JP2003253808A - コンクリート部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲げモーメントとせん断力とが作用したと
きに、脆性的なせん断破壊が生じるのを抑え、破壊に至
るまでの変形量が大きいコンクリート部材を提供する。 【解決手段】 梁状又は版状のコンクリート部材１の
引張側に主鉄筋３を配置し、この主鉄筋を囲むように螺
旋状の鉄筋６を配置する。この螺旋状の鉄筋６は支承付
近のせん断破壊が生じやすい部分に限定して配置するこ
とができる。これにより、梁又版の厚さ方向における中
央部分のコンクリートが主鉄筋３と一体となり、かぶり
部分のコンクリートが主鉄筋とともに剥離するのが防止
される。上記螺旋状の鉄筋に代えて、鋼管又は複数の開
口が設けられた鋼管を用いることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、曲げモーメント
とせん断力とが作用する梁状又は版状のコンクリート部
材に係り、特にせん断力による破壊に対して補強された
コンクリート部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、曲げモーメントが作用するコン
クリート部材は、引張応力が作用する縁辺付近に主鉄筋
を配置し、補強している。また、せん断力に対しては、
スターラップを配置したり、せん断力による斜引張応力
が作用する方向に斜補強鉄筋を配置して補強している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、コンクリート
部材の高さが小さい場合や版状のコンクリート部材で
は、スターラップ等のせん断補強鉄筋を配置するのが難
しい場合も多い。そして、せん断補強鉄筋が配置されて
いないコンクリート部材では、せん断力が増加したと
き、斜めひび割れが発生し、その後わずかな荷重増加に
よって急激に破壊する。

【０００４】図１０は、せん断補強鉄筋が配置されてい
ないコンクリート梁１０１に、曲げモーメントとせん断
力が作用したときの破壊形態を示す概略図である。
（ａ）図に示すように、荷重が作用したとき、まず曲げ
モーメントによるひび割れ１１１が引張縁付近に発生す
る。そして、曲げモーメントとせん断力との双方が作用
する部分では、せん断力の方向にしたがってひび割れ１
１２は斜め方向に進行する。これにともない、ひび割れ
位置で主鉄筋１０２には（ｂ）図に示すように大きなせ
ん断力が作用する。これは、ダウエル（Dowel）作用と
称されているものである。

【０００５】上記主鉄筋１０２に大きなせん断力が作用
すると、支点側の主鉄筋１０２ａに下方への強い力が作
用し、（ｃ）図に示すように、かぶり部分のコンクリー
ト１１３とともに崩落することになる。このように、コ
ンクリートが脆性的に破壊する場合は、終局耐力を大き
くすることができず、また破壊までのエネルギー吸収量
が小さくなるため耐震性も劣ることになる。

【０００６】本願に係る発明は、上記のような事情に鑑
みてなされたものであり、その目的は、曲げモーメント
とせん断力とが作用したときに、脆性的なせん断破壊が
生じるのを抑え、破壊に至るまでの変形量が大きいコン
クリート部材を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、 曲げモーメントとせん断
力とが作用する梁状または版状のコンクリート部材であ
って、曲げモーメントによる引張応力に対して抵抗する
主鉄筋を囲むように螺旋状の鉄筋が配置されていること
を特徴とするコンクリート部材を提供する。

【０００８】このコンクリート部材では、曲げモーメン
トとせん断力とが作用し、曲げモーメントによるひび割
れがせん断力によって斜め方向に発達したときに、主鉄
筋にせん断力が作用し、このせん弾力が主鉄筋とともに
かぶり部材のコンクリートを剥離するように作用する。
しかし、主鉄筋を囲むように螺旋状の鉄筋が配置されて
いるので、主鉄筋は、部材の中心側のコンクリートと強
く一体化され、かぶり部分のコンクリートとともに剥離
する破壊が抑制される。これにより、終局破壊までの変
形量が増大し、急激な破壊は起こらなくなる。なお、上
記螺旋状となった鉄筋の一周ごとのピッチは、主鉄筋の
周囲にコンクリートが均等に充填されるように、粗骨材
が通過し得る間隔を有するように設定するのが望まし
い。

【０００９】請求項２に係る発明は、 曲げモーメント
とせん断力とが作用する梁状または版状のコンクリート
部材であって、曲げモーメントによる引張応力に対して
抵抗する主鉄筋を囲むように鋼管が配置されていること
を特徴とするコンクリート部材を提供する。

【００１０】このコンクリート部材では、鋼管が請求項
１に係る発明における螺旋状の鉄筋と同じ機能を果し、
主鉄筋と周囲のコンクリートとの一体性を高める。これ
により、急激なせん断破壊が防止される。

