凌震構造接合部の力学特性 [ PDF

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(1)凌震構造接合部の力学特性. 津平. ントの比（図 2 参照）で (4)式による Apc ：縦目地部における水平補強プレートの断面積 fpk ：縦目地部における水平補強プレートの使用限界時の座屈強度で (5)式による. １．序本研究は異質の材料を接着しない原理に基づく構造システムを凌震構造と位置付け，その一例としての SRB-DUP 構造体（Steel Reinforced Brick structure based. 0.133. &p ". 3. 本研究では，梁先行降伏型 SRB-DUP 構造接合部及. ・・(3). m!2. m !3. び定着部先行降伏型煉瓦壁−鉄骨梁接合部の面内曲げ. 2. に関する設計式を提案し，同設計式における損傷限界. k". 耐力の評価式を実験によって検証すると共に，各接合部の剛性と復元力特性について考察した結果を述べる．２．SRB-DUP 構造接合部の面内曲げに関する設計式２．１梁先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−煉瓦梁接合部の面内曲げに関する設計式本工法による梁先行降伏型煉瓦壁−煉瓦梁接合部の面内曲げに関する設計式は，煉瓦梁の壁体に対する定着が十分な場合，煉瓦梁端部における曲げ降伏で損傷限界時の曲げ耐力が決まるため，(1)式で表される．. 2 % ) #m ! 1 ! 2i $. ・・(1) ：煉瓦梁の短期設計用曲げモーメント MAS ：煉瓦梁の損傷限界時の曲げ耐力で，(2)式の C1 と C2 のうち小さい方の数値とする． A pt ' py #m ! 1$h #m ! 1$h % k 3 C1 " % % k C 2 " A pc f pk % ・・(2) &p 2 2 2 DMS. 2. 2. i "0. #m ! 1$. 2. k". 2 % ) #m ! 1 ! 2i $. 2. i"0. #m ! 1$. 2. ・・(4). #p. ：縦目地部での水平補強プレートの細長比で (6) 式による $p ：縦目地部での水平補強プレートの限界細長比で (7)式による %p ：縦目地部での水平補強プレートの座屈安全率で (8)式による Lpk ：縦目地部での水平補強プレートの座屈長さ ip ：水平補強プレートの断面二次半径（図 2 参照） tp ：水平補強プレートの厚さ（図 1 参照） Ep ：水平補強プレートのヤング係数 L pk L pk 12 λp≦Λp のとき *p " " ・・(6) 2 ip tp 1 ! 0.4#* p , p $ ' py f pk " +2E p 3p ・・(7) ,p " λp＞Λp のとき・・(5) 0.6' py 2 0.277' py f pk " 3 2 20 * p /2 3p " ( #* p , p $ ・・(8) 2 3 01 , p -.. 4. DMS≦MAS. 5. 圧縮側端部より 1 層分内側のプレートが煉瓦間の縦. Apt ：水平補強プレートの有効断面積（図 1 参照） !py ：水平補強プレートの降伏点 "p ：水平補強プレート円孔部における応力集中係数で(3)式による m ：梁せい方向の煉瓦層数（m≧3） h ：梁を構成する組織体 1 層分の高さ（図 1 参照） k ：引張側或いは圧縮側端部のプレートによる抵抗モーメントに対する，曲げによって生じる軸方向力を負担する全プレートによる抵抗モーメ. 目地部分で局部座屈を起こすときのプレートの座屈長さ Lpk は縦目地部分の長さ（10mm）の 2 倍（20mm）として検討した．また，Ep については，実験により得られた値より Ep=1.95×105 N/mm2 とし，&σpy については引張試験で得られた引張強さの平均値（ 3.70×102 N/mm2 ）×0.7（=2.59×102 N/mm2 ）と降伏点の平均値（2.74×102 N/mm2）より，σpy=2.59×102 N/mm2 とした．. 応力集中発生. M. ( 1.88. dh ：水平補強プレートの円孔直径（図 1 参照） bp ：水平補強プレートの幅（図 1 参照） m：奇数のとき m：偶数のとき. 特性の把握と耐力評価式の提案を目的としている．. bp. 3. d h b p ( 0.119. on Distributed Unbond Prestress theory）に関する静力学. 煉瓦梁の上下面を除く中間層 dh1 dh2. 公彦. nb. tp h. Pst. P. Q. (m-1)h. js. Q 局部座屈発生. 梁先行降伏型 SRB- DUP 煉瓦壁-煉瓦梁接合部. L. Apt " (bp ! dh )t p. P % L " Q % js 定着部先行降伏型 SRB- DUP 煉瓦壁- 鉄骨梁接合部. 図１面内曲げを受ける SRB-DUP 構造接合部の耐力発生機構. 30-1.

