<4D F736F F F696E74202D F4390B3817A8C9A927A8AEE8F8090AE94F591A E28F958BE08E968BC F18D

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1 鉄筋コンクリート造の変断面部材の構造特性評価に関する実験 平成 21 年度応募課題名 袖壁を有する柱および腰壁 垂壁を有する梁の力学特性に関する実験と実用評価法の検証 東京大学地震研究所 横浜国立大学 福井大学 建築研究所

2 7. 鉄筋コンクリート造の変断面部材の構造特性評価に関する実験 袖壁を有する柱および腰壁 垂壁を有する梁の力学特性に関する実験と実用評価法の提案ー全体概要ー 研究目的 : 鉄筋コンクリ - ト造袖壁付き柱および腰壁 垂壁付き梁の (1) 剛性, 強度と靭性, 損傷と変形の関係を実験的に明らかにする (2) せん断強度と曲げ強度, 損傷評価の実用的な評価法を提案する 研究背景 : 変断面部材一般について (1) 壁板の破壊に起因する耐力低下, 損傷状況などに不安がある (2) 強度や靭性の精度のよい評価法 ( 研究 実用 ) が確立していない スリットの多用 : 低層建物では多くの場合に合理的ではない 2 年度研究概要 : 袖壁付き柱 6 体 腰壁垂壁付き梁 6 体計 12 体の実験結果とともに 文献調査による実験データにより既往の実用評価法の精度が十分でないことを明らかにした 21 年度研究成果 : 厚い袖壁付き柱 6 体 ( 本課題予算では 4 体 ), 腰壁垂壁付き梁 5 体, 薄い袖壁付き柱 6 体の実験により 評価法の確立に不可欠な実験結果を得るとともに 既往の実験結果も分析して 実用的評価法の提案し 検証結果を整理した 今後の課題 : とくに靭性靭性の実用評価法に必要な部材実験 の実用評価法に必要な部材実験 架構架構や構造物の実験 振動実験 実用的評価法の提案と検証 2

3 7. 鉄筋コンクリート造の変断面部材の構造特性評価に関する実験袖壁を有する柱および腰壁 垂壁を有する梁の力学特性に関する実験と実用評価法の提案 第 1 章高強度鉄筋コンクリート造両側袖壁付き柱の耐震性能に関する実験 - 壁厚, 補強筋比および柱偏在の影響 - ( 東京大学地震研究所, 建築研究所 ) 新築対象 高強度コンクリ - ト (Fc=4) 壁厚さが厚い場合 (t/b=.5) 柱が偏在する場合 せん断強度式 ( 実用評価式 ) の検証

4 試験体 標準 柱偏在 壁筋比 壁厚比 =.5 (29) SWB SWBA SWBT-L SWBW4 重ね継ぎ手 24mm 標準試験体 SWB SWB4C SWB4W 4 4

5 実験結果 5 5

6 実験結果.32%.32%.32%.32% SWB4 Shear force VS. Displacement SWBA4 Shear force VS. Displacement SWBT-L4 Shear force VS. Displacement.32%.32% S hear force (kn) -5 S hear force (kn) -5-5 SWB4 SWBA4 SWBT-L4 S hear force (kn) -1 Displacement (mm) SWBW4 Shear force VS. Displacement Exp. Shear crack Max Strength Exp. Shear crack Max Strength Displacement (mm) SWB4C Shear force VS. Displacement -1 Exp. Shear crack Max Strength Displacement (mm) SWB4W Shear force VS. Displacement 1.64%.64%.32% 1.64% 1 64%.64% 32%.32% force (kn) Shear f -5 force (kn) Shear f -5-5 SWBW4 SWB4C SWB4W force (kn) Shear f -1 Exp. Shear crack Max Strength Displacement (mm) -1 Exp. Shear crack Max Strength Displacement (mm) -1 Exp. Shear crack Max Strength Displacement (mm) 6

