鉄筋コンクリート造の柱梁接合部のせん断破壊に関 …実験変数 1....

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

240580 580

��2 �-D6(SD295A)

��-D6@50(SD295A)

��

(��:mm)

��

5��

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�� 4-D13(SD345)

�� 5-D13(SD345) �� 5-D16(SD390)

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��% ��% ��%

柱と梁の配筋詳細 ( B シリーズ )

B02B01

B04 B05

加力装置

加力方向

PC鋼棒

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

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

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

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

62.32.60

63.31.70

103.32.89 未降伏未降伏

梁フェース負 -61.4

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 )

��

5��

��

��!"#$�

��% ��% ��%

�� 4-D13(SD345)

B04, B11

B02 B03

�� 5-D13(SD345) �� 5-D16(SD390)

�& �&

��% ��% ��%

主筋比の影響

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-66.3kN./*��$65.2kN

01./*��$ 61.5kN

��234��56

��23

��234789:6

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-82.1kN./*��$76.7kN

01./*��$ 72.3kN

��23(��5)

��23

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-142.1kN

��234��56;./*��$107.1kN

01./*��$ 63.0kN

��23(��5)

��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

��

5��

��

��!"#$�

��% ��% ��%

�� 4-D13(SD345)

B04, B11

B02 B03

�� 5-D13(SD345) �� 5-D16(SD390)

�& �&

��% ��% ��%

柱と梁の曲げ強度比の影響

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-82.1kN./*��$76.7kN

01./*��$ 72.3kN

��23(��5)

��23

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-82.1kN./*��$79.3kN

01./*��$ 77.7kN

��23(��5)

��23

<��4789:6=KLM?NOFPQGQ100

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-82.1kN./*��$84.0N

01./*��$ 80.5kN

��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.

��

5��

��

��!"#$�

��% ��% ��%

�� 4-D13(SD345)

B04, B11

B02 B03

�� 5-D13(SD345) �� 5-D16(SD390)

�& �&

��% ��% ��%

主筋間距離比の影響（接合部せん断余裕度 1.0）

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-66.3kN./*��$65.2kN

01./*��$ 61.5kN

��234��56

��23

��234789:6

��

主筋間距離比 0.

��

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-60.1kN

./*��$64.6kN

01./*��$ 60.4kN

��234��56

��23

��234789:6

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-56.2kN

./*��$66.7kN

01./*��$ 63.0kN

��23(��5)

��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

��

5��

��

��!"#$�

��% ��% ��%

�� 4-D13(SD345)

B04, B11

B02 B03

�� 5-D13(SD345) �� 5-D16(SD390)

�& �&

��% ��% ��%

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.

主筋間距離比 0. 5 主筋間距離比 0.50

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-142.1kN

��234��56;./*��$107.1kN

01./*��$ 63.0kN

��23(��5)

��23(789:)

��23

< ��4789:6=>�?

*�@AB3.0%CD=

E$D?23FGHIJ

��

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-122.1kN ./*��$99.8kN

01./*��$ 94.2kN

��23(��5)

��23

< ��4789:6?

*�@AB3.0%CD=

E$D?23FGHIJ

��

3 2 1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-105.2kN

./*��$102.6kN

01./*��$ 95.8kN

��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 1.0 2.0 3.0-1.0-2.0-3.0

*��$

)*��$

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

001001

700700 001001

4-D13(SD345)

2sets -D6(SD295)pw=0.32%

-D6@50(SD295)

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

-3 -2 -1 0 1 2 3

story drift , %

�!"'()*��$+,-66.3kN./*��$65.2kN

01./*��$-61.5kN

��234��56

��23

��234789:6

試験体 B1

層間変形角 3% 時のひび割れ状況

変形機構

変形機構のモデル化

?One Parameter Model

?One Parame

ne Parameter Model

柱梁接合部の 9 自由度モデル

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

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

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

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

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 = 0付着力

力の釣合・ストレスブロック・応力中心間距離

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

層せん断力層せん断力

07 0701 01

08 08020506

10 1009 0903 03

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）

240580 580

��5-D13(SD345)

��2 �-D6(SD295A)

��-D6@50(SD295A)

��3+2-D13(SD345)

��

��(C02,C04)

��%(ef)

��%

C01,C02

C03,C04

(��:mm)

�gh�g��

試験体（ C シリーズ）

k �lmn&o p �!"qr9st�umn;4%v

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

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4story drift, %

67.4kN

-65.8kN

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4story drift, %

76.4kN

-74.2kN

Observed maximumstory shear

Control specimen

Retrofitted with CFRPComposite

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）

鉄筋コンクリート造の柱梁接合部のせん断破壊に関 …実験変数 1....

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