鉄筋コンクリート造片側袖壁付き柱の耐力および変形挙動 : 壁厚が薄い場合

鉄筋コンクリート造片側袖壁付き柱の耐力および変

形挙動 : 壁厚が薄い場合

著者

久徳 琢磨, 徳広 育夫

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

巻

31

ページ

133-139

別言語のタイトル

Strength and deformation behaviors of

reinforced concrete columns with wing wall in

one side

鉄筋コンクリート造片側袖壁付き柱の耐力および変

形挙動 : 壁厚が薄い場合

著者

久徳 琢磨, 徳広 育夫

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

巻

31

ページ

133-139

別言語のタイトル

Strength and deformation behaviors of

reinforced concrete columns with wing wall in

one side

鉄筋コンクリート造片側袖壁付き柱の耐力および変形挙動

一壁厚が薄い場合一

久 徳 琢 磨 ・ 徳 広 育 夫

（受理平成元年５月31日） ＳＴＲＥＮＧＴＨＡＮＤＤＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮＢＥＨＡＶＩＯＲＳＯＦＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤＣＯＮＣＲＥＴＥＣＯＬ‐ ＵＭＮＳＷＩＴＨＷＩＮＧＷＡＬＬＩＮＯＮＥＳＩＤＥ Takuma，ＫＹＵＴＯＫＵａｎｄｌｋｕｏ，ＴＯＫＵＨＩＲＯ

Theequationsoftheultimatestrenｇｔｈｆｏｒａｃｏｌｕｍｎｗｉｔｈｗｉｎｇｗａｌｌｓｉｎｂothsideswhichhave

beengenerallyused，ａｒｅnotalwaysestimatedwithaccuracy，ascomparedtotheultimatestrengthfor

rectangularcolumns,becauseofthecomplicatedsectionｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎ， Moreover，thoseequationshavebeenａｐｐｌｉｅｄｔｏｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｗｉｎｇｗａｌｌｉｎoneside・Thesections ofthecolumnswithwingwallsinbothsidesaresymmetric，whereasthosecolumnswithinoneside areunsymmetric・ Accordingly，ｉｔｉｓａｓｓｕｍｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｅｔｗｏｔｙｐｅｓｏｆcolumnsaredifferentinfailurepatternsand deformationbehaviors・Theobjectofthispaperistoinvestigatethestrengthanddeformationbe-haviorsofthefourtypesofconcretecoｌｕｍｎｓｗｉｔｈｗｉｎｇｗａｌｌｉｎｏｎｅｓｉｄｅ，andtopresentasatisfactory equationoftheultimatestrengthfortheｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｗｉｎｇｗａｌｌｉｎｏｎｅｓｉｄｅ． １．序 両側袖壁付き柱の曲げ終局強度，及びせん断終局強 度推定式は，長方形柱の終局強度推定式に比べ強度に 及ぼす因子が多いため精度が悪い。また，片側のみに 袖壁の付いた柱の終局強度は，この種の実験が極めて 少ないため上記両側袖壁付き柱の終局強度推定式を準 用している。両側袖壁付き柱のように対称断面を有す る部材の柱頭および柱脚の曲げ終局強度は同一である のに対し，片側袖壁付き柱のような非対称断面部材で は，柱頭および柱脚の曲げ終局強度は異なる。このこ とから,片側袖壁付き柱の破壊‘性状および変形挙動は， 両側袖壁付き柱部材とは相違があると考えられる。片 側袖壁付き柱についての既往の実験では，柱部材全体 を試験体としているため，すなわち柱の中央部に反曲 点が生じるような加力方法であるため，加力方向の相 違による部材の耐力，及び変形性状の相違はほとんど 表面には表れてきていない。したがって，本研究では， この種の非対称部材の耐力，及び変形性状を抽出する ため柱部分の下半分を取り出し，片持ちばり形式によ る加力実験を行った。 ２ ． 実 験 概 要 ２ − １ ． 試 験 体 試験体形状は，実際の建物の約１/3のスケールを想 定している。 本実験では壁厚が薄い場合の破壊および変形′性状を 明らかにする目的から，各試験体の壁厚ｔと柱幅ｂと の比をｔ/b＝l/４とした。また，部材の終局強度に及 ぼすせん断スパン比および壁筋比の影響を検討するた め，壁の張り出し長さを柱せいと同一および柱せいの ２倍を有する場合を設定し，おのおのの場合について 壁筋比を変えて試験体を製作した。したがって，実験 に際し採用したパラメータは，壁の張り出し長さ比， および壁筋比の２種である。 試験体の種類を表−１に示す｡また,試験体の形状・ 寸法および配筋の一例を図−１（a)，（b)に示す。同表 中において，試験体名はＣＷ−β−Ｐｗ−Ｐｓで表して