7 せん断強度式 既往式 pt ( Fc + 18) Qsu = +.85 pweσ wy be je +. 1N M Qd e +.12 荒川 min 式 日本建築防災協会 日本建築センター 耐震診断基準 同解説 構造関係技術解説書 耐震壁の等価置換 壁引張側 柱引張側 袖壁の等価置換 de 柱の引張鉄筋中心から圧縮縁引張鉄筋郡中心から圧縮縁 be ( 柱断面積 + 圧縮側壁断面積 ) /( 柱せい + 圧縮側壁長さ ) 断面積 / 全せい 問題点 1 コンクリ-トの応力度負担が過大になる端部の断面幅が小さい 2 耐震壁のよう等価壁厚に置換 端部が拘束されていないので危険側の評価 3 等価な補強筋効果の算定は明らかに過大評価である 7 7

8 せん断強度式 Q suw Q suc 壁と柱の断面を縦 ( 壁長さ ) 方向に分割し Qsuc,Qsuw を算出 累加する Qsu = Qsuw + Qsuc +. 1N 分割累加式 柱 袖壁の実用せん断設計式と同様に応用可能 荒川 min 式により算出 断面形状によらず物理的に安全側の評価 鉄筋の重複評価しないように適用する アーチ トラス機構 袖壁部の全域で一様なトラス機構が生じないため柱部同様な計算方法で算出 補強筋比によるクリティカル機構を考慮し以下の式のうち最小値とする Q su p t ( F c + 18) = +.85 pweσ M Qd e +.12 wy be je 荒川 min 式 V V V u u u 5 p weσ wy bd μpweσ wy be je νσ B tan θ λ = + 2 λνσ B + pweσ wy 靭性保証型指針 = be je 3 λνσ B = be je 2 8 8

9 せん断強度式 * 過去 (8 体 )& 既往 (43 体 ) の実験結果を含む計 (67 体 ) 耐震診断 1.4 構造技術 Qexp/Qmu 1.8 東ら 1 東ら 2 大宮ら.6 磯ら 1 磯ら 2 磯ら 3.4 SW series SWT series SW4 series SWT4 series.2 SWB4 series SWBA4 series SWBT4 series 分割累加 Qsu/Qmu (mm) Qexp/Qmu 1.8 東ら 1 東ら 2 大宮ら.6 磯ら 1 磯ら 2 磯ら 3.4 SW series SWT series SW4 series SWT4 series.2 SWB4 series SWBA4 series SWBT4 series Qsu/Qmu (mm) アーチ トラス機構 Qexp/Qmu 1.8 東ら 1 東ら 2 大宮ら.6 磯ら 1 磯ら 2 磯ら 3.4 SW series SWT series SW4 series SWT4 series.2 SWB4 series SWBA4series es SWBT4 series Qsu/Qmu (mm) exp/qmu 1.8 東ら 1 東ら 2.6 大宮ら磯ら 1 磯ら 2 磯ら 3.4 SW series SWT series SW4 series SWT4 series.2 SWB4 series SWBA4 series SWBT4 series Q 東ら 2 Qsu/Qmu (mm) 9 9

10 せん断強度式 修正 強度寄与係数 α による修正 強度寄与係数 α の値 Qsu = Qsuw + α Qsuc +. 1N 検討行った試験体に関してひずみを元に以下のように設定 α=.5 α=1. α=1. * 壁厚比.25 * 出張比 1. * 両側袖壁 * 壁厚比.25 * 出張比 1. 以下 * 片側袖壁 * 柱引張方向のみ * 壁厚比.5 * 両側 片側袖壁 今後検討が必要な強度寄与係数 α? 壁厚比.25 以下の袖壁が薄い場合? 袖壁出張比が大きい場合? 片側の柱圧縮方向 1 1

