傷を受けた鉄筋コンクリート造建築物の耐震診断の目安と，地震時のかぶりコンクリートの剥落に対する居住安全性についても検討する．４）亜熱帯の塩害環境下における沖縄において，材料用試験体を海岸に暴露することにより，鉄筋の腐食速度に及ぼす各種要因による影響を究明する. 以上の研究に基づき，構造的な面と材料的な面の両面から総合して，鉄筋の限界腐食量（許容腐食量）を明らかにし，また在来筋に替わるFRP筋の使用限度について検討することが本研究の最終目標である．そのために，本研究は亜熱帯の塩害環境下における沖縄において，構造実験と材料実験（暴露試験を含む）を同一条件（コンクリート，鉄筋，暴露場所，暴露期間）のもとで平行して行ない，両者から総合して鉄筋の限界腐食量，及びそれに基づいたＲＣ部材の寿命予測を求めるために，耐震・耐久の両`性能の劣化限度を明らかにしようとする実験的研究である．その中で本論文では，この研究の最初のステップとして上記に挙げたｌ）電食により鉄筋を強制的に腐食させたRC柱と，２）ＦＲＰ筋を中子筋付･の帯筋として用いたRC柱の耐震`性能について検討することが目的である．すなわち，電食試験により鉄筋を強制的に腐食させたRC柱試験体4体（このうち1 体は電食なしの基準試験体）と，FRP筋を中子筋付の帯筋として用い，主筋には在来の鉄筋を用いたRC柱試験体４体（FRP筋使用試験体2体とそれに対応した基準試験体 2体）をそれぞれ作製し，一定軸圧縮力下（0.22じぴB）の正負繰り返し水平加力実験を行う．さらに，その実験結果から腐食鉄筋が剛性,耐力，じん性,エネルギー吸収量などの耐震`性能に及ぼす影響を検討するとともに，FRP筋についても同様に耐震'性能を検討する．弱点を克服することを目的に,鋼より引張強度が高く，軽量でかつ磁性を帯びにくく，耐薬品`性にも優れ，しかも錆びない連続繊維補強筋（以後,FRP筋と呼称する）をコンクリートの補強材に利用する研究開発も活発に行われている[8]．以上の観点から，1992年度に壁筋に鉄筋を用いたRC造耐力壁試験体6体と，連続繊維補強筋（FRP筋）を壁筋に用いた耐力壁試験体5体の合計11体を製作し，電食により鉄筋を強制的に腐食させた耐力壁と，FRP筋を壁筋に用いた試験体の耐震性能について検討した．そのうち６体（すべて有塩で在来鉄筋使用試験体３体，FRP筋使用試験体３体）は東シナ海に面した沖縄の海岸で1992年１２月１０日以降，自然暴露中であり（写真－１参照)，電食により鉄筋を強制的に腐食させた試験体を含めた５体（健全試験体１体，電食試験体２体，FRP筋使用試験体2体）は，一定軸圧縮力下の正負繰り返し水平加力実験を終了している．これらの実験結果によれば，鉄筋が錆びてコンクリートにひび割れが生じると，ＲＣ造耐力壁の耐震性能，なかでも特にじん性が明瞭に劣化することが分かった[9]．なお，以上のことは1993年度に行った耐力壁の補充実験でも再度検討され，さらに研究を進めなければならない必要性を強く痛感させられた [101また，連続繊維補強筋（FRP筋）に関しては， 1993年度の実験により，かぶり厚さを十分確保することを前提に曲げ補強筋としての在来鉄筋やエポキシ樹脂塗装鉄筋などと併用すれば，構造用補強筋としての活用がさらに期待できそうであることが分かった[１１１以上のことから,本研究の目的は次の4点に集約される．１）柱，及び耐力壁に関して，鉄筋腐食が耐震性能（剛性，耐ﾌﾞj’じん'性，エネルギー吸収量）に及ぼす影響を明らかにする．ただし，本研究では柱に限定する．２）高強度の連続炭素繊維を樹脂に含浸させながら格子状に一体成形した連続繊維補強筋（FRP筋）を，２．実験計画２．１試験体一覧本研究では電食により鉄筋を強制的に腐食させた柱試験体と，ＦＲＰ筋を中子筋付の帯筋として用い，主筋には在来の鉄筋を用いたＲＣ柱の一定軸圧縮力下（0.22ｃぴB）の正負繰り返し水平加力実験をおこなう．よって，電食した試験体とFRP筋を用いた試験体，またそれぞれに対応する基準試験体を用意した゛電食試験体と実際の塩害を反映した自然暴露試験体の比較を行うため，暴露試験体も必要である．表－１に今回

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琉球大学工学部紀要第48号，1994年３表－１柱の試験体一覧

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注ｌ）網掛をほどこした柱試験体が今回加力実験の対象試験体であり，白抜きの試験体は現在海岸で暴露中である．注２）有塩試験体には海水相当のNaCl３重量％水容液が混練水として用いられた．製作した試験体16体を示す．１６体のうち白抜きの試験体6体（RCC-SC-l～３，RCC-NC-1～3）は現在，耐力壁を暴露している東シナ海に面した沖縄の海岸で暴露試験中である．実際に加力実験する試験体は表一ｌの網をかけた試験体10体である.電食試験体(RCC-SCe-1 ～3）は，比較のための健全試験体1体（RCC-SN-l）を合わせて計4体である．また，自然暴露対応の健全試験体2体（RCC-SN-2，RCC-NN-3）も基準試験体として今回の実験対象とした．FRP筋を使用した試験体は，中子筋付の帯筋にＦＲＰ筋を用いた試験体２体（NFC-NN－１，２）と，基準試験体2体（RCC-NN-1, 2）の計4体である．各試験体には，それぞれ圧縮試験用テストピース３体，割裂試験用テストピース3体の計6体を用意した．特に，電食試験体3体に関しては電食後の鉄筋の腐食状況や材料力学特性を調べるため，モニター用試験体として同一断面と同一配筋を有する柱試験体（250× 250×500mm）を，各電食試験体につき1体づつ製作した． 250×750ｍｍの柱試験体部分と，480×500×1200ｍｍの上下スタブ部分により構成されている．試験体のせん断スパン比（Ｍ/QD）は１．５としており，曲げ破壊先行の試験体である．試験体部分の主筋にはl2-D10 (SD345）の鉄筋を使用し主筋量Pg=1.37%であり，中

