JP2008081971A - 鉄筋コンクリート梁 - Google Patents

Abstract

【課題】部材の剪断強度から梁のウェブの幅を決めることができる剪断補強筋を有する鉄筋コンクリート梁を提供する。
【解決手段】上部梁主筋１８Ａ〜Ｆ及び下部梁主筋２０Ａ〜Ｆに緊結された剪断補強筋２２、２６が、鉄筋コンクリート梁１０のＩ型断面Ｓを見たときに、このウェブ１４内で交差するように配置されている。よって、フランジ１２、１６の幅方向における中心付近に位置する上部梁主筋１８Ｃ、１８Ｄ同士及び下部梁主筋２０Ｃ、２０Ｄ同士の空き寸法Ｌ_１、Ｌ_２よりも、ウェブ１４内における剪断補強筋２２、２６の間隔を小さくできる。これにより、コンクリートと剪断補強筋２２、２６の剪断強度によって鉄筋コンクリート梁１０が構造上十分な強度を得ることができる必要最低限の寸法に近い薄肉ウェブ１４を形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、剪断補強筋を有する鉄筋コンクリート梁に関する。

鉄筋コンクリートの梁に高強度コンクリートや繊維補強コンクリート等の材料を用いて剪断強度を上げれば、その分、梁断面を小さくして梁の軽量化を図ることができる。

このような軽量化を図１４に示すようなＩ型断面の鉄筋コンクリートの梁２００に対して行う場合、梁２００の上フランジ２００Ａ及び下フランジ２００Ｃに設けられた複数の梁主筋２０２の配置間隔によって、閉塞型の剪断補強筋２０４の配置は自ずと限定される。すなわち、フランジの幅方向における中心付近の梁主筋２０２同士の空き寸法Ｌ_３、Ｌ_４よりも大きな内幅の剪断補強筋２０４が配置されることになる。

よって、梁２００のウェブ２００Ｂの幅Ｗ_２の最小長さも、この空き寸法Ｌ_３、Ｌ_４や剪断補強筋２０４の加工寸法によって決まるが、しかし、このようにして決まったウェブ２００Ｂの幅Ｗ_２は、梁２００が構造上十分な強度を得ることができる必要最低限の寸法よりもかなり大きくなってしまうことも考えられ、その場合には梁２００の十分な軽量化や材料費のコストダウンが図られていないことになる。

また、プレストレストコンクリートの梁についても同様の問題があり、例えば図１５に示すようなプレストレストコンクリートの梁２０８の場合、ＰＣケーブル用のシース管２１０と干渉しないように、閉塞型の剪断補強筋２０４の配置が自ずと限定されてしまう。

図１６に示すように、特許文献１のコンクリート梁２１２には、上部にスパイラル筋２１４、２１６が埋設されている。

よって、コンクリート梁２１２上部に圧縮力が働くと、この上部が断面方向に拡大してスパイラル筋２１４、２１６に引張力が働き、このスパイラル筋２１４、２１６の弾性復元力によってコンクリート梁２１２上部の圧縮強度が増す。

しかし、特許文献１のコンクリート梁２１２に剪断補強筋を設ける場合、十分な剪断強度を得るためには、下フランジ２２０に設けられたＰＣ鋼材２１８に剪断補強筋を緊結させる必要がある。よって、このＰＣ鋼材２１８の位置によって剪断補強筋の配置が限定されてしまうので、コンクリート梁２１２のウェブの幅を小さくすることは難しい。

図１７に示すように、特許文献２のコンクリート部材２２２下部の引張領域には、繊維強化プラスチック２２４が配設され、上部の圧縮領域には円環スパイラル状の拘束鉄筋２２６が配設されている。

よって、繊維強化プラスチック２２４がコンクリート部材２２２下部の引張領域を高強度にし、拘束鉄筋２２６がコンクリート部材２２２上部の圧縮領域の靭性を向上させる。

しかし、特許文献２のコンクリート部材２２２に剪断補強筋を設ける場合、特許文献１と同様に、繊維強化プラスチック２２４によって剪断補強筋の配置が限定されてしまい、コンクリート部材２２２のウェブの幅を小さくすることは難しい。
特開平５−１９５５９９号公報 特開平５−３１１８１１号公報

