早稲田大学大学院理工学研究科
博 士 論 文 概 要
論 文 題 目
グループ配列した頭付きスタッドの力学的 挙動およびせん断耐荷性能に関する研究
A Study on the Mechanical Behavior and Shear Strength of Headed Stud Connectors with
Grouped Arrangement
申 請 者
岡田 淳
Jun Okada
氏 名
専攻・研究指導 (課程内のみ)
2 0 0 6 年 11 月
近 年 ， 社 会 基 盤 整 備 に 対 す る 合 理 化 お よ び コ ス ト 縮 減 の 要 求 が 急 速 に 増 大 し ， こ れ に 対 応 し て 鋼 と コ ン ク リ ー ト か ら な る 複 合 構 造 物 の 研 究 開 発 が 活 発 に 行 わ れ て い る ．
鋼 ・ コ ン ク リ ー ト 複 合 構 造 に お い て は ， 異 種 材 料 で あ る 両 者 の 接 合 部 は 極 め て 重 要 な 構 造 部 位 で あ り ， 接 合 部 の せ ん 断 耐 荷 性 能 は 常 に 課 題 と な っ て い る ． こ れ ま で ， 接 合 部 の ず れ 止 め に 関 し て は 様 々 な タ イ プ の も の が 提 案 さ れ て い る が ， 頭 付 き ス タ ッ ド （ 以 下 ， ス タ ッ ド と 称 す ） は ， ① ～ ⑤ に 示 す 優 位 性 に よ り ， 各 種 ず れ 止 め の 中 で 最 も 一 般 的 に 使 用 さ れ て い る ．
① 強 度 や 施 工 性 の 面 か ら 最 も 実 用 的 な ず れ 止 め で あ る こ と ．
② 断 面 が 円 形 で 支 圧 応 力 に 方 向 性 が な い こ と ．
③ 頭 付 き に よ っ て 剥 離 を あ る 程 度 防 止 で き る こ と ．
④ 専 用 機 器 に よ っ て 効 率 よ く 容 易 に 鋼 部 材 に 溶 接 可 能 で あ る こ と ．
⑤ 形 鋼 を 用 い た ず れ 止 め の よ う に 全 周 隅 肉 溶 接 を 行 う 必 要 が な く ， 鋼 部 材 に 及 ぼ す 溶 接 の 影 響 を 最 小 限 に 抑 え ら れ る こ と ．
こ の よ う な ス タ ッ ド の 優 位 性 を 極 限 ま で 活 用 す る 方 法 の 一 つ と し て ， グ ル ー プ 配 列 が 挙 げ ら れ る ． グ ル ー プ 配 列 は ， 複 数 本 の ス タ ッ ド を 比 較 的 小 さ い 間 隔 で 配 列 す る も の で あ り ， 各 ス タ ッ ド が 十 分 な 間 隔 を 有 し て い る 通 常 の 配 列 （ 以 下 ， 標 準 配 列 と 称 す ） と 比 較 し ， グ ル ー プ 内 に お け る 各 ス タ ッ ド の 間 隔 は 小 さ く ， 各 グ ル ー プ 間 の 間 隔 は 大 き い と い う 特 徴 を も つ ．
ス タ ッ ド の グ ル ー プ 配 列 の 適 用 に よ り ， 主 桁 と コ ン ク リ ー ト 床 版 の 箱 抜 き 部 と の 接 合 部 ， 複 合 ト ラ ス 橋 あ る い は 複 合 ア ー チ 橋 に お け る 鋼 材 と 床 版 と の 接 合 部 ， 鋼 ・ コ ン ク リ ー ト 合 成 主 塔 に お け る 鋼 殻 部 と 巻 き 立 て コ ン ク リ ー ト と の 接 合 部 ， 波 形 鋼 板 ウ ェ ブ 橋 に お け る フ ラ ン ジ プ レ ー ト と コ ン ク リ ー ト 床 版 と の 接 合 部 ， 上 下 部 一 体 構 造 橋 梁 に お け る 鋼 桁 と コ ン ク リ ー ト 橋 脚 と の 接 合 部 ， 複 合 斜 張 橋 に お け る 中 央 径 間 の 鋼 桁 と 側 径 間 の コ ン ク リ ー ト 桁 と の 接 合 部 な ど の 合 理 化 ・ 省 ス ペ ー ス 化 ， 急 速 施 工 ・ 工 期 短 縮 ， 床 版 へ の 効 率 の よ い プ レ ス ト レ ス の 導 入 ， 新 し い 構 造 形 式 へ の 対 応 な ど が 実 現 で き る ．
