JP2004108038A

JP2004108038A - 鉄筋コンクリート柱または橋脚

Info

Publication number: JP2004108038A
Application number: JP2002273001A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mutsuyoshi; 睦好　宏史
Original assignee: Saitama University NUC
Current assignee: Saitama University NUC
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08
Also published as: CA2413121A1; NZ522883A; US20040055234A1

Abstract

【課題】帯筋の配筋量を少なくしても、剪断力によるひび割れの発生を局所に止めて伝播を防ぎ、ひいては斜め方向の剪断破壊を効果的に防止できる、高い靭性を有する鉄筋コンクリート柱または橋脚を提供する。
【解決手段】長さ方向に配筋された複数の異形鉄筋と、これらの異形鉄筋の周囲にその異形鉄筋の長さ方向に所望の間隔をあけて配筋された帯筋５とを備えた鉄筋コンクリート柱１または橋脚１において、少なくとも剪断力が加わる前記異形鉄筋部分は、シース４で覆われていることを特徴とする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄筋コンクリート柱または橋脚に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄筋コンクリート柱または橋脚は、長尺のコンクリートに複数の異形鉄筋をそのコンクリートの長さ方向に配筋するとともに、これら異形鉄筋をそのコンクリートに直接付着させ、かつこれらの異形鉄筋の周囲に帯筋をその異形鉄筋の長さ方向に所望の間隔をあけて配筋した構造を有する。
【０００３】
このような構造の鉄筋コンクリート柱または橋脚において、わが国のような地震国では地震発生時の急激かつ過大な剪断力に伴う破壊を防ぐことが大きな課題になっている。このため、現行の設計では鉄筋コンクリート柱または橋脚に剪断力に対して抵抗を示す帯筋を多量配筋して対処している。
【０００４】
しかしながら、多量の帯筋を配筋した鉄筋コンクリート柱または橋脚は多量の鉄筋を必要とし、コストの高騰化を招き、かつ鉄筋の組み立ておよびコンクリート打設に支障を来たす等の問題を生じる。
【０００５】
一方、コンクリート構造の一つとしてアンボンドプレストレスコンクリート（アンボンドＰＣ）が知られている。このアンボンドＰＣ構造は、コンクリート中に配置されているシースの中にＰＣ鋼材を挿入して，プレストレス（緊張力）を導入するもので，シースとＰＣ鋼材の間には何も充填しないか、あるいは予め腐食防止のために油類が充填されている。この構造形式は、建築構造物の梁によく使われており、スパンが長くできる、曲げひび割れを防止できるなどの利点を有する。アンボンド構造とする理由は、グラウト工事を行わないため、施工が簡略化できるためである。従って、このアンボンドＰＣ構造は鉄筋コンクリート（ＲＣ）と明確に区別されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、鉄筋コンクリート柱または橋脚において地震発生時の急激かつ過大な剪断力が加わった際に、複数の異形鉄筋が長尺のコンクリート中に直接接触して配筋すると、異形鉄筋とコンクリートとの付着力が強いため、帯筋の配筋量が少ない場合には前記剪断力によりひび割れを発生するばかりか、その剪断力が異形鉄筋を通して長さ方向（高さ方向）に伝播されてその柱または橋脚の広い範囲に亘ってひび割れを生じ、ひいては斜め方向の剪断破壊の発生を招くことを究明した。
【０００７】