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図－１電食，暴露用試験体の形状，寸法，配筋図２．２電食試験体と暴露試験体今回使用する試験体は，図－１に示すように250× 。，

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山川･伊良波･玉城･中山：亜熱帯の塩害環境下におけるRC柱の耐震性能に関する実験的研究４写真－２柱試験体製作用の綱製型枠子筋付き帯筋にはＤ６（SD295A）を60ｍｍピッチで使用し，帯筋量Pw=0.85％である．スタブ部分には主筋にDl9の鉄筋，腹筋にＤ13,帯筋にDlOの鉄筋を用いた．かぶり厚さは，柱試験体部分では帯筋表面より１７ｍｍ，スタブ部では梢筋より50ｍｍである．電食試験体3体と比較のための健全試験体１体の計4体（すべて有塩）は同一バッチの生コンクリートで打設した．また，自然暴露試験体6体（無塩3体，有塩3体）と基準試験体2体（無塩1体，有塩1体）も4体づつに分け，それぞれ同一バッチで打設した．すなわち，鋼製型枠を4体用意した（写真－２参照)．また，有塩試験体には海水相当のＮａCl３重量％水溶液を混線水として用いた．写真－３電食用柱試験体の電極板である．すなわち，RCC-SCe-1は623Ａh，RCC-SCe-2 はll86Ah，RCC-SCe-3は3200Ahであり，試験体の数字が大きくなるにしたがって,より多くの電流を流した．柱試験体における主筋の腐食状況を推測するために，同一断面と同一配筋を有する高さ50ｃｍのモニター用材料試験体を製作し，図－２（ｂ）のように表面の４面に電極板を取り付け，表－１の積算電流に比例 (500/750＝0.67倍）させた電流を流した．２．３電食試験柱試験体部の電食は図－２（a)に示すように，金網をゼラチン状の寒天で包み込んだ電極板を上下のスタブを除いた柱の表面に4面ともあて，もう一方の電極である主筋の間に一定の直流電流を流した（写真－３参照)．これらの総積算電流量は表－１に示すとおり２．４連続繊維補強筋（FRP筋）を用いた試験体試験体は主筋（DlO-SD345）を共通にして，中子筋付栫筋を在来の鉄筋（D6-SD295A）で60ｍｍと40ｍｍピッチで配筋した試験体各１体に対応させて，格子状に一体成形した連続繊維補強筋（FRP筋）を中子筋ゼラチン状の寒天

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琉球大学工学部紀要第48号，1994年

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9，１３，０４図－３連続繊維補強筋（FRP筋）を用いた試験体の形状，寸法，配筋図１６，１４８６付のBIIIr筋（写真－４参照）として同じピッチで配筋した．しかも，これらの４体は同一バッチの生コンクリートを用いて，４体同時に打設した．試験体の形状，寸法及び配筋図を図－３に示す．試験体の形状,寸法は電食試験体や暴露試験体と同様に，試験体のせん断スパン比（Ｍ/QD）は１．５としており，曲げ破壊先行の試験体である．なお，FRP筋の断面積はＤ６の公称断面積（0.32c㎡）とほぼ|可じ断面積（0.31cnf）である．号番ゲージ位置

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山川･伊良波･玉城･中山：亜熱帯の塩害環境下におけるRC柱の耐震`性能に関する実験的研究６づつ，同一振幅で3サイクルづつ正負繰り返しの変形制御で3％まで行った（図－６参照)．加力装置は，図－７に示すような建研式大型加力装置を用いた（写真－５参照)．試験体はその上下スタブ部を，下方はテストベッドに，上方は加力フレームに，計26本のＰＣ鋼棒を用いて取り付けた．水平加力用ジャッキはその加力中心の延長線上に柱試験体部の中央部（反曲点位置）があたるように設置した．子筋（図の７，８番）にそれぞれ加力方向と平行になるよう，各鉄筋の中央部に貼付した．また，FRP筋を用いた試験体にのみ柱中央部の外周筋と中子筋の２箇所にひずみゲージを貼った．３．２載荷方法今回の実験はRC柱の耐震'性能について検討するので，正負繰返し水平加力を行う.なお，載荷プログラムは図－６を参照されたい軸圧縮力は中柱を想定し，加力装置の自重が試験体に作用する分（４６４ｔon）も含めて0.22ｃ◎Bとし，実験開始から終了時まで一定とした．水平加力はひび割れが発生するまでは荷重制御により行い，ひび割れ発生後は柱の部材角Ｒを0.5％４．実験結果及び検討４．１電食試験体と暴露基準試験体の実験結果及び考察４．１．１材料試験結果電食試験体（有塩4体）及び暴露基準試験体（有塩，無塩の各１体の計2体）に関する材料試験として，テストピースの圧縮試験と割裂試験，また鉄筋の引張試験部材角Ｒ (96）４３２１０１２３４荷

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琉球大学工学部紀要第48号，1994年７表-２地食試験体と暴露基準武験にl１０するコンクリートの力学蒋性と材料特性スフンプ便ｃ、空気量（％）

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注） cび,!：シリンダー強度こび,：しづUlMFのひずみび！：カリ裂強1jli cI2：削線ヤング係数 1６ 5.5 RCC-SCc-3(3200Ah）