し か し な が ら ， 更 な る 合 理 性 を 追 求 す る た め に は ， ス タ ッ ド 同 士 を か な り 小 さ い 間 隔 で 配 列 す る 必 要 が あ り ， 狭 隘 な 接 合 部 に ス タ ッ ド が 密 に グ ル ー プ 配 列 さ れ る 場 合 に は ， せ ん 断 耐 荷 力 が 低 下 す る 可 能 性 が あ る こ と が 以 前 か ら 指 摘 さ れ て い る ．
道 路 橋 示 方 書 を は じ め ，E u r o c o d e 4，A A S H T Oな ど ，ス タ ッ ド に 関 す る 設 計 基 準 は ， 標 準 配 列 し た ス タ ッ ド の 押 し 抜 き 試 験 の 結 果 を ベ ー ス と し て 作 成 さ れ た も の で あ り ， ス タ ッ ド を グ ル ー プ 配 列 し た 場 合 に ， 各 々 の ス タ ッ ド が 標 準 配 列 し た ス タ ッ ド と 同 等 の 耐 荷 性 能 を 発 揮 す る か ど う か に つ い て は 十 分 な 根 拠 が 示 さ れ て い な い ． ま た ， 道 路 橋 示 方 書 お よ びE u r o c o d e 4に お け る 橋 軸 方 向 の 最 小 間 隔 の 規 定 は5d（d： ス タ ッ ド 軸 径 ），A A S H T Oは6d で あ り ， 原 則 と し て そ れ よ り 小 さ い 間 隔
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で の ス タ ッ ド の 配 列 は 許 容 さ れ て い な い ．
そ の 一 方 で ， 道 路 橋 示 方 書 の 許 容 せ ん 断 耐 荷 力 の 算 定 式 で 設 計 さ れ た ス タ ッ ド は ， 降 伏 に 対 し て3以 上 ， 破 壊 に 対 し て6以 上 の 安 全 率 を 有 し て い る と 考 え ら れ ， 設 計 法 の 違 い が あ る と は い え ， 海 外 の 設 計 基 準 と 比 較 し て 高 い 安 全 率 と な っ て い る ．
し た が っ て ， グ ル ー プ 配 列 に よ る 影 響 を 解 明 す る こ と は ， ス タ ッ ド の 耐 荷 性 能 に 関 す る 信 頼 性 の 増 大 と 適 切 な 安 全 率 の 評 価 の 観 点 か ら 非 常 に 重 要 で あ る ． そ れ に 加 え て ， 小 さ い 間 隔 で 配 列 さ れ た ス タ ッ ド の 挙 動 お よ び せ ん 断 耐 荷 性 能 を 解 明 す る こ と に よ り ，合 理 的 で 自 由 度 の 高 い 接 合 部 の 設 計 が 可 能 に な る と 考 え ら れ る ． ス タ ッ ド の グ ル ー プ 配 列 に 関 す る 研 究 は ， グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド 群 を 橋 軸 方 向 に 離 散 的 に 配 置 し た 場 合 の 合 成 桁 の 性 状 に 関 す る 研 究 と グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド の せ ん 断 耐 荷 性 能 に 関 す る 研 究 と に 大 別 さ れ る ．
合 成 桁 の 性 状 に 関 す る 研 究 に つ い て は ，死 荷 重 お よ び 活 荷 重 以 外 に ，ク リ ー プ ， 収 縮 ， 温 度 差 な ど の 影 響 を 考 慮 し た 場 合 で も ， 合 成 桁 に お け る た わ み 分 布 ， 橋 軸 方 向 の ず れ 性 状 に お い て ， 標 準 配 列 の 場 合 と グ ル ー プ 配 列 の 場 合 と で 差 が ほ と ん ど 生 じ な い こ と が 実 験 的 あ る い は 解 析 的 に 示 さ れ て い る ．