本発明は係る事実を考慮し、部材の剪断強度から梁のウェブの幅を決めることができる剪断補強筋を有する鉄筋コンクリート梁を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、上フランジ、ウェブ、及び下フランジからなるＩ型断面の鉄筋コンクリート梁において、前記上フランジに設けられた上部梁主筋と、前記下フランジに設けられた下部梁主筋と、前記上部梁主筋及び前記下部梁主筋と緊結され、かつ前記Ｉ型断面を見たときに前記ウェブ内で交差するように配置された剪断補強筋と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、Ｉ型断面の鉄筋コンクリート梁の上フランジに上部梁主筋が設けられ、下フランジに下部梁主筋が設けられている。

そして、上部梁主筋及び下部梁主筋には、剪断補強筋が緊結されている。

また、剪断補強筋は、鉄筋コンクリート梁のＩ型断面を見たときに、このウェブ内で交差するように配置されている。

よって、フランジの幅方向における中心付近に位置する上部梁主筋同士及び下部梁主筋同士の空き寸法よりも、ウェブ内において剪断補強筋の間隔を狭くできる。

これにより、フランジの幅方向における中心付近に位置する上部梁主筋及び下部梁主筋を囲む従来の閉塞型（矩形環状）の剪断補強筋を配置する場合よりも、小さな幅のウェブにすることができる。すなわち、コンクリートと剪断補強筋の剪断強度によって鉄筋コンクリート梁が構造上十分な強度を得ることができる必要最低限の寸法に近い薄肉ウェブの形成が可能となる。

請求項２に記載の発明は、前記剪断補強筋は、頂部、傾斜部、及び底部からなるＺ形状であり、前記頂部は前記上部梁主筋と緊結され、前記傾斜部は前記Ｉ型断面を見たときに前記ウェブ内で交差し、前記底部は前記下部梁主筋と緊結されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、剪断補強筋が、頂部、傾斜部、及び底部からなるＺ形状になっている。

そして、上部梁主筋には剪断補強筋の頂部が緊結され、下部梁主筋には剪断補強筋の底部が緊結されている。

また、剪断補強筋の傾斜部は、鉄筋コンクリート梁のＩ型断面を見たときに、このウェブ内で交差するように配置されている。

よって、１種類の形状の剪断補強筋によって、上部梁主筋の座屈補強と鉄筋コンクリート梁の剪断補強の２つの効果を得ることができる。

これにより、上部梁主筋の座屈を防ぐ補強筋と剪断補強筋を別々に設ける必要がないので少ない数の補強筋で済み、施工手間や材料コストを低減することができる。

また、交差する２つの剪断補強筋でコンクリートをウェブの幅方向に取り囲む閉鎖型の補強構造なので、剪断補強筋とコンクリートが分離してしまって剪断強度が低下することを防止できる。

請求項３に記載の発明は、前記ウェブに開口部を有し、前記ウェブを側面から見たときに前記開口部の両側で前記傾斜部が交差するように前記剪断補強筋が配置され、前記開口部の上方で前記頂部は前記上部梁主筋と緊結され、前記開口部の下方で前記底部は前記下部梁主筋と緊結されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、ウェブに開口部を有している。

また、剪断補強筋は、鉄筋コンクリート梁のＩ型断面を見たときに、このウェブ内で傾斜部が交差するように配置されると共に、ウェブを側面から見たときに開口部の両側で傾斜部が交差するように配置されている。

そして、上部梁主筋は開口部の上方で剪断補強筋の頂部と緊結され、下部梁主筋は開口部の下方で剪断補強筋の底部と緊結されている。

ここで、梁断面全体に対してコンクリートが占める割合は、通常の梁断面（コンクリートが占める割合は１００％）よりも開口部を有する梁断面の方が小さくなるので、ウェブに開口部が形成されている場合には、開口部の上方及び下方に剪断力が集中し、これによって開口部上方及び下方での梁主筋の座屈が問題となる。

しかし、請求項３の鉄筋コンクリート梁は、開口部の上方及び下方で剪断補強筋と梁主筋が緊結されているので、剪断補強筋が梁主筋の支点となりこの支点間の長さが座屈長よりも小さくなる。よって、梁主筋の座屈を防ぐことができる。

また、通常、梁のひび割れはウェブの鉛直方向に対して斜めに発生するが、剪断補強筋が鉛直方向に対して斜めに配置されているので、このひび割れを効果的に防ぐことができる。

