【論 文
1
UDC ：624．
012．
45 ：539；3 日本建築学会構造系論 文報 告 集 第 391 号・
昭和 63 年9月鉄 筋
コン
ク
リ
ー
ト
造実大
7
層
建
物
実 験
に お け る
は り
・柱 部材
の
弾
塑 性 挙 動
日米共 同耐震 実験 研究
その5
正 会 員芳 村
正 会 員黒 瀬
正 会 員上 之 薗
行
隆
学
＊信
＊ ＊ 士 ＊ ＊＊ 心、
は じめ に 鉄 筋コ ンク リー
ト造 実 大 7層 建 物の仮 動 的 実 験2°］−
22） に際して は，
建 物 各 階 床 位 置にお け る水 平・
鉛直変位，
部材端 部ヒンジ域の変 形および鉄 筋の ひずみ を 中心と し て ， 計 700点 以 上の計 測 を行っ だ 凶。 本 報お よ び次 報 において は， こ れ らの計 測デー
タに基づ き検 討を行っ た は り・
柱部材 （本 報 ）および耐 震 壁 （次 報 ）の弾 塑 性 挙 動につ い て報 告する。
な お，
こ こ で取り扱う計 測デー
タ は補 修 前 仮 動 的 実 験 に お け るもの に限 定し ており，
その中で も特に，
建 物が 降 伏 域に入るSPD −
3とSPD −4
を主 要な検 討 対 象と し て い る。
し た がっ て，
補 修 後 実 験に関す るデー
タ は含ん でいない。
1
．
は り・
柱 端 部の履 歴 性 状 本 耐 震 実 験に お い て は，
加 力 制 御 用の水 平変位を除き 計 184点の変 位 計 測 を行っ たが，
そ の内 104点は，
は り・
柱 端 部の回転 角 測 定 用に用い ら れ た。これ らの変 位 計は，
は りの端 部ま たは柱 頭・
柱 脚に，
図一
1に示す よ うに一
苅ずつ設置さ れ， 部 材 端 部 （d／2域 内 ）にお ける回 転 角 （θ） を測 定した。
図一
2に，
全52点の端 部 回 転 角 測 定 位 置か ら選んだ 代 表 的な 11点 （図 中の a か ら k，
た だ し，
h と iは （d
／2−d
） 間で の測 定 ） を 示し、
これ らの点で測 定 し たSPD −
3に お ける端 部回転 角一
1階せ ん断 力 関 係を図一
3に示す。
以 下に，
こ の よ うに して算 定 した は り・
柱 端 部の履 歴 性 状に関する考 察 を行う が，
こ こ で注 意すべ き ことは，
図一
3の縦軸が部 材に作 用する応 力 （モー
メ ン トまた は せん断 力 ）で はな く，
建 物の 1階せん断 力と なっ てい る ことで ある。
し たがっ て，
得られた履 歴 曲線は部 材 端 部 の履 歴 性 状を反 映し たもの では あ る がt 直接その荷 重一
変 形 関 係を表すもの で は ない こ とに留 意す る 必要が あ る。・
1．
1A フ レー
ム 1階 柱 脚 （図一
2の a，
b
端） A フ レー
ム 1 階柱脚で は， 外柱 柱脚 （a 端）， 内 柱 柱 脚 （b
端）と も に初 期の弾 性状態か ら はずれ て大きく塑 性 化が進んでお り，
降伏ヒン ジ が発 生し たこと を示して い る。 図 中に引 張 主 筋の ひずみ が2000 μ に達した時 点 1d
／
2
1
δ
θ
i
郵
δ2
θ
＝δ
2
一
δ
1
h
図一
1 端 部 回 転 角の測 定 C de αb
（＋）P
（一
）⇔
k■
亅◎
q）Frome （A） b〕Frame （B） c）
Frame
（2） 図一
2 端 部回転 角 測 定 位 置 毒 東 京 都 立 大 学 助教授・
工博 i＊ 清 水 建 設 株 式 会社・
工修 “＊＊ 建 設 省 建 築 研 究 所 主 任 研 究 員・
工修 〔昭 和63年4月10日 原稿受 理〉 注1） 計 測デー
タの内，一
部の変 位 計 を 除く変 位デー
タに は 雑音と思わ れ る高周波数成分が含まれ てお り，
こ れが真 の応 答量 を不 明確に し ていた。 そ の た め，
変位デー
タ の 解 析に際し て は，
まず 原デー
タに雑 音処 理を施し，
得ら れた平 滑 化デー
タを用い て解 析を行っ た。
雑 音 処 理の方 法には高周波数 域 をカッ トす る低 域フ ィ ル ター
法 を用い た23）。
一 27 一
（†） 400OO2 OOQ OO 24
一
一
」 O Φ 二 ω の O 薗一
10 0 1e θ（lo”
5） （b
）−
end 1／27D1 ／165 〔μ＝
L61一
ソ195一
1／260一
10 0 10 θ （10『
（C）−
endBC
1／240 1／168 pinChi冂9一
1／126Ll ／300BT （†） 400 』 2002 の o ＄ o−
200m−
400 （e）−
e冂d
BC
、／299一
1／ 題44舮
／220BT
一
10 0 10 θ（TOT5）一
10 0 10 θ（10−
3）−
10 0 10 θGo
−
s）一
to O IO θ（10−
5）−
10 0 10 θ（10’
5） （h
）−
end一
1／274 1〆577WU
一
10 0 10 θ （10−
3） （†） 400 も 2002 の．
Q§
．
2。。 m−
400 （i
）−
end一
1／295WU
一
10 0 10 θ（10−
5）一
10 0 10−
10 0 10 θ（IO−
s） θ（10−
5） 図一
3 端 部回転 角一
1階せん断 力関係BT
：bQ
††om in†ens．
BC
：bo
††omin
comp．
WU
：walL upしif
†side．
● ：yje
廴ding
of しongi．
reinf
．
を●で示す が，
この点を降 伏 点と み な した場 合，
正 加 力 時の 最大回 転 角は塑 性 率に し て a端，b
端 ともに約 1．
6 に相当してい る。 両端部の履歴性 状を比 較 する と，b
