2018 Fiscal Year Research-status Report

低予算で鉄筋コンクリート造建物の残留変形の抑制を可能にする設計方法の確立

Research Project

Project/Area Number	17K06665
Research Institution	Kagoshima National College of Technology
Principal Investigator	川添敦也鹿児島工業高等専門学校, 都市環境デザイン工学科, 教授 (50710290)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	塩屋晋一鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (80170851) 池田正利鹿児島工業高等専門学校, 都市環境デザイン工学科, 教授 (60176104)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	残留変形 / 損傷抑制 / 高強度鉄筋 / 二次剛性
Outline of Annual Research Achievements	RC建物において梁の上端筋をすべて高強度鉄筋とした場合，地震による大変形後も残留変形はほとんど生じないことを明らかにしている。しかし，降伏後の梁の部材力の上昇に伴い，建物の層せん断力が大きく上昇する。その結果，柱のせん断補強が通常の建物以上に必要になり，さらに柱のせん断設計が困難になる可能性がある。残留変形を許容の範囲内に抑制しながら層せん断力の上昇を抑えることを目的として，上端筋の一部を高強度鉄筋に置き換えたRC梁を提案した。従来の普通鉄筋だけを用いた梁試験体および上端筋をすべて高強度鉄筋に置き換えた試験体については，すでに加力実験の結果が報告されている。それらの実験結果と比較できるように，上端筋の高強度鉄筋の割合を，25％および50％とした2体の試験体について加力実験を行った。さらに，フレームの動的解析に使用する梁の解析モデルについて検討を行った。従来型および上端筋をすべて高強度鉄筋とした場合の解析モデルを実験結果に基づいて作成し，解析値は実験値を概ね再現している。本研究では，同様の解析モデルを上端筋の一部に高強度鉄筋を使用した試験体に適用し，解析を行った。本研究によって，以下の結果が得られた。(1) 残留変形は上端の高強度鉄筋の割合が大きいほど抑制された。目標変形角が±0.02rad.の場合で従来型と比較すると，上端筋の高強度鉄筋の割合が25％と50％の場合，正負の平均でそれぞれ14％および36％，残留変形は抑制された。(2) 試験体のせん断力と変形角の関係における二次剛性比は，高強度鉄筋の割合が大きくなるほど増加した。上端筋の高強度鉄筋の割合が25％と50％の場合で，それぞれ10％および15％となった。(3) 上端筋の一部に高強度鉄筋を使用した場合でも，すでに提案している解析モデルによって，実験値を精度よく再現することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason H30年度は，梁試験体の実験およびその解析を行った。試験体は，H-No.11およびH-No.12の2体である。H-No.11は4本の上端筋のうち1本を高強度鉄筋，H-No.12は2本を高強度鉄筋とした。塑性ヒンジ領域の損傷抑制のための対策を施している。材端の100mmの区間は，自己融着テープを巻くことにより主筋とコンクリートの付着を無くした。この工法により，大変形時に梁のスタブフェイス部にひび割れが集中し，塑性ヒンジ領域のコンクリートの劣化を防ぐことができる。一方，スタブフェイス部のひび割れ幅が大きくなるため，この部分にせん断すべりが集中する可能性がある。ヒンジ領域のせん断すべりを抑制するために，端部の梁せいの中央にみがき丸鋼を設けた。梁端の上端にはひび割れ防止筋，下端には圧縮抵抗筋を配筋した。圧縮抵抗筋は，ひび割れ防止筋を兼ねており，引張力を負担しないようにスタブのフェイス位置でカットオフされている。加力実験では，自由振動時のせん断力と変形の関係を静的に再現する準静的加力を行った。実験では，せん断すべり防止筋の効果は小さかったが，その他は概ね予想した結果が得られた。提案している解析モデルを使って応答解析を行った。梁の両端の塑性ヒンジ部分をマルチスプリング，梁のせん断変形をせん断バネ，スタブからの鉄筋の抜出しを回転バネでモデル化した。これらを除く部分は弾性要素とした。大変形時のひび割れによる曲げ剛性の低下を考慮し，弾性要素の断面二次モーメントは，あらかじめ低減した。解析の結果，実験のせん断力と変形角の関係および残留変形を概ね再現できた。
Strategy for Future Research Activity	H30年度の梁の実験結果に基づいて，梁の上端筋の一部に高強度鉄筋を用いたRCフレームの応答解析を行う。フレームの応答解析の手順は，H29年度に考案した解析の手順と同様である。上端筋の高強度鉄筋の割合が異なる建物について，フレームの残留変形，層せん断力および最大層間変形角の関係について明らかにする。地震波には，これまでの解析に使用していた観測波地震波に加えて複数の模擬地震波を使用し，地震波の違いによる解析結果への影響について，より詳細に検討する。また，H30年度に実験を行った梁を補修し，再度，加力実験を行うことを計画している。提案する梁の補修方法および補修後の履歴特性についても検討を行う予定である。
Causes of Carryover	前年度に発生した未使用額を使用していなかった。翌年度の物品購入費に充当する予定である。