これらにより、薄肉ウェブに開口部を有する鉄筋コンクリート梁を構築することができる。

請求項４に記載の発明は、前記上フランジ、前記ウェブ、及び前記下フランジは、プレストレスが導入されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明では、上フランジ、ウェブ、及び下フランジに、プレストレスが導入されている。これによって鉄筋コンクリート梁の剪断強度を上げ、薄肉ウェブの鉄筋コンクリート梁においても十分な剪断強度を得ることができる。

請求項５に記載の発明は、前記上フランジ、前記ウェブ、及び前記下フランジは、高強度コンクリート又は繊維補強コンクリートによって形成されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、上フランジ、ウェブ、及び下フランジに、高強度コンクリート又は繊維補強コンクリートを用いることによって鉄筋コンクリート梁の剪断強度を上げ、薄肉ウェブの鉄筋コンクリート梁においても十分な剪断強度を得ることができる。

本発明は上記構成としたので、部材の剪断強度から梁のウェブの幅を決めることができる。

図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁を説明する。

なお、本実施形態では、上下のフランジに各６本の梁主筋を横一列に配置したＩ型断面の鉄筋コンクリート梁に剪断補強筋を配置した例を示すが、これに限らず、Ｉ型断面の鉄筋コンクリート梁やプレストレストコンクリート梁等に設けられる梁主筋のさまざまな配置に対して本実施形態を適用することができる。

まず、本発明の第１の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁１０について説明する。

図１は鉄筋コンクリート梁１０の斜視図であり、図２は鉄筋コンクリート梁１０の断面を見た正面図である。

図２に示すように、鉄筋コンクリート梁１０は、高強度コンクリートＵによって形成された上フランジ１２、ウェブ１４、下フランジ１６によってＩ型断面Ｓを形成している。

上フランジ１２には６本の上部梁主筋１８Ａ〜Ｆが等間隔で左から横一列に配置され、下フランジ１６には６本の下部梁主筋２０Ａ〜Ｆが等間隔で左から横一列に配置されている。

上部梁主筋１８Ａ〜Ｄの上面は、頂部２２Ａ、傾斜部２２Ｂ、及び底部２２ＣからなるＺ形状の剪断補強筋２２の頂部２２Ａの下面と接し、下部梁主筋２０Ｃ〜Ｆの下面は、剪断補強筋２２の底部２２Ｃの上面と接している。これらの上部梁主筋１８Ａ〜Ｄと剪断補強筋２２の頂部２２Ａ、及び下部梁主筋２０Ｃ〜Ｆと剪断補強筋２２の底部２２Ｃは、結束線により結束されている。そして、この結束線と硬化した高強度コンクリートＵによって上部梁主筋１８Ａ〜Ｄ及び下部梁主筋２０Ｃ〜Ｆと剪断補強筋２２は緊結されている。

頂部２２Ａ端部の屈曲部２４Ａは上部梁主筋１８Ａと接し、頂部２２Ａと傾斜部２２Ｂの間の屈曲部２４Ｂは上部梁主筋１８Ｄと接し、傾斜部２２Ｂと底部２２Ｃとの間の屈曲部２４Ｃは下部梁主筋２０Ｃと接し、底部２２Ｃ端部の屈曲部２４Ｄは下部梁主筋２０Ｆと接している。よって、剪断補強筋２２は上部梁主筋及び下部梁主筋により図２の上下方向及び横方向に対して完全に移動が拘束されている。

また、剪断補強筋２２と同形状の部材をＩ型断面Ｓの中心軸に対して反転させた剪断補強筋２６が配置されている。剪断補強筋２６は、頂部２６Ａ、傾斜部２６Ｂ、及び底部２６Ｃを有する。

上部梁主筋１８Ｃ〜Ｆの上面は、Ｚ形状の剪断補強筋２６の頂部２６Ａの下面と接し、下部梁主筋２０Ａ〜Ｄの下面は、剪断補強筋２６の底部２６Ｃの上面と接している。これらの上部梁主筋１８Ｃ〜Ｆと剪断補強筋２６の頂部２６Ａ、及び下部梁主筋２０Ａ〜Ｄと剪断補強筋２６の底部２６Ｃは、結束線により結束されている。そして、この結束線と硬化した高強度コンクリートＵによって上部梁主筋１８Ｃ〜Ｆ及び下部梁主筋２０Ａ〜Ｄと剪断補強筋２６は緊結されている。