端の履 歴に は加 力 方 向によ る差が あ まり み ら れず， ほぼ原 点対称的な形 状 を示 して いるの に対 して，
a 端の履 歴は正 負 方 向で非 対 称な性状を示して いる （a 端の最 大 回 転 角は正 加 力時に は 1／146， 負 加 力 時に は一
1／238で あ る’｝．
2 ｝ ）。
SPD−
3に お ける建物と して の正負 最 大 変 形がほ ぼ同一・
で あっ た （建 物 部 材 角に し て 正加 力で1
／91，
負 加 力で一1
／97
） こ と か ら，
1階柱と し て の変形 も 正 負 方 向でほ ぼ同程 度 であっ たと考え ら れ，
そ れ ゆえ， こ の a端にお け る 回転 角の相違は，
加 力 方 向に より脚 部ヒ ンジ域へ の変 形の集 中の程 度が異 なっ て い た た めで はないか と考え られ る。 注2） 図には 示 さ ないが，
B フ レー
ム1通り柱の 1階 柱 脚に お け る 正負 最 大 回 転 角は 1／146，−
1／298であり，
a端と 同 様な傾 向 を 示して い る。
す な わ ち， こ の 柱では，
負 加 力 時に は水 平 加 力に伴う引 張 力によ り1階 柱の広い範 囲に わ たっ て曲 げひびわ れ が 発 生し， そ の た め変形 も脚 部ヒンジ域 を超えて広く分 布 し たの に対して，
正加 力 時に は水 平 加 力に伴う 圧縮 力に よ り曲げひび わ れの発 生が抑 制さ れ た た め， 変形は脚部 ヒンジ域に集中し や す く なっ た，
ので はない か と考え ら れ るu3）。
な お， 以上 述べ た外 柱の 脚 部ヒ ンジ域へ の変形の集中 注3＞ は り降 伏を仮 定し た簡 単な リミッ ト・
アナリシ ス に よ り 負 加 力時の メ カニ ズム応 力を求め た。
それ によ る と，
a端の メカニ ズム時 軸 力は，
水平力によ る引 張 力が大き いた め，
正 味で引張 り と なっ て いた。一
方，
本 論 文 （そ の 3）2z ｝で述べ た よ うに，
負 加 力 時に は b端に も耐 震 壁 直 交ばりか らの引 張 力 が作 用し ていた。
し かU； tの値 はa端に おける加 力 方 向ば りからの 引張 力に比べ て小 さ く，
ま た，
も と も との b端の長 期 軸 力 が a 端の そ れ より 大きい こと か ら，
b端 に は メ カニ ズム時におい ても，
か な り の圧 縮軸力が作 用し てい たea 端でみ ら れ たよ う な 加 力 方 向に よ る顕著な履歴の違いが b端で み ら れ な かっ たの は，
この よ う な 理由によると考え ら れ る。
一
28
一
に関す る記 述は， 正 負 加 力にお け る ほ ぼ 同
一
変 形 時の結 果に基づ く ものであることに留 意 する必 要が あ る。
その と きこ の柱に作 用し てい た せ ん断 力につ い て は， 実測し て いないが，
引張 軸 力 時に は ひ び わ れ や鉄 筋の降伏が早 期に生じ や すい ことを考え ると，
圧 縮 軸 力 時よ りか な り 低 下して いた と考え ら れる。 し た がっ て，
この柱が正 負 加力 に おいて同一
の せん断 力を受け た場合には，
引張 軸 力 下に お け る塑性化は圧 縮 軸 力 下 よりも大 幅に進 展し て い たもの と考え ら れ る。
1．
2A フ レー
ム は り端 （図一
2の c，
d
，
e端）A
フ レー
ム の外 柱に連な る は り端 （c端 ）の最 大 回 転 角は，
下端 引張時 （負 加 力 ）で は一
1／126，
同 圧 縮 時 （正 加 力 ）で は そ れ よ り小さい 1／168で あ る。一
方，
内 柱に 連な る は り端 （d
， e端 〉の 回 転 角は，
全 般 的に c 端よ り小さ く，
特に下 端 圧 縮 時 （d
端では負 加 力，
e 端で は 正加 力）に おい て小さい。
こ の ように，
A フ レー
ム は り端の履歴性 状につ いては， d， e端の回 転 角がc 端よ り小さい こ と と下 端 圧 縮 時の回転 角が同 引 張 時の回 転 角 よ り小さい こと， が特 徴 的な事 項と して挙げられ るが，
これらの理由につ いて は次の よ うに考え ることがで き る。
ま ず，
前 者につ い て は， 柱 2本に対し て は り 2本が隣 接す るd，
e端で は， 柱2
本に対し て は り1本が連な る c 端に比べ て相 対的に は りの剛 性 と耐 力が高く な り，
は り に降 伏ヒンジ が生じに くい状 況と なっ た た め である。 ま た，
後者につ いて は， 下 端 圧 縮 時に は， 同 引 張 時に比 べ て曲げ耐力が大きい分 降 伏 が 生 じに く く なっ たこと と，
下 端圧縮 時に は，
上ぱ筋 降 伏 後 も，
ス ラブ筋の 降 伏 に ともない曲げ耐力が除々 に上 昇する につ れ て ヒ ンジ域 がd
／2の 測定域を超えて広が り， そ の結 果と して，
測 定 域 間へ の 変形の集中が少な く なっ た こと，
に よ ると考 え ら れ る。 1．
3B フ レー
ム境 界 ばり （図一
2のf，
9端 ） 境 界ば り 端 部の回転 角はA
フ レー
ム は り端 部の回 転 角よ り全 般 的に大き く， こ の傾 向は特に負 加 力 時におい て著しい酬。
これ は， 負 加 力 時に は，
図一
4に示す よ う な 耐 震壁の降 伏に伴う B フ レー
ム 2通り境 界柱 （以 下，
B − 2
通り柱と略す〉の伸びに より，
こ の境 界ば りに は その他の は り よ りも大 きい変 形が生 じた ためであ る22） 。表
一
1に，f
， 9端に おける下 端 引 張 時 （表 中のBT