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RCC-SN-2 載せた．肢下段の数字は最大ひび11りれ帆をmInlli位で表示した．この表で見る限りでは，ひび削れ本数やひび割れ,Mは総概猟樋流に必ずしも比例しないことがわかる．これは，地食がある程度進むとひび判れが発生し，ｉｕ食による腐食生成物が発生したひび割れを伝ってカバーコンクリートを破壊することなく試験体外部に流１１１してしまうためであると思われる．この点については，髄食試験体が実際の塩惑を反映しているかどうか不明であり，今後さらに検討する必要がある．柱試験体における主筋の腐食状況を推測するために，モニターllMjU験体を製作し，衣－２の総概算岻流に比例（0.67倍）させた電流を流した．勉食ijjIL験終了後，モニター試験体から腐食した鉄筋を取})ＩＩＬ腐食減ljtの測定をした．また，その腐食した鉄筋のｉＩｎから無作為に3本ずつ収})}l}し，それぞｵしり|帳試験を行っ表－３鉄筋（岻食及び暴露基準試験体）の力学胖性元‐ＳＤＺ９５ＡＯ３２３９８．４０．２１９５５７．４ｕｏＩＤｌＯ－ＳＤ３ｄＩ５０．７１４０８．８０．２０９５８３．９202.9 注）ａ：断面積，ｓｏｙ：降伏点応力，ｓＧｙ：降伏点ひずみｓぴｕ：引摂強度，ＳＥ：ヤング係数を行った．衣－２に11;縮試験,割裂拭験の結来を示す．各試験体ともⅡ繩111テストピース3体，剖裂)１１テストピース3体を)'１意して拭験を行い，炎－２のそｵしぞｵＬの価は3体分の平均Iil〔を採Ｈ１している．じびMはテストビースの１１締強度であり（Ｅ１は圧縮強度時のひずみである．ひ【は削製強度，ｃＥはヤング係数である．また，鉄筋のり'１１鋪(験の結果を表－３に示す．鉄筋は，D6-SD295A（`ＩＩｆ筋に使用）とD10-SD345（i{筋に使)'１）を，鉄筋の】(から無作為に収I)川したものを 3本づつり|ﾘ!（拭験に供した．ａは断milYiで，、ぴyは降伏点応皿、Ｅ’は、ひW11iFのひずみをそれぞれ表す．爵ひ１１は賊人|心ﾉﾉ，すなわちリ|張強度であり，ＳＥはヤング係数である．表－４地食終了後の柱試験体におけるひび割れ状況ＲＣＣＳＣｅ－ＲＣＣ－ＳＣｅ－２ＲＣＣＳＣｅ－３ＦＬＡＮＧＥⅡ凪-▲、回田

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llIlll･伊良波･玉城･中111：iMi熱ＩＩＩｆの塩懇環境下におけるRC柱の耐震性能に関する爽験的研究８ 4．１．３一定軸圧縮力下の正負繰り返し水平加力実験結果た．その結果を衣－５に示す．腐食減量は総積算迩流 jIiにほぼ比例しており，降伏点応ﾉ入ひyも除々に低下しているのがわかる．なお，鼠“は腐食の強弱にかかわらず，降伏ﾉﾉを鉄筋（、10）の公称lWikini柵で除して求めたものである．戦ｉＭｉＩＩｊの試験体に発則Zするひび制れ状況を観察し，初期ひび割れ苑ﾙﾐ時と部材角Ｒ二0.5,1.0,1.5.2.0, 表－６１u食拭験体と暴露鵬jII(iijAb験体に閲する各'111材角における３サイクル終了時のひび判れ状況Ｒ＝１０｜罰朋川田旧甜面一一憲副印■■■塵亜

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(10)

琉球大学T:27:部紀要第48号，1994年９ 2.5,3.0％で3サイクル終了IMFのひび割れ図を，束iⅡｊ南北の各１１１iそれぞｵL作成した．衣－６に代表的な部材角Ｒ二0.5,】､0,1.5,3.0％でWEBmとFLANGEIniを整理したひび剛れlx1を示す．表－６より，基本的には llilげひび削れが先行し，このliilげひび割れがせん断ひび割れに進展していくタイプである．しかし．－部には主筋に沿った付満創製ひび割れも着二ＮＩＨ察さｵしる．竃食した拭験体は基準試験体と比べ，早くからカバー表－７ffiiJIb験体のＱ－Ｒ１ＩｌＩ線，材胸lIIIlI縮ひずみ

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(11)

山川･ｲﾘﾄ良波･玉城･中'１１：jllI熱帯の塩需環境下におけるRC柱の耐腱性能に関する実験的研究 10 ３）主筋逓がP畷＝1.37％と小さく，曲げ破壊先行が保証されていた．また，材軸方lhjの伸縮ひずみと部材角の関係であるＥｖ－Ｒ曲線では，正負繰返し回数が部材角とともに大きくなると，１m食試験体に砦1:の劣化が認められた．Ｍ－８に表－７のＱ－Ｒ曲線から求めた各住試験体のスケルトンカーブを示す．図－８より鎧も総概算電流が火きい試験IIKRCC-SCe-3の雌大耐ﾉﾉｶ譜1:低下しているが，じん性には顕著な劣化は見られない←他の電食試験体は比較１１１の健全試験体及び暴露基準試験体と岐大耐力，じん性においてほとんど差異がなかった．各試験体の初期剛性を比較するために，｜叉１－８のスケルトンカーブを0.5％まで拡大して描いた図を図－９に示す．初期剛性は健全試験体よりも，むしろ迩食試験体の力が若干上回っている．図-10に各試験体の累積エネルギー吸収鍬Ｗと部材角Ｒの関係を示す．部材角Rが0.5-1.0％までは，健全試験体と竃食した試験体3体にはほとんど差が兄られないが，部材角が大きくなるにしたがって，〈u食試験体の力が健全試験体を若干上回っている．ただし，図一１０よ')暴露基雌試験体は電食試験体よ'〕シリンダー強度が若干商い（表－２参1M(）ので，累械エネルギー吸収iiiが一般に1%<評価されている．地食した試験体と健全な桃試験体の耐震性能に関する比較を行った．その結果として，雄大耐力やじん性にはそれほど差異がみられなかったが初期剛ｆｌｉｐエネルギー吸収麺に|}Uしては電食試験体が浩二|ご｣zlIJ1っていた．この理[11としては，鉄i，【iが腐食することにより膨恢)]ﾐがコンクリート内に番欲され，かつ一時的に付着強度が改善されることにより，プレストレス効采と錆によるかみ合い効果が初期の段階で生じたためだと解釈きれる[7１ Q(kN） 2５０２００１５０１００５００