11 せん断強度式 せん断強度式 24体(うち過去8体) 既往(43体)の実験結果を含む計(67体) 分割累加 東ら 1 東ら 2 大宮ら 磯ら 1 磯ら 2 磯ら 3 SW series SWT s eries SW4 s eries SWT4 s eries SWB 4 series SWB A 4 s eries SWB T4 s eries.6 修 正 前.4 修 正 後 アーチ トラス機構 機構 1.4 Qexp/Qmuu Qexp/Qmu 東ら 1 東ら 2 大宮ら 磯ら 1 磯ら 2 磯ら 3 SW series SWT series SW4 series SWT4 series SWB4 series SWBA4 series SWBT4 series 分割累加 α 東ら 1 東ら 2 大宮ら 磯ら 1 磯ら 2 磯ら 3 SW series SWT series SW4 series SWT4 series SWB4 series SWBA4 series i SWBT4 series アーチ トラス機構 α 1.4 Qexp/Qmu Q Qexp/Qmu Q /Q Qsu/Qmu ((mm)) Qsu/Qm u (m ( m).8 1 Qsu/Qmu (mm) 東ら 1 東ら 2 大宮ら 磯ら 1 磯ら 2 磯ら 3 SW series SWT series SW4 series SWT4 series SWB4 series SWBA4 series SWBT4 series Qsu/Qmu (mm)

12 破壊モード * 壁部と柱部を分けて考える a. 鉄筋降伏から >> 強度評価壁横筋 vs 壁縦筋主筋 vs 帯筋 袖壁部と柱部を せん断 (s) () 曲げ (m) () mm sm ss 柱 : 曲げ 柱 : 曲げ 柱 : せん断 壁 : 曲げ 壁 : せん断 壁 : せん断 b. 復元力から >> 靭性評価部材の挙動から 袖壁部と柱部を せん断 (S) 曲げ (M) 損傷 (D) Shear force F u F y F 1.8F u Shear force F u F y.8f u F F c F c F 1 F 2 MM d c d y d u d.8 d 1 d 2 Displacement d y d u d.8 d 1 Displacement DM DS SS 柱 : 曲げ 柱 : 曲げ 柱 : せん断 柱 : せん断 壁 : 曲げ 壁 : 損傷 壁 : 損傷 壁 : せん断 12 d c 12

13 破壊形式とせん断余裕度 * 曲げ式 : 完全塑性理論 * せん断式 : 分割累加式 鉄筋降伏からの破壊モード 復元力からの破壊モード 1.5 破壊モード VS. せん断余裕度 片側袖壁両側袖壁 1 せん断余裕度.5 mm sm ss 破壊モード 靭性有 脆性的 靭性有 脆性的 13 13

14 まとめ 壁厚が比較的厚い ( 柱幅 3, 壁厚 15, 壁厚比 5).5) 場合で, 柱位置や補強筋比 を主要なパラメータとした袖壁付き柱 6 体の実験を行い, 以下の結論を得た (1) 試験体 SWB4,SWB4C,SWB4W,SWBA4 は, 破壊形式がせん断破壊型となった SWBT-L4は壁引張側で曲げ型, 柱引張側でせん断破壊型となった 帯筋比, 壁筋比を2 倍にしてM/Qdをやや大きくした試験体 SWBW4 は曲げ破壊型となった (2) 同じ断面 加力条件で, 柱または袖壁のせん断補強筋比が異なる試験体 SWB4, SWB4C,SWB4Wを比較すると, 柱または袖壁の横補強筋が増えることで, せん断破壊耐力および最大耐力時変形が向上し, 特に柱帯筋を増やした SWB4C は最大耐力到達時変形が1.2 倍程度になった (3) 柱の位置が異なる試験体 SWB4,SWBA4,SWBT-L4のせん断耐力 ( 負側 ) を比較すると, 負側の耐力に対して柱位置はあまり影響しないことがわかった 柱圧縮 ( 正 ) 側の最大耐力もさらに大きい可能性もあるが, 大きな違いはなかった (4) 袖壁付き柱が最大耐力に到達したときに, 柱の主筋または帯筋が降伏し始めていることから, 部材の耐力に柱帯筋が十分寄与していることが推定された 第 1 章高強度鉄筋コンクリート造袖壁付き柱の耐震性能に関する実験 - 壁厚, 補強筋比および柱偏在の影響 - ( 東京大学地震研究所 ) 14 14

