JP2003336349A - 鉄骨コンクリート合成構造部材 - Google Patents

鉄骨コンクリート合成構造部材

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JP2003336349A
JP2003336349A JP2002149454A JP2002149454A JP2003336349A JP 2003336349 A JP2003336349 A JP 2003336349A JP 2002149454 A JP2002149454 A JP 2002149454A JP 2002149454 A JP2002149454 A JP 2002149454A JP 2003336349 A JP2003336349 A JP 2003336349A
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fiber
reinforced concrete
steel
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Hiroshi Kuramoto
洋 倉本
Kiyohiko Kawasaki
清彦 川崎
Toshifumi Okuzono
敏文 奥薗
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Kozo Keikaku Engineering Inc
Fujimi Koken Co Ltd
Original Assignee
Kozo Keikaku Engineering Inc
Fujimi Koken Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 鉄筋を省略した鉄骨とコンクリートのみから
なる合成構造の構造部材である。 【解決手段】 鉄骨1と、鉄骨1を囲む繊維補強コンク
リート3で一体構造としてあり、一例として鉄骨1はH
字形断面材を交差状に組合わせてあり、繊維はビニロン
ファイバーあるいはステンレスファイバーである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は鉄骨と繊維補強コンク
リートで一体構造としてある鉄骨コンクリート合成構造
部材で、鉄骨鉄筋コンクリート構造の鉄筋を省略し、コ
ンクリートに繊維を配合したものである。
【0002】
【従来の技術】鉄骨鉄筋コンクリート構造、すなわちS
RC構造は高い耐力と変形性能が得られることが知られ
ている。しかし、SRC構造は鉄骨工事および鉄筋工事
の両方が必要であり、施工が複雑になるという短所があ
る。そこでSRC構造の鉄筋を省略し、施工の簡略化と
コストの低減をもたらすべく高靭性型セメントを用いる
ことを考慮したが、骨材がはいっていないことから剛性
の低下や乾燥収縮などの問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この発明は前記高靭性
型セメント系材料に代わって繊維補強コンクリートを用
い、高靭性型セメントを用いた場合と同様の耐力、履歴
性状を得るとともに、初期剛性の低下や乾燥収縮などの
弱点も改善するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明はH字形断面等
の鉄骨とビニロンファイバー、またはステンレスファイ
バーを混入した繊維補強コンクリートで一体構造として
ある鉄骨コンクリート合成構造部材としたものである。
【0005】
【実施例】試験体の鉄骨は図1に示すようにH形鋼1を
十字状に組合せ、そのフランジ先端をバンドプレート2
で所定間隔に連結してあり、その寸法は2H−300×
150×6.5×9である。なお図2,3,4,5,
6,7,8は鉄骨の変形例を示している。
【0006】試験体の繊維補強コンクリート3種類は次
の配合からなる。ベースコンクリートは普通ポルトラン
ドセメントで細骨材、粗骨材および高性能AE減水剤を使
用した、補強繊維としては繊維径0.66mmで、繊維
長30mmのビニロンファイバー(以下RF4000と呼
称)その他繊維径0.40mmで、繊維長24mmのビ
ニロンファイバー(以下、RE1500という呼称)およ