このようなことから本発明者は、前記異形鉄筋の少なくとも剪断力が加わる部分をシースで覆って、異形鉄筋とコンクリートとの直接的な付着を断つことによって、驚くべきことに帯筋の配筋量を少なくしても、剪断力によるひび割れの発生を局所に止めて伝播を防ぎ、ひいては斜め方向の剪断破壊を効果的に防止できる、高い靭性を有する鉄筋コンクリート柱または橋脚を見出し、本発明を完成した。なお、前記シースは薄い鋼板またはプラスチックから作られ、柔軟性を有するため、コンクリートブロックと直接的に付着されていても異形鉄筋の場合のような前記剪断力の伝播を防ぐことができる。
【０００８】
また、本発明者は異形鉄筋に代えて表面が平滑で、グリースのような滑剤が塗布された丸鋼を用いてコンクリートとの付着を抑えることによって、驚くべきことに帯筋の配筋量を少なくしても、剪断力によるひび割れの発生を局所に止めて伝播を防ぎ、ひいては斜め方向の剪断破壊を効果的に防止できる、高い靭性を有する鉄筋コンクリート柱または橋脚を見出し、本発明を完成した。
【０００９】
なお、本発明者は異形鉄筋、シース被覆異形鉄筋、表面が平滑な丸鋼および表面が平滑でグリースが塗布された丸鋼をコンクリートに配筋し、それら鋼材を引き抜き、滑り（スリップ）と付着応力の関係を調べたところ、図３に示す結果を得た。図３中のＡは、異形鉄筋の滑り−付着応力線、Ｂはシース被覆異形鉄筋の滑り−付着応力線、Ｃは表面平滑丸鋼の滑り−付着応力線、Ｄはグリース付き丸鋼の滑り−付着応力線、である。
【００１０】
この図３から明らかなようにシース被覆異形鉄筋は、付着応力が常にゼロであることがわかる。また、グリース付き丸鋼は異形鉄筋のみならず、表面平滑丸鋼に比べても付着応力が小さく、コンクリートとの付着を抑制できることがわかる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鉄筋コンクリート柱または橋脚は、長さ方向に配筋された複数の異形鉄筋と、これらの異形鉄筋の周囲にその異形鉄筋の長さ方向に所望の間隔をあけて配筋された帯筋とを備えた鉄筋コンクリート柱または橋脚において、
少なくとも剪断力が加わる前記異形鉄筋部分は、シースで覆われていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の別の鉄筋コンクリート柱または橋脚は、長さ方向に配筋され、表面が平滑で滑剤が塗布された複数の丸鋼と、
前記複数の丸鋼の周囲にその丸鋼の長さ方向に所望の間隔をあけて配筋された帯筋と
を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鉄筋コンクリート柱または橋脚を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、この第１実施形態に係る鉄筋コンクリート柱または橋脚を示す概略図、図２は図１の鉄筋コンクリート柱または橋脚に配筋されたシースおよび異形鉄筋を示す斜視図である。
【００１５】
鉄筋コンクリート柱（または橋脚）１は、長尺のコンクリート２を有する。図２に示すように異形鉄筋３が挿入された有底筒状のシース４は、前記コンクリート２内にそのコンクリート２の長さ方向（高さ方向）に沿って複数配筋されている。前記異形鉄筋３は、前記シース４で被覆されることにより前記コンクリート２に直接付着されることなく、つまり前記コンクリート２との直接的な付着を断った状態で配筋されている。複数の帯筋５は、前記複数のシース３周囲にその長さ方向に所望の間隔をあけて配筋されている。
【００１６】
前記シースは、前記異形鉄筋の少なくとも剪断力が加わる部分に被覆されるが、それ以外の異形鉄筋部分に亘って被覆してもよい。
【００１７】
前記シースは、引張力に対して殆ど抵抗せずにコンクリートの打設時においてコンタクト圧によって変形しない材料からなることが好ましく、例えば薄い鋼板、またはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックから作られる。前記薄い鋼板からなるシースは、厚さ０．２５〜０．３２ｍｍ、前記プラスチックからなるシースは厚さが０．５〜１．０ｍｍであることが好ましい。