１３４ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ３ １ 号 （ 1 9 8 9 ） 表 − １ 試 験 体 の 種 類

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・設計基準強度：180k9／cIf ・所要スランプ：２１cｍ ・粗骨材の最大寸法：１３ｃｍ コンクリート打設時にテストピース（直径10cm，高 さ20cm）を各試験体について５本ずつ計20本採取し， 試験体と同一条件で空中養生した。 実験を行う前に各試験体ごとに採取したテストピー ス（５本）の圧縮試験を行った。 柱および壁に使用した鉄筋は，SD30のＤ６（帯筋 および壁筋に使用）とＤ１３(柱主筋に使用）の２種類 である。 コ ン ク リ ー ト の 圧 縮 試 験 結 果 と 鉄 筋 の 引 張 試 験 結 果 を表−２に示す。 ２−２．材料の性質 コンクリートは，砕石・砂を用いた普通コンクリー トであり，下記の設計条件により発注したレデーミク ストコンクリートを使用した。 ［設計条件］ ・コンクリートの種類：標準品（普通ポルトランドセ メント） ０６２１５０ 一 弐 ［８ｍ﹂１１１１ つ○ぬ 。︵︶。。 おり，ＣＷは壁付き柱を表し，βは壁の張り出し長さ 《ｗと柱せぃＤとの比，Ｐｗは帯筋比，およびＰＳは壁 筋比を表している。なお，Ｐｗ，ＰＳの各数値は百分率 で表した場合の小数点以下２桁の数字で示している。 試験体のはり，および柱断面の寸法および配筋は同 一とした。 。。。

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0６，５０ 試験体名 CW-2-64-85CW-2-64-42CW-1-64-85CW-1-64-42 柱幅ｂ（c､） 2０ 柱せいり（c､） 2０ 壁厚ｔ（c､） ５ 壁長さ２Ｗ(c､） 4０ 4０ 2０ 2０ 柱 主 筋 帯 筋 4−，１３（Pt＝0.64％） D６，５０（Ｐｗ＝0.64％） 壁 壁 筋 PＳ（％） D６，７５ 0．８５ D６，１５０ 0．４２ D６，７５ 0．８５ D６，１５０ 0．４２ 一一一 一一 ＝ 一一一 ＝ ＝ 一一一 −１

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用いて測定した。変位計４および５，ならびに変位計 ６および７は，各高さ位置での部材の回転角を測定す るために設けた。また，図−５（a)，（b)に示す位置で 柱の主筋，帯筋，および縦壁筋の歪をＷ､Ｓ､Ｇ・を用い て測定した。 ３ ． 実 験 結 果 ３−１．水平荷重一変形関係およびひび割れ'性状 実験より得られた荷重一変形曲線を図−６（a)∼(｡） に示す。また，最大耐力時および最終的なひび割れ状 況を図−７（a)，（b)に示す。 図−６から分かるように，各試験体とも加力方向の 相違による耐力の差が顕著である。一方，変形増加に よる耐力の低下は，負加力時ではほとんど見られず安 定しているが，正加力時では最大耐力後急激に耐力の 表 − ２ 材 料 の 性 質 ２ − ３ ． 加 力 方 法 加力装置の概要を図−２に示す。試験体は，基礎部 分を反力フレームにＰＣ鋼棒で締めつけ固定してい る。 水平加力は，柱頭変位を基礎上端から加力点までの 距離で割った部材角で制御する正負交番繰り返し加力 である。柱軸力は，柱が靭性を保持するための限界と