） と下端圧縮時 （表 中のBC
）の最 大 回転 角 をその時の建 物 部 材 角 （正 加 力で は 1／91，
負 加 力で は一
1／97＞で除 し た値 （以 下，
回 転 角 指 標 と呼ぶ）を，C
端に お ける 値と比 較して示 す。 な お， 表中の （＋X
−
）は対 応する 注4｝ f端の最 大 回転 角は，
下 端圧縮 時 （正加力 ）で は 1／155， 同 引 張 時 （負 加 力 ）で は一
1／66で ある。
また，
g端の最 大 回 転 角は，
下 端圧縮 時 （負 加 力 ｝で は一
1／84，
同 引 張 時 （正 加 力 ）で は1／97であ る。
500
Firs
†S
†ory
旨CO
しumn
o
†Line
2
o ‘ の o の 一屡
E
しongO †ion
20
50
Ver
†lco
しDisp
．
｛mm ）
凵
一500
図一4
B フ レー
ム2通 り境界 柱の伸 び 表一
1 は りの回転 角 指 標啝
．
ET BC （C） 0．
77（一
） 0．
54
（＋） （f）1．
47
（一
）0．
59ω （9）0。
94
（＋） 1．
15（．
） BT ； bottom in tension BC ； bOttom in co悶pression （十）（一
） ； loading direction 加 力 方 向を示し て いる。 同 表に よる と，f
端にお け る下 端圧縮 時 （正 加 力）の 回 転 角 指 標 （0．
59）はc 端に お け る 同圧 縮 時 （正 加 力 ） の値 （0．
54）とほぼ同じで あ る。
こ こ で，
両 者の値がほ ぼ等しい のは，
ともに下 端 圧 縮であ る うえ に， 正加力 時 に はB −
2通り柱は圧 縮 側と な る た め その縮み量は少な く， こ れ に連な る境 界ばり に生じ る変 形は お お む ねA
フ レー
ム のは りの変形と同一
と な る た め と考え ら れる。一
方 ，f
端に おける下 端 引 張 時 （負 加 力）の 回転角指 標 （1．
47 ）は c 端に お け る同 引 張 時 （負加 力）の 値 （0．
77） よ りは る か に大きい。両 者ともに下 端引張で あ り な が ら， こ の よ うに値が大き く異な る の は，
負加力時に はB −
2 通り柱は引 張 側と な る た め，
こ れに連 な る境 界ばりに は 柱の伸びに伴 う強 制 変 形が生じ る た めで あ り， こ のと き のf
端とc端で の 回転角指 標の 比率 （L47
／0．
77＝1．
91
） は，
耐 震 壁 引 張 側 境 界ばりと その他の は りに生じ る変 形 の比と考え るこ と がで き る。 g端に おい ても，
f
端と同じ理由に よ り，
下端 引張 時 （正 加 力， こ の と きB−
2通り柱は 圧縮 側と な る）の 回転角 指 標 （0．
p4
）はc 端に お け る同 引 張 時の値 （0．
77 ）に近 く，
ま た，
下端圧縮時 （負 加 力， こ の と きB −
2通り柱 は 引 張 側 と な る〉の回転 角 指 標 （1．
15）は c 端に お け る 同圧 縮 時の値 （0，
54）よ り は る か に大きい。 こ の下 端圧 縮 時 に お ける g 端 と c 端 で の 回 転 負 指 標の 比 率 （1．
15／0．
54＝
2．
13 ＞も また，
耐震壁引張側境界ばりと そ の他の はりの 変形の比 と 考え るこ と がで きる。
一
29
一
◎
P
（一
） （＋）⇔
3
「 「lY
…
…
i
…
3
≦IY
； ■ 「1
■
I
I
l
l
I
I 3Zl
l
1
・
；Z
旨 1X ×
E
図d5 スラブ筋の歪計測 （2階 床 ） 5000200e ・ρ1ω
福
謡
言
§
刊゜n＿
，−
1／68、 oo，
卩
ooOO o「 1．
，。認
ω峇
譜認 留
200010000◎
一一
〇
〔＋1！64，Y
502010 2010 図一6
ス ラ ブ筋の歪 分 布以上述べ た結 果お よ びそ の他の は り端部で の結果を総 合的に判断す る と
，
1
＞は り下端 引張 時および同 圧 縮 時にお け る端 部d
／2
内 に お け る回 転 角は， お おむね建物部 材 角の80〜
90％ お よ び 50ん 60％ と なる （ただ し ， 耐 震 壁引張 側境 界ば り は除く），
2 ）耐 震壁引 張 側 境 界ばり の変 形は おお むね そ れ以 外 の は りの変 形の1．
8〜
2，
1倍になる， もの と考え ら 九 るas） 。』
、
1．
4 B フ レー
ム境 界ばり （図一
2のh
，i
端 ）．
境
界
ばり端 部の柱 面か ら （d／2− d
） 間 にあ るh
，i
端 の履歴性 状は，
正加 力 時に は ほと ん ど弾性 状態に止まっ て い る。
これに紺し て， 負 加 力 時 （こ の と きB −
2通り 柱が引 張 側と な る た め，
』
こ の は りの変 形は増 大す る）に は塑性 域に 入 る変形を受 けてお り，
境 界 ばり に生じ る変 形 が 大 きい場 合に は降 伏 領 域は端部d
／2の 範囲 を 越え て広が ること を示して いる。i
．
5
直交ば り （図一2
の 」，k
端 ）直
交
ば り端 部の履
歴性 状は h，
i端の性 状に よ く似て お り， 正加 力 時に は ほ と ん ど変 形が生じ ていない の に対 し て，
負 加力時 （こ の と きB−
2通り柱が引 張 側 となる た め，
この 直交ばり に は強 制 変 形が生じる）に は降伏に 相当す る程度の回 転 角が生 じて いる。
こ の ことは， 大 変 形時
に は耐 震 壁 引 張 側に連なる直交ば りの両 端に降 伏ヒ ンジ が発 生 し，
