Embed Size (px)
Citation preview
平成20年度国土交通省建築基準整備促進補助金事業
鉄筋コンクリート造の柱梁接合部の
せん断破壊に関する実験
研究代表者： 塩原 等
国立大学法人東京大学工学系研究科建築学専攻
目的
• 幅広い設計因子の耐震実験
• 架構の靭性の判定法の合理化のための実験資料を収集
• 鉄筋コンクリート骨組構造の柱梁接合部の耐震設計の合理化
• 柱梁接合部の耐震補強設計の開発
実験計画
• 1/3スケール十字形柱梁接合部
• A シリーズ パイロット実験（A01～A02） 2 体
• B シリーズ 柱せい／梁せい = 1.0 (B01～B11） 11 体
• C シリーズ CFRP 耐震補強（C01～C04） 4 体
• D シリーズ 柱せい／梁せい = 2.0（D01～D11） 11 体
実験変数
1. 梁主筋量柱梁接合部のせん断余裕度 （0.55～ 1.3）
2. 柱・梁曲げ強度比柱の曲げ終局強度の梁の曲げ終局強度に対する比 (1.0 ～ 2.0）
3. 主筋間距離比部材断面の引張主筋と圧縮主筋の間隔と部材せいの比 (0.5 ～ 0.8）
4. 接合部アスペクト比柱せいと梁せいの比 （1.0～ 2.0）
試験体形状 ( B シリーズ )
���B01�B10 ���B11
700
240580 580
700
700
700
580
700
240
580
580
950
450
830
330
������2 �-D6(SD295A)
���������-D6@50(SD295A)
���
(��:mm)
LC
�������
0.8
�������
0.6
5�������
0.5
���� �
��!"#$�
1.4
��!"#$�
1.8
240
192
2424
2424
192
240
240
192
240
��% ��% ��%
2424
240
240
240
192
2424
192
240
240
240
120
2436
2436
240
240
120
2436
2436
240
2424
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
240
192
2424
192
240
2424
240
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
��� 4-D13(SD345)
1
��� 5-D13(SD345) ��� 5-D16(SD390)
6-D13
6-D13
5-D13
5-D13
4-D13
4-D13
5-D13
5-D13
5-D16
5-D16
5-D13
2-D13
5-D13
5-D13
2-D13
5-D13
�& �&
�&
��% ��% ��%
柱と梁の配筋詳細 ( B シリーズ )
B03
B09
B10
B02B01
B07
B08
B04 B05
B06
加力装置
加力方向
PC鋼棒
ロードセル
ロードセル
試験体
ピン
1/4000.5Qc 1/2001/100 2
1/50 21/33 2
3.02.01.0
-1.0-2.0-3.0
0.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9
加力サイクル
層間変形角
はり加力
油圧ジャッキ
試験体 B01 B04B11 B07 B08 B02 B05 B06 B03 B09 B10
梁主筋 4-DD13 5-D13 5-D16
主筋間距離比 0.880 0.65 0.50 0.80 0.80 0.65 0.50
接合部せん断余裕度 1.229 1.26 1.24 1.03 0.57 0.56 0.55
柱・梁曲げ耐力比 1.00 1.48 1.000 1.00 1.35 1.78 1.00
梁主筋引張降伏力 kN 1992 240 423
釣合鉄筋量 kN 538 538 428 323 538 538 538 538 428 323
引張鉄筋量／釣合鉄筋量 0.36 0.36 0.45 0.59 0.45 0.45 0.45 0.79 0.99 1.31
試験体の力学特性値 ( B シリーズ )
試試験体 B01 B04 B11 B07 B08 B02 B05 B06 B03 B09 B10梁主筋 4-D13 5-D13 5-D16
柱主筋 4-D13 6-DD13 4-DD13 5-D13 5-D132-D13
5-D135-D13 5-D16
梁主筋間距離離比 0.80 0.65 0.5 0.80 0.80 0.65 0.50
接合部内対角 正 57.61.09
58.80.95
57.00.95
57.01.25
55.71.31
69.51.20
69.91.14
70.90.95
107.12.20
88.82.11
98.52.50
