長 野 工 業 高 等 専 門 学 校 紀 要 第 49 号 (2015) 1-6 鉄 筋 コンクリート 柱 の 部 材 軸 直 角 方 向 に 圧 縮 力 を 作 用 させることによる 補 強 効 果 の 研 究 丸 山 健 太 郎 *1 遠 藤 典 男 *2 山 口 広 暉 * 3 Study

長 野 工 業 高 等 専 門 学 校 紀 要 第 49 号 (2015) 1-6 鉄 筋 コンクリート 柱 の 部 材 軸 直 角 方 向 に 圧 縮 力 を 作 用 させることによる 補 強 効 果 の 研 究 丸 山 健 太 郎 *1 遠 藤 典 男 *2 山 口 広 暉 * 3 Study of failure properties of RC column reinforced with steel bar which acting by tensile stress MARUYAMA Kentaro, ENDOH Norio and YAMAGUCHI Hiroki In this study, in order to not expand crack and tensile principal strain, proposing to reinforcement for RC column, and verifying effect reinforcement. Reinforcing system is, at first, threaded steel bar was inserted to a hole, which has been opened at RC column. Next, steel bar was acting tensile force by tightening a nut, as a result, producing compressive force in horizontal direction to RC column. As the results of compression test for RC columns, when compressive forces had been acting on RC-column cross-section on 2-direction (in a case of acting torque of 160[N m] at reinforcing bolt-nut), load capacity did not increased. However, it was found that controlling of not expanding crack and not increasing of tensile strain. キーワード: 鋼 棒 挿 入,プレストレス,ひび 割 れ 補 強 1.ま え が き コンクリート 構 造 物 の 耐 用 年 数 は 50 年 程 度 と 言 われており, 近 年 は 耐 用 年 数 が 近 付 いたコンクリー ト 構 造 物 が 増 加 している.しかしながらコストや 環 境 への 影 響 を 考 慮 し, 維 持 管 理 や 保 守 補 修 を 行 うこ とで 耐 用 年 数 を 迎 えたコンクリート 構 造 物 の 長 寿 命 化 を 図 ることが 社 会 的 なニーズとなっている.その ため, 様 々な 補 強 手 法 が 提 案 され, 実 用 化 に 至 り, 新 工 法 での 施 工 実 績 も 多 くなりつつある. ここで, 鉄 筋 コンクリート 柱 ( 以 下 RC 柱 )の 部 材 軸 方 向 に 過 大 な 圧 縮 力 が 作 用 したとき,RC 柱 は せん 断 破 壊 を 起 こし 激 しく 崩 壊 する. 本 研 究 では, RC 柱 がせん 断 破 壊 するときの 破 壊 状 態 の 低 減 や 水 平 ひずみの 抑 制 手 法 として, 鋼 棒 を 部 材 軸 水 平 方 向 に 埋 設 したのち 鋼 棒 に 引 張 力 を 作 用 させ, 被 補 強 部 *1 技 術 支 援 部 技 術 職 員 *2 環 境 都 市 工 学 科 教 授 *3 平 成 26 年 度 環 境 都 市 工 学 科 卒 業 研 究 生 ( 現 ( 株 ) 角 藤 ) 原 稿 受 付 2015 年 5 月 20 日 材 に 圧 縮 力 を 作 用 させることによる 補 強 効 果 の 検 証 を 行 う. 2. 試 験 体 の 作 製 2-1 使 用 材 料 および 表 1に 試 験 体 を 作 製 するために 使 用 した 骨 材 の 物 性 値 を 示 す. 骨 材 は 千 曲 川 水 系 の 川 砂 利 と 川 砂 を 使 用 し,セメントは 普 通 ポルトランドセメント, 混 和 剤 としてスルホン 酸 系 の AE 減 水 剤 を 使 用 した. 試 験 体 作 製 に 用 いたコンクリートの 配 合 を 表 2に 示 す. 配 合 におけるスランプの 目 標 値 を 8[cm], 表 1 骨 材 の 物 性 値 細 骨 材 粗 骨 材 表 乾 密 度 [g/cm 3 ] 2.60 2.62 絶 乾 密 度 [g/cm 3 ] 2.56 2.57 吸 水 率 [%] 2.4 0.8 単 位 容 積 質 量 [kg/l] 1.63 1.78 実 積 率 [%] 62.7 67.9 粗 粒 率 2.4 6.4 1