これ らの は り に は降伏に相 当す る せ ん断 力が生 じ て い た こ と を示 し てい る。
そして このガ
はA フ レー
ム 2通り柱に引 張 軸 力と し て作用
し そ の曲げ耐 力 を低 下 さ せ る と同 時に，
B−
2通 り柱に圧 縮 力 と し て 作 用 し耐 震壁φ曲げ耐 力を 上昇 さ せ た22｝ もめと推 察され、
注5）本報では，
限ら れ た数のはり端 部につ い て の み検 討し てい る が，
他めは り端 部につ い て も検 討した文献23＞に よ る と，
同一
の柱 列に連なる は り端 部の回転 角は 階 に 関 係な くほ ぼ一
定とな る こ と が報告さ れ てい る。 し た．
がっ て，
こ こで述べ た結 果はすべ ての階のは りにつ い てあて はめる こと が で き る。
る。1．
6 は り・
柱 端 部の 降伏 回 転 角 図一
3に は．
各 部 材 端 部に おいて引張主筋 が 降 伏 し た 時 点 を●で示 して あるが， これ に よ る と， 部 材端部の降 伏 回 転 角は お お む ね 1／250程 度の値で ある。
一
方，
文 献 22）の図一
16，
17に部 材 端 部降 伏 時の建 物 部 材 角が示され て いる が， そ れに よ る と， は り が降 伏 する ときの建 物 部 材 角は一
般に は1
／250
よ り か なり大き い値で あっ た （例え ば，
負 加 力 時に下端引張 と な るA フ レー
ム 1通 り柱に連な る は り端の場合， お お む ね1／ 170）。 こ のよ うに は り端 部の降 伏回転 角より その とき の 建 物 部 材 角が大きい の は， 建 物 部 材 角に は は り端 部 回 転 角の ほかに，
は り中 間 部 め変形や柱の変形が含ま れて お り，
はりが降 伏 する似 前では， は り端 部回転 角以外の変 形 要 素が建 物 部 材 角の か な りの部分 を占め る た めであ る と 考え ら れる。
こ’
れに対し て， は りの降 伏 以後では，
建 物 部 材 角に占める は り端 部 回 転 角の割 合は増加す る傾 向 にある （1．
3で述べ た よ うに，
例えば， 下 端 引 張 時 に は この割 合は80−
90％で あっ た）e2．
はり耐力に寄 与 す るスラブ有 効 幅の算 定 2．
1 ス ラブ筋の ひずみ計 測・
はり耐 力に対 する スラ ブ筋の効 果， す な わ ち， は り下 端圧縮 時に引 張 主 筋とし て作 用サ
るス ラ ブ筋の量 を算 定 す るために，
図一
5に示す よ うな 2階 床ス ラブの 4っ の 断 面におい て，
ス ラブ筋の ひずみ計 測 を行っ た。
加 力方 向ス ラ ブ筋の ひずみ計測 はX
断 面とW 断 面におい て行 い，X
断 面で は上 ば筋の ひずみを，
W
断 面で は下ば筋 の ひずみ を計 測し た。
ま た， 直交方向ス ラ ブ筋の ひずみ 計 測はY 断 面と Z 断 面におい て行い， と も に下 ば 筋の ひずみを計測し た。
図一
6にSPD −
4 に お け る 正負 最 大 変 形 時 （R・
＝
1〆64 と一
1／68）の ス ラブ筋の ひずみ分布を示す。
X
断 面の 上 ぱ 筋 は．
は り近 傍で降 伏ひずみ を大き く 越え る ひずみ を示して お り，
は り 間中 央 部 （A−
B 間 〉一
30
一
で もお お む ね降伏ひずみ に近いひずみを示し ている
。
し か し， バ ル コ ニー
部 分の ひずみ はA − B
間に比べ て は る か に小さい値に止っ ている。 これ は，
バ ルコ ニー
部 分 では1
端が自 由端と なっ て い る ことの ほ か，A − B
間に あ る直交壁がバルコニー
部 分で は省 略さ れ てい る ことか らス ラブ筋の引 張 力 を支える直 交ば りの拘 束 効 果が十 分 でな かっ たこと，
に よると考え られ る。
W
断面の下ば筋は は り近 傍でこそ降 伏ひずみ を 越え て いる もの の， は りか ら離れる につ れて ひずみ は急 速に 減 少し， は り間 中 央 部で は お お む ね 500−
600μ程度の ひずみ に止っ てい る。
この ように，X
断 面 とW
断 面におけるひずみ分 布の み か ら判 断すると，
上ば筋と下ば筋の ひずみ に は大き な 差異が あ ること に な るが， こ こで注 意し な けれ ば な ら な い こ と は，
加 力 方 向の ス ラ ブ下ば筋は 3通り直 交ば り（す な わ ち，
W
断 面 ）上で重ね継 手され て いたことで ある （図一7
）。
同図 か ら 明 ら か な よ うに， W 断 面か ら重ね継 手 さ れ た2本の ス ラ ブ筋の端 部まで は十 分な長 さがあるこ と か ら，W
断 面では， は り．
下 端 圧 縮 時に 2倍の量の ス ラ ブ下ぱ筋が引 張 力を負 担 して い たもの と考え ら れ る注6＞。
Y 断 面の下ば筋は，
負 加力時 （B−
2通り柱 が引 張 側 と な る〉には2通り直 交ば り近傍に おい て大き な ひずみ を示 し てお り，
3通 り直交ばり に近づ くにつ れて ひずみ は小さく なっ て いる。 逆に，
正加 力 時には3通り直 交 ば り近 傍で ひずみが大きい。 以上の ようなY 断 面にお け る ス ラブ筋の ひずみ分 布は，
耐 震 壁 引 張 側境界柱に連な る直 交ばり近 傍の ス ラブ が，
直 交ばりと1体と なっ て耐 震 壁の伸びに抵 抗してい る事を示して いる。Z
断 面の ス ラ ブ下ぱ筋の ひずみ はお お む ね小さ く，
ま た，
そ の分 布に は特 別な傾 向は み ら れ ない。 2．
2 スラブ 有 効 幅 以 上 述べ た ス ラブ 筋の ひずみ計測結果を基に，