(2) λp ". Lpk. ip ". Lpk. ip. tp. k". 12. MtA. MtA Mt. Mc ". M. 材位置では上弦材位置に比べてプレストレスが累加し 3 (m! 1)h Apc fpk 6 大きくなるため，せん断滑りは上弦材側で発生する． 2 2 ３．実験概要 (m- 1)h 2. (m- 1)h 2. Aptσpy. Mt ". 6. αp 図２. に，壁と梁の接合部を有する試験体を作製し，梁先端 McA. (m! 1)h 2. (1)∼(10)式を用いた設計の妥当性を検証するため. k". 部に上下方向静的繰り返し漸増載荷実験を行った．. McA Mc. 試験体の構成要素を図 3 及び図４に示す．煉瓦は本工法用の有孔粘土煉瓦で，上下面を平行かつ平滑に，. 面内曲げ受ける煉瓦梁部材. また高さ方向の寸法精度確保のために研削し，高さ寸. ２．２定着部先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−鉄骨梁接. 法の標準偏差を !=0.12mm としたものを用いた．鉛直. 合部の面内曲げに関する設計式 SRB-DUP 構造の壁体と鋼構造のラチス梁の耐力が. 補強要素は鋼製で M12 の寸切ボルト，高さ 40mm の高. 共に十分であるとき，SRB-DUP 煉瓦壁−鉄骨梁接合部. ナット，丸座金，ばね座金を用いた．水平補強プレー. の面内曲げに対する降伏耐力は煉瓦壁に挿入されてい. トは鋼製（JIS G 3302，SGCC 材）で，図３に示す 13. る鉄骨ラチス梁の上下弦材の滑りによって決まるため，. 種類の形状とした．各試験体に用いた煉瓦とプレート. 面内曲げに関する設計式は(9)式で表される．. の種類を表１に示す．煉瓦壁−煉瓦梁接合部試験体は. DMS≦MAS. ボルトの挿入位置の異なる３種類とし，煉瓦梁部分の. ・・(9). DMS ：梁の短期設計用曲げモーメント MAS ：梁の損傷限界時の曲げ耐力で，(10)式による. 上面と下面にはプレート B を用い，長尺プレート使用時に発生する材軸方向の応力伝達を期待しないものと. ・・(10). MAS ＝ µ・ｎb・Ｐst・ｊs. した．従って，煉瓦に挟まれた長尺プレートのみが曲. μ ：煉瓦−鉄骨ラチス梁フランジ間の摩擦係数ｎb ：鉄骨ラチス梁を固定しているボルトの本数Ｐst ：鉄骨ラチス梁を固定している各ボルトに与えられているプレストレス力ｊs ：鉄骨ラチス梁のフランジ中心間距離. げに対して抵抗する．図４に示す煉瓦壁−鉄骨ラチス梁接合部試験体試験体の梁部分を構成した材料の材質はいずれも SS400 で，上下弦材は 200×80×7.5×11 の溝. 煉瓦壁−鉄骨梁接合部は，面内曲げによって発生す. 形鋼，斜材は 65×65×6 の等辺山形鋼とした．. る曲げモーメントに対して，SRB-DUP 煉瓦壁に挿入さ. 試験体の種類と形状，変位測定位置，載荷位置を図. れている鉄骨ラチス梁の上下弦材の軸方向力による偶. 5 及び図 6 に示す．試験体へのプレストレスの導入は. 力のモーメントで抵抗するため，鉄骨ラチス梁の上下. 表 1 中の値が平均の導入量となるように締め付けトル. 弦材と SRB-DUP 煉瓦壁の間にせん断力が発生する．. 表１試験体の種類. 図１のように鉄骨ラチス梁の上弦材の上に煉瓦組積が行われない場合は，鉄骨ラチス梁の上弦材は一面せん断，下弦材は二面せん断状態となるため，また，下弦. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 65. 65. 32.5 32.5. 93. 2- φ18. 65. 59. 256.9 476.5. 2×2- φ23. 5- φ13 1250.5 1970. 180 34.5. 4- φ18. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 8×φ12.5 120. 120. 120. 200. 8×φ18.5. プレートＫ 1960 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 413. 40. 40. 80 40 40. 3×φ18.5 120. 120. 13×φ12.5 120. 120. 120. プレートＬ 1960 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 120. 124.5. 2×2- φ23 180 34.5. 1250.5 1970. 40. 80 40 40. 14×φ12.5. 413. 4- φ18 120. 813 2×φ18.5. 413. 5- φ13 85120 120 12060. 120. 1970. 100. 120. 100. 120. 606.5. 80 40 4 0. 120. プレートＪ 1960. 413 1970. 413. 206.5 124.5. プレートM. 図 3 試験体構成材料. 図 4 鉄骨ラチス梁部分構成材料. 30-2. 36.3 43.7. 7×φ12.5. 8×φ18.5. 2- φ18. 160.6. 200×80×7.5×11. 85120 120 120 60. 40. 65. 80 11. 65. 324.5 476.5. 31.75. 7.5. 200. φ12.5. プレートＩ. 80 40 40. 120. 65. 溝形鋼. 59. 413. 80. 7.5. 200. φ12.5. φ18.5 プレートF. 1840 120. 32.5 32.5. φ12.5. φ18.5. プレートE 380 40 120 60 120 40 φ18.5 φ18.5. φ12.5 プレートH. プレートG. 40. 65. 2- φ18. 445. 31.75 65 31.75. 200. φ12.5. φ18.5. 260 180. 413. 30 140 30. φ12.5. φ12.5. 31.75. 80. φ18.5. 40. 2- φ18. 煉瓦E. 115. 43.7. 36.3 43.7. 40. 40. 476.5. 357.6. 11. 260 120. 煉瓦D. 43.7. 31.75 65. 413. 200. φ12.5. 120. 115. 85. 30 140 30. 40 60. プレートＣプレートD 380 40 120 180 40. φ18.5. 85. 煉瓦C. φ18.5. φ18.5. 3.0. 80. φ12.5. 9.0. L-65×65×6. 31.75. 65. φ12.5. 100 40 60. φ18.5 プレートＢ. φ16. 32.5 32.5. φ12.5. 16. 85 230. 煉瓦Ｂ 60 4020. 導入プレストレス(kN) 最上部2層その他. プレート. A,D,E A,B,C,D,F,I,J,K A,C,D A,B,C,E,G,I,J,L M12 A,B,D,E A,B,C,D,H,I,J,L 1280.5 A,D,E A,B,C,D,F,I. 65. 80 40 40. 180 90 90. 40. プレートＡ 380 40 60 120 80 40 40. 85 230. 煉瓦A. 200 120. 40. φ40. 65. 85 230. ボルト. 1080. ラチス材. 20. φ16. 32.5 32.5. φ16. φ40. 煉瓦. 175. φ40 φ40. 20. 110. 55. 55. 1548. 梁長さ (mm). 100. 175. φ40 φ40. BWBB1 BWBB2 BWBB3 BWSB1. 200. 115. φ16 φ40 20. 試験体高さ (mm). 100. 115 20. 試験体名.