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６５４３２１０ 0１２３Ｒ(％） E1-1o電食試験体と暴露基準試験体における累祇エネルギー吸収戯の比較４．２連続繊維補強筋（FRP筋）を用いた試験体の実験結果４．２．１材料試験結果連続繊維補強筋（FRP筋）を川いた試験体に１１Mする

材料試験として,テストピースの圧縮試験と判裂試験，

またFRP筋と鉄筋の引張試験をそれぞれ行なった．表－８に圧縮試験，割裂試験の概要を示す．衣－９に FRP筋と鉄筋の力学特性を示す．さらに，鉄筋とＦＲＰ筋のび－ＥＩＩ１級を図-11に示す．図-11よりＦＲＰ筋は鉄筋に比べ股大強度が４倍近くあり，その岐大強度に達するまでは線形挙動を示す．そして，脆大強度にコンクリートの圧壊が生じている．表－７から見られるように電食のｲi無にかかわらず，Ｑ－Ｒ曲線にはほとんど雄異を生じていない．この]HHIIlとしては次の３点が考えられる．ｌ）’'１イ筋付きせん断補強筋がかなり多錘に配筋されているため（Ｐｗ二0.85%)，横拘束効果によりコアコンクリートが健全のまま保持きれた．２）h111Ii縮力が小きい（0.22〔ひ脳)．

(12)

琉球大学工学部紀要第48号，1994年 1１衣－８FRP筋を川いた跳験体に|１０するコンクリートの力学特性と材料紳性ＮＦＣ－ＮＮ１２９２０２９２２９Z３４ＲＰｊＪＮＦＣＮＮ－２２８００２９２４７z４１ＲＣＣ－ＮＮ１２６００２８２２０Z２６ＲＣＣ－ＮＮ２２６００２６２９６２６８ぴ削れが多く観察された．これは，FRP筋がＩＩＥ来の鉄筋に比べヤング係数が低いためliijじ応力レベルで大きなひずみを生じ，このようなひび制れが多く発生したと思われる．実験で求めた各試験体のＱ－Ｒ曲線とＥｖ－Ｒ曲線を表－１１に示す．表-11から見られるように，5111f筋に FRP筋を用いた試験体と在来鉄筋を用いた試験体の Q-RIl11線にはほとんど差異が生じていない．また，材''111伸縮ひずみと部材角の１１０係であるＥｖ－ＲｌＩｌｌ線でも，FRP筋をN】いた試験体と在来鉄筋をｌ１１いた試験体には鑑異が見られなかった．図－１２に衣－１１のQ-Rllh線から求めた各柱試験体のスケルトンカーブを示す．図－１２より，FRP筋をjMIf筋として配筋した試験体NFC-NN－１，２は比較Ⅱ}に鉄筋（Ｄ6-295Ａ）を同じピッチで`|ｉｆ筋として配筋した試験体RCC-NN-L2と岐大耐力，じ人性においてほとんど差異が見られなかった．ただし，６０ｍｍピッチで FRP筋を配筋した試験体NFC-NN-1は岐大耐ﾉjが若干低下した．各試験体の初期剛性を比較するために，｜叉１－１２のスケルトンカーブを0.5％まで拡大して描いた図をIx1-]3に示す．初l1jl剛性では在来の鉄筋を111いた試験体とFRP筋を配筋した試験体には，ほとんど差異が兄られない．図一Ｍに各試験体の衆械エネルギー吸収ｌｉｌＷと部材ﾉｳRの関係を示す．部材角Rが0.5～1.0％までは，在来の鉄筋を搬筋に用いた試験体とFRP筋をＪｌＩｆ筋に)1}いた試験体にはほとんど差が見られないが，部材角が大きくなるにしたがって，lill者の方が後者を若}:上回っている．このHMIllとしては，表－９およびliXl-11に示すようにFRP筋のヤング係数が鉄筋より小さいために， jllIf筋によるコンクリートの横拘束効果が小さいためと考えられる．ただし，図-14でFRP筋のピッチが小さい(･ＩＩｆ筋１Kが多い)試験体”NFC-NN-2”が，FRP筋のピッチが大きい(帯筋澱が少ない)試験体WFC-NN-1” よりエネルギー吸収11tが小さい実験結果になっている．表－９FRP筋と鉄筋の力学特性ＳＥ (GPa〕 101.0 196.0 202., EＬ■Ｕ■こＳｍ）（MPa）９６）MPa〕ＪＯ３１1７９８８１７７１７９８８鉄、６０３２３９８４０２１９５５７４筋ＤｌＯＯ７１４０８ＢＯＺＯ９５８３ｇぴ(MPa）､２０００ 1０００ 0 －０ lx１－１１１２ｃ(％） FRP筋と鉄筋のび‐Ｅ曲線達すると破断してしまう．ただし，ヤング係数は鉄筋に比べ，約1/2程小さい．４．２．２－定軸圧縮力下の正負繰り返し水平加力実験結果載荷中のi試験体に発生するひびiIiりれ状況を観察し，初1VIひびｉＩｉＩれ発化時とiilj材角Ｒ=0.5,1.0,1.5,2.0, 2.5,3.0％で3サイクル終了時のひび割ｵLlX1を，束ｉｌｌｉ南北の各iiiiそれぞれ作成した．表-10に代表的な綴材/ll R＝０．５，１．０，１．５，３．０％でWED(南）面とＦＬＡＮＧＥ (束)耐を整理したひび割れ図を示す．表-10より，在来の鉄筋を術筋に用いたRC柱では付着割裂ひび割れがほとんど見られず，蛙本的には111]げひび制れ先行の曲げせん断ひび割れが支配的であった．一方，,Iiif筋に FRP筋を用いた柱の試験体は，iWl材角R=0.5％の初期の段階から主筋が配筋されている付近に付箭制裂ひ

(13)

llI1ll･伊良波･玉城･中山：jlii熱帯の堪鱒環境下におけるRC柱の耐震性能にIIljする実験的研究 1２表－１０各部材角における３サイクル終了時のひび刎れ状況Ｒ=1.5％Ｒ=0.5％Ｒ=1.0％

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(14)