は り耐 力に寄 与す る ス ラブ有 効 幅を以 下の手 順に より算定 し た。
1） 加 力 方 向ス ラ ブの上ば筋は X 断 面，
下ば筋はW
断面の ひずみ で代 表させ る。
2） 直 交 方 向ス ラブにつ い ては，
上 ば筋の ひず み計測 を 行っ て い な い の で，
上 ば，
下ば筋ともY
断 面の ひず み で代 表さ せ る。
3） スラ ブ筋の応 力は材 料 試 験 結 果から得ら れ た応カー
ひずみ関 係に基づい て定め る 。 ただし，W
断 面につ い て は2倍の量の ス ラブ筋 が有効であっ た と してその値 注6）試 験 建 物 建 設 当 初は， 加 力 方 向の スラ ブ下ば筋は すべ て の階に おい て 3通り直交 ばり上で重ね継 手 する予 定で あっ た。
し か し な が ら，
こ のよ う な方 法で は 2倍の量の ス ラブ下ば筋が はり耐 力に有効 と な り，
．
建物耐 力 を上 昇 さ せ る恐れが あっ た ことか ら，
3階 以上の ス ラ ブでは直 交ばり中央 部で重ね継手す る方 法にあら た め た。
を2
倍す る。
4） 次 式に基づい て有 効ス ラブ 筋 量 （A
。f） を 定 める。n σs ×A，i
＝
Σ（σ、×A、）一 ・
……・
……一 ……
（1 ） 1＝
1 こ こ で σ y： ズ ラブ 筋の降伏 応 力 n ： ス ラブ筋の本 数 σ‘：3）か ら定ま る各ス ラブ筋の応 力 A ‘：各ス ラブ筋の断 面 積 5＞ （1） 式か ら求ま る有 効ス ラブ筋 量と同 量の ス ラ ブ筋が含ま れ る範 囲 をス ラ ブ有 効 幅と定 める。 こ の よ うに し て定め たス ラブ有 効 幅を図一
8に示 す。†ion
Unit：mm 図
一
ア 加 力 方 向ス ラ ブ下 ば 筋の継 手 位置 （2階床 ） 5200 管600 500靈
蒔8
Uni†冨mm 図
一8
q一
〇 〇 思8
NbOO 「II
」］
UOOOー
臨
N 恥 00 qOOO コ ー1
」コ
口 〔＋〕 LOAD 司
一
一
目 ζ一
）LOAD−
） スラブ有 効 幅 σ σ σ囗一
E！¶O σy∠
、 ，／翕
εy ε ε6 £ “ε （0．
4偽》 o｝S
†eeL・
．
b｝ Concre†e 図一
9 仮 定し た材 料の応 カー
歪 関係一 31 一
同図 に よ る と
，
加 力 方 向B
フ レー
ム の は りで はス ラブ 有 効 幅は5．
lm と な り，
ス1
ラブ全 幅6m の85
％ に達 し て い る。 ま た，
直 交ば．
りで もス ラブ有 効 幅は3．
2m
と な り， 全幅5．
5m
（2−
3，
3−
4間の ス パ ン長の平均 ） の58
％ に達して いる。
3．
は り端部の断 面 解 析3，1
断面 解 析の方 法 本 章で は，
はりの断 面 解 析 （モー
メ ン トー
曲率 解 析 ） を行い，
は り端 部で の鉄 筋 とコ ンクリー
トの応力負担の 状況を明らか にすると と もに，
その履 歴 形状につ い て検 討す る。 断 面 解 析は Fiber Mode124〕を 用い て行っ た 。 この方 法は．
は り断 面を は りせい 方 向に多 数の 要素に分 割し，
各要 素の応 カー
ひずみ関係に基づい て平 面 保 持の仮 定の 下に断 面の モー
メ ン トー
曲 率 関係 を求 める方 法である。
解 析に おい て仮 定し た材 料の応 カー
ひずみ関 係17 ］を図一
9に示す。
鉄筋につ い て は，
初 期カー
ブに ひずみ硬 化 を 考 慮し，
履 歴ルー
ル に はRamberg−
Osgood曲
線 を 用い た。 ま た，
コ ンクリー
トにつ い て は，
コア内 とコ ア外で 同一
の応カー
ひずみ関 係を仮 定し，
初 期カー
ブは最 大 耐 力までは高 次の曲 線， そ れ以 後は直 線 とし た。
な お， 材 料の定 数は材 料 試 験 結 果2ωに 基づいた。
解 析に当っ て は，
実 験か ら得られ たは りの端 部回転 角 を用い てd
／2区 間での 平均 曲率を 計算し， その 曲率に 対 する モー
メ ン トを遂一
計 算する方 法 を用いた。
計 算は A フ レー
ム 2階は り の外 端 （図一
2のC
端 ）につ い て 行っ た。図
一
10に，
解 析において仮 定 した は り断面
を 示す。
は り はT
型ばりとし て扱い，
ス ラブ 幅に は図一
8に示 すス ラブ有 効 幅 を用いた。
また， ス ラブ厚 として は設 計 値 （12cm ）よ り 1cm 厚い 13cm を 用い た。
この値は ス ラブ厚の実 測 結果か ら得
ら れ た値e°1で あ る。
3．
2 モー
メン トー
曲率関係 図一
11に，SPD −
3
に おい てC
端で計 測さ れ た端 部 回 転 角の時 刻 歴 を示 し， 図一
12に端 部回転 角か ら定ま る平 均 曲 率 を入力と し て与え た場 合の モー
メ ン トー
曲率 関 係を示 す。 な お，
ス ラ ブ有 効 幅 としてSPD −
4 に お．
い て算 定され た値 を用い て いるた め，SPD −
3を対 象と し た本 解 析で は，
ス ラ ブ幅 を 実 際よ り大き 目に評 価し て いるこ とに留 意す る 必要が あ る。 得ら れ たモー
メ ン トー
曲率関係は次の ような特 徴を有 してい る。 1） ス ラ ブ筋の効 果に よ り， 下端圧縮 時の最大耐力 （45．
Ot・
m ）は，
同 引 張 時 （13．
0い m ）の 3．
5倍に ま で達 し てい る。
2） 下端圧縮 時に は，一
旦 剛性が低 下し た後 変 形の増 加に伴い再び剛 性が回復す る現 象，
い わゆる ピンチ ング 現 象が顕 著に み ら れ る。
これは，
下端コ ン ク リー
トの ひ一
32
一