びドッグボーンタイプで換算径Φ0.6mmおよび繊維
長35mmのステンレスファイバー(以下F430Dと呼
称)が使用された。
【0007】また水セメント比50%とし、単位水量1
72kg/mおよび細骨材率を70%とした。
【0008】上記のコンクリートから採取したφ100
×200の円柱供試体について圧縮試験および直接引張
試験を、また、100×100×400mmの直方体供試
体について曲げ試験をそれぞれ実施し、その力学特性を
検討した。
【0009】繊維混入量が2.0%のコンクリートに対
する圧縮試験結果を図9に示す。RF1500を用いた
コンクリートは、前述したように粗骨材と短繊維が絡
み、打ち込みが不十分であったため他のコンクリートと
比較し低い耐力となった。なお、最大強度以降のひずみ
軟化性状は混入繊維の種類に関わらず同様の傾向を示し
た。
【0010】直接引張試験結果を図10に示す。どのコ
ンクリートも、100μ付近のひずみで最大引張強度を
記録した。引張強度に関しては、繊維の種類および混入
量の違いによる差異は見られなかった。これは、すべて
の供試体が、繊維の分布量の最も少ない断面で破壊した
ためと考えられる。
【0011】なお、最大耐力以降の応力安定状態に達す
るまでのひずみは、短繊維混入量の増加に伴い、小さく
なる傾向は認められる。
【0012】各ケースについて3体の曲げ試験を行った
結果を図11に示す。ビニロンファイバーを用いた供試
体では、ひび割れ発生後から高い靭性を発揮した。ステ
ンレスファイバーを用いた供試体では、ひび割れ発生ま
での耐力の増加が確認された。直接引張試験の場合とは
異なり、曲げ試験では靭性の差として、短繊維混入率の
違いによる差異が確認された。これは供試体作成時に振
動台を用いたことにより、短繊維の多くが水平方向に配
向したためと推測される。すなわち、引張強度に関して
も繊維の配向状態によって影響がでると言える。
【0013】実施例から、次の3種類の繊維補強コンク
リートを選定した、そして体積混入率で1.0%のRF
4000を用いたVF1試験体、2.0%のRF400
0試験体および2.0%のF430Dを用いた試験体を
製造し、その試験体とその試験結果の一覧は表1に示す
通りであり、
【0014】
【表1】
【0015】またその繊維補強コンクリート特性表は表
2に示す通りであり、
【0016】
【表2】
【0017】鉄骨の材料試験結果は表3に示す通りであ
る。
【0018】
【表3】
【0019】実験結果一覧を表4に、また荷重−変形を
図12にそれぞれ示す。なお、部材降伏点は、フランジ
が降伏ひずみに達し、部材の荷重−変形関係において剛
性が低下した点(図中の▼)とした。なお、VF1試験
体では、高い構造性能を示すことが確認できた。初期曲
げひび割れは部材変形角R=0.3%程度の時点から柱
頭部と柱脚部で観察された、R=1.54%で最大耐力
に達した後、ゆるやかに耐力が低下した。変形の増大に
伴い、曲げせん断ひび割れ幅は拡大していったが、せん
断ひび割れについてはVF1試験体よりもさらに分散性
が増しており、修復性についてもより有効な構造である
ことが確認された。
【0020】SF2試験体は、最大耐力およびそれに対
応する部材角がともに他の2体に比して大きく、極めて
高い構造性能を示すことが確認された。コンクリート強
度が他のコンクリートと比較して高いことを考慮すれ
ば、粘りのある構造体であると言える。
【0021】実験で用いた3種類の繊維補強コンクリー
トによる鉄骨コンクリート合成構造(以下、CES構造
と呼称)柱では、いずれも圧壊や大きなひび割れなどに
よるかぶりコンクリートの剥落は認められなかった。
【0022】
【表4】
【0023】繊維補強コンクリート使用によるCES柱
の構造性能改善効果を検討するために、この実験結果と
前回の実験結果を荷重−変形関係の包絡線で比較したも
のを図13に示す。同図はVF1試験体,VF2試験
体,SF2試験体,鉄筋を省略した鉄骨コンクリート合
成構造のSC試験体および普通コンクリートの代わりに
引張靭性に富む、高靭性型セメントを用いたSFC試験
体の実験結果を比較している。繊維補強コンクリートを
用いた柱ではいずれの場合もSFC試験体で見られた初