して示されている値')近傍Ｎ/(ｂＤぴＢ)＝l/3を目安と

し，各試験体とも同一の23ton(N/ｂＤ＝57.5k9／cnf） である｡軸力は,実験中一定値を保つように制御を行っ た。加力サイクルを図−３に示す。 久徳・徳広：鉄筋コンクリート造片側袖壁付き柱の耐力および変形挙動一壁厚が薄い場合一１３５ 図 − ２ 加 力 装 置 ２ − ４ ． 測 定 方 法 荷重は，ロードセルにより検出した。また，水平お よび鉛直変位は図−４（a)，（b)に示す位置で変位計を コ ン ク リ ー ト ぴ _{Ｂ (k9／c㎡）} Ｃ Ｗ − ２ − ６ ４ − ８ ５ １９２ Ｃ Ｗ − ２ − ６ ４ − ４ ２ 1９１ Ｃ Ｗ − ｌ − ６ ４ − ８ ５ 196 Ｃ Ｗ − ｌ − ６ ４ − ４ ２ 217 鉄 筋 種 類 ぴ Ｖロ (k9／cnf） ぴmax(k9／cnf） Ｄ６ 3,732 5,156 Ｄ ｌ ３ 3,513 4,647

136 部材角Ｒ (×１０−３rad.） 図−４（b）水平および鉛直変位測定位置 （ＣＷ‐２‐64-85,ＣＷ‐2-64-42） ４ ６． Ｐ可︽Ｕ︽Ｉ

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図−５（a）鉄筋の歪測定位置 図−４（a）水平および鉛直変位測定位置 （ＣＷ‐ｌ‐64-85,ＣＷ−ｌ−６４−４２） (CW-l-64-85，ＣＷ−１‐64-42） １ ５ ０ １ ５ ０ １ ０ ５ Ｍ Ｏ １ − Ｆ ｒ Ｆ １ ’１７３ Ｆ 一 − − - 丁

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７ １ ３ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ３ １ 号 （ 1 9 8 9 ） 穴４号 ︵︶︷︶や︾ 図−５（b）鉄筋の歪測定位置 （ＣＷ‐２‐64-85,ＣＷ−２−６４−４２） ９■■３９日■

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久徳・徳広：鉄筋コンクリート造片側袖壁付き柱の耐力および変形挙動一壁厚が薄い場合一１３７ 破壊が進み，最終的に壁側の柱脚にもコンクリートの 圧縮破壊を生じながら耐力が低下していき，また CW-l-64-85およびCW-l-64-42試験体では最大耐力 後には柱脚部のコンクリートの圧縮破壊が壁外端から 柱側へ進展していき耐力が低下していった。変位増加 に伴う耐力低下は次第に緩慢になり最終的な耐力は負 低下が生じている。耐力の低下の割合は，壁の張り出 し長さの大きなCW-2-64-85およびCW-2-64-42で顕 著である。図−７に示すように，各試験体とも柱には 軸力を保持しえなくなる程の顕著なせん断ひび割れは 発 生 し な か っ た た め ， C W - 2 - 6 4 - 8 5 お よ び CW-2-64-42試験体では最大耐力後には壁のスリップ 図−６（a）水平荷重一変形曲線(ＣＷ‐ｌ‐64-85） 図−６（b）水平荷重一変形曲線(CW-l-64-42） 図−６(c）水平荷重一変形曲線(ＣＷ‐２‐64-85） 図 _{６（d）水平荷重一変形曲線(ＣＷ−２‐64-42）} Ｃ ｗ − ２ − ６ ４ − ８ ５ Ｃ ｗ − ２ − ６ ４ − ４ ２ 図−７（b）最終的なひび害りれ状況 C Ｗ − ２ − ６ ４ − ８ ５ Ｃ ｗ − ２ − ６ ４ − ４ ２ 図−７（a）最大耐力時のひび割れ状i兄 CＷ−ｌ−６４−８５ Cｗ−ｌ−６４−４２ Ｃ Ｗ − ｌ − ６ ４ − ８ ５ Cｗ−ｌ−６４−４２ [〔;W-1-64-4g］ FItI〕｢I） ，。…・・・・････，．…・･･･−．･‐-...----.．'･鼻･‘１写 ｡．-』散 伊 ■ L ▲ 凸 一 ■ - ｳ ■ ① - − 一 凸 十 Ｆ I … 。 弓 − 全 ＝ ＝ 富 一一