15 まとめ (1) 24 体試験体の実験結果を, 鉄筋の降伏状況 & 最大耐力以降挙動より 以下の以下の 4 種類の構造特性に分類し, これらの破壊モードをせん断破壊余裕度に対してある程 度関係づけることができた a. 袖壁端部縦筋と主筋が降伏し曲げ型となり耐力低下ほとんどなく靭性ある挙動 b. 袖壁損傷より耐力が低下するが, 耐力低下後には柱が曲げ変形し靭性ある挙動 c. 最大耐力以降, 袖壁 柱が共に耐力低下が生じ最終的にせん断破壊 d. 耐力低下や袖壁の損傷前の小さい変形で全体に渡ってせん断破壊 (2) 67 体の袖壁付き柱の終局せん断強度に対してせん断強度式の精度を検証し, 以下のような結論を得た既往式 : 特定の形状の試験体において精度が悪い分割累加式 : 比較的に精度よく全試験体に対して適切に評価アーチ トラス : 課題評価の試験体もあり, ばらつきが大きい修正式 : 強度寄与係数 α を設計式に一般化しうる可能性を確認した 第 1 章高強度鉄筋コンクリート造袖壁付き柱の耐震性能に関する実験 - 壁厚, 補強筋比および柱偏在の影響 - ( 東京大学地震研究所 ) 15 15

16 7. 鉄筋コンクリート造の変断面部材の構造特性評価に関する実験袖壁を有する柱および腰壁 垂壁を有する梁の力学特性に関する実験と実用評価法の提案 第 2 章 腰壁垂れ壁付き梁部材の構造性能に関する実験 ( 横浜国立大学, 建築研究所 )

17 研究目的 本研究では昨年度に引き続き 曲げ破壊を想定した腰壁 垂れ壁付梁試験体, スリット試験体の実験を行った. 実験 1 腰壁 垂れ壁付き梁試験体 導入せん断力増大 変形性能の確認 実験 2 スリット試験体 取り付く壁を変化 初期剛性, 降伏時変形の確認 17

18 実験 1 腰壁 垂れ壁付き梁試験体 昨年度試験体 τu/fc.4 (<.15) 終局変形角 1/4 (rad.) 本年度実験導入せん断力増大 変形性能の確認 昨年度試験体 本年度試験体 壁の延長 SP-BW4 SP-BW1 高強度鉄筋を使用 SP-BW5 18

19 実験 2 スリット試験体 昨年度試験体初期剛性 増大, 降伏時変形 減少壁の影響が無視できない 本年度実験取り付く壁を変化 初期剛性, 降伏時変形の確認 昨年度試験体 本年度試験体 SP-B1 片壁に SP-S3 SP-S4S4 三方スリットを想定 SP-S1 S1 SP-S2 壁の延長 19

20 実験 1,2 加力装置図 水平ジャッキ 正 負 鉛直ジャッキ 軸力 で一定, 正負繰り返し逆対称曲げモーメント 2

21 実験結果 1 (SP-BW4, SP-BW5) せん断力 (kn) -1/25-1/5-1/1-1/2 1/2 1/1 1/5 1/25-15 SP-BW1( 基準試験体 ) -3 SP-BW4( 壁延長試験体 ) SP-BW5( 高強度鉄筋試験体 ) -45 変形角 (rad.) 8% 低下点 最大耐力 21

22 実験結果 1 (SP-BW4, SP-BW5) τu/ /Fc FB 部材 FA 部材 SP-BW1 SP-BW2 SP-BW3 SP-BW4 SP-BW 終局変形角 (rad.) 22

23 実験結果 2 (SP-S2~ SP-S4) 梁試験体に対する比率 SP-S1 SP-S2 SP-S3 SP-S4 初期剛性 曲げ降伏強度 曲げ降伏時変形 せん断力 (kn N) -1/1-1/2-1/4 5-1/8-5 1/8 1/4 1/2 1/ 変形角 (rad.) SP-B1( 梁試験体 ) SP-S1( スリット基準試験体 ) SP-S2( 壁延長スリット試験体 ) SP-S3( 片側壁スリット試験体 ) SP-S4( 三方スリット試験体 ) 降伏点 23