琉球大学工学部紀要第48号，1994年 1３表-11各試験体のＱ－Ｒ曲線，材軸伸縮ひずみ

全変形

材軸伸縮ひずみ

ｅｖ－Ｒ曲線

帯筋

(主筋共通）

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（＠60mm）

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（＠40mm）

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ij{）Q-RIlll線における－．点鐡線はJ1l1i満解析によるスケルトンカーブをjjくす．衣一ｌ２ｌＩｆ筋（60mmピッチ）のひずみと部材ｲｶﾞlの関係（柱脚）Ｗ(IVnqcm）５４３２１０ＦＲＰ筋（＠60mm〕’鉄筋(＠60mm〉外周筋４８－２－１０１２３４－４．３．２‐１０１２３４中子筋

0１２３Ｒ(96）

各試験体の累械エネルギー吸収服:と部材角の関係

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図－１４表－１２，１３，Ｍより，FRP筋を用いた帯筋のひずみが，在来の鉄筋を用いた帯筋のひずみより常に大きい央と柱脚に貼付したひずみゲージを)|)いてＦＲＰ筋と在来鉄筋の横拘束効果の比較を行った．

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%）

(15)

111Ⅱ|･伊良波･玉城･中'１１：亜熱帯の塩害環境下におけるRC柱の耐震性能に閲する実験的研究 1４鮫して，解析的に検討する．解析に)|}いるRC柱試験体は表－１に示すRCC-NN-1である．この試験体は儲筋fitが比紋的多い試験体（Pw=0.85％）である．試験体のせん断スパン比（Ｍ/Q､）は1.5であり，かつ曲げ破壊先行の試験体である．試験体は主筋（12-,10）と中子付き;Iｉｆ筋（D6-60mIl】ピッチ）で配筋した拭験体である．一方，イW筋還が少ない試験体（Pw=0.26％）として，j11f筋が外周筋のみで（､6-100ｍｍピッチ)，それ以外はすべてRCC-NN-lと同じ試験体を解析モデルとして仮に採用する．このi;jIC験体はまだ未実験の試験体であI)，RCC-NN-1.と仮称する．また解析に１１１い衣一l3iIifiiii（40mmピッチ）のひずみと部材角の関係（柱脚）ＦＲＰ筋（＠40mm）１鉄筋(＠4,mm）外周筋中子筋

Il1ififiiirFi．

4０表－１４FRP筋のひずみと部材角の関係(反曲点位磁） _3０筋（、４［ 2０ 10

’

０１２Ｅ(％）３

図－１５コンクリートのび‐Ｅ関係

、''１

ｊＨＰＤｆ４０ＨＰＩ】］ 6） 10）」ｈ⑪ 川【Ⅳ［「ことがわかる．このように横補強筋のひずみが大きいことは，それだけ柱のコアコンクリートが膨張していることになり，FRP筋の横拘束効果が小さいことを意味している．１ｌｘ）ＪｌｎＩＩ】Ⅱ 図－１６鉄筋のcY-E関係５．理論解析５．１ＦＩＢＥＲモデルを用いたＲＣ柱の弾塑性解析コンクリートの櫛成則にｉＩＭｆ筋による横拘來効果を考噸するか否かは，コンクリートの強度と靭性に大きな影騨を与える．各柱試験体のﾘﾘ(塑性解析を行う前に， RC柱の糒筋が比較的多い場合と少ない場合に分けて，コンクリートの構成則に帯筋による横拘束効果を考慮したManderらの式[12]，崎野．孫式[13]と，これらの横拘束効来を考慮していない従来からのｅ関数[15］をH1いたfiberモデルによる弾塑性解析を行う.この結果，ＲＣ柱のＮ－Ｍ相1111曲線やＱ－Ｒ関係に及ぼすコンファインドコンクリートの影騨を一部実験結果とも比Ｍ(ｋＮ.、） 8０ RCC-NN-1(Pw=0.85％）

毒＝二二二二二三二三

%、RCC-NN-1'(Pw=0.26％） iRCC-NN-L1I ．－Mander 1－－－崎野・孫－－…e関数

箒＝÷三三二三三二二二二

6０ 4０ 2００

０２４６＃．Ｄ(%）

lm-17RC柱断面の曲げモーメントＭと曲率＃．、４‐３２－１０１２３４ヰ５・Ｚ－ＩＯｌＺ３４卦・］－Ｚ－１０１Ｚ３４･Ｚ－Ｌ５－ル0.5 ２－_{６（101,踵ロリ}

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(16)

琉球大学Iご学部糸U奨鱗48号，1994年 1５炎－１５柱の材軸に沿った''11率分布＃仮定

QOにN）

200 ｌ９ＳＤＩｕＧ。、－m 150

Ⅵ'７

「

1００ｎ〉０停車ニハスー中造租『）隅 …~ＴＵｎＩ西海…￣Ｔｒ注）Ｓ：Ｍ－ｄの曲線（図-17参剛における接線勾配．Ｓｂ＝Ｍ－．．，曲_{粗における初期接線勾配} 。＝曲箪．｡『：引喪例主筋が初めて降伏した町の曲率．ｈ：柱の高さ，Ｄ＝柱せい

２Ｒ(％）３

０ 1

l／

_「

柱頭

|／

の榊成則であるManderら[12]及び崎野・孫[１３]の式を用いた．図-17にRC断Miiの１１１１げ強度とIMI率の関係であるＭ－ｄ･ＤＩＷ係（‘はＩＨＩ率，Ｄは柱せい）を示す．図-17に '】:したＭ－ｊ.Ｄ関係において1111級の勾配をＳとし，その初１０１勾配をｓｏとする[14]、これらの勾配Sと[M1率＃の関係を表一15のように仮定する．各部材角ごとの存在llilげモーメント分布及びlill率分布の材軸に沿ったｉｉｌｉ１２結果を図－１８に示す．図-18から分かるように部材 /110.1％の時点ではすでに柱頭,桃脚は塑性域にはいっている．表一l5のように仮定した＃仁補仮想仕馴の原理，またはモールの定理を適用することにより曲げ変形をiil 算し，その－ｔに弾性状態のせん断変形を加算する．さらにP－６効果を老感してQ-R関係を求める．このようにして求めたＲＣ柱のQ-Rllll線と実験値のスケルトンカーブ（正側のみ）を図-19に，Ｎ-Ｍ相関１１１１線と尖験倣との比較を図-20にそれぞれ示す．これらの図よ })，ililf筋jliが多いにもかかわらずそれによる横拘束効果を無視すると，特に高軸力において大きな差異が/|くじることがわかる．また，Manderらの耐力が崎野・孫より一般に大きく，本実験例（RCC-NN-1）と比較する限り，Manderらの糖腿がやや闘い．