梁主筋線位置 負 -55.2
-1.14-60.0-0.90
-56.2-0.90
-53.0-1.19
-55.8-1.35
-66.7-1.21
-69.0-1.00
-74.4-1.20
-96.6-1.81
-89.5-1.73
-87.9-2.32
降伏柱フェース
正 61.81.74
N//A
63.12.80
66.42.80
N/A未降伏 未降伏 未降伏
柱フェース負 -43.3
-2.00
N//A-57.8-2.91 未降伏
N/A-85.0-2.41 未降伏 未降伏
接合部内 正 57.61.09
62.62.21
60.81.10
55.21.20
59.51.45
69.51.20
75.82.44 未降伏 101.5
2.6293.62.32
98.52.50
柱主筋対角線位置 負 -59.0
-0.99-58.8-1.62
-53.9-1.00
-53.0-1.19
-57.0-1.40
-66.7-1.21
-70.5-1.64 未降伏 -64.8
-1.61-80.9-2.21 未降伏
降伏梁フェース
正 63.01.88
N//A
62.32.60
63.31.70
N/A
103.32.89 未降伏 未降伏
梁フェース負 -61.4
-1.44
N//A-54.7-2.62
-61.8-1.91
N/A-81.2-2.12 未降伏 未降伏
接合部横補強強筋 37.30.59
52.00.80
45.00.70
40.00.76
43.50.95
34.20.44
45.20.61
52.50.63
63.10.70
36.10.40
52.10.80
最大層せん断断力正 65.2
3.0068.61.51
68.91.50
64.62.00
66.73.00
76.72.00
79.32.02
84.01.50
107.12.00
99.83.00
102.62.91最大層せん断断力
負 -61.5-1.50
-64.2-1.46
-64.9-1.50
-60.4-1.50
-63.0-2.01
-72.3-1.50
-77.7-1.52
-80.5-1.52
-99.4-2.00
-94.2-2.01
-95.8-2.92
上段：層せんん断力(kN)，下段段：層層間変形角
主筋降伏・最大耐力 ( B シリーズ )
�������
0.8
�������
0.6
5�������
0.5
���� �
��!"#$�
1.4
��!"#$�
1.8
240
192
2424
2424
192
240
240
192
240
��% ��% ��%
2424
240
240
240
192
2424
192
240
240
240
120
2436
2436
240
240
120
2436
2436
240
2424
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
240
192
2424
192
240
2424
240
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
��� 4-D13(SD345)
B04, B11
B01
B07
B08
B06
B05
B02 B03
B09
B10
��� 5-D13(SD345) ��� 5-D16(SD390)
6-D13
6-D13
5-D13
5-D13
4-D13
4-D13
5-D13
5-D13
5-D16
5-D16
5-D13
2-D13
5-D13
5-D13
2-D13
5-D13
�& �&
�&
��% ��% ��%
主筋比の影響
主筋比の影響
80
60
40
20
0
20
40
60
80
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-66.3kN./*���$65.2kN
01./*���$ 61.5kN
��234���56
��234���56
�����23
��234789:6
��234789:6
100
80
60
40
20
0
20
40
60
80
100
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-82.1kN./*���$76.7kN
01./*���$ 72.3kN
��23(���5)
��23(���5)
�����23
150
125
100
75
50
25
0
25
50
75
100
125
150
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-142.1kN
��234���56;./*���$107.1kN
01./*���$ 63.0kN
��23(���5)
��23(789:)
��23(789:)
�����23
< ��4789:6=>�?