24 検討項目 ( その他 ) 使用限界 曲げひび割れ強度 曲げ降伏強度 曲げ終局強度 等価粘性減衰定数 h eq 24

25 結論 (1) 腰壁 垂れ壁付梁壁試験体 壁延長試験体 τu/fc / =.49 終局変形角 1/5(rad.) 高強度鉄筋試験体 τu/fc =.116 終局変形角 1/76 (rad.) (2) スリット試験体 初期剛性 増大, 降伏時変形 減少壁の影響が無視できない 壁を長くしても初期剛性は単調増加しない 曲げ降伏強度 梁試験体とほぼ同じ 25

26 University of Fukui 7. 鉄筋コンクリート造の変断面部材の構造特性評価に関する実験袖壁を有する柱および腰壁 垂壁を有する梁の力学特性に関する実験と実用評価法の提案 第 3 章 比較的薄い袖壁を有する袖壁付き RC 柱の せん断性能評価に関する実験 試験体 ( 福井大学, 建築研究所 ) 26

27 目的 本研究では, 袖壁の厚さが比較的薄い袖壁 ( 断面幅の1/6 の袖壁厚さ ) 付き RC 柱を想定し, 構造実験により, そのせん断性状 ( 破壊性状, 変形性状, 耐力 ) を確認, 評価することを目的 下記変動要因がせん断性状に及ぼす影響を確認 袖壁の左右の出幅の変化 軸力比 袖壁の偏心 袖壁横筋比 既往のせん断終局強度式による計算値との適合性の確認 RC 耐震診断基準式 技術基準式 短期許容せん断力時のひび割れ状況の確認 27

28 実験概要 ~ 試験体形状 ~ 共通要因 寸法 柱断面 :3mm 3mm 内法高さ :9mm 袖壁を含めた全せい :15mm 袖壁厚さ :5mm コンクリート 単位 (mm) 設計基準強度 :24N/mm 2 配筋 柱主筋 12-D16(SD685) 柱帯筋 D6(SD295A)@5 壁縦筋一般部 D6(SD685)@ 例 No.3-1 配筋図 28

29 実験概要 ~ 試験体一覧図 ~ 出幅 軸力 86kN 1D 3D 4D No.3-2 No.3-3 No.3-4 基準試験体 Psh=1.27% 36kN 偏心 2D 2D No.3-1 袖壁横筋比 Psh=.32% No.3-5 No

30 加力方法建研式加力 ( 逆対称 ) 軸力 水平力 h= CL N1 θ N1 θ M δ M θ M M N2 θ N2 P 575 L= [ 単位 :mm] 試験区間に生じるせん断力 Q Q = P ( N 1 + N 2 ) sin θ + (N1 + N2) δ ここに δ L sinθ= cosθ = L +δ L + δ N1 + N2= 36( k N) No.3-1~3-5 3 N1+ N2 = 86( kn) No.3-6 cos θ /h 3

31 破壊性状の一例 No.3-1 WRC-(R2D+L2D)-42/127-1/6Fc-SS 短期許容せん断力時 短期許容 断力時 最大耐力を含むｻｲｸﾙ(R=1/1rad.) 最大耐力を含む 最終破壊状況 せん断破壊 31

32 せん断力 (Q)- 相対変位 (δ) 関係 9 Q(kN) 要因 : 出幅 9 Q(kN) 要因 : 軸力 6 D:4D 3 R(rad) 1/2 1/8 1D:3D 6 3 R(rad) 86kN 1/2 1/8 36kN 1/1 1/4 1/4 1/1 1/1 1/4 1/4 1/ D:2D 1/8 1/2 R(rad) -3 曲げひび割れ せん断ひび割れ コンクリート圧壊最大耐力 -6 1/8 1/2 R(rad) 曲げひび割れ せん断ひび割れ コンクリート圧壊最大耐力 δ(mm) 弾性剛性は柱が寄っている試験体ほど高いが, せん断ひび割れ ( ) 後は大差なし 最大耐力, および最大耐力後の変形性能に大差なし δ(mm) 弾性剛性, および最大耐力は軸力が大きいほど上昇 最大耐力後の変形性能は本試験の範囲では大差なし 32