一 方 ， グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド の せ ん 断 耐 荷 性 能 に 関 す る 研 究 は ， 限 ら れ た パ ラ メ ー タ に 対 す る 実 験 的 な 検 討 が 中 心 で あ り ， コ ン ク リ ー ト の 強 度 ， ス タ ッ ド の 橋 軸 方 向 間 隔 ， ス タ ッ ド の 橋 軸 直 角 方 向 間 隔 ， コ ン ク リ ー ト 床 版 の 寸 法 ， プ レ ス ト レ ス ， 鉄 筋 量 ， ス タ ッ ド の 寸 法 ， ス タ ッ ド の 強 度 ， 鉄 筋 の 強 度 ， 鋼 桁 の 寸 法 な ど ， せ ん 断 耐 荷 性 能 に 影 響 を 及 ぼ す 様 々 な 要 因 を 考 慮 し た 研 究 は ， 実 験 的 あ る い は 解 析 的 に も 労 力 を 要 す る た め ， ほ と ん ど 実 施 さ れ て い な い の が 現 状 で あ る ． 本 研 究 は こ の よ う な 現 状 認 識 に 立 ち ， こ れ ら の 課 題 を 解 決 す る た め に 実 施 さ れ た も の で あ る ． 本 研 究 の 目 的 を 整 理 す る と 以 下 の よ う に な る ．
( 1 ) 実 験 お よ び 解 析 に よ り ， グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド の 破 壊 メ カ ニ ズ ム と せ ん
断 耐 荷 性 能 を 明 ら か に す る ．
( 2 ) グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド に 対 す る 有 効 な 解 析 手 法 を 提 案 す る ．
( 3 ) せ ん 断 耐 荷 性 能 に 与 え る 影 響 が 大 き い パ ラ メ ー タ を 明 ら か に し ， ス タ ッ ド を
密 に 配 列 す る こ と の 影 響 を 考 慮 し た せ ん 断 耐 荷 力 算 定 手 法 を 提 案 す る ．
本 論 文 は 全 6 章 か ら 構 成 さ れ て い る ． 以 下 に 各 章 ご と の 内 容 を 要 約 す る ． 第 1 章 で は ， 本 研 究 の 背 景 に つ い て 述 べ る と と も に ， グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド に 関 す る 既 往 の 研 究 を 整 理 し て ， 本 研 究 の 目 的 を 明 ら か に し て い る ．
第 2 章 で は ， ス タ ッ ド の 押 し 抜 き 試 験 結 果 か ら ， 標 準 配 列 と グ ル ー プ 配 列 の せ ん 断 挙 動 ， せ ん 断 耐 荷 力 ， 破 壊 モ ー ド の 違 い を 明 ら か に し ， コ ン ク リ ー ト の 圧 縮 強 度 の 影 響 ， 付 着 お よ び 滑 り 摩 擦 の 影 響 ， 供 試 体 の 寸 法 の 違 い の 影 響 に つ い て 考 察 し て い る ． ま た ，E u r o c o d e 4 の せ ん 断 耐 荷 力 算 定 式 ， お よ び 大 久 保 ， 栗 田 ら が
3
ほ ぼ 同 一 諸 元 の 供 試 体 を 用 い て 行 っ た 実 験 と の 比 較 に よ り ， 本 研 究 に お け る 実 験 結 果 の 妥 当 性 を 検 証 し て い る ．
第 3 章 で は ， ま ず ， コ ン ク リ ー ト や ス タ ッ ド な ど に つ い て ， そ れ ら の 材 料 非 線 形 性 を 考 慮 で き る ， 離 散 ば ね を 用 い る 解 析 手 法 を 提 示 し て い る ． 次 に ，
D r u c k e r - P r a g e r の 破 壊 基 準 を 2 パ ラ メ ー タ 型 に 拡 張 し ，実 験 結 果 と の 比 較 に よ り ，
パ ラ メ ー タ の 設 定 と そ の 妥 当 性 の 検 証 を 行 い ， そ の 上 で ， 隣 接 す る ス タ ッ ド の 影 響 ， ス タ ッ ド 近 傍 の コ ン ク リ ー ト の 局 部 的 な 損 傷 ， ス タ ッ ド の 破 壊 ， 鋼 桁 と コ ン ク リ ー ト 床 版 と の 付 着 や 滑 り 摩 擦 の 影 響 を 考 慮 で き る 解 析 手 法 （ コ ン ク リ ー ト と ス タ ッ ド の 破 壊 を 考 慮 し た 解 析 手 法 ） を 提 案 し て い る ． さ ら に ， 押 し 抜 き 試 験 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 い ， グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド の 破 壊 メ カ ニ ズ ム に つ い て 考 察 し て い る ．