びわれ が閉じ る事に よ り生 じる現 象で次の よ うに説 明 さ れるZ5 ）。
すな わち，
下 端圧縮 時に お いて， 同引張時に開 い た下 端コンクリー
トの ひびわれが 閉じ るまで は， 圧 縮 力は下ば筋の み により負 担さ れ る （す なわ ち， モー
メン トは上下の鉄 筋の み に よ り負 担さ れ る）。
そ の ため， 上 下の鉄 筋 量の差により，
上 ば筋が引 張 降伏する前に下ば 筋が 圧縮降 伏し，
断 面は一
担 剛 性 を 失う （図一
12のA
点 ）。 し か し，
その後 変 形が進んで下 端コ ン クリー
トの ひび わ れ が閉じ，
コ ン クリー
トが圧 縮 力 を負 担し始め る 時点 （図一
12のB
点∫
で，
断 面は再び 剛性を 回復す る の である。
こ の ような下 端 圧 縮 時に おけるピン チング 現 象は， 実 大 7層 実 験の補 助 実 験 として行っ た1
／2
模型 試 験体
に よ る は り・
柱 接 合 部 実 験26｝k
お い て顕著に みられ た現 象で あり，
また本 耐 震 実 験に おい て も， 解析の場合 ほど明瞭で は ないが，
．
い くつかの は り端 部 （例えば，
図一3
の c 端，f
端）で見ら れ て い る。
3 ＞下端引 張 時 の 耐 力が荷 重 点 4 で は 13
．
Ot・
m．
で 「而
T 諏 一
一 一一
禰
一
一8
担
嗣
匐
o（
C
）−
endUni†：mm
n 図
一
10 解 析におい て仮 定し たはり断 面 （C端 ） 1ρ O．
5F8。 ¢
一
〇，
5一
1一
4 図一
fl 端 部 回転 角の時 刻 歴 C） 〔↑・
45Momen † m） 19F
，
（C）−
end．
50 158ア
’ 35 ’ ’ 「 Frome （A， 冒B bof†om in comp．
A↑
4−
2 0 2↓
φ、18・1 ／ bo↑†oml鷹†Gns
．
一
15A3Bo 廿om bors yieLd．
B‘Bo廿 om crock cしoses
あっ た の が， さら に変形の進ん だ荷重 点6では 9
．
24t・
m に低下し てい る。
下端 引張 時に は 圧縮 側コ ンク リー
トは 十 分 な断 面を有して い ること か らコ ン クリー
トに圧 壊が生じ た と は考え ら れず，
こ の耐 力低 下は他の要 因に よ る もの と思わ れ る。 これ につ いて は3，
3
で検討す る。 3．
3 主 筋のひずみ 履 歴 図一
13に， 上ば， 下ば筋の ひずみ とモー
メ ン トの関 係 を実 験 と 解 析につ いて示す。
こ こで，
実 験とい うの は 実 験か ら得られ た鉄 筋の ひずみ と本 解 析か ら得ら れ た モー
メ ン トの関 係を示し た もの であ り， 解析とは鉄筋の ひずみ，
モー
メ ン トと もに本解 析か ら得ら れ たもの を用 い た場 合の こ とをい う。
両 者 を 比較すると， 上ば筋につ いて は， 履歴 形状，
各 荷 重 点での ひずみ の値と も に解析結果は実験結果に非常 によく対 応し ている。
ま た， 下 ば 筋に つ いて も，
解析に お ける荷 重 点4， 6で の ひずみ の値が実 験値よ り小さい ことを 除い て， お おむ ね よ く対 応し ている。
さ て今，
荷 重 点 4と 6に お ける上ば 筋の ひずみ 履 歴に 着 目 する と， 実 験と解 析に共 通する ひとつ の傾向が認め られ る。 す な わ ち，
荷 重 点 5（下 端 圧 縮）か ら同6
（同 引 張 ）に至る過 程に お い て は，
実 験， 解 析と もに上 ば筋の ひずみ は連 続 的に圧 縮 側に進ん で行くの に対して， 荷重 点3（下 端 圧 縮 ）か ら同4（同 引 張 ）に至る過 程に おいて は，
上 ば 筋の ひずみ は圧 縮 側に進ま ない （実 験）か，
ま た は わ ず かで はあるが引 張 側に反転する （解析 ｝傾向が み ら れ る。 こ の現象を説 明す る た め に，
図一
14に解 析か ら得ら れ た荷重点4，
6におけ る鉄 筋とコ ン ク リー
トの応 力 負 担を示す。 図 中，
上 ば筋の応 力は は り主 筋 とス ラ ブ筋の 合 力と して，
また，
コ ン クリー
トの応 力は圧縮ブロ ック の合力 と して表 示して ある。 図か ら明ら か な ように，
荷 重 点4で は，
上ば筋にも引 張 力が生じ，
コ ン ク リー
トに は上下の鉄 筋の引張 力の和 に等しい圧縮力 が作 用し て い る。
こ れ に対し て， 荷重 点 Momen † （t・
皿） 40 20 5 Momon †7 圖 o loooo
6 ε 〔μ）
冖
2M謝
† 5 40 20一
20 Ana yslS 610000ε （Pt
5 〔寸鹽
旧） 7 圃 o ε一
20 1↑
・
m）亀
1。。。。
6
Momen寸 Ano sis
一
20 ε （μ゜°°°
Top Beam Bor b）Bo††om Beam Bor 図
一
13 鉄 筋の歪とモー
メン トの関 係 e〔P
｝ 6で は， 上ば筋に下ば筋の 引張 力に相 当する圧縮 力が生 じ，
コ ンク リー
トに は圧縮 力は作 用し ていない。
このよ う な 応 力負 担の 相違 は，
荷 重 点 4で は コ ン ク リー
トが圧 縮力を負 担 して いるの に対し て，
荷 重 点 6では荷 重 点5 に おい て生 じ た上端コ ンク リー
トの大 き なひび わ れ注7） のた め，
力が 反転して も も は やひび わ れは閉じず， コ ン クリー
トが圧縮 力を負担し な く なっ たことに より生 じた 現 象である。
そ し て，
このこと が，
荷重 点 4に至る過 程 で上ば筋のひずみ が引 張 側に反 転 し た （上 ば筋が引 張 力 を負 担し た〉理由で あ り， ま た，