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１３８ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ３ １ 号 （ 1 9 8 9 ） 加力時の耐力に近接して来ている。 ひび割れ発生状況を概説すると以下のようになる。 CW-2-64-85，CW-2-64-42の試験体では’第１サ イクルＲ＝±1.0×10 3rad､の時に壁に初ひび割れが発 生した。正加力時ではせん断ひび割れであったが，負 加力時では曲げひび割れであった。最大耐力後，正加 力時では柱脚部近傍の壁板がせん断スリップ破壊をお こし耐力低下を生じていったが，負加力時では曲げに よる柱脚部コンクリートの圧縮破壊により終局に至っ た。 CW-1-64-85，CW-1-64-42の試験体では，負加力 時Ｒ＝−１×１０ 3rad・の時に壁に曲げひび割れが発生し たが，せん断ひび割れが発生したのは正加力時Ｒ＝３ ×１０−３rad.の時であった。最大耐力後，正負両加力に おいて曲げによる壁板および柱脚部コンクリートの圧 縮破壊により耐力低下が生じ終局に至った。 また，ひび割れ間隔は，ＰＳ＝0.85％では狭く，ＰＳ ＝0.42％では広い。 ４ ． 検 討 ４−１．壁筋比の影響 CW-2-64-85,CW-2-64-42の試験体では,正加力(壁 が圧縮側）時には最大耐力の相違はみられないが，負 加力（壁が引張側）時にはCW-2-64-85の方が最大耐 力が若干高い。これは，正加力時ではコンクリートブ レースの圧縮破壊により最大耐力に達したため，両試 験体間において壁筋比による耐力の違いが現れなかっ たものであろう。それに対し，負加力時には壁筋は引 張側になるため，壁筋比ＰＳ＝0.85％（縦壁筋は６本） とＰＳ＝0.42％（縦壁筋は３本）との差による曲げ抵 抗との差によって耐力の相違が現れている。 CW-l-64-85，CW-1-64-42の試験体では，上記試 験体とは逆に，負加力時にはCW-1-64-85の方が最大 耐力が高い。これは，両試験体とも壁および柱脚部コ ンクリートの曲げによる圧縮破壊で最大耐力に達した ため，正加力時には壁筋が曲げ圧縮筋として有効に作 用したためであろう。一方，負加力時では，壁筋は引 張として作用するが，ＰＳ＝0.85％（縦壁筋は３本）と ＰＳ＝0.42％（縦壁筋は２本）との差が少ないため，ま た壁の張り出し長さも少ないので曲げ抵抗も効果的に 作用しなかったために両試験体間での耐力の相違が現 れなかったのであろう。 ４ − ２ 終 局 耐 力 袖壁付き柱の終局強度を求める既往の式は以下に示 す（１），（２）式である。これらの式は，袖壁付き柱の

断面を全せい（柱せい＋壁張り出し長さ）が同一で，

かつ全断面積が同一の等価な長方形断面に置き換えて 使用するものである。したがって，これらの式では袖 壁付き柱の破壊は壁および柱が一体となって同時に生 じるものと考えているものである。 しかし，柱に壁が付いた場合，特に壁が圧縮側にな る場合にはせん断力のほとんどが壁板に負担されてい るため，壁板の破壊が部材全体の破壊より先行したと

きには壁部の耐力は部材全体の耐力に大きく影響を与

えるであろう。したがって，本報では壁が圧縮側にな る場合の袖壁付き柱の終局強度を柱の曲げ終局強度と 壁とせん断終局強度との累加によって求め．，その計算 値と実験値との検討も行った。なお，壁のせん断終局 強度は，壁板がスリップ破壊する場合の算定式を使用 した。 終局耐力算定に用いた式を以下に示す。 ［袖壁付き柱の曲げ終局強度］ Qbu＝Ｍｕ/ｈ Ｍ｡＝(0.9＋β)αヒグンＤ

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………（２） [柱のみの曲げ終局強度］ Ｍｕ＝0.8ａｔぴｙＤ＋0.5ＮＤｌｌ−Ｎ/(ｂＤぴＢ)｜………（３） ［壁のせん断終局強度］

Quws＝(2.4偏十3400PS)ｔ・li"

（４） ここに，記号については文献２），３）を参照。 実験値と計算値との比較を表−３に示す。実験値と 実際の破壊形式に対応する計算値とを比較すると，以 下のようになる。 ［CW-2-64-85，CW-2-64-42］ 壁がせん断スリップ破壊した正加力時では，計算値 QSuは実験値より１∼２割程高い値（平均値1.14）を 示している。また，壁が引張側になる負加力時では， 計算値Qhuは実験値より３∼４割程低い値（平均値