第 4 章 で は ， 第 3 章 で 提 案 し た コ ン ク リ ー ト と ス タ ッ ド の 破 壊 を 考 慮 し た 解 析 手 法 を 用 い て ， ま ず ， グ ル ー プ 配 列 に 与 え る 影 響 が 極 め て 大 き い と 考 え ら れ る ， コ ン ク リ ー ト の 強 度 と ス タ ッ ド の 橋 軸 方 向 間 隔 に 着 目 し た パ ラ メ ト リ ッ ク 解 析 を 実 施 し ， グ ル ー プ 配 列 に よ る せ ん 断 耐 荷 力 低 減 式 を 提 案 し て い る ． 次 に ， ス タ ッ ド の 橋 軸 方 向 間 隔 を 5d， 橋 軸 直 角 方 向 間 隔 を 3 . 6d と す る 密 な グ ル ー プ 配 列 を 対 象 と し て ， ス タ ッ ド の 寸 法 お よ び 強 度 の 影 響 に 着 目 し た 解 析 的 検 討 を 実 施 し ， 破 壊 モ ー ド と 関 連 付 け て ， こ れ ら の パ ラ メ ー タ が せ ん 断 耐 荷 性 能 に 与 え る 影 響 に つ い て 考 察 し て い る ． ま た ， 軸 径 2 5 m m の ス タ ッ ド を グ ル ー プ 配 列 し た 場 合 の せ ん 断 耐 荷 力 を 解 析 に よ り 算 出 し ， 既 往 の 耐 荷 力 式 と の 比 較 に よ り 解 析 結 果 の 妥 当 性 を 検 証 し て い る ． さ ら に ， ス タ ッ ド の 寸 法 ， ス タ ッ ド の 強 度 ， コ ン ク リ ー ト の 強 度 ， ス タ ッ ド の グ ル ー プ 配 列 の 影 響 を 考 慮 し た せ ん 断 耐 荷 力 算 定 手 法 を 構 築 し ， グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド 近 傍 の 床 版 断 面 の せ ん 断 耐 荷 力 評 価 を 行 っ て い る ． 第 5 章 で は ，ま ず ，鋼 と コ ン ク リ ー ト 接 合 部 の モ デ ル 化 の 手 法 に つ い て 提 示 し ， グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド を 適 用 し た 実 構 造 の 解 析 フ ロ ー に つ い て 記 述 し て い る ． 次 に ， 鋼 ・ コ ン ク リ ー ト 複 合 ト ラ ス 橋 を 対 象 と し て ，2 種 類 の 床 版 支 持 形 式 の 構 造 特 性 の 違 い ， お よ び プ レ ス ト レ ス の 導 入 時 の 応 力 伝 達 機 構 に つ い て 考 察 し て い る ． ま た ， 鋼 ・ コ ン ク リ ー ト 合 成 主 塔 を 対 象 と し て ， グ ル ー プ 配 列 し た ス タ ッ ド に よ り 接 合 さ れ た 鋼 殻 部 と 巻 き 立 て コ ン ク リ ー ト と の 接 合 部 に 対 し て ， せ ん 断 力 に 対 す る 照 査 ， 荷 重 分 担 率 お よ び 荷 重 伝 達 機 構 に つ い て の 検 討 を 行 い ， 実 構 造 に 対 す る 安 全 性 お よ び 設 計 の 妥 当 性 を 検 証 し て い る ．
第 6 章 で は ， 総 括 と し て ， 本 研 究 の 結 論 を 述 べ て い る ． ま た ， 得 ら れ た 結 論 を 踏 ま え た 上 で ， 今 後 の 研 究 の 課 題 と 展 望 に つ い て も 言 及 し て い る ．
5
研 究 業 績
種 類 別 題名， 発表・発行掲載誌名， 発表・発行年月， 連名者（申請者含む）
①論文
○1)
○2)
○3)
②総説 1)
③講演 1)
2)
3)
4)
5)
6)
密にグループ配列した頭付きスタッドの寸法および強度のせん断耐荷性能に及ぼす影響 と床版断面のせん断耐荷力評価，土木学会論文集 A, Vol.62, No.3, pp. 556-569, 2006.7.