頂部２６Ａ端部の屈曲部２８Ａは上部梁主筋１８Ｆと接し、頂部２６Ａと傾斜部２６Ｂの間の屈曲部２８Ｂは上部梁主筋１８Ｃと接し、傾斜部２６Ｂと底部２６Ｃとの間の屈曲部２８Ｃは下部梁主筋２０Ｄと接し、底部２６Ｃ端部の屈曲部２８Ｄは下部梁主筋２０Ａと接している。よって、剪断補強筋２６は上部梁主筋及び下部梁主筋により図２の上下方向及び横方向に対して完全に移動が拘束されている。

剪断補強筋２２、２６同士は、上部梁主筋１８Ｃ、１８Ｄの間、及び下部梁主筋２０Ｃ、２０Ｄの間でラップして接するように配置されている。また、剪断補強筋２２の傾斜部２２Ｂと剪断補強筋２６の傾斜部２６Ｂとは、Ｉ型断面Ｓを見たときにこのウェブ１４内で交差するように配置されている。

そして、この剪断補強筋２２、２６の２つの剪断補強筋が１つの組になって、図１に示すように、上部梁主筋１８Ａ〜Ｆ及び下部梁主筋２０Ａ〜Ｆの長手方向に等間隔に配置されている。鉄筋コンクリート梁１０を側面から見たときに、剪断補強筋２２、２６は、下フランジ１６の底面に対して概ね垂直に立設されており、剪断補強筋２２、２６の傾斜部２２Ｂ、２６Ｂの長手方向の中心部付近で、この傾斜部２２Ｂ、２６Ｂ同士が接している。

次に、本発明の第１の実施形態に係る鉄筋コンクリート１０の作用及び効果について説明する。

図２に示すように、Ｉ型断面Ｓを見たときにウェブ１４内で傾斜部２２Ｂ、２６Ｂが交差するように剪断補強筋２２、２６を配置することによって、フランジの幅方向における中心付近に位置する上部梁主筋１８Ｃ、１８Ｄ同士及び下部梁主筋２０Ｃ、２０Ｄ同士の空き寸法Ｌ_１、Ｌ_２よりも、ウェブ１４内における剪断補強筋２２、２６の傾斜部２２Ｂ、２６Ｂの間隔を小さくできる。

これにより、上部梁主筋１８Ｃ、１８Ｄ及び下部梁主筋２０Ｃ、２０Ｄを囲む従来の閉塞型（矩形状）の剪断補強筋を配置した場合よりも、小さな幅Ｗ_１のウェブ１４にすることができるので、高強度コンクリートＵと剪断補強筋２２、２６の剪断強度によって鉄筋コンクリート梁１０が構造上十分な強度を得ることができる必要最低限の寸法に近い薄肉ウェブ１４の形成が可能となる。

また、１種類の形状の剪断補強筋２２、２６によって、上部梁主筋１８Ａ〜Ｆの座屈補強と鉄筋コンクリート梁１０の剪断補強の２つの効果を得ることができるので、上部梁主筋１８Ａ〜Ｆの座屈を防ぐ補強筋と剪断補強筋を別々に設ける必要がない。よって、少ない数の補強筋で済み、施工手間や材料コストを低減することができる。

また、交差する２つの剪断補強筋２２、２６で高強度コンクリートＵをウェブ１４の幅方向に取り囲む閉鎖型の補強構造なので、剪断補強筋２２、２６と高強度コンクリートＵが分離してしまって剪断強度が低下することを防止できる。

なお、第１の実施形態では、剪断補強筋２２、２６同士を、上部梁主筋１８Ｃ、１８Ｄの間、下部梁主筋２０Ｃ、２０Ｄの間、及び傾斜部２２Ｂ、２６Ｂの長手方向の中心部付近で接するように配置した例を示したが、これらは離れていてもよい。

また、剪断補強筋２２、２６を１つの組として、上部梁主筋及び下部梁主筋の長手方向に等間隔に配置した例を示したが、この配置間隔や配置する数は必要に応じて適宜決めればよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁３０について説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態の鉄筋コンクリート梁１０に開口部３２を形成し、ウェブ１４を側面から見たときに、剪断補強筋２２、２６を鉛直方向に対して斜めに傾けて配置したものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

なお、ウェブ１４を側面から見たときとは、Ｉ型断面Ｓに直交する鉄筋コンクリート梁３０の側面側からウェブ１４を見たときのことである。

図３は鉄筋コンクリート梁３０の斜視図であり、図４は鉄筋コンクリート梁３０の側面図である。

図３に示すように、鉄筋コンクリート梁３０のウェブ１４に開口部３２が形成されている。

また、第１の実施形態と同様に、剪断補強筋２２、２６の傾斜部２２Ｂ、２６Ｂを鉄筋コンクリート梁３０のＩ型断面で見たときに、このウェブ１４内で交差するように配置されると共に、図４に示すように、ウェブ１４を側面から見たときに開口部３２の両側で傾斜部２２Ｂ、２６Ｂが交差するように剪断補強筋２２、２６が配置されている。