期剛性の低下は改善され、SC試験体と同程度あるいは
それ以上の初期剛性が得られることが確認された。ま
た、ビニロンファイバーとステンレスファイバーには剛
性の差が見られない。繊維補強コンクリートにおいて、
短繊維は剛性にはほとんど影響を及ぼさないと考えられ
る。
【0024】この実験ではデジタル画像を用いてひび割
れ計測を行った。VF1試験体,VF2試験体,SF2
試験体,SFC試験体およびSC試験体の第一サイクル
ピーク後の除荷時における最大曲げひび割れ幅の推移を
図14に,最大せん断ひび割れ幅の推移を図15にそれ
ぞれ示す。
【0025】繊維混入率2.0%のVF2試験体および
SF2試験体では、曲げひび割れ幅およびせん断ひび割
れ幅とともに、変形の増加に伴う増加傾向は類似してお
り、相対部材角0.04rad.の大変形時においても
1mm程度となっている。一方、混入率1.0%のVF
1試験体におけるひび割れ幅は、他の2体に比べて大き
く、同一変形レベルで比較すると、曲げひび割れともに
1.5倍程度となっている。すなわち、ひび割れ幅に対
して繊維の種類の及ぼす影響は小さく、繊維量が大きく
影響する結果となっている。なお、高靱性セメント系材
料を用いたSFC試験体と比較すると、上記の3試験体
では、曲げひび割れ幅がかなり大きくなっているが、せ
ん断ひび割れ幅は同程度のレベルにとどまっている。
【0026】以上示したように、繊維補強コンクリート
を用いた試験体は高靱性セメント系材料を用いたものと
比較すると曲げひび割れによる損傷の進展は明らかであ
るが、大変形時までその損傷は比較的容易に修復できる
範囲にあり十分実用に耐え得る構造であることが確認で
きた。
【0027】
【発明の効果】繊維補強コンクリートを用いたCES構
造の柱部材の比較実験を行った。その結果、SRC構造
と同程度の優れた耐力・履歴性状が得られた。ひび割れ
や圧壊などの損傷は、大変形時まで小さなレベルに押さ
えられ、修復性にも優れていることが確認できた。ま
た、高靭性型セメント系材料を用いたCES構造で見ら
れた初期剛性の低下や、乾燥収縮といった弱点も骨材の
投入により大幅に改善され、普通コンクリートを使用し
た鉄骨コンクリート構造と同程度以上の初期剛性が得ら
れた。
【0028】この実験に用いた繊維補強コンクリートは
実機によって製造されたものであり、構造性能のみなら
ず施工性に関しても問題のないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図1】試験体の断面図である。
【図2】試験体の他の変形例である。
【図3】試験体の他の変形例である。
【図4】試験体の他の変形例である。
【図5】試験体の他の変形例である。
【図6】試験体の他の変形例である。
【図7】試験体の他の変形例である。
【図8】試験体の他の変形例である。
【図9】圧縮試験結果
【図10】引張試験結果
【図11】曲げ試験結果
【図12】荷重・変形関係
【図13】剛性比較
【図14】最大残留曲げひび割れ幅の推移
【図15】最大残留せん断ひび割れ幅の推移
【符号の説明】
1…鉄骨、2…バンドプレート、3…繊維補強コンクリ
ート
フロントページの続き (72)発明者 倉本 洋 愛知県豊橋市北山町東浦2−1−3−403 (72)発明者 川崎 清彦 埼玉県比企郡小川町みどりが丘5−4−3 (72)発明者 奥薗 敏文 東京都町田市本町田3454−21 Fターム(参考) 2E163 DA02 FA02 FA12 FF15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄骨と、鉄骨を囲む繊維補強コンクリー
    トで一体構造としてあることを特徴とする鉄骨コンクリ
    ート合成構造部材。
  2. 【請求項2】 鉄骨はH字形断面材を交差状に組合わせ
    てある請求項1に記載の鉄骨コンクリート合成構造部
    材。
  3. 【請求項3】 繊維はビニロンファイバーである請求項
    1記載の鉄骨コンクリート合成構造部材。
  4. 【請求項4】 繊維はステンレスファイバーである請求
    項1記載の鉄骨コンクリート合成構造部材。
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