岡田 淳，依田照彦
A Study of the Grouped Arrangement of Stud Connectors on the Shear Strength Behavior, Structural Eng./Earthquake Eng., JSCE, Vol.23, No.1, pp. 75s-89s, 2006.4.
Okada, J., Yoda, T., Lebet, J.-P.
グループ配列したスタッドのせん断耐荷性能に関する検討，土木学会論文集，No.766 / I-68, pp. 81-95，2004.7.
岡田 淳，依田照彦，Lebet, J.-P
中小スパン合成橋梁の設計－ヨーロッパ委員会の報告書 2003 から－，橋梁と基礎，
2005-12，pp. 41-48, 2005.12.
栗田章光，伊藤壮一，岡田 淳，吉村直樹
軸径 25 mm の頭付きスタッドのせん断耐荷力に関する解析的検討，土木学会第 60 回年次 学術講演会，I- 441, pp. 879-880，2005.9.
岡田 淳，依田照彦
グループ配列したスタッドのＦＥＭ解析，土木学会第 58 回年次学術講演会，I-490，pp.
979 - 980，2003.9.
岡田 淳， 依田照彦
Experimental and Analytical Study on Grouped Arrangement of Stud Connectors, Proceedings of 5th Japan-German Joint Symposium, Osaka, Japan, pp. 501-509, 2003.
Okada, J., Yoda, T., Lebet, J.-P.
Experiment and Analysis on Stud Dowels in the Main Tower of PC Extradosed Bridge, Proceedings of 5th Japan-German Joint Symposium, Osaka, Japan, pp. 473-480, 2003.
Usami, O., Miyauchi, H., Nakazono, A., Sawa, D., Okada, J., Mori, T.
グループスタッドの耐力と挙動，土木学会第 56 回年次学術講演会，CS2-009，pp. 98-99，
2001.10.
岡田 淳， Lebet, J.-P.
Strength and behavior of grouped stud connectors, Proceedings of 6th ASCCS Conference Vol. 1, Los Angeles, USA, pp. 321 - 328, 2000.3.
Okada, J., Lebet, J.-P.
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研 究 業 績
種 類 別 題名， 発表・発行掲載誌名， 発表・発行年月， 連名者（申請者含む）
7)
④著書 1)
⑤その他 1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
張出し架設に適した複合トラスの開発《構造検討》，第 8 回プレストレストコンクリート の発展に関するシンポジウム論文集，pp. 435-440，1998.10.
岡田 淳，中西克佳，川畑篤敬，高尾道明
複合橋設計施工基準，社団法人プレストレストコンクリート技術協会，技報堂出版，2005.