そして、図３、４に示すように、上部梁主筋１８Ａ〜Ｄは開口部３２の上方で剪断補強筋２２の頂部２２Ａと緊結され、下部梁主筋２０Ａ〜Ｄは開口部３２の下方で剪断補強筋２６の底部２６Ｃと緊結されている。

また、上部梁主筋１８Ｃ〜Ｆは開口部３２の上方で剪断補強筋２６の頂部２６Ａと緊結され、下部梁主筋２０Ｃ〜Ｆは開口部３２の下方で剪断補強筋２２の底部２２Ｃと緊結されている。

上部梁主筋と剪断補強筋の頂部、及び下部梁主筋と剪断補強筋の底部は、第１の実施形態と同様に、結束線によって結束されている。そして、この結束線と硬化した高強度コンクリートＵによって上部梁主筋及び下部梁主筋と剪断補強筋は緊結されている。

そして、この剪断補強筋２２、２６の２つの剪断補強筋が１つの組になって、図３に示すように、上部梁主筋及び下部梁主筋の長手方向に等間隔に配置されている。剪断補強筋２２、２６は、ウェブ１４を側面から見たときに、下フランジ１６の底面から鉛直方向に対して斜めに傾斜して立設されており、剪断補強筋２２、２６の傾斜部２２Ｂ、２６Ｂの長手方向の中心部付近で、この傾斜部２２Ｂ、２６Ｂ同士が接している。剪断補強筋２２、２６の頂部２２Ａ、２６Ａ同士、及び底部２２Ｃ、２６Ｃ同士は接していない。

次に、本発明の第２の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁３０の作用及び効果について説明する。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、鉄筋コンクリート梁３０のＩ梁断面Ｓ全体に対して高強度コンクリートＵが占める割合は、通常の梁断面積（コンクリートが占める割合は１００％）よりも開口部３２を有する梁断面積の方が小さくなるので、ウェブ１４に開口部３２が形成されている場合には、開口部３２の上方及び下方に剪断力が集中し、これによって開口部３２上方及び下方での梁主筋１８Ａ〜Ｆ、２０Ａ〜Ｆの座屈が問題となる。

しかし、鉄筋コンクリート梁３０では、開口部３２の上方及び下方で剪断補強筋２２、２６と梁主筋１８Ａ〜Ｆ、２０Ａ〜Ｆが緊結されているので、剪断補強筋２２、２６が梁主筋１８Ａ〜Ｆ、２０Ａ〜Ｆの支点となりこの支点間の長さが座屈長よりも小さくなる。よって、梁主筋１８Ａ〜Ｆ、２０Ａ〜Ｆの座屈を防ぐことができる。

また、通常、鉄筋コンクリート梁３０のウェブ１４のひび割れは、ウェブ１４を側面から見たときに、鉛直方向に対して斜めに発生するが、剪断補強筋２２、２６が鉛直方向に対して斜めに配置されているので、このひび割れを効果的に防ぐことができる。

これらにより、薄肉ウェブ１４に開口部３２を有する鉄筋コンクリート梁３０を構築することができる。

なお、第２の実施形態では、剪断補強筋２２、２６の頂部２２Ａ、２６Ａ同士、及び底部２２Ｃ、２６Ｃ同士が接していない例を示したが、開口部３２内に傾斜部２２Ｂ、２６Ｂが食み出なければ、上部梁主筋１８Ｃ、１８Ｄの間、下部梁主筋２０Ｃ、２０Ｄの間で頂部２２Ａ、２６Ａ同士、及び底部２２Ｃ、２６Ｃ同士が接するようにしてもよい。

また、剪断補強筋２２、２６を１つの組として、上部梁主筋及び下部梁主筋の長手方向に等間隔に配置した例を示したが、この配置間隔や配置する数は、ウェブに形成された開口部の大きさや配置に応じて適宜決めればよい。