前 述の荷 重 点4に比ぺ て荷 重 点6
の耐 力が低下 した 理由で もあ る。3．
4 断 面のエ ネルギー
吸収 甲op borconcre †e ）
65 ．
1
† 84，
1† 21．
M冒 M冨 15。
Ot・
m 924 ↑・
mbO
††ombor21．
O
雪21．
O
† → comp。
6■
−
tens．
中図
一
14 鉄 筋とコ ン クリー
トの応 力負 担 表一
2 各 荷 重 点での吸 収エ ネルギー
＼
脂
T．
B．
（の 0．
074O．
954o．
跚 o．
1220．
2662．
576 C （累） 7B．
320．
342．
114．
7o．
o27．
6 跚．
（黝 7．
46．
348．
88L1 聞．
3 認．
7 T．
B．
（罰 14．
3 マ3．
49．
皇 4．
211．
733．
7 σ 〔†！cm2⊃ LP ； 且oad point T．
E．
； total energy C ；concrebe B，
B．
： bottOm har T．
B．
：top h旧r σ （tlemE） 4 4 4 9詫 2 7 2AnO SIs Ano
ySl5
10000 1000 20000 ε ｛ρ 3 ε（μ， 7
o） TOP Beam Bor b） Bo†tom Beqm 日o「 図
一
15 鉄 筋の応 カー
歪関係注7） 荷重点 5は下端圧縮 時の最 大変形点であ り 〔図
一
11参照）
，
こ の と き 上 ぱ筋に は引 張 降 伏が生じ て い た （（図一
13．
a）参 照 ）．
次に
，
断面の吸 収エ ネル ギー
を計 算 レ， エ ネル ギー
吸 収に占め る鉄 筋とコ ン ク リー
トの割合が荷 重 点ごとにど の よ うに変 化す る かを検 討し た。
表一
2に， 各 荷 重 点で の断 面の 吸収エ ネル ギー
とそ の 中に占め る鉄 筋と1
ン ク リー
トの割 合 を示す。
こ こで， 各 荷 重 点での断 面の吸 収エ ネルギー
とは，、
図＝ 12に示 したモー
メン トー
曲率
関 係 上で，
モー
メ ン トがゼロ の点 か ら そ の荷重 点 を通り， さ ら にモー
メ ン トが ゼロの点に 至る間の履 歴 曲 線の囲む面 積 として定 義した。 従っ て，
断 面の吸 収エ ネル ギー
の単
位は モー
メ ン ト （t・
m ）X 曲 率 （1
／m ）＝
tで あ る。一
方， 鉄 筋とコ ンク リー
トの吸 収 エ ネルギー
は，
その 応 カー
ひずみ曲線の囲む面 積 と 各 要 素の断 面 積の積 と し て 求 め た。
し たが っ て，
そ の単位も，
応 力 （t／cm2 ）x ひずみ （cm／cm ）×断 面 積 （cmz ）；
tで あ り，
断 面の 吸 収エ ネルギー
と一
致す る。
以下
，
下 端圧縮 時と 同引 張 時に
わ けて， エ ネルギー
吸 収に占め る鉄筋とコ ンク リー
トの割合の推 移につ いて考 察す る。
1） 下 端圧縮 時 図一15
に示す解析に お け る鉄 筋の応 カー
ひずみ関 係 か ら明ら か な よ う に，
荷重 点 3で は， 鉄 筋は ほほ弾 性に 止 まっ てい る た め その 吸 収エ ネル ギー
は小さく，
全エ ネ ル ギー
の78．
3
％ はコ ンク リー
ト（下端 〉に よ り占め ら れて い る。
荷重 点5
で は，
上 ば 筋 が 引 張 降 伏する た め そ の 吸 収エ ネル ギー
が大 きく な る（73．
4％）。
こ れ に対し て，
荷重 点7
で は， 上 ば 筋は再 び 弾性に近い挙 動 を 示すため その吸収エ ネルギー
は小さくな り，
かわ りに コ ン ク リー
ト （下 端）の吸収エ ネル ギー
（42．
1％）と下ば筋の （圧 縮 降 伏に よ る）吸収エ ネルギー
が 大き く なる （48．
8％ ）。 2）下端引張 時 荷重 点4，6
と もに下 ば筋の引 張 降 伏に よる吸収エ ネ ル ギー
が 圧倒 的に大きい （4
で81．
1
％，6
で88．
3％）。
ま た，
前述し た よ うに，
荷 重 点6に お ける コ ン ク リー
ト （上 端 ）の 吸 収エ ネルギー
はゼロに なっ て お り，
以 後 上 端コ ンク リー
トが圧 縮 力 を 負 担す ることはない。
3 ｝ 全ステッ プで の平 均 最後に，
荷 重 点1−
10ま で の全ス テッ プに お け る吸 収 エ ネル ギー
の 分 担 をみ ると， コ ン ク リー
トが27．
6％，
下ば 筋が 38．
7％，
上ぱ筋が33．
7％ と なっ てお り，
全エ ネルギー
の 72．
4％ が鉄 筋に より負 担さ れて いる。
ま た，
鉄 筋の吸 収エ ネル ギー
を鉄 筋 単 位 面 積あ た りの分担率に 直す と，
下ば筋が6．
74％／cm2 ， 上 ば 筋が1．
08
％／cm2 と な り，
下 ば筋は上 ぱ筋の ほ ぼ6
倍の エ ネル ギー
を 吸 収し てい たこ とに なる。
4．
結 論 仮 動 的 実験時に計測 さ れ た各 種 計測 デー
タ を基に， は．
− 34 一
り・
柱 部 材 （主 と して は り）の弾塑 性挙動 に つ いて の考 察を行っ た結果， 以 下の諸点が明ら か と なっ た。
1） 耐 震 壁の 降伏に ともな う引 張 側 境 界 柱の伸 びによ り， それ に連なる境 界ば りに は他 のは りの お おむね 1，
8− 2，1
倍の変形が生じ．
ていた。
2） は りの端 部 回 転 角は下 端 圧 縮時より同 引張 時の方 が大きく，
耐 震 壁 引 張 側 境 界ばりを除く一
一
般の は り の場 合， 建 物 部材
角に対する端 部 d／2域にお ける囘
転 角の 比 率は， 下 端 圧 縮 時で 50〜
βO％，
同 引 張 時で 80−
90％ であっ た。
，3