【００１１】請求項３に係る発明は、請求項1又は請求
項２に記載のコンクリート部材において、 前記螺旋状
の鉄筋または前記鋼管は、該コンクリート部材の支点付
近に限定して配置されているものである。

【００１２】このコンクリート部材では、螺旋状の鉄筋
又は鋼管を少ない範囲に配置し、有効なせん断補強効果
が得られる。

【００１３】請求項４に係る発明は、 請求項２に記載
のコンクリート部材において、 前記鋼管は、コンクリ
ートの粗骨材が通過しうる大きさの開口が複数設けられ
ているものとする。

【００１４】主鉄筋とこれを囲むように配置された鋼管
との間隔が小さくなると、コンクリート打設時に未硬化
のコンクリートが流動しにくくなるが、開口が設けられ
ることによって上記鋼管内にも確実にコンクリートが充
填され、主鉄筋と鋼管とこれらの周囲のコンクリートが
一体化される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。図１は、請求項１に係る発明の一
実施形態であるコンクリート版を示す概略斜視図及び縦
断面図である。また、図２は同じコンクリート版の横断
面図である。このコンクリート版１は、支承２によって
単純支持され、版上への載荷によってＸ軸方向の曲げモ
ーメント及びせん断力が発生するようになっている。コ
ンクリート版１内には、Ｘ軸方向に主鉄筋３が下面に沿
って配置されており、上面付近にもＸ軸方向の副鉄筋４
が配置されている。また、配力鉄筋としてＹ軸方向の鉄
筋５が主鉄筋３及び副鉄筋４の外側に配置されている。

【００１６】支承２付近では、主鉄筋３を囲むように螺
旋状の鉄筋６が配置されている。この螺旋状の鉄筋６
は、直径が１０ｍｍ程度の鉄筋を図３に示すように曲げ
加工したものであり、支承２上から支間の中央側へ、版
厚の１〜３倍程度の範囲に配置される。この螺旋状の鉄
筋６は、図４（ａ）に示すように、主鉄筋３と中心が一
致するように配置してもよいが、コンクリートのかぶり
が充分に確保できない場合には、図４（ｂ）に示すよう
に螺旋状の鉄筋６を版厚の中心側に偏心させて配置する
ことができる。

【００１７】上記のようなコンクリート版１では、版上
に集中荷重Ｐが載荷され、曲げモーメントとせん断力と
が作用すると、図５（ａ）に示すように、版の下側に曲
げによるひび割れ１１が発生し、支承近くではせん断力
によって斜めにひび割れ１２が進行する。これにともな
い、いわゆるダウエル作用によって主鉄筋にせん断力が
作用し、図５（ｂ）に示すように、主鉄筋に沿ってかぶ
り部分のコンクリート１３を剥離するように力が作用す
る。しかし、主鉄筋３の周囲に配置された螺旋状の鉄筋
６により、主鉄筋３は版厚中央部のコンクリートと一体
化されており、急激なせん断破壊が抑制される。

【００１８】図６は、請求項１に係る発明の他の実施形
態を示す概略断面図である。このコンクリート床版２１
は、複数の梁２２の間に連続するように形成されてお
り、梁２２で支持される部分の両側Ａで曲げモーメント
とせん断力とが最大になる。そして、梁２２付近では、
曲げモーメントは負の値となり、上側に主鉄筋２３が配
置されている。螺旋状の鉄筋２４は、図６（ａ）に示す
ように、梁２２との連結部から支間の中央部側へ、主鉄
筋２３を囲むように配置されている。

【００１９】このようなコンクリート床版２１に大きな
荷重Ｐが作用し、破壊に至る過程で、床版２１と梁２２
との連結部では、曲げモーメントによるひび割れ３１が
発生するとともに、図６（ｂ）に示すようにせん断ひび
割れ３２が生じる。そして、せん断ひび割れ３２より支
間中央側で主鉄筋２３がかぶり部分のコンクリート３３
とともに上側へ剥離しようとするのが、螺旋状の鉄筋２
４によって抑制される。

【００２０】以上に説明した実施の形態では、主鉄筋を
囲むように螺旋状の鉄筋を配置しているが、この螺旋状
の鉄筋に代えて、図７に示すような鋼管を配置すること
ができる。（ａ）図に示す鋼管４１は、コンクリート部
材の寸法、配筋等に応じ、適切な径の鋼管を切断したも
のであり、この鋼管内に主鉄筋が挿通されるように配置
する。（ｂ）図に示す鋼管４２は、周面に複数の開口を
設けたものである。この開口は、コンクリートの粗骨材
が通過し得る大きさとなっており、コンクリートの打設
時に未硬化のコンクリートが鋼管内へ確実に充填され
る。

【００２１】

【実施例】次に、本願発明の効果を確認するために行な
った、実験の結果について説明する。この実験は、本願
発明の一実施例であるコンクリート部材と従来のコンク
リート部材とを製作し、これらが載荷によって破壊する
までの過程を対比するものである。