／

/’

Ⅶ

柱脚

ａｂ曲率ウ.Ｄ 0.01860.1“ 』仏ｄｅＣ２．８２￣ lm1 I-I ６．８５１１

lＭｒ

柱頭

得中計題０識信車一八ｘｌＷ鮨畠

柱脚

0.01％0.1％0.5％1.0％2.096

材角R(%〕RCC-NN・IPW=0.85%)Mandcr

柱頭

柱脚

ａｖｂ０曲率》・ＤｑＯ１３４０」8３１１↓」｡，ＣＯ

ｃ咽ｕ

● ２．１３３．２１１－A１１

柱頭

Ｉ

拷中昏租

柱脚

0.01％0.1％0.596０J75％10％部材角R(完）RCC-NN-l,l'(PW=0.85％,0.26%)ｅ関数５．２電食試験体解析に11]いるコンクリート，鉄筋，腐食鉄筋などの材料定数は表－２，３及び表－５より与えた．コンクリートの応力一ひずみ関係には，帯筋による横拘束効果も含めたコンファインドコンクリートの構成則を用いた[12］ただし，コンクリートのシリンダー強度は電食拭験体の平均値である26.3MPaを用いた．腐食鉄筋の降伏点応力は健全鉄筋と同Ｉｉｆｉとして，表図－１８イド在モーメント及び１１１１率分布（計鰍結果）るコンクリート，鉄筋などの材料定数は図－１５，１６より１７.えた．コンクリートの応ﾌﾞﾉｰひずみ関係には，Ｗｆ筋の横拘束効果を無視した梅村のｅ関数[15]と，IMr筋の横拘束効果を反映したコンファインドコンクリートＣワ hｃＣＧＣ d-RCC-NN-1(Ｐｗ=0.85％)Mander 収ＲＣＣ－ＮＮ-1,1,ｅ ●◆ 関数．．．、０．．、△ ｅ．．｡｡０△－－＿

(17)

llllll･伊艮波･玉城･ＩＩ１ｌｌｌ：亜ｶﾙｌｉの塩１１;環境下におけるRCitの耐翻fIJl:能に'1Mするﾒﾐ験的研究

1６－４の腐食鉄ijjの爵ロ，と，表－３の健全鉄iMj潟グドの比にしたがって断面稲を欠損きせることにより老Mi1した．この比はｲ！；試験体RCC-SCc-1は0.87,RCC-SCc-2 は0.85,RCC-SCe-3は0.77となり，表－５のＷ/Ｗ,)よ I)そｵしぞれ小言い．これは腐食が鉄筋にiiiって・ﾄHでないからである．鉄iMjが腐食すると，１脚食/|;成物の苑ﾉﾋﾔlIi輪0111コンクリートの劣化も碁えられるが．ﾆｵＬらのｻﾉ轡はすべて無｛処する．Ｉ１ｉ１ｉｊＩ(験体のＮ－Ｍ机lM111U 0１２３Ｒ(兜） Q(kN）RCC-NN-1(Pw=0.85％） ZOO

＝≦千三三二三

＝了＝～=一二二-二

RCC-NN-1'(Pw=0.26％）ＲＣＣ－ＮＮ－１,ｒ－Ｍａｎｄｅｒ－－－崎野・孫 ………ellll数一実験結果 1５０ 1００ _{0２３０１２３} Ｒ(兜）Ｒ(兜）ｌＸｌ－２２行成験仲川に求めたＱ－ＲＩＭＩ級に|lUするｿﾐ験$,ｌｉｌｌＬとnli):緋ⅡLの比較･ＲＣＣ 5０ 0１２Ｒ(96）３１X1-I9Q-R側係に関する,iili》:と9ﾉﾐ験結采係を図－２１に>jくす．そのlilioiu(駄作のN-MllllM1Illl線上に，実験|;((をプロゾトするilxl-2]参11(1)．‘汁ｔｉ１１ｌｌはﾌﾞﾐﾙ仇''11をばぼとらえているようである．Ｑ－ＲＩＩｌｌ線を図-22に７Jくす．ｉＩｉ鱒IIillLは実験ﾎﾞI1iMLを (ｆぼと')えているようである．３２５．３連続繊維補強筋（FRP筋）を用いた試験体 FRP筋を11｜いた,ijt験体とそれにjtill心する,i(!Ｉｉｉｉ体にも，１１１嫌に[ibIJrモデルによる'''１げ鹸皮解析をij:う．しかし．ＦＲＰ筋を)|Iいた周ｆＷ１ＩＩｆに膿)して｛よ，FRP筋を》lIfiiijとした!ij(験体のＩｌｊ心１１{締ﾘﾐ験をij:っておらず． I:ＲＰ筋をlllいたＩ|}iiijによるＩＭＩ<ﾘ11(効ⅡLも含めたコンファインドコンクリートのIlii成１１Ⅱに|M1する実験J(はない.よってこの節では.横|<ﾘｵ〔されていないコンクリートの柱試験体と，,Iifiiijに鉄iijjを１１lいた』ル行のコンファインドコンクリートの柵成IlI[12]を川いた柱『式ｌＩ仇作についての解ｲ1｢を行う．解析に)Ⅱいるコンクリート，鉄筋の材料定数は表－８及び衣－９から'jえた．コンクリートの応ﾉﾉｰひずみ関係は，lXl-23に》】《した仮疋を lllいた．鱒拘束のコンクリートの場合は梅村のelMl数 [15]を１１jい，i11fiiii（D6-SD295A’６０ｍｍピッチと `lOInmビゾイー）によ')横拘束されたコンクリートの場合は，１ｕ食試験体と同様にコンファインドコンクリートのｲｶﾞ成則をⅢいた．ただし，コンクリートのシリンダー強度は共に衣－８のilI均値である27.3Ｍ１，mを１１｜いた．以｣ての仮定をふまえ，｜図１－２４にＮ－ＭＩⅡＩｌＵｌｌｈ１