また、上フランジ、ウェブ、及び下フランジが高強度コンクリートＵによって形成された鉄筋コンクリート梁１０、３０について示したが、上フランジ、ウェブ、及び下フランジを形成する材料は、普通コンクリートでもよい。高強度を有する高強度コンクリート、繊維補強コンクリート等を用いたり、プレストレスを導入すれば、鉄筋コンクリート梁の剪断強度が大きくなり、薄肉ウェブの鉄筋コンクリート梁においてもより高い剪断強度を得ることができるので、これらの材料を鉄筋コンクリート梁に用いることが好ましい。

図５に示すように、鉄筋コンクリート梁１１０をプレストレストコンクリートとした場合、ＰＣケーブル用のシース管１１２を上フランジ１１４や下フランジ１１６に設けても、ウェブ１１８の幅を小さくすることができる。
（実施例）
図６は、鉄筋コンクリート梁の試験体に対する梁の曲げ試験の測定値を示すものである。

図７に示すように、比較例１としての鉄筋コンクリート梁３８は、Ｉ型断面を有する従来の鉄筋コンクリート梁のウェブ４０に開口部４２を形成したものである。

図７のＡ１−Ａ１断面、Ａ２−Ａ２断面、Ａ３−Ａ３断面、Ａ４−Ａ４断面、Ａ５−Ａ５断面が、図８の（Ａ）〜（Ｅ）の順にそれぞれ示されている。図８の符号４４は上部梁主筋、符号４６は下部梁主筋、符号４８、５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２は、剪断補強筋を示している。このように、鉄筋コンクリート梁３８の長手方向に所定の間隔で剪断補強筋が配置されている。

Ｉ型断面の図８（Ｂ）を拡大した図９に示すように、上フランジ６４、ウェブ４０、下フランジ６６によってＩ型断面Ｍを形成している。

上フランジ６４には６本の上部梁主筋４４Ａ〜Ｆが等間隔で左から横一列に配置され、下フランジ６６には６本の下部梁主筋４６Ａ〜Ｆが等間隔で左から横一列に配置されている。

上部梁主筋４４Ａ〜Ｆの上面は、Ｃ形状の剪断補強筋５０の下面と接し、下部梁主筋４６Ａ〜Ｆの下面は、Ｃ形状の剪断補強筋５４の上面と接している。また、上部梁主筋４４Ｃ、４４Ｄ、下部梁主筋４６Ｃ、４６Ｄと接し、これらを囲むように閉塞型（矩形環状）の剪断補強筋５２が配置されている。

上部梁主筋４４Ａ〜Ｆ及び下部梁主筋４６Ａ〜Ｆには、直径１３ｍｍの異形鉄筋を用い、また、剪断補強筋５０、５２、５４には、直径６ｍｍの異形鉄筋が用いられている。

上部梁主筋４４Ａ〜Ｆ及び下部梁主筋４６Ａ〜Ｆと剪断補強筋５０、５２、５４とを、結束線によって結束し、そして、この結束線と硬化した高強度コンクリートＵによって上部梁主筋４４Ａ〜Ｆ及び下部梁主筋４６Ａ〜Ｆに剪断補強筋５０、５２、５４が緊結されている。

なお、図８（Ａ）、（Ｃ）〜（Ｅ）に示す剪断補強筋４８、５０、５４、５６、５８、６０、６２にも直径６ｍｍの異形鉄筋が用いられている。これらの剪断補強筋も上部梁主筋４４及び下部梁主筋４６と結束線によって結束され、そして、この結束線と硬化した高強度コンクリートＵによって上部梁主筋４４及び下部梁主筋４６に剪断補強筋４８、５０、５４、５６、５８、６０、６２が緊結されている。

実施例１としての鉄筋コンクリート梁６８は、図１０に示すように、第２の実施形態を適用した鉄筋コンクリート梁である。

図１０のＢ１−Ｂ１断面、Ｂ２−Ｂ２断面、Ｂ３−Ｂ３断面、Ｂ４−Ｂ４断面、Ｂ５−Ｂ５断面が、図１１の（Ａ）〜（Ｅ）の順にそれぞれ示されている。図１１の符号７４は上部梁主筋、符号７６は下部梁主筋、符号７８、８０、８２、８４、８６は、剪断補強筋を示している。このように、鉄筋コンクリート梁６８の長手方向に所定の間隔で剪断補強筋が配置されている。

Ｉ型断面の図１１（Ｂ）を拡大した図１２に示すように、上フランジ８８、ウェブ７２、下フランジ９０によってＩ型断面Ｎを形成している。

上フランジ８８には６本の上部梁主筋７４Ａ〜Ｆが等間隔で左から横一列に配置され、下フランジ９０には６本の下部梁主筋７６Ａ〜Ｆが等間隔で左から横一列に配置されている。