久徳“徳広：鉄筋コンクリート造片側袖壁付き柱の耐力および変形挙動一壁厚が薄い場合一139 表−３ 実 験 ↑算値との比較（単位 :to､） 試験体名 加力 Ｑ吟ｘｐ Ｑｂｕ Qbu/ＱｅＸｐ Ｑ負ｕ Ｑ篇u/Ｑｅｘｐ ＱｕⅥ'烏 Ｑ１１Ｗ胃/ＱＰＸｐ CW-l-64-85正 側 負 1０．５ 6.2 1６．２ 5.7 1．５４ 0．９２ 1０．７ 6.8 １．０２ １．１０ 1２．０ １．１５ CW-1-64-42正 側 負側 9.2 6.2 1６．３ 5.8 1．７７ 0．９４ 1１．２ 6.2 １．２２ １．００ 1０．８ 1．１７ CW-2-64-85 正 側 負側 1７．８ 9.7 2７．１ 5.7 1．５２ 0．５９ 20.6 7.3 1．１６ 0．７５ １８．１ 1．０２ CW-2-64-42正 側 負側 1７．９ 8.6 27.1 5.7 1．５１ 0．６６ 1９．９ 6.6 １．１１ 0．７７ 1５．２ 0．８５ ＊Qexp＝実験ｈ Ｑ馬u＝せん断 局 強 度 計 算 値 Qbu＝曲げ終局強度式から求めた計算値 ＱＭｗ篇＝柱と壁の強度を累加して求めた値 0.63）を示している。 ［CW-l-64-85，ＣＷ−ｌ 64 42］ 壁が圧縮側になる正加力時では，計算値Qbuは実験 値より５∼８割程高い値（平均値１．６６）を示している。 一方，負加力時では計算値Qbuと実験値との対応は良 い（平均値0.93)。 このことから分かるように，壁が圧縮になる場合に は，壁の張り出し長さが少ない程計算による終局強度 は誤差が大きくなっている。それに対し，壁が引張側 になる場合には，壁の張り出し長さが大きいほど誤差 が大きくなっている。 これは,上式が断面を長方形に置き換えているため， 壁が圧縮側になる場合には壁の張り出しが少ないほど 圧 縮 域 の ス ト レ ス ブ ロ ッ ク を 過 大 に 評 価 す る た め で あ る。また，壁筋の影響を無視しているため，壁が引張 側になる場合には壁筋による抵抗モー’ン卜を壁の張 り出し長さが大きくなるほど過小評価することになる ためである。 また，柱の強度と壁の強度を累加して求めた計算値 Quw．と実験値とを比較すると，ＣＷ−ｌ 64-85および CW-l-64-42試験体では，計算値と実験値との比の平 均は，.,6であり，CW-2-64-85およびＣＷ 2 64 '2試 験体ではその平均は0.94である。 壁が圧縮側になる場合，上述した既往の式(1)，(2)を 用いて算定した値に比べ，柱の強度と壁の強度の累加 式による計算値の方が精度が改善されている。ただし， 壁の張り出し長さが少ない試験体では，いまだ精度は 良くない。この理由として，これらの試験体では曲げ による壁部および柱コンクリートの圧縮破壊で終局に 至ったため，累加式による強度算定で仮定した「壁は スリップ破壊」という条件に合致しなかったことが考 えられる。 ５ ． 結 び 片側に薄い(t/b＝1/4)袖壁の付いた柱について，せ ん断スパン比および壁筋比をパラメータとし片持ちば り形式により実験を行った。その結果，壁筋はわずか だが部材の耐力に影響を与えていることが分かった。 また，壁が圧縮側になる場合の終局強度は，柱の強度 と壁の強度とを累加して求めた値の方が既往の強度式 を 用 い て 求 め た 値 に 比 べ 精 度 が 改 善 さ れ る こ と が 分 かった。 ［文献］ 1 ） 池 田 昭 男 ： “ 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 柱 の 塑 性 率 お よ び 軸圧縮力の限界値について"，日本建築学会大会学 術講演梗概集，昭和43年10月，ｐｐ､769∼770. 2）日本建築学会：“建築耐震設計における保有耐力 と変形性能，，，昭和56年８月，ｐｐ,162∼163. 3）日本建築学会：“鉄筋コンクリート構造設計規準・ 同解説''’1988,ｐｐ､638.