ＲＣ造大開孔梁の応力伝達メカニズムの解明と終局せん断耐力式及び配筋設計法の提案

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25420574
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 小林 克巳 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40150297)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 鉄筋コンクリート構造 / 開孔梁 / 人通孔 / 開孔周囲補強筋 / 終局せん断耐力 / 応力伝達メカニズム

Research Abstract

開孔際縦補強筋、斜め補強筋、開孔上下２段梁の肋筋の役割と応力伝達メカニズムを解明し、それに基づいて終局せん断耐力評価式と配筋設計方法を提案することを目的に、先ず、既往の文献に基づいて応力伝達メカニズムを表す力学モデルを予測的に作成した。力学モデルは開孔上下の２段梁のトラス機構、開孔際縦補強筋に釣り合う開孔上下にできるアーチ機構、斜め補強筋でできるトラス機構で構成される。
力学モデルの確認と修正のために、開孔上下肋筋、開孔際縦補強筋および斜め補強筋のいずれかしか配筋されず、一つの機構だけが存在するような場合の実験を行った。開孔上下の２段梁の長さを、開孔際縦補強筋との関係でどのように決めるかがポイントとなるが、実験では従来の考え方とは違い、開孔際縦補強筋が必ずしも開孔に近い位置にあるのが良いわけではないことが重要な知見として得られた。開孔際縦補強筋を開孔から離して配置し、開孔上下の２段梁の長さが大きくなるように配筋すれば、最大耐力後の耐力低下が徐々に起こるようになって、急激なせん断破壊を防ぐことができる。
予測的に作成した力学モデルによれば、実験で得られた最大耐力は、開孔上下の２段梁の長さを適切に設定することで、比較的精度よく予測できるが、斜め補強筋の存在と開孔上下の２段梁の長さをどう決めるかの関係を知るためには実験データが十分でなく、今後力学モデルを修正していくための実験を継続して行うものとする。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

既往の文献に基づいて予測的に作成した応力伝達メカニズムを表す力学モデルによれば、既往の大開孔梁のせん断耐力実験結果および平成25年度の実験結果は、入力パラメータの設定の仕方によっては±８％以内の精度で予測できているので、おおむね順調に進展していると自己評価する。ただし、力学モデルを一般化するためには、まだ検証データが不足しているので、予定通り平成26年度に検証データを増やすための実験を行うことになる。
力学モデルは、開孔上下の２段梁のトラス機構、開孔際縦補強筋につり合う開孔上下にできるアーチ機構、斜め補強筋でできるトラス機構で構成されるが、このモデルの確認と修正のために、開孔上下肋筋、開孔際縦補強筋および斜め補強筋のいずれかしか配筋されず、一つの機構だけが存在する場合の実験を行った結果、せん断力伝達に開孔上下の２段梁が重要な働きをしていることは予想通りであった。開孔際縦補強筋との関係で最大耐力後の急激なせん断破壊を制御できることは新たな発見であり、合理的配筋設計方法のまとめを行うことにつながるので、本研究はおおむね順調に進んでいると判断している。

Strategy for Future Research Activity

応力伝達メカニズムを表す力学モデルと破壊条件を検証し、修正していくためのデータを得る実験を継続して実施する。開孔際縦筋量と斜め筋量の和が一定で、その量が多い場合と少ない場合、すなわち既往の終局せん断耐力式を適用すれば計算値が一定となるが、各補強筋が降伏する場合と降伏しない場合を狙ったパラメータの組合せの実験データを得る。さらに、開孔際縦補強筋の位置が重要なポイントとなることが分ったので、開孔上下の２段梁の長さを決める要因をパラメータとした実験データを得る。
平成25年度には、構造実験室の改築があり実験実施期間に制約を受けたが、平成26年度には新構造実験室を使用できるようになるので、実験実施期間の制約が無くなり、多くの実験データを得ることが可能となる。
実験で得られた終局せん断耐力の大きさ、破壊部位、その時の開孔上下肋筋、開孔際縦補強筋および斜め補強筋のひずみ度を解析し、応力伝達メカニズムを表す力学モデルと破壊条件の再構築を行い、終局せん断耐力式と好ましい合理的な配筋となるような配筋設計法の提案に結び付ける。応力伝達メカニズムを表す力学モデルと破壊条件については、国内および国外の研究者から助言を得るものとする。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

実験に用いた鉄筋コンクリート梁試験体を、想定していたよりも安く購入できたことが大きい。開孔周辺の梁主筋の付着を無くす加工など、研究者自らの手でが行わなければできないことが多くあり、その結果、梁試験体の購入金額が下がったことが大きい。また、外国出張を予定していたが、管理職としての大学運営の仕事が多くあり出張期間をとれなかったことと、応力伝達メカニズムを表す力学モデルをもう少し完成させてから、モデルの妥当性と破壊条件について、海外研究者の助言を求めたほうが効果的であると判断して、外国出張を延期したことによる。
応力伝達メカニズムを表す力学モデルを作成する上で、明らかにしなければならないこともはっきりしてきたので、平成25年度に試験体購入で節約した分は、平成26年度に予定している実験の試験体を増やすことに使用したい。予定していた外国出張は、応力伝達メカニズムを表す力学モデル改良の方向性を定め、平成26年度の実験結果をある程度得た頃を目処として実施したい。