*�@AB3.0%CD=
E$D?23FGHIJ
B01 B02 B03
接合部せん断余裕度 1.29 接合部せん断余裕度 1.03 接合部せん断余裕度 0.57
����� ���� ����� ���� ����� ����
�������
0.8
�������
0.6
5�������
0.5
���� �
��!"#$�
1.4
��!"#$�
1.8
240
192
2424
2424
192
240
240
192
240
��% ��% ��%
2424
240
240
240
192
2424
192
240
240
240
120
2436
2436
240
240
120
2436
2436
240
2424
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
240
192
2424
192
240
2424
240
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
��� 4-D13(SD345)
B04, B11
B01
B07
B08
B06
B05
B02 B03
B09
B10
��� 5-D13(SD345) ��� 5-D16(SD390)
6-D13
6-D13
5-D13
5-D13
4-D13
4-D13
5-D13
5-D13
5-D16
5-D16
5-D13
2-D13
5-D13
5-D13
2-D13
5-D13
�& �&
�&
��% ��% ��%
柱と梁の曲げ強度比の影響
柱と梁の曲げ強度比の影響
100
80
60
40
20
0
20
40
60
80
100
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-82.1kN./*���$76.7kN
01./*���$ 72.3kN
��23(���5)
��23(���5)
�����23
100
80
60
40
20
0
20
40
60
80
100
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-82.1kN./*���$79.3kN
01./*���$ 77.7kN
���23(���5)
���23(���5)
���23(���5)
���23(���5)
�����23
<������4789:6=KLM?NOFPQGQ100
80
60
40
20
0
20
40
60
80
100
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-82.1kN./*���$84.0N
01./*���$ 80.5kN
���23(���5)
���23(���5)
�����23
<������4789:6=KLM?NOFPQGQ
< ���4���56?
*�@AB3.0%CD=
E$D?23FGHIJ
B02 B05 B0
柱梁曲げ強度比 1.0 柱梁曲げ強度比 1. 柱梁曲げ強度比 1.
����� ���� ����� ���� ����� ����
�������
0.8
�������
0.6
5�������
0.5
���� �
��!"#$�
1.4
��!"#$�
1.8
240
192
2424
2424
192
240
240
192
240
��% ��% ��%
2424
240
240
240
192
2424
192
240
240
240
120
2436
2436
240
240
120
2436
2436
240
2424
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
240
192
2424
192
240
2424
240
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
��� 4-D13(SD345)
B04, B11
B01
B07
B08
B06
B05
B02 B03
B09
B10
��� 5-D13(SD345) ��� 5-D16(SD390)
6-D13
6-D13
5-D13
5-D13
4-D13
4-D13
5-D13
5-D13
5-D16
5-D16
5-D13
2-D13
5-D13
5-D13
2-D13
5-D13
�& �&
�&
��% ��% ��%
主筋間距離比の影響 （接合部せん断余裕度 1.0）
主筋間距離比の影響 （接合部せん断余裕度 1.0）
80
60
40
20
0
20
40
60
80
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-66.3kN./*���$65.2kN
01./*���$ 61.5kN
��234���56
��234���56
�����23
��234789:6
��234789:6
B01
����� ����
主筋間距離比 0.
����� ����
80
60
40
20
0
20
40
60
80
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-60.1kN
./*���$64.6kN
01./*���$ 60.4kN
��234���56
��234���56
�����23
��234789:6
��234789:6
B0780
60
40
20
0
20
40
60
80
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-56.2kN
./*���$66.7kN
01./*���$ 63.0kN
��23(���5)
��23(���5)
��23(789:)
��23(789:)
�����23
< ��4789:6=>�?
*�@AB3.0%CD=
E$D?23FGHIJ
����� ����
主筋間距離比 0. 5 主筋間距離比 0.50
B0
�������
0.8
�������
0.6
5�������
0.5
���� �
��!"#$�
1.4
��!"#$�
1.8
240
192
2424
2424
192
240
240
192
240
��% ��% ��%
2424
240
240
240
192
2424
192
240
240
240
120
2436
2436
240
240
120
2436
2436
240
2424
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
240
192
2424
192
240
2424
240
240
240
156
4242
156
240
4242
240
240
240
120
6060
120
240
6060
240
240
��� 4-D13(SD345)
B04, B11
B01
B07
B08
B06
B05
B02 B03
B09
B10
��� 5-D13(SD345) ��� 5-D16(SD390)
6-D13
6-D13
5-D13
5-D13
4-D13
4-D13
5-D13
5-D13
5-D16
5-D16
5-D13
2-D13
5-D13
5-D13
2-D13
5-D13
�& �&
�&
��% ��% ��%
主筋間距離比の影響 （接合部せん断余裕度 0.55）
主筋間距離比の影響 （接合部せん断余裕度 0.55）
主筋間距離比 0.
B09
主筋間距離比 0. 5 主筋間距離比 0.50
150
125
100
75
50
25
0
25
50
75
100
125
150
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-142.1kN
��234���56;./*���$107.1kN
01./*���$ 63.0kN
��23(���5)
��23(789:)
��23(789:)
�����23
< ��4789:6=>�?