0４０８０Ｍ(ｋＮ。、）

llXl-20NMｲllIHlllll線に関するiil鉢と,｣§験結】しＮ(IVnW）３２００２０４０６０８０Ｍ(ｋＮ.、） lX1-2］Ｎ－ＭｷI111Ullll線実験結果

１１Ｉ

RCC-SCc-1 1-］ＩＥＩＵ実験結果

ご}三十貢ﾏｨｰﾄw三三

_{ｌif算結果} ’１１ [ : ‐十_{－－ＲＣＣ－ＳＣｃ－３} Iｊｉ」

(18)

琉球火fj::]:学部紀奨姉`1Ｗ，1994ｲド 1７ワ(MPa）

_{線を，図-25にＱ－Ｒｌｌｌｌ級に関するii1算絲1ｋと実験紬ⅡＬ}

をそれぞ北！；す．

mliiな仮定のもとで,i}算したRc柱の1111げ強度解析

結ＩＩＬは，実験結果をほぼとらえているようである．た

だし，ｉiけ》する際にはＩif筋によるコンクリートの横拘

束効Ｉｲﾐを，そのIMi成!!Uに反映きせることが'１t婆である

ことがわかった．釦扣犯加ｎｏ 0１２３Ｅ(９６）

ＩｘＩ－２３仮定したコンクリートの応ﾉﾉｰひずみ関係

６．結論_{Illlげ破壊光行タイプの柱試験体で，かつ軸ﾉﾉが} ().22‘汀,Ｉの・定lIIII圧縮ﾉＪﾄﾞにおいて，趣食した柱i式験体とltIk全なｲj(拭験体．FRP筋をＩＩ１ｊ亀筋付き'１if筋として性11Iした試験体とそれに対応する基準試験体を)Ⅱいて，それぞｵＬｌ[貞操})返し水平ⅢⅡﾉﾉ実験を行った．そ

のﾘﾐ験結采の1MＷ｢，検Ｉｉ１から以ﾄﾞのような結論が導き

１１'せる．

ｌ）１１j食し,とⅢiAb験体と健全な`;』t験体の'111には，剛|瓠k，

liiﾅﾉﾊじん性，エネルギー吸収能ﾉﾉに１１Ｉして，脚1鵜な雄11Mがほとんど)iしられなかったものの，初19jlA1Ill'|:にl剣しては電食が(験体が他念拭験(ｲﾑをオjrrI11jlっていた．１１i食した!式験体にlRIして．その総ｉｌｌｉ算迩流１，tを１，２，５１１１fと蝋ljllきせても，駆瞥なiil虚性能の劣化は今liI1の実験ではほとんどiill察されなかった．そのH1llIlとしては，DljIl1ハｉ繍刀が少なめであることや，腹筋ｊＩｌが少なくllll げ破峻先行型の柱にlⅢえて，Ｊ１if筋:Ｉｌｌ:が比較的多 jliに配筋されていることがあげられる．２）ｉｚ筋をｲlH米鉄筋でj1i通に配筋し，’１ｉｆ筋に連続繊維#Ili強iiij（FRP筋）を)|IいたRC桃は，在>'４鉄筋を,llf筋に!ⅡいたＲＣ性よI)耐震性能のうち耐ノノ，エネルギー吸収髄の.IIJ(で若]低]ずするようである．これはFRP筋のヤング係数が鉄筋より小ざいために，‘ｌｌｆ筋によるコンクリートの繊拘求効』ｲLが十分1UI待できないことも，その原Ⅸ|の 1つではないかと考えられる．このことは． FRP筋を'１ｉｆ筋に)Ⅱいた柱試験体のひぴ翻れが付蒲割裂の様札1を示していることからもある税1典推測される．しかし，FRP筋が破断したI)，－体に成形されたグリッドの交叉部で破断するようなことは一切観察されず，柱の部材角が３％まで十分変形に追随できることがわかった．以｣:の結論にDI1えて，髄食した拭験体のﾉﾉ１１ﾉ｣実験に関しては，今回行った地食試｣験法が実際の塩害を反映しているどうかは現在自然暴露している試験体も合わＭＫＮ） 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 ５００００２０４０６０８０１００１２０１４０Ｍ(ｋＮ．、）ＩＸｌ－２４Ｎ－Ｍ相|M11111線（iilj):結果）

Q(kN）

、、犯伽、０

２２１１

０１２Ｒ(96）３

a）６０ｍｍピッチに桁筋をlid筋した試験体にIMIする比較

qkN）

卯、卯、、０

２２１１

0１２Ｒ(96）３

ｂ）４０ｍｍピッチに帯筋を配筋した８１(Zii体に関する比較図－２５名試験体のQ-RIlII線における実験結果と計算結果の比較

Ｉハ

o ｂｑコンファインドコンクリート(＠=60ｍｍ)＿

、ｌｉＩｌ

Ｔ７=:ＪｉｌＷ－１，→`1闘鐵１－

ＥＲＣＣ－ＮＮ‐ ▲

耀晨鱈ｌｉｌＩＩ(jll薑ill目

～_～～｡_望｜● '－－．－．－←再ロー■ 拘束なしの試験体…［｢~￣ﾛ■●-● :…」＿し=苧ｷｰ■ﾛ了 ■■■ロロ｡＿、采

(19)