池田尚治，他 52 名共著
波形鋼板ウェブの曲げ載荷実験における鋼ウェブの応力およびひずみ性状に関する一考 察，土木学会第 57 回年次学術講演会，V-599，pp. 1197-1198，2002.9.（講演）
池田博之，忽那幸浩，山田菊雄，日紫喜剛啓，岡田 淳，栗原康行
少数主桁橋への高強度鋼の適用による鋼重低減効果，土木学会第 57 回年次学術講演会，
Ⅰ-651，pp. 1301-1302，2002.9.（講演）
高須賀丈広，上村明弘，安波博道，岡田 淳，遠山義久，塩飽豊明
Push-out tests for grouped arrangement of stud connectors, Rapport d'essai, ICOM 420, EPFL, Lausanne, 2000.9.（技術資料）
Okada, J., Lebet, J.-P.
張出し架設に適した複合トラス橋の構造，NKK 技報, No.166，pp. 71-75，1999.6.
（技術資料）
中西克佳，岡田 淳，川畑篤敬，高尾道明
鶴見つばさ橋完成系振動実験，NKK 技報, No.160，pp. 42-48，1997.12.（技術資料）
加藤久人，加藤真志，岡田 淳
Identification of Dynamic Characteristics of the Tsurumi Tsubasa Bridge by Field Vibration Tests, Structural Eng./Earthquake Eng., JSCE, Vol, No.2, pp. 215s-228s, 1997.10.（論文）
Yamaguchi, H., Takano, H., Ogasawara, M., Shimosato, T., Kato, M., and Okada, J.
角補強を施した矩形断面鋼製橋脚の耐力・変形性能に関する実験，土木学会第 52 回年次 学術講演会，I-B106，pp. 212-213，1997.9.（講演）
高橋 実，西川和廣，村越 潤，上仙 靖，中嶋浩之，岡田 淳
角溶接継手が鋼製橋脚の破壊時に及ぼす影響，土木学会第 52 回年次学術講演会，I-B105，
pp. 210-211，1997.9.（講演）
上仙 靖，西川和廣，村越 潤，高橋 実，岡田 淳，中嶋浩之
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研 究 業 績
種 類 別 題名， 発表・発行掲載誌名， 発表・発行年月， 連名者（申請者含む）
9)
10)
11)
12)
13)
14)
15)
16)
17)
コンクリート充填鋼管の耐荷力（その３），土木研究所資料，第 3472 号，1997.3.
（技術資料）
西川和廣，村越 潤，山本悟司，岩城達思，岡田 淳
鋼製橋脚の正負交番繰り返し載荷実験（その１），土木研究所資料，第 3474 号，1997.3.
（技術資料）
西川和廣，村越 潤，山本悟司，上仙 靖，高橋 実，中嶋浩之，岡田 淳，岩城達思
四径間吊橋の活荷重載荷方法の検討，土木学会第 51 回年次学術講演会，I-A308，pp.
616-617，1996.9.（講演）
岡田 淳，西川和廣，村越 潤
角補強を施した鋼製橋脚の耐震補強に関する実験，土木学会第 51 回年次学術講演会，
I-B291，pp. 582-583，1996.9.（講演）
高橋 実，西川和廣，村越 潤，上仙 靖，中嶋浩之，岡田 淳
鶴見つばさ橋の振動実験による動的特性の同定，土木学会論文集，No.543 / I-36, pp.
247-258，1996.7.（論文）
山口宏樹，高野晴夫，小笠原政文，下里哲弘，加藤真志，岡田 淳
鶴見つばさ橋実橋振動実験，土木学会第 50 回年次学術講演会，I-B505，pp. 1010-1011，
1995.9.（講演）
下里哲弘，黒川誠司，岡田 淳，小林祐輔
制振合金による橋梁の騒音低減効果，鋼構造年次論文報告集第 2 巻，pp. 487-494，
1994.11.（論文）
高久達将，北川貴一，山田武海，榊 信昭，岡田 淳
制振合金による橋梁の振動・騒音低減効果，土木学会第 49 回年次学術講演会，pp.
1202-1203，1994.9.（講演）
北川貴一，高久達将，榊 信昭，岡田 淳
骨組構造の非線形つり合い経路の追跡法について，土木学会第 47 回年次学術講演会，
I-362，pp. 900-901，1992.9.（講演）
石川智巳，岡田 淳，依田照彦