(3) 2880. 2880. 2880. 1560. 1560. 240. 1560. 240. 1080. 240. 1080. 344. 43. 1080. 540. 540. 240. 540. 540. 240. 540. 240. 1118. 1548. 540. 43. 図 5 煉瓦壁−煉瓦梁接合部試験体図. 1970 85 240. 240. BWBB3試験体. BWBB2試験体. BWBB1試験体. 516.25. 722.75. 124.5. 3 5 7 .6. 4 3 .7. 41.5. 43. BWSB1試験体. 1562. 124.5. 1 1 1 7 .7. 1280.5. BWBB1試験体（上引張載荷時）. 図 6 煉瓦壁−鉄骨梁接合部試験体図. して，他の水平補強要素のプレ. 曲げモーメント（kNm）. に鉄骨ラチス梁の下弦材を配置. 曲げモーメント（kNm）. については，第 13 層締め付け時. 10. 10. 5. 0. ートと同様に締め付けて固定し， -5 最上層の第 18 層を締め付けるときに鉄骨ラチス梁の上弦材を. 10 曲げモーメント（kNm）. クで制御した．BWSB1 試験体. BWBS1試験体（下引張載荷時）. 写真 1 実験状況. 5. 0. -5. -0.04. 0 0.04 変形角（rad）. 0.08. -10 -0.08. BWBB1試験体. 配置して他の水平補強要素のプ. 0. -5 実験地 MAS算定値. 実験値 MAS算定値. 実験値 MAS算定値. -10 -0.08. 5. -0.04. 0 0.04 変形角（rad）. -10 -0.08 0.08. BWBB2試験体. 4. 4. 4. 3 2 1 0. 下方向静的繰り返し漸増載荷を. -1. 行い，白矢印の部分で変位を測. -2 -0.001. 定して，試験体接合部に生じる. 0.001 0.002 変形角（rad）. 0.003. 2 1 0. -2 -0.001. 実験値剛性解析値. 0. 0.001 0.002 変形角（rad）. BWBB2試験体. BWBB1試験体. 曲げモーメントと試験体の変形. 3. -1. 実験値剛性解析値. 0. 曲げモーメント（kNm）. した．その後鉄骨梁部分に斜材. 曲げモーメント（kNm）. 5. 曲げモーメント（kNm）. 5. した．図中の黒矢印の部分に上. 0.08. BWBB3試験体. 5. 高力ボルトで締め付け摩擦接合. 0 0.04 変形角（rad）. 図 7 曲げモーメント−変形角関係. レートと同様に締め付けて固定を配置して M16 のトルシア型. -0.04. 0.003. 3 2 1 0 -1. 実験値剛性解析値. -2 -0.001. 0. 0.001 0.002 変形角（rad）. 0.003. BWBB3試験体. 図 8 曲げモーメント−変形角関係と初期剛性. の関係を調べた．実験状況を写真１に示す．. 接合部の塑性変形は接合部位置の煉瓦のひび割れで発. ４．実験結果及び考察. 生し，その後安定した耐力と変形能力を示した．図 8 は BWBB1∼BWBB 3 試験体の載荷初期のデー. ４．１梁先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−煉瓦梁接合部図 7 は BWBB1∼BWBB 3 試験体の接合部に生じた. タについて，図 7 に示した変形角から接合部位置での. 曲げモーメントと試験体梁部分の変形角の関係を示し. 節点の回転角を差し引いて示したものである．接合部. たものである．曲げモーメントは載荷荷重に壁体部分. 位置での節点の回転角は，試験体の接合部位置での左. 端部から載荷位置までの水平距離を乗じた値とし，変. 右方向変位を測定する２つの変位計の値の差を変位計. 形角は載荷位置と壁体部分端部の上下方向変位の差を. 設置位置間隔で除して求めたものである．各図中の剛. 壁体部分端部から載荷位置までの水平距離で除した平. 性解析値は長尺プレートとボルトで固定された煉瓦が. 均の変形角で示している．座標は上引張載荷時を正方. 曲げに対して有効として求めた．接合部の剛性解析値. 向，下引張載荷時を負方向として示している．試験体. は各試験体の初期剛性をよく捉えており，剛性算定法 30-3.