上部梁主筋７４Ａ〜Ｄの上面は、頂部８０Ａ、傾斜部８０Ｂ、及び底部８０ＣからなるＺ形状の剪断補強筋８０の頂部８０Ａの下面と接し、下部梁主筋７６Ｃ〜Ｆの下面は、剪断補強筋８０の底部８０Ｃの上面と接している。これらの上部梁主筋７４Ａ〜Ｄと剪断補強筋８０の頂部８０Ａ、及び下部梁主筋７６Ｃ〜Ｆと剪断補強筋８０の底部８０Ｃは、結束線により結束されている。そして、この結束線と硬化した高強度コンクリートＵによって上部梁主筋７４Ａ〜Ｄ及び下部梁主筋７６Ｃ〜Ｆと剪断補強筋８０は緊結されている。

また、剪断補強筋８０と同形状の部材をＩ型断面Ｎの中心軸に対して反転させた剪断補強筋８２が配置され、剪断補強筋８０の傾斜部８０Ｂと剪断補強筋８２の傾斜部８２Ｂとは、Ｉ型断面Ｎを見たときにこのウェブ７２内で交差するように配置されている。

上部梁主筋７４Ｃ〜Ｆの上面は、Ｚ形状の剪断補強筋８２の頂部８２Ａの下面と接し、下部梁主筋７６Ａ〜Ｄの下面は、剪断補強筋８２の底部８２Ｃの上面と接している。これらの上部梁主筋７４Ｃ〜Ｆと剪断補強筋８２の頂部８２Ａ、及び下部梁主筋７６Ａ〜Ｄと剪断補強筋８２の底部８２Ｃは、結束線により結束されている。そして、この結束線と硬化した高強度コンクリートＵによって上部梁主筋７４Ｃ〜Ｆ及び下部梁主筋７６Ａ〜Ｄと剪断補強筋８２は緊結されている。

さらに、図１０に示すように、鉄筋コンクリート梁６８のウェブ７２に開口部７０が形成され、ウェブ７２を側面から見たときに開口部７０の両側で傾斜部８０Ｂ、８２Ｂが交差するように剪断補強筋８０、８２が配置されている。

すなわち、上部梁主筋７４Ａ〜Ｄは開口部７０の上方で剪断補強筋８０の頂部８０Ａと緊結され、下部梁主筋７６Ａ〜Ｄは開口部７０の下方で剪断補強筋８２の底部８２Ｃと緊結されている。

また、上部梁主筋７４Ｃ〜Ｆは開口部７０の上方で剪断補強筋８２の頂部８２Ａと緊結され、下部梁主筋７６Ｃ〜Ｆは開口部７０の下方で剪断補強筋８０の底部８０Ｃと緊結されている。

この剪断補強筋８０、８２の２つの剪断補強筋が１つの組になって、図１０に示すように、上部梁主筋７４Ａ〜Ｆ及び下部梁主筋７６Ａ〜Ｆの長手方向に等間隔に配置されている。剪断補強筋８０、８２は、ウェブ７２を側面から見たときに、下フランジ９０の底面から鉛直方向に対して斜めに傾斜して立設されており、剪断補強筋８０、８２の傾斜部８０Ｂ、８２Ｂの長手方向の中心部付近で、この傾斜部８０Ｂ、８２Ｂ同士が接している。剪断補強筋８０、８２の頂部８０Ａ、８２Ａ同士、及び底部８０Ｃ、８２Ｃ同士は接していない。

鉄筋コンクリート梁３８と同様に、上部梁主筋７４Ａ〜Ｆ及び下部梁主筋７６Ａ〜Ｆには、直径１３ｍｍの異形鉄筋を用い、また、剪断補強筋８０、８２には、直径６ｍｍの異形鉄筋が用いられている。

なお、図１１（Ａ）、（Ｃ）〜（Ｅ）に示す剪断補強筋７８、８４、８６にも直径６ｍｍの異形鉄筋を用いられている。これらの剪断補強筋も上部梁主筋７４及び下部梁主筋７６と結束線によって結束され、そして、この結束線と硬化した高強度コンクリートＵによって上部梁主筋７４及び下部梁主筋７６に剪断補強筋７８、８４、８６が緊結されている。