*�@AB3.0%CD=
E$D?23FGHIJ
B03
����� ���� ����� ����
150
125
100
75
50
25
0
25
50
75
100
125
150
sto
ry s
he
ar
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-122.1kN ./*���$99.8kN
01./*���$ 94.2kN
��23(���5)
��23(���5)
�����23
< ��4789:6?
*�@AB3.0%CD=
E$D?23FGHIJ
B10
����� ����
150
125
100
75
50
25
0
25
50
75
100
125
150
sto
ry s
hear
kN
3 2 1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-105.2kN
./*���$102.6kN
01./*���$ 95.8kN
��23(���5)
��23(���5)
�����23
< ��4789:6?
*�@AB3.0%CD=
E$D?23FGHIJ
R: ���STKUVW
X: ���YZKUVW
[: �����23
�: ��23(\B]�^)
_: ��23(789:�^)
(B01�B03;B07�B10)
_: ���23(1`a)(B04�B06)
: ���23(2`a)(B05)
: ./�b
�!"'()*���$+,-
B03B01 B04
0
0
-25
-50
-75
-100
25
50
75
100
0
-25
-50
-75
-100
25
50
75
100
*���$
(kN
)
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
B05
-25
-50
-75
-100
25
50
75
100
*���$
(kN
)*���$
(kN
)
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
B02
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
0
-25
-50
-75
-100
25
50
75
100
B06
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
0
-25
-50
-75
-100
25
50
75
100
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
B08
0
-25
-50
-75
-100
25
50
75
100
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
B07
0
-25
-50
-75
-100
25
50
75
100
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
B11
0
-25
-50
-75
-100
25
50
75
100
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
0
-50
-100
-150
50
100
150
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
B10
0
-50
-100
-150
50
100
150
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
B09
0
-50
-100
-150
50
100
150
0.0 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0
*�@AB(%) *�@AB(%) *�@AB(%)
*�@AB(%)
履歴ループ形状・耐力低下
240580
700
700
240
001001
700700 001001
100
4-D13(SD345)
4-D13(SD345)
2sets -D6(SD295)pw=0.32%
-D6@50(SD295)
240
240
36
168
3
6 4-D13 SD345pt=1.04%
4-D13 SD345pt=1.04%
joint hoops
beams&
columns
column hoops & stirrps
unit in mm
north beam south beam
履歴特性
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
sto
ry s
he
ar,
kN
-3 -2 -1 0 1 2 3
story drift , %
�!"'()*���$+,-66.3kN./*���$65.2kN
01./*���$-61.5kN
��234���56
��234���56
�����23
��234789:6
��234789:6
試験体 B1
層間変形角 3% 時のひび割れ状況
層間変形角 3% 時のひび割れ状況
層間変形角 3% 時のひび割れ状況
変形機構
変形機構
変形機構
変形機構
変形機構
変形機構のモデル化
変形機構のモデル化
AB
C
D
変形機構のモデル化
?One Parameter Model
変形機構のモデル化
?One Parameter Model
変形機構のモデル化
?One Parame
ne Parameter Model
�
A B
C D
O
柱梁接合部の 9 自由度モデル
AB
CD
O
3 � 4 - 3 = 9Degree of freedom
ひび割れ前の歪と応力度の分布
圧縮・圧縮 引張・引張 引張・圧縮
コーナ斜めひび割れ
コーナ斜めひび割れ
