| 研究課題/領域番号 |
19H02282
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
西村 康志郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (00343161)
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| 研究分担者 |
岸田 慎司 芝浦工業大学, 建築学部, 教授 (10322348)
河野 進 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30283493)
小原 拓 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (50845451)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 有孔梁 / 鉄筋コンクリート / 開孔補強筋 / 貫通孔 |
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| 研究実績の概要 |
普通強度の鉄筋コンクリート基礎梁において、梁端部の開孔の与える影響を把握するための実験を行った。梁試験体はせん断破壊先行型の３体で、梁両端部に開孔を有するもの、梁スパン中央に開孔を有するもの、梁両端とスパン中央に開孔を有するものとした。また、孔周囲補強筋がせん断抵抗に与える影響を把握するため、梁両端部の補強筋は一方を開放型、もう一方を閉鎖型として比較した。実験結果より、梁端部の開孔は耐力と変形性能を低下させる場合があること、孔周囲補強筋はせん断に対して抵抗するため、開孔を増やすことが必ずしも耐力低下を生じるとは限らないこと、開放型の孔周囲補強筋は定着部を有するため、閉鎖型に比べてせん断抵抗への寄与が大きいこと、などが明らかとなった。
有孔梁試験体のスパン方向に加速度センサを３点設置し、たわみ曲線を仮定することで梁の変形を計測した。重力加速度の向きから加速度の回転角を計測する原理を利用した。その結果、加速度センサでは曲げ変形のみ計測するため、全体の変形よりもせん断変形分だけ小さいこと、開孔位置での変形の集中を、加速度センサによって計測できる可能性があることが分かった。
部分的に高強度化した鉄筋を用いた鉄筋コンクリート有孔梁に関する実験を行った。実験結果より孔上下補強筋は孔上下部分のひび割れを抑制し，大変形時に降伏することで最大耐力が大きくなり，曲げ型の破壊形式に近づくと考えられる。また，孔際補強筋は孔際部分だけでなく，孔上下部分に入るひび割れを抑制する役割があると考えられる。
せん断補強筋の強度が主筋の付着強度に与える影響を明らかにすること、2段目カットオフ筋を有する梁における塑性ヒンジ領域の回転性能を明らかにすることの2点に着目して、RC梁6体の載荷実験を行った。せん断補強筋の強度や量が、付着や変形性能に与える影響が明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
開孔の大きさ・配置が与える相互的な影響を明らかにする目標に向け、今年度は梁端部の開孔の影響を実験により把握した。また、孔周囲の補強筋の効果、高強度鉄筋の使用の影響も実験により把握し、有用なデータが得られた。
生じ得る破壊メカニズムを明らかにするという目的に向け、開孔数や孔周囲補強筋がせん断破壊線に与える影響を実験により把握した。開孔の位置や孔周囲の補強範囲は、せん断力を伝達するコンクリート圧縮ストラットに影響を与えることが明らかとなった。梁スパン内に複数の開孔を設ける際、配置や間隔によって梁の耐力が変化する可能性があり、開孔ごとの耐力を評価するのではなく、最適な開孔配置と孔周囲補強が存在することが示唆された。鉄筋のカットオフについては、せん断破壊線が鉄筋量の少ない箇所を通るときに、コンクリートのせん断力負担分が減り、せん断補強筋の負担分が増えることが明らかになった。破壊面を想定する簡易モデル考案のための有用な知見が蓄積されている。
部材損傷のモニタリング法を開発するという目的に向け、部材に複数の加速度センサを設置して計測を行った。重力加速度の向きからセンサの回転角を計測し、部材の変形を評価した結果、曲げ変形の検出や集中する変形の検出が可能であることを確認した。
以上のように、耐力評価のため簡易なモデルの考案ための知見が得られ、部材損傷のモニタリング手法の開発が進み、概ね順調に進捗していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
鉄筋コンクリート梁における開孔配置を把握するために、引き続き梁試験体の加力実験を行う。２年目の実験で、開口位置と孔周囲補強の範囲がせん断力を伝達するコンクリートストラット形成に影響を与えることが分かった。これは、梁スパン内の偏心開孔が梁の耐力に影響することを示唆している。しかし、既往の実験では、梁のスパン中央に対して左右対称な開孔を有する試験体がほとんどである。そこで、偏心開孔配置と対称な開孔配置の試験体を用いた加力実験を行い、偏心開孔の影響を把握する。
梁の開孔の配置は様々考えられるため、FEM解析によりパラメトリックスタディを行う。コンクリートストラット形成に与える開孔位置の影響、および、鉄筋のカットオフによるコンクリートと補強筋のせん断力分担比率をFEM解析により把握する。
十分な強度を有する重ね継手でも終局時には劣化することが確認された。重ね継手の要素実験、および直線定着された鉄筋の引抜実験により、局所的な継手破壊の有無、継手強度などを把握する。鉄筋のカットオフを行う場合に、残された鉄筋の継手に対して要求する継手強度の割増しが必要かどうかを検討する。
これらの実験と数値解析により複合的な破壊メカニズムを検証する。せん断破壊線を仮定する簡易な評価モデルを考案し、継手部分の強度割り増しなども含め、鉄筋コンクリート有孔梁の複合的破壊を考慮した設計法を開発する。地震後の継続使用を目的としたモニタリング法を開発する。
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