丸 山 健 太 郎 遠 藤 典 男 山 口 広 暉 表 2 コンクリート 配 合 表 粗 骨 材 最 大 寸 法 [mm] スランプ [cm] 水 セメント 比 W/C[%] 空 気 量 [%] 粗 骨 材 率 s/a[%] 水 W セメント C 単 位 量 [kg/m 3 ] 細 骨 材 S 細 骨 材 G 混 和 剤 A 20 8 47 4 48 150 319 884 961 3 空 気 量 の 目 標 値 を 4[%] とし, 設 計 基 準 強 度 を 32[N/mm 2 ]として 配 合 設 計 を 行 った.なお 使 用 した コンクリートにおいてスランプの 実 測 値 は 8.0[cm], 空 気 量 の 実 測 値 は 5.3[%],28 日 強 度 の 平 均 は 42.2[N/mm2]であった. 2-2 RC 柱 の 概 要 図 1 に 試 験 体 の 概 要 を 示 す. 試 験 体 の 断 面 寸 法 は, 一 辺 150[mm]の 正 方 形 断 面 とした. 主 鉄 筋 と して D13 の 異 形 棒 鋼 ( 材 質 :SD294)4 本 を 芯 かぶ り 35[mm]の 位 置 に 配 置 し( 断 面 積 :As=507[mm 2 ]), φ6 の 丸 鋼 棒 ( 材 質 SR235)で 作 製 したフープ 筋 を 300[mm] 間 隔 で 配 置 した.また 上 下 端 から [mm] に 2 軸 ひずみゲージを 取 り 付 けた. 2-3 RC 柱 の 耐 荷 力 算 出 本 研 究 で 作 製 する 試 験 体 の 耐 荷 力 の 算 出 を 行 う N u = 0.85f c A c + f t A ss より N u = 0.85 32 21993 + 295 507 = 747.8[kk] よって 耐 荷 力 は 747.8[kN] ここに fc :コンクリートの 設 計 基 準 強 度 (32[N/mm 2 ]) fy : 鉄 筋 の 圧 縮 降 伏 強 度 (294[N/mm 2 ]) Ast : 鉄 筋 の 総 断 面 積 (D13:126.7[mm 2] 4 = 507[mm 2 ]) Ac :コンクリート 断 面 積 (150[mm] 150[mm]-507[mm 2 ] = 21993[mm 2 ]) 3. 補 強 方 法 と 施 工 3-1 補 強 方 法 本 研 究 で 補 強 に 用 いる 治 具,および 治 具 を 配 置 し た 試 験 体 の 上 面 図 を 図 2 に 示 す. 試 験 体 に 水 平 方 向 でφ32 の 孔 を 開 削 し,φ19 の 鋼 棒 ( 材 質 :SR235) を 挿 入 したのち, 孔 と 鋼 棒 の 空 隙 にグラウト 材 ( 水 セメント 比 0.3 のセメントペースト)の 注 入 を 行 っ た.その 後 グラウト 材 が 硬 化 する 前 に, 鋼 棒 の 両 側 530 115 300 115 150 図 1 試 験 体 概 要 図 鋼 棒 (φ19) ゴムマット ε V: 垂 直 ひずみ 2 軸 ひずみゲージ フープ 筋 (φ6) 異 形 鉄 筋 (D13) グラウト 材 鋼 板 (100 100 t=6mm) 図 2 補 強 方 法 と 治 具 の 配 置 図 ε H: 水 平 ひずみ にφ23 の 孔 を 開 けたゴムマットと 鋼 板 を 配 置 し,ナ ットに 所 定 のトルクを 導 入 した. 3-2 トルクの 決 定 本 研 究 では 埋 設 した 鋼 棒 をナットで 締 め 付 けるこ とで 鋼 棒 に 引 張 力 を 作 用 させ, 試 験 体 に 部 材 軸 直 角 150 2

鉄 筋 コンクリート 柱 の 部 材 軸 直 角 方 向 に 圧 縮 力 作 用 させることによる 補 強 効 果 の 検 証 方 向 の 圧 縮 力 を 作 用 させる.そこで 予 備 実 験 として, ナットを 締 め 付 ける 際 のトルクと,そのトルクが 導 入 されているのときに 鋼 棒 に 作 用 している 引 張 力 の 確 認 を 行 った. 予 備 実 験 を 行 った 結 果 から 得 られたトルクと 鋼 棒 のひずみとの 関 係 図 を 図 3 に 示 す.この 結 果 より, 本 実 験 で 試 験 体 に 作 用 させるトルクを 160[N/m]と 決 定 した.また [N/m]を 作 用 させる 試 験 体 も 用 意 し, 比 較 検 討 を 行 う.なお [N m]のトルクを 導 入 した 場 合 の 鋼 棒 に 作 用 する 引 張 応 力 は 78.55 [N/mm2],160[N m]のトルクを 導 入 した 場 合 の 鋼 棒 に 作 用 する 引 張 応 力 は 137.15[N/mm2]である. 3-3 試 験 体 への 補 強 方 法 本 試 験 では 4 種 類 の 試 験 体 を 作 製 して 載 荷 試 験 を 行 い,それぞれひずみを 測 定 した. 