【００１８】
（第２実施形態）
この第２実施形態に係る鉄筋コンクリート柱（または橋脚）は、長尺のコンクリート内に表面が平滑で滑剤が塗布された丸鋼をそのコンクリートの長さ方向（高さ方向）に沿って複数配筋されている。複数の帯筋は、前記複数の丸鋼周囲にその長さ方向に所望の間隔をあけて配筋されている。
【００１９】
前記滑剤としては、例えばグリース等を用いることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を説明する。
【００２１】
（実施例１）
図４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように幅３００ｍｍ、長さ１２００ｍｍ、高さ５００ｍｍの鉄筋コンクリートフーチング１１に幅、長さがそれぞれ３００ｍｍ、高さ１２００ｍｍの正方角柱状の鉄筋コンクリート柱１２を一体的に構築して試験体１３を製作した。前記鉄筋コンクリートフーチング１１は、高さ方向に直径１３ｍｍの異形鉄筋１４およびこれら異形鉄筋１４に直径１０ｍｍの帯筋１５を配筋した構造を有する。前記鉄筋コンクリート柱１２は、直径１６ｍｍのＪＩＳ規格ＳＤ３４５のスチール製異形鉄筋１６が図４の（Ｂ）に示すようにその柱１２の高さ方向に１２本配筋され、直径６ｍｍのＪＩＳ規格ＳＤ３００のスチール製帯筋１７が前記１２本の異形鉄筋１６の周囲にその長さ方向に沿って等間隔で８本配筋され、さらに各異形鉄筋１６をその底部から８００ｍｍに亘って厚さ０．２５ｍｍのスチール製シース（図示せず）で被覆した構造を有する。
【００２２】
（比較例１）
異形鉄筋にシースを被覆しない以外、実施例１と同様な鉄筋コンクリート柱を有する試験体を製作した。
【００２３】
得られた試験体を図５に示す試験装置を用いて次のような手順で試験体の鉄筋コンクリート柱の荷重−変位関係、破壊モードを調べると共に、クラックパターンを観察した。
【００２４】
すなわち、前記試験装置はベース部材２１を備える。平板状の架台２２は、前記ベース部材２１にボルトおよびナットで固定されている。第１壁２３は、前記架台２２に左側隅にボルトおよびナットで固定されている。右側に向かって水平方向に延びる変位計２４は、前記第１壁２３に取り付けられている。第２壁２５は、前記ベース部材２１の右側にボルトおよびナットで固定されている。前記第１壁２３に向かって水平方向に延びるアクチュエータ２６は、第２壁２５に前記変位計２４と対向するように取り付けられている。水平方向に延びるビーム２７は、第２壁２５に前記アクチュエータ２６より上方に位置するように取り付けられている。荷重付与部材２８は、前記ビーム２７の下面に取り付けられている。
【００２５】
まず、試験体１３を試験装置の架台２２に複数のボルトおよびナットで固定した。第１壁２３に取り付けた変位計２４を前記試験体１３の鉄筋コンクリート柱１２の左側面にスプリング２９を介して当接させた。第２壁２５に取り付けたアクチュエータ２６を前記鉄筋コンクリート柱１２の右側面にこの柱１２を挟んで前記変位計２４と対向するように固定した。ビーム２７に取り付けられた荷重付与部材２８を前記鉄筋コンクリート柱１２上端に当接させた。
【００２６】
このように試験体１３を図５に示す構造の試験装置の設置し、荷重付与部材２８から前記鉄筋コンクリート柱１２に下記表１の条件にて垂直荷重を加えた状態でアクチュエータ２６を水平方向に往復動作させて前記鉄筋コンクリート柱１２に水平方向の荷重力を加えた。このとき、実施例１および比較例１の鉄筋コンクリート柱の降伏変位（δ_ｙ）および終局変位（δ_ｕ）を前記変位計２４で測定した。また、このような変位条件での実施例１および比較例１の鉄筋コンクリート柱の破壊モードを調べた。これらの結果を下記表１に示す。なお、下記表１には降伏荷重（Ｐ_ｙ）、最大荷重（Ｐ_ｍａｘ）およびδ_ｕ／δ_ｙを併記する。
【００２７】
【表１】