lll1ll･IJI艮波･玉城･`IU11I：亜熱ＪＩＩｆの塩審環境下におけるRC}liの耐鍵性能に|劇する実験的研究

1８ [６］中111猴広，九１１I久一他2端：~鉄筋腐食によるひび闇ﾘｵLが梁供拭体の耐荷性状に及ぼす影瀞..，コンクリートｌ:学年次論文柵!i集l2-Lpp､551-556, 1990年 [７］1Illll雑制'：”jiiriIfを受けたRC部材の鉄筋とコンクリート1111の付)ifi性状にⅡUする研究Ｗ日本建築学会研究繊告九｝１１文部第33-砂・１（構造系)， pp､181-184,1992年 [８］杉lll稔，LljjL1!(蝉、藤崎忠志他多数：￣繊維強化複合紫材（ＮＦＭ)の述築Wli造への利用に側する研究その1－その１３．．n本建築学会大会学術講演梗概集(近畿)．(IMI来)．(九州)．(中国),pp､131-138.pp､813-818,1)I).l47-15qpp､959-966. 1987年」988年」989年.1990年 [９］111Ⅱ|ﾔ『雄，森永繁．藤崎忠志他1名：.､亜熱〈|ｻﾞの塩ｌｌｌｉ環境下における鮒ﾉﾉ畷の耐溌性と耐久性に関する災験的研究(その]～その3).．，日本建築学会大会学術榊iii(梗概#３，ｐI).269-274,1993年９月 [10]松水間LIllⅡｌＩｌｉ雄，IllfL波繁雌．森永繁：”遜食により鉄筋を強i11的に腐食させたRC造耐ﾉﾉ壁のiiil艇性能にＩＮＩする爽験的研究"､ロ本建築学会研究＝報lIi九州文部雛3Ｗ・Ｉ(撒造系).pp､309-312. 1994年３月 [】1]藤崎忠志，１１１Ⅱ|Ｗ雄他2名：､述統繊維ili強筋を雌筋にⅢいたlIijﾉﾉ壁の;iiiMM性挙動に関する爽験的研究．．．［1本建築学会研究靴告九ﾅ11支部第34号・１（構造系).pp､313-316.1994年3)］ [12］』.Ｂ・Mander，ＭＪ.Ｎ・PrieslIeya1l〔ＩＲ・Park：.、 TheoMIcaIStress-SlrainModelIOrConfined ConcrUtじ゛.ASCEjournalofStructuralEngineer・ｉｎｇ・ＶＯＬ１４４．Ｎ０．８、ｐｐ・’804-1826．Ａｕｇ､１９８８ [13]崎野(ilLifi・係fIF1K：､ロンファインドコンクリートの!'ﾙL､lIi縮ｆｌｉ状にＩＭＩする実験的研究",コンクリートｌ:学ｲI：次繍文靴〈'i災.Ｖ01.15-2.pp､713-718 1993年 [14]111)''１１『雄，’''111義'Ｗ：”ilr力形鋼補とjllf筋で一:承に横袖強した鉄iiiiコンクリート短}]；のiii(遡性性状にl１０する実験とF11論解析",琉球大学工学部紀要第４２サ，ｐｐ,45-59,1991年9)］ [15]梅村魁：‐鋼筋コンクリート梁の塑性変形及び終局id1度...｢１本処築学会総文集．第42号．ｐｐ､59-70. 1951年2月せて，今後検i卜'しなければならない綴題である．また，今imlの突験は定軸１１鋼iiﾉＪｒ（0.22しぴ,,）で行ったが，この軸ﾉ｣もパラメータとし，ｉｉ筋Ａ１:，jIIfiiiihl:，せん断スパン比等もパラメータに巷MHする必喫があると考えられる．こｵしらは，ノテ後の研究Ｍ１(趣である．謝辞：本研究は平成5年度の｣[）|f球ﾉＷ:特定研究1Yによった．とＭ時に，琉球大学とiIIi水述I没(株)技術{U1究所との｣（ ITi]研究の一環である．本災験を進める過ｲMで，九ﾅｌＩ來海大学教授・森永繁岬I三川`i水逃役(株)の磯畑術博ﾏﾋ， IllLljIlll幸。薩崎忠志，火111達兄｣（らにｉＩＩｉ々のご教jj《とご協ﾉj，ご支援をいただきました．ＰＣ鋼棒は高周波熱錬(株)に提供していただいたほか，！Ⅱ1ﾉj装置のリフォーム，ｉｆｉｊＬＩｌＵ係pllXI)付け聯は地元ｉ１１ｌ縄の金秀建設(抹入′|:コンはiiilI繩U１１/|{コンクリート１獺組合，入城物'砿に，そのほか多くの杵搬にいろいろとお'１１:iiiFになりました．ざらに，Ⅲ汰験体の141然鵬藤,ｉｆ験に関しては，ｉｉＩＩｌ縄県及びilli添].[Hf湾漁堆協l0il組合のiii:可と脇ノノをiりました．本研究にhli球人２７:人２１；:隣/'2の枇杷111鯨ｲＺｉのほかに，ｊｌＡ１此5ｲ121災の卒繍/|<として琉球大学4年'|;・腸炎学，八木格の各ｲＩｉが参りⅡしました．ここに記して， |Ｍ１係各位に1りくお礼をｌ１ＩＬ卜げます．参考文献：［ｌ］岸谷孝.：､梅砂を桃)Ⅱした櫛造物のIijM盃-9.4洲獅｢iJにおける'１，．１１】学校校稀の被11f状況.，コンクリート・ジャーナル，Ｖ(112,No.]0.ｐｐ､66-71, 1974年10)] [２］１１志幸ハ：..i''１縄1ＡＩにおける鉄筋コンクリート構造物の耐久性.；セメント・コンクリート，No.363, ｐｐ､5-12,1977｛Ｉ２５ｊ１［３］入城武Iu2ji'i：”鉄筋コンクリート愉の塩害について．.，節61iilコンクリートに?:年次Ｉ論文報('ﾅﾘﾐ，ｐｐ､165-168,198`Ｍ１ｉ［`1］llllll哲伽'１，（)}｣iL波繁雄，Ｉ１ｌ１ｌＭ４徳剛;：”ｉ１ｌ１縄県'【↑災〈『住宅ＲＣラーメン榊造の塩11;による建物被iIfiilM 恋.,，Ｌ１本建築!?:公研究縦11ﾅﾉLl11文部第34号](櫛造系)，ｌ)p､5-8,1994年3Ｊ］［５］武苫耕Ui1他1詔：.･コンクリートｆｌｊの鉄筋腐食がＲＣ剖刑のﾉﾉ学的性状に及(ｒﾘｰ|鯵vWI',，第61可コンクリートエ学::iTZ次識iii論文災，ｐｐ､177-180,1981年