図 4に 試 験 体 それ ぞれの 補 強 の 概 要 図 を 示 す. 試 験 体 1:2 方 向 に 鋼 棒 を 挿 入 しトルク [Nm]を 作 用 させた 試 験 体 試 験 体 2:2 方 向 に 鋼 棒 を 挿 入 しトルク 160[Nm]を 作 用 させた 試 験 体 試 験 体 3: 2 方 向 に 鋼 棒 を 挿 入 したのみの 試 験 体 試 験 体 4: 補 強 を 行 わない 試 験 体 トルク[kN m] 220 200 1 160 140 120 100 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 600 700 0 900 1000 ひずみ[μ] 1 回 目 2 回 目 図 3 トルクと 鋼 棒 のひずみの 関 係 図 4. 載 荷 試 験 結 果 4-1 荷 重 と 水 平 ひずみの 関 係 図 5に 荷 重 とεH(εH: 水 平 方 向 ひずみ)の 関 係 を 示 す. 図 5より, 同 一 荷 重 において, 無 補 強 の 試 験 体 4 に 比 べ 水 平 ひずみが 小 さくなったのはトルク 160[N m]を 作 用 させた 試 験 体 2 のみである.トル ク [N m]を 作 用 させた 試 験 体 1 や 鋼 棒 を 挿 入 し たのみの 試 験 体 3 は, 同 一 荷 重 における 水 平 ひずみ が 試 験 体 4 と 同 等 かそれ 以 上 となった.このことに より 鋼 棒 に 160[N m]のトルクを 導 入 することによ り, 水 平 ひずみを 抑 制 する 効 果 があることが 分 かっ た. 4-2 最 大 荷 重 後 の 試 験 体 の 破 壊 写 真 1 は 最 大 荷 重 後 におけるそれぞれの 試 験 体 で ある. 無 補 強 の 試 験 体 4 は 最 大 荷 重 直 後 にせん 断 破 壊 が 発 生 し 大 きなひび 割 れが 生 じた. 補 強 を 行 った 試 験 体 1~3 は, 最 大 荷 重 直 後 では 小 さなクラック が 発 生 しただけであった. また 大 きなクラックが 生 じなかった 試 験 体 1~3 へ 再 載 荷 を 行 い,クラックがどのように 増 加 するか を 確 認 した. 写 真 2 は 再 載 荷 を 行 った 後 のそれぞれ 荷 重 [kn] 1200 1000 0 600 400 200 0 試 験 体 1,2 試 験 体 3 図 4 補 強 方 法 の 概 要 図 0 200 400 600 0 1000 1200 1400 1600 10 ε H 試 験 体 1 試 験 体 2 試 験 体 3 試 験 体 4 図 5 荷 重 εh の 関 係 図 3

丸 山 健 太 郎 遠 藤 典 男 山 口 広 暉 試 験 体 1 試 験 体 2 試 験 体 3 試 験 体 4 写 真 1 最 大 荷 重 後 の 試 験 体 このことより, 部 材 軸 直 角 方 向 に 圧 縮 力 を 作 用 さ せることで,せん 断 破 壊 による 大 きなひび 割 れを 抑 制 することが 出 来 ると 考 えられる. 5.まとめ 試 験 体 1 試 験 体 2 写 真 2 再 載 荷 後 の 試 験 体 試 験 体 3 本 研 究 では 鉄 筋 コンクリート 柱 の 部 材 軸 直 角 方 向 に 圧 縮 力 を 作 用 させることによる 補 強 効 果 の 検 証 を 行 い, 以 下 のことが 分 かった. 鋼 棒 に 一 定 以 上 のトルク( 本 実 験 では 160[N m]) を 導 入 し 鉄 筋 コンクリート 柱 に 圧 縮 力 を 作 用 させる ことで, 水 平 ひずみを 抑 制 する 効 果 を 得 ることが 出 来 る.また, 最 大 荷 重 後 のせん 断 破 壊 による 大 きな クラックを 抑 制 する 効 果 も 期 待 できると 考 えられる. の 試 験 体 である. 鋼 棒 を 挿 入 しトルクを 作 用 させていない 試 験 体 3 は 再 載 荷 後 すぐにせん 断 破 壊 を 起 こし, 大 きなひび 割 れが 生 じた.しかしながら, 鋼 棒 にトルクを 導 入 し 部 材 軸 直 角 方 向 に 圧 縮 力 を 作 用 させた 試 験 体 1,2 は, 再 載 荷 を 行 い 部 材 軸 方 向 に 圧 縮 変 位 を 加 えても, 試 験 体 の 上 端 や 下 端 にひび 割 れが 生 じるものの, 試 験 体 3 のような 大 きなひび 割 れが 発 生 することはな かった. 参 考 文 献 1) 遠 藤 典 男, 丸 山 健 太 郎, 中 村 紅 実, 大 上 俊 之 : 軸 鉛 直 方 向 に 圧 縮 力 を 作 用 させたRCはりの 補 強 効 果 に 関 する 考 察, 構 造 工 学 論 文 集,2013.3 2) 青 木 勇 磨 : 軸 直 角 方 向 に 圧 縮 力 を 作 用 させた 柱 の 補 強 効 果 に 関 する 研 究, 長 野 高 専 環 境 都 市 工 学 科 卒 業 論 文,2013.3 4