対角斜めひび割れ
�
�
�
9自由度モデル
ADに沿う CB方向の主歪CBに沿う AD方向の主歪
ひび割れ後の歪と応力度
圧縮・圧縮 引張・圧縮
中立
膨
鉄筋への引張り応力の再分配
鉄筋の引張り降伏9自由度モデル
膨張
膨張
変形の増大と鉄筋の役割
O O
変形の増大と鉄筋の役割
変形の増大と鉄筋の役割
柱梁接合部の終局状態
• 柱梁接合部の終局モーメントの定義
引張り主筋と接合部横補強筋が降伏
コンクリートの回転による部分的な圧壊
柱梁接合部の終局状態
• 柱梁接合部の終局モーメントの定義
引張り主筋と接合部横補強筋が降伏
コンクリートの回転による部分的な圧壊
A B
C D
柱梁接合部の終局モーメント
9自由度モデル
A B
C D
柱梁接合部の終局モーメント
9自由度モデル
A B
C D
CCB
柱梁接合部の終局モーメント
9自由度モデル
A B
C D
CCB
T1
T1
柱梁接合部の終局モーメント
9自由度モデル
典型的な柱梁接合部の主筋の付着の状態
T = Ty
T = Ty
T = 0
T = 0付着力
力の釣合・ストレスブロック・応力中心間距離
柱梁接合部の終局モーメント
応力中心間距離
柱梁接合部の釣合破壊
• 柱梁接合部の釣合破壊の定義
主筋量が過大
引張主筋の降伏と同時にコンクリートの圧壊が始まる
柱梁接合部の釣合破壊
• 柱梁接合部の釣合破壊の定義
主筋量が過大
引張主筋の降伏と同時にコンクリートの圧壊が始まる
計算値（柱梁接合部の終局モーメント時の理論値）計算値（梁曲げ終局強度時と接合部せん断強度（靭性指針）の小さい方）
実験値
実験値
層せん断力 層せん断力
07 0701 01
08 08020506
0404
02
10 1009 0903 03
0506
理論値と実験値の比較 （B シリーズ）
靭性保証指針 9自由度モデルによる理論値
せん断余裕度 0.
せん断余裕度 1.0
せん断余裕度 1.3
釣合破壊
接合部終局モーメント
試験体 C01 C02 C03 C04梁 反曲点間距離 (mm) 14000幅 (mm) 2400 1200せい (mm) 2440引張主筋 3+2-D13（SD345）引張主筋比 (%) 1.311 2.62せん断補強筋 □-D6(SD2295A)@50せん断補強筋比 (%) 0.553
柱 反曲点間距離 (mm) 14000幅 (mm) 2440せい (mm) 2440引張主筋 5-D13（SSD345）引張主筋比 (%) 1.222せん断補強筋 □-D6(SD2295A)@50せん断補強筋比 (%) 0.553炭素繊維シート（軸方向）
－ 300g/m2�2層 － 300g/m2�2層
接 横補強筋 2� □-D6（（SD295A）合 横断補強筋比 (%) 0.333
部 炭素繊維ストランド（鉛直方向）
－96-24Kストランド
�4箇所－
96-24Kストランド
�4箇所
柱梁接合部の耐震補強 （C シリーズ）
700
240580 580
700
700
700
240
580
580
����5-D13(SD345)
������2 �-D6(SD295A)
���������-D6@50(SD295A)
����3+2-D13(SD345)
���
���(C02,C04)
%cd
��%(ef)
��%
C01,C02
120
120
2424
3636
240
C03,C04
240
192
2424
240
240
R20
(��:mm)
�gh�g���
1.0i
j
0.5i
C01
C02
C03
C04 j
試験体 （ C シリーズ）
k �lmn&o p �!"qr9st�umn;4%v
500
240
240
500
230
230
700
700
700 700
wxyzr9s
a{|300g/m2 1*
��%4T%cd(r=20)
wxyzr9sa{|300g/m2 2*
} ����^CF~��9t�4Tv
CF~��924K:s��� 96�
1`�Jd24K:s��� 24�(g 62.5mm)
����^���%
CF~��9=
Vd����q���(5� 18mm)
� CF~��9����q:s�������
による新耐震補強工法
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
stor
y sh
ear,
kN
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4story drift, %
67.4kN
-65.8kN
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
stor
y sh
ear,
kN
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4story drift, %
76.4kN
-74.2kN
Observed maximumstory shear
Observed maximumstory shear
Observed maximumstory shear
Observed maximumstory shear
Control specimen
Retrofitted with CFRPComposite
Calculated story shear at flexural capacity of beams
Calculated story shear at flexural capacity of beams
CFRCcomposite
at four courners
CFRCstrand
C 補強
補強試験体
基準試験体
まとめ
• 十字形柱梁接合部の破壊性状について
• 力学特性の推定モデルの妥当性について
• 十字形柱梁接合部の耐震補強工法の開発について
• 今後の予定（ シリーズ）