【００２２】実験に用いたコンクリート部材５１は、図
８に示すように、支間が１７５ｃｍで高さが３０ｍｍ、
幅が１５ｍｍの梁とする。そして、下縁に沿って径が１
９ｍｍの異形鉄筋（Ｄ１９）が主鉄筋５２として配置さ
れ、支点上から支間中央側へ２５ｃｍの範囲に螺旋状の
鉄筋５３が主鉄筋５２を囲むように配置されている。螺
旋状の鉄筋５３は、径が１０ｍｍの異形鉄筋からなり、
螺旋のピッチは５ｍｍとなっている。一方、対比する従
来のコンクリート部材は、上記コンクリート部材と同じ
寸法で、同じ主鉄筋を配置し、螺旋状の鉄筋は配置しな
いものとする。

【００２３】上記コンクリート梁の支間中央付近におけ
る２点に集中荷重Ｐを載荷し、荷重Ｐを増大させて荷重
と支間中央のたわみとの関係を記録する。結果は図９に
示す通りであり、螺旋状の鉄筋を配置したコンクリート
梁は、耐力はやや増大し、破壊までの変形量は大幅に増
大している。つまり、脆性的な挙動が改善され、ねばり
のある部材となっている。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明のコンク
リート部材では、大きなせん断力が作用する部分に、主
鉄筋を囲む螺旋状の鉄筋又は鋼管が配置されているの
で、主鉄筋とかぶり部分のコンクリートが梁又は版から
剥離するのが拘束され、急激なせん断破壊が抑制され
る。したがって、脆性的な性質が改善され、構造物の終
局耐力や耐震性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項1に係る発明の一実施形態であるコンク
リート版を示す概略斜視図及び縦断面図である。

【図２】図1に示すコンクリート版の横断面図である。

【図３】図1に示すコンクリート版で用いられている螺
旋状の鉄筋を示す概略斜視図である。

【図４】螺旋状の鉄筋の配置状態を示す部分拡大断面図
である。

【図５】図1に示すコンクリート版に載荷した時のひび
割れの状態および螺旋状の鉄筋の効果を示す概略図であ
る。

【図６】請求項1に係る発明の他の実施形態であるコン
クリート版を示す概略断面図である。

【図７】図1又は図6に示すコンクリート版の螺旋状の鉄
筋に代えて用いることができる鋼管を示す概略斜視図で
ある。

【図８】本発明の効果を確認するために行った実験で用
いるコンクリート部材の概略図である。

【図９】図8に示すコンクリート部材に載荷した時の、
支間中央のたわみと荷重との関係を示す図である。

【図１０】従来のせん断補強がされていないコンクリー
ト部材の破壊状態を示す概略図である

【符号の説明】

１ コンクリート版 ２ 支承 ３ 主鉄筋 ４ 副鉄筋 ５ 配力鉄筋 ６ 螺旋状の鉄筋 １１ 曲げモーメントによるひび割れ １２ せん断力によるひび割れ １３ かぶり部分のコンクリート ２１ コンクリート床版 ２２ 梁 ２３ 主鉄筋 ２４ 螺旋状の鉄筋 ３１ 曲げモーメントによるひび割れ ３２ せん断ひび割れ ３３ かぶり部分のコンクリート ４１ 鋼管 ４２ 開口が設けられた鋼管 ５１ コンクリート部材 ５２ 主鉄筋 ５３ 螺旋状の鉄筋

フロントページの続き (72)発明者 大館 武彦 東京都新宿区荒木町13番地の４ 住友建設 株式会社内 Ｆターム(参考） 2D059 AA14 GG40 2E162 AA01 BA02 BB10 CA11 2E163 FA12 FD03 FD43 FD47 2E164 AA02 BA04 CA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曲げモーメントとせん断力とが作用す
   る梁状または版状のコンクリート部材であって、曲げモ
   ーメントによる引張応力に対して抵抗する主鉄筋を囲む
   ように螺旋状の鉄筋が配置されていることを特徴とする
   コンクリート部材。
2. 【請求項２】 曲げモーメントとせん断力とが作用す
   る梁状または版状のコンクリート部材であって、曲げモ
   ーメントによる引張応力に対して抵抗する主鉄筋を囲む
   ように鋼管が配置されていることを特徴とするコンクリ
   ート部材。
3. 【請求項３】 前記螺旋状の鉄筋または前記鋼管は、
   該コンクリート部材の支点付近に限定して配置されてい
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコン
   クリート部材。
4. 【請求項４】 前記鋼管は、コンクリートの粗骨材が
   通過し得る大きさの開口が複数設けられていることを特
   徴とする請求項２に記載のコンクリート部材。