耐震構造要素としての超高強度コンクリート充填鋼管柱の鋼管亀裂脆性破壊と終局状態

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455263
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 最相 元雄 熊本大学, 工学部・環境システム工学科, 教授 (40040448)
• 研究分担者: 光成 和昭 株式会社新井組, 技術本部, 課長 ; 岡部 猛 熊本大学, 工学部・環境システム工学科, 助教授 (40117338)
• キーワード: コンクリート充填鋼管 / 超高強度コンクリート / 終局耐力 / 塑性変形能力 / 終局状態 / 耐震構造 / 柱 / 亀裂

研究概要

超高強度コンクリートの耐震構造を実現し構造設計の可能性拡大コンクリート使用量の低減を計ることを研究の目的とし、その第一段階として超高強度コンクリート充填鋼管柱(HCFT柱)の動載荷試験を計画実行した。即ち、超高強度コンクリートの特性が活される可能性の高い構造形式としてHCFT柱を考え、その耐震構造部材としての可能性と限界について試験した、試験体はHCFT柱とH形鋼梁で構成される多層剛節骨組の構造単位を想定した柱梁十字型試験体で、試験荷重には激震動応答中の柱荷重に相当する一定柱軸力と繰返し横力を動載荷した。実験変数にはHCFT柱の設計要因である鋼管材料、鋼管径厚比、コンクリート鋼管強度比を採用した。その結果、耐震構造部材性能に関する下記の結果を得た。
履歴復元力特性 HCFT柱はその高強度材料の特性を発揮し、期待通りの高い終局耐力を示した。また、高強度化とともにコンクリート脆性化も顕著となるが鋼管との合成効果によりすぐれた塑性変形能力を保有し、耐震構造部材として充分有効で超高強度コンクリート実用化の可能性が示された。
終局状態 HCFT柱の終局状態には、鋼管亀裂発生により急激に復元力劣化するタイプと軸方向累積塑性変形の急増と同時に一定軸力保持不能となるタイプがある。注目すべきは前者の鋼管亀裂発生による脆性破壊で、この終局状態は耐震構造部材としては不利な性状であり、超高強度コンクリート実用化の限界を示すものである。
終局曲げ耐力 現行設計規定ではコンクリート充填鋼管柱の終局曲げ耐力を累積強度式で規定しているが、本実験結果によるとその予測精度は充填コンクリート強度によって大きく異なり、とくにHCFT柱では危険側に近づくための単純に従来の累加強度式の適用範囲を拡げられない。この主たる原因はコンクリート拘束効果がコンクリート鋼管強度比に支配されるとの視点から、HCFT短柱の圧縮試験を実施しコンクリート拘束効果を“充填コンクリート等価圧縮強度"で表す方法を導き、これより実用的なHCFT柱の終局曲げ耐力式を提案した。

研究成果

• [文献書誌] K.Mitsunari and M.Saisho: "Ultimate Strength and Plastic Deformation Capacity of CFT Beam-Colimn Subjected to Dynamic Load" Proceedingds of the Eleventh World Conference on Earthquake Engineering. CD-ROM Paper No.414 (1996.6)
• [文献書誌] 光成和昭、永池興次、最相元雄: "超高強度コンクリート充填円形鋼管柱の降伏曲げ耐力と終局曲げ耐力に関する実験的研究(その1.コンクリート強度と降伏曲げ耐力" 日本建築学会大会学術講演梗概集. C-1,構造III. 995-996 (1996.6)
• [文献書誌] 光成和昭、永池興次、最相元雄: "超高強度コンクリート充填円形鋼管柱の降伏曲げ耐力と終局曲げ耐力に関する実験的研究(その2.コンクリート強度と降伏曲げ耐力" 日本建築学会大会学術講演梗概集. C-1,構造III. 997-998 (1996.6)
• [文献書誌] 岡田猛、福田孝次、光成和昭、最相元雄: "高強度コンクリート充填鋼管短柱の圧縮試験" 日本建築学会大会学術講演梗概集. C-1,構造III. 989-990 (1996.6)
• [文献書誌] M.Mitsunari and M.Saisho: "Ulitimate Strength and Plastic Deformation Capacity of CFT Beam-Column Subjected to Dynamic Load" Volume of Abstracts, The Eleventh World Conference on Earthquake Engineering. 526 (1996.6)
• [文献書誌] 光成和昭(指導教官・最相元雄): "超高強度コンクリート充填円形鋼管柱の終局耐力と塑性変形能力に関する実験的研究" 熊本大学大学院自然科学研究科・学位論文. (1997.3)