(4) 上引張載荷時に残留変形角が0.002radとなるときの耐力. 下引張載荷時に残留変形角が0.002radとなるときの耐力. 8. 3.5. 曲げモーメント（kNm）. 3.0. MAS算定値を１としたときの値. 3.01. 2.99. 2.58. 2.51 2.5. 2.24 1.86. 2.0 1.5 1.0. 6. 4. BW BB1 BW BB2 BW BB3. 2. 骨格曲線. 0.5. 0. 0.0. 1. 2. 3. BWBB2. BWBB1. BWBB3. 0. 0.01. 0.02. 実験値. 43.0. MAS算定値. -0.04. 0 変形角(rad). 0.04. 0.07. 64.4. 5. 4. 6kN. 4. 3. 4kN. 3. 2. 2kN. 2. 69.6. 70.9. 1.84. 1.84. 上引張載荷時. 下引張載荷時. 2. 1. 94.5. 0. 0.08. 71.0. 平均. 1. 69.3. 1. 図 13 損傷限界時の曲げ耐力と図 12 変形角関係に対する接合部回転角の割合実験値の比較（BWSB1試験体）（BWSB1試験体） - 100. 図 11 曲げモーメント変形角関係（BWSB1試験体）. 47.0. 6. MAS算定値を１としたときの値. 曲げモーメント(kNm). 78.7. -0.08. 8kN. 5. 86.6. -40. 10kN. 6. 80.0. -20. 0.06. 残留変形角が0.002radとなるときの耐力. 66.9. 0. 0.05. 3. 梁変形角に対する接合部回転角の割合（%）下引張載荷時上引張載荷時載荷最大荷重. 20. 0.04. 変形角（rad）. 図 10 BWBB 試験体包絡線（上引張載荷時）. 図 9 損傷限界時の曲げ耐力と実験値の比較. 40. 0.03. - 90. - 80. - 70. - 60. - 50. - 40. - 30. - 20. - 10. 0. 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. 回転による剛体変形で生じていることが確認できる．. の妥当性が確認できる．図 9 は残留変形角が 0.002rad になるときの BWBB 試. 図 13 は(10)式で得られる接合部の損傷限界時の曲げ. 験体 3 体の曲げ耐力と MAS 算定値を，上引張載荷・下. 耐力と，試験体の初期剛性を用いて求めた残留変形角. 引張載荷について比較したものである．上引張載荷・. が 0.002rad になるときの試験体の曲げ耐力を圧縮及び. 下引張載荷いずれの場合においても実験で得られた試. 引張載荷時について比較したものである．圧縮・引張. 験体の曲げ耐力は MAS 算定値を上回っており，提案す. いずれの場合においても実験で得られた試験体の曲げ. る設計式を用いた構造設計の妥当性が確認できる．. 耐力は(10)式で得られる接合部の損傷限界時の曲げ耐. 図 10 に BWBB 試験体 3 体の上引張載荷時の曲げモ. 力を上回っており，提案する設計式を用いた構造設計. ーメント−変形角関係の包絡線を示す．各試験体とも. の妥当性が確認できる．. 0.003rad 付近で接合部付近での水平補強プレートの降. ５．まとめ. 伏が確認されており，梁先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁. 本報告では，梁先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−煉瓦. −煉瓦梁接合部の骨格曲線は，0.003rad を折れ点とす. 梁接合部及び定着部先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−鉄. るバイリニアとすることが妥当と考えられる．. 骨梁接合部の面内曲げに関する設計式を提案し，同設. ４．２定着部先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−鉄骨梁接. 計式における損傷限界耐力の評価式を実験によって検証すると共に，同接合部の剛性と復元力特性ついて調. 合部図 11 は BWSB1 試験体の接合部に生じた曲げモーメ. べた．実験及び解析の結果，以下の知見を得た．. ントと試験体梁部分の変形角の関係を示したものであ. ① 梁先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−煉瓦梁接合部及び. る．試験体接合部の塑性変形は鉄骨梁上下弦材の滑り. 定着部先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−鉄骨梁接合部. によって発生し，その後大きな耐力と変形能力を発揮. の損傷限界時の面内曲げ耐力評価式並びに同式を. して，圧縮時には接合部位置の煉瓦の圧壊，引張時に. 用いた構造設計は妥当である． ② 梁先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−煉瓦梁接合部梁の. は最も梁側のボルトの引張破断で最大耐力を示した．図 12 は，図 11 に示した変形角に対する接合部回転. 剛性解析は妥当である．. 角の割合を示したものである．接合部回転角は，BWBB. ③ 梁先行降伏型 SRB-DUP 煉瓦壁−煉瓦梁接合部試験. 試験体の接合部回転角と同様の方法で求めた．これよ. 体の骨格曲線は，0.003rad を折れ点とするバイリニ. り，図 11 に示した変形角のうち，７割程度が接合部の. ア型とすることができる． 30-4.

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