また、実施例１および比較例１の鉄筋コンクリート柱のヒステリシス荷重−変位曲線を図６、図７にそれぞれ示す。
【００２８】
さらに、実施例１および比較例１の鉄筋コンクリート柱を５．２ｍｍ、１０．４ｍｍおよび１５．６ｍｍの変位でそれぞれ３回往復変形させたときの外観を観察した。実施例１の鉄筋コンクリート柱のクラックパターンを図８に、比較例１の鉄筋コンクリート柱の結果を図９に、それぞれ示す。
【００２９】
前記表１および図６、図７から明らかなように実施例１の鉄筋コンクリート柱は、降伏変位（δ_ｙ）および終局変位（δ_ｕ）が比較例１のそれに比べていずれも大きいばかりか、δ_ｕ／δ_ｙが比較例１のそれに比べて著しく大きいことがわかる。また、比較例１の鉄筋コンクリート柱の破壊モードが剪断破壊であるのに対し、実施例１の鉄筋コンクリート柱の破壊モードは曲げ破壊であることがわかる。
【００３０】
また、図８、図９から明らかなように実施例１の鉄筋コンクリート柱（図８）は５．２ｍｍ、１０．４ｍｍおよび１５．６ｍｍの変位において柱底部にのみクラックが生じるのに対し、比較例１の鉄筋コンクリート柱（図９）は１０．４ｍｍ変位において柱底部から斜め方向にクラックが生じ、１５．６ｍｍの変位において斜め方向にクラックが全体に広がることがわかる。
【００３１】
このような結果から、実施例１の鉄筋コンクリート柱は地震のような急激かつ強大な剪断力に対して斜め方向の剪断破壊を生じず、高い靭性を示すことがわかる。
【００３２】
（実施例２）
シース被覆異形鉄筋に代えて表面が平滑でグリースが塗布された直径１６ｍｍのＪＩＳ規格ＳＲ２９５のスチール製丸鋼を用いた以外、実施例１と同様な鉄筋コンクリート柱を有する試験体を製作した。
【００３３】
得られた試験体を前述した図５に示す試験装置を用い、実施例１と同様な手順で試験体の鉄筋コンクリート柱の荷重試験を行った。その結果、破壊モードは実施例１と同様、曲げ破壊であった。
【００３４】
前記試験での鉄筋コンクリート柱のヒステリシス荷重−変位曲線を図１０に示す。この図１０から明らかなように実施例２の鉄筋コンクリート柱は、降伏変位（δ_ｙ：約１２ｍｍ）および終局変位（δ_ｕ：約５８ｍｍ）が実施例１と同様、前述した比較例１のそれに比べていずれも大きいばかりか、δ_ｕ／δ_ｙが実施例１と同様、比較例１のそれに比べて著しく大きいことがわかる。
【００３５】
また、前記変形試験において実施例２の鉄筋コンクリート柱を５．２ｍｍ、１０．４ｍｍおよび１５．６ｍｍの変位でそれぞれ３回往復変形させたときの外観を観察した。その結果を図１１に示す。
【００３６】
図１１から明らかなように実施例２の鉄筋コンクリート柱は５．２ｍｍ、１０．４ｍｍおよび１５．６ｍｍの変位において柱底部およびその上部付近にのみ僅かなクラックが生じ、前述した図９に示す比較例１の鉄筋コンクリート柱のように１０．４ｍｍ変位において柱底部から斜め方向にクラックが生じるのを回避できることがわかる。
【００３７】
このような結果から、実施例２の鉄筋コンクリート柱は地震のような急激かつ強大な剪断力に対して斜め方向の剪断破壊を生じず、高い靭性を示すことがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、帯筋の配筋量を少なくしても、地震のような急激かつ強大な剪断力によるひび割れの発生を局所に止めて伝播を防ぎ、ひいては斜め方向の剪断破壊を効果的に防止できる、高い靭性を有する低コストで、施工性および安全性の高い鉄筋コンクリート柱または橋脚を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄筋コンクリート柱または橋脚を示す概略図。
【図２】図１の鉄筋コンクリート柱または橋脚に配筋されたシースおよび異形鉄筋を示す斜視図。
【図３】コンクリートブロックに配筋された異形鉄筋、シース被覆異形鉄筋、表面平滑丸鋼およびグリース付き丸鋼の滑り（スキップ）と付着応力の関係を示す図。
【図４】本発明の実施例１における鉄筋コンクリート柱を有する試験体を示す概略図。
【図５】本発明の実施例１および比較例１における試験体の鉄筋コンクリート柱の破壊モード、クラックパターンを調べるための試験装置を示す概略図。
【図６】実施例１の鉄筋コンクリート柱のヒステリシス荷重−変位曲線を示す図。
【図７】比較例１の鉄筋コンクリート柱のヒステリシス荷重−変位曲線を示す図。
【図８】実施例１の鉄筋コンクリート柱のクラックパターンを示す図。
【図９】比較例１の鉄筋コンクリート柱のクラックパターンを示す図。
【図１０】実施例２の鉄筋コンクリート柱のヒステリシス荷重−変位曲線を示す図。
【図１１】実施例２の鉄筋コンクリート柱のクラックパターンを示す図。
【符号の説明】
１、１２…鉄筋コンクリート柱（または橋脚）、
２…コンクリートブロック、
３、１６…異形鉄筋、
４…シース、
５，１７…帯筋。

Claims

長さ方向に配筋された複数の異形鉄筋と、これらの異形鉄筋の周囲にその異形鉄筋の長さ方向に所望の間隔をあけて配筋された帯筋とを備えた鉄筋コンクリート柱または橋脚において、
少なくとも剪断力が加わる前記異形鉄筋部分は、シースで覆われていることを特徴とする鉄筋コンクリート柱または橋脚。
前記シースは、薄い鋼板またはプラスチックから作られることを特徴とする請求項１記載の鉄筋コンクリート柱または橋脚。
長さ方向に配筋され、表面が平滑で滑剤が塗布された複数の丸鋼と、
前記複数の丸鋼の周囲にその丸鋼の長さ方向に所望の間隔をあけて配筋された帯筋と
を備えたことを特徴とする鉄筋コンクリート柱または橋脚。