） は り・
柱 部 材の端 部d
／2域に お け る降 伏 回 転 角 は お お むね 1／250程 度の値で あっ た。4）
、
建 物 部 材 角が 1／64の と き の はり耐 力に有 効とな るス ラブ 幅は， 加 力 方 向の は りで は全ス ラ ブ幅の 85％ に達して いた。
5＞ は り下 端 圧 縮 時の耐 力は，
ス ラ．
ブ筋の効 果により 同 引 張 時の3．5
倍に達し ていた。
また， こ の とき下 端コ ンクリー
トの ひ びわれ が閉じ る ことにより生じるピンチ ング 現象が みられ た。
6
） は り端 部 ヒ ン ジ域 に おい て は， 全エ ネルギー
の 70％ 以 上 が 鉄 筋に より吸 収 されて いた。
そ して，
こ の よ うな はりのエ ネル ギー
吸 収に 占め る鉄 筋の役 割の大き さ が， 本 建 物の優れ た履 歴 挙 動の 1要 因で あっ た と考え られる。
参考 文献 1）〜
19）は （そ の 1）を参 照さ れた い。
20），
21），
22＞芳 村 学，
上 之薗 隆 志ほ か2名 ：鉄 筋コ ンク リー
ト造実大 7層建物の建 設 と その弾性 性状，
鉄 筋コ ンク リー
ト造 実 大7層建 物の弾 塑 性 解 析と 1質 点置換に よ る仮 動 的 実 験 手 法，
鉄 筋コ ンクリー
ト造 実 大7層 建 物の仮 動 的 実 験 旧 米 共 同 耐 震 実 験 研 究 そ の 1〜
その 3＞，
日本 建 築学 会 構潭系 論文 報告 集，
第366 号，
pp．
76−
84，
昭和61年 8月
，
第，
372号，
pp．
55−
64，
昭 和62年2月，
第 377号，
pp．
64〜
72，
昭 和6Z年7月 23）黒 瀬 行 信，
芳村 学 ：鉄 筋コ ンク リー
ト造実大7層試 験 体の耐 震 性に関する研 究 その 14 変 位 計の デー
タ処 理 とヒ ンジ域で の変 形 性 状，
日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集，
pp，
1577−
1578，
昭 和 57年 10 月 24） 梅 村 魁 編 ；鉄 筋コ ンク リー
ト建 物の動 的 耐 震 設 計 法・
続 （中 層編 ），
技 報 堂 出 版，
pp，
351−
353，
昭和57年25｝ Park
，
R．
and Paulay，
T．
；Reinforced Concrete Struc．
tures
，
Wiley．
lnteTscience Publication，
pp．
258−
264，
1975
26） 中 田 慎 介ほ か3名：大型実 験 施 設 利用に よる 日米 共 同 研
究 その 3 建 物を構 成す る は り
・
柱 部 分の静 加力 実験
・
実 験 結果，
日本建築学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集，
pp，
1659‘−
1660，
昭 和55年9月SYNOPSIS
UDC;624.el2.45:539.3
NONLINEAR
BEHAVIOR
OF
BEAM
AND
COLUMN
MEMBERS
OBSERVED
IN
THE
TEST
OF
THE
FULL-SCALE
REINFORCED
CONCRETE
SEVEN-STORY
STRUCTURE
-U.
S.
-Japan
cooperative researchprogram.
by Dr.MANABU YOSHIMURA', YUKINOBU KUROSE" and TAKASH] KAMIINOSONO'#, Membeis of A.I.
J.
Inthis
paper,
nonlinearbehavior
ofbeam
and eoiumn members of thefull-scale
reinforced concrete structure wasexamined
based
on thedata
obtainedfrom
the pseudo-dynamic tests,Such
examinationhas
revealedi thefollowings
;1) Significantelongation of thewall
boundary
columnforced
thebeams
adjacent tothiscolumn tobe
deformed
about80
to 110% greater than the otherbeams.
2) Beam
hinge
rotation was estimated about80
to90%
of the buiidingrotational angle, asdefined
as rooffloor
leveldeformation
divided
by
thestructurehight,
when thebeam
was subjected topositivebending,
and was about50
to60% when subjected tonegative
bending,
3)
Slab
width effective tothebeam
negative moment resistance was observed toreach85%
of the entile slab width for longitudinalbeams,
and4)
Beam
reinforcingbais
were computed todissipate
more than 70% ef thetotal energy ef thebeam
hingq
region. * Tokyo Metropolitan University*i ShimizuConstructionCornpany i" BuildingResearch lnstitute,Ministry
of Construction