33 せん断力 (Q)- 相対変位 (δ) 関係 9 6 Q(kN) 偏心 要因 : 偏心 9 6 Q(kN) 要因 : 壁横筋比.32% 3 R(rad) 1/2 1/8 中心 3 R(rad) 1/2 1/8 1.27% 1/1 1/4 1/4 1/1 1/1 1/4 1/4 1/ /8 1/2 R(rad) -3 曲げひび割れ せん断ひび割れ コンクリート圧壊最大耐力 -6 1/8 1/2 R(rad) 曲げひび割れ せん断ひび割れ コンクリート圧壊最大耐力 δ(mm) 最大耐力前の挙動は大差なし 最大耐力時の変位, および最大耐力後の変形性能が偏心により低下し, より脆性的となった δ(mm) 最大耐力前の挙動は大差なし 最大耐力は壁横筋比が大きいほど大きく, 変形性能も改善された 33

34 最大耐力の比較 ( 要因別 ) eqmax(kn) 要因 : 出幅 eqmax 1 σ 2 B 2 9 2D:2D σ B=26.5 (N/mm 2 ) 1D:3D σ B=28.2 (N/mm 2 ) D:4D σ B=28.2 (N/mm 2 ) 18 eqmax(kn) 要因 : 軸力 eqmax 1 σ 2 B 2 9 N=36kN σ B =26.5 N=86kN σ B =26.5 (N/mm 2 ) (N/mm 2 ) No.3-1 No.3-2 No No.3-1 No eqmax(kn) 要因 : 偏心 eqmax eqmax(kn) 要因 : 壁横筋比 eqmax 1 9 中心 σ B =26.5 (N/mm 2 ) 偏心 σ B =29.7 (N/mm 2 ) σ 2 2 B psh=1.27% σ B =26.5 (N/mm 2 ) psh=.32% σ B =29.7 (N/mm 2 ) σ 2 2 B No No No No

35 RC 耐震診断基準式 w Q Su1 + = 引張.23.53p53p te (18 + Fc ) p we σ wy +.1σ e M/(Q d e ) +.12 圧縮 引張圧縮 b e j e 圧縮引張 1 引張側の袖壁を無視して長方形断面に置換 技術基準式 2 左右で計算値が異なる場合, 両方向の平均値.23.53pte (Fc + 18) g Qsu = pwe σwy be je + 1N.1N M/(Q de) +.12 引張 圧縮 全断面を考慮して長方形断面に置換 35

36 RC 耐震診断基準式 技術基準式 eqmax (kn) 圧縮 置換 引張 比較値 =1. No.3-1 No.3-2 No.3-3 No.3-4 No.3-5 No.3-6 Qsu1(kN) 比較値 =1.24~1.64 平均 RC 耐震診断基準式 すべて安全側に評価された ( 計算値が実験値よりやや小さめ ) 袖壁出幅が左右で異なる試験体の精度が悪い ( 左図, ) eqmax (kn) 圧縮 置換 引張 比較値 =1.54~1.85 平均 1.74 技術基準式 比較値 =1. No.3-1 No.3-2 No.3-3 No.3-4 No.3-5 No.3-6 Qsu2(kN) すべて安全側に評価された ( 計算値が実験値よりかなり小さめ ) 36

37 まとめ : 第 3 章比較的薄い袖壁を有する袖壁付き RC 柱のせん断性能評価に関する実験 せん断終局耐力と諸要因の関係 1 左右出幅 ( 柱位置 ) を変化させてもせん断終局耐力はほぼ一定であり, 影響は認められなかった 2 軸力および壁横筋比の増加に伴い, せん断終局耐力が上昇する事が確認された 3袖壁が偏心して取付く事でせん断終局耐力が減少することが確認された > 短期許容せん断力時のひび割れ状況 引張端に曲げひび割れが発生した程度であり, 損傷は軽微であった 既往のせん断終局耐力評価式による比較 既往の2 手法の評価式 (RC 耐震診断基準式 および技術基準式 37) ではいずれも安全側に評価された