また、鉄筋コンクリート梁３８を形成する高強度コンクリートＵの配合は、鉄筋コンクリート梁３８とである。すなわち、図１２の上フランジ８８、ウェブ７２、下フランジ９０は、鉄筋コンクリート梁３８の配合と同様の高強度コンクリートＵによって形成されている。

梁の曲げ試験は、図１３に示すように、床上に固定されたスタブ９２の側面から、試験体の鉄筋コンクリート梁３８、６８が張り出すように据え付け、スタブ９２の側面から２４７５ｍｍ（以降、梁長さＤと記載する）の位置Ｆ（図７の載荷点Ｆ_１、図１０の載荷点Ｆ_２）に１００ｔｏｎの油圧ジャッキ９４によって集中荷重を加えて行う。

油圧ジャッキ９４によって加える荷重は、矢印９６のように鉛直方向に正負交番で与える。この振幅（鉄筋コンクリート梁３８、６８先端部の変形量）を少しずつ大きくし、最大振幅が梁長さＤの１／２０になるまで繰り返し加力して、部材角（＝振幅／梁長さＤ）に対する剪断力Ｑを計測する。

図６の符号３４は、比較例１としての従来の鉄筋コンクリート梁３８に曲げ試験を行ったときの部材角に対する基準化した剪断力の値を示し、符号３６は実施例１としての第２の実施形態を適用した鉄筋コンクリート梁６８に曲げ試験を行ったときの部材角に対する基準化した剪断力の値を示している。基準化した剪断力とは、計測した剪断力Ｑを梁の断面ウェブ幅ｔｗ、断面高さｈ、及びコンクリート圧縮強度Ｆ_ｃ、で割った値（＝Ｑ／（ｔ_Ｗ・ｈ・Ｆ_Ｃ））である。

表１に示すように、本実施例で用いた試験体のコンクリート圧縮強度Ｆ_Ｃは、鉄筋コンクリート梁３８（符号３４）の比較例１が８９．８（Ｎ／ｍｍ^２）、鉄筋コンクリート梁６８（符号３６）のコンクリート圧縮強度Ｆ_Ｃは１０３．３（Ｎ／ｍｍ^２）となった。

また、梁の曲げ試験によって求めた最大荷重Ｑ_ｍａｘは、比較例１が１１５．８（ｋＮ）、実施例１が１１８．８（ｋＮ）となり、ほぼ同じ値になることがわかった。

最大荷重の大きさは、鉄筋コンクリート梁３８、６８の根元（鉄筋コンクリート梁３８、６８とスタブ９２の接合面）付近に発生する曲げ破壊に対する強度によって決まる。ここで、比較例１と実施例１の上部梁主筋及び下部梁主筋は、どちらも直径１３ｍｍの異形鉄筋を用いており、その配置も同じであるので、比較例１と実施例１の曲げ破壊に対する強度、すなわち最大荷重Ｑ_ｍａｘも、ほぼ同じ値になったものと考えられる。

なお、比較例１の最大荷重Ｑ_ｍａｘは、図６の符号３４の線上の点Ｐ（部材角は２７／１０００ｒａｄ）において剪断力が最大となるので、この剪断力の最大値を基準化した値の０．０２３９にｔ_Ｗ・ｈ・Ｆ_Ｃ（＝１２０ｍｍ×４５０ｍｍ×８９．８Ｎ／ｍｍ^２）を掛けることによって求めることができる。

また、実施例１の最大荷重Ｑ_ｍａｘは、図６の符号３６の線上の点Ｔ（部材角は２９／１０００ｒａｄ）において剪断力が最大となるので、この剪断力の最大値を基準化した値の０．０２６９にｔ_Ｗ・ｈ・Ｆ_Ｃ（＝９５ｍｍ×４５０ｍｍ×１０３．３Ｎ／ｍｍ^２）を掛けることによって求めることができる。

次に、梁の曲げ試験によって求めたウェブ剪断ひび割れ発生強度Ｑ_Ｃは、比較例１が７３．８（ｋＮ）、実施例１が１１３．２（ｋＮ）となり、実施例１は比較例１に比べてウェブ剪断ひび割れ発生強度がかなり大きいことがわかる。

これらの値に、それぞれの梁断面のｔ_Ｗ・ｈを掛けたウェブ剪断ひび割れ発生応力τ_Ｃは、比較例１が０．０１５Ｆ_Ｃ、実施例１が０．０２６Ｆ_Ｃとなり、コンクリート圧縮強度を考慮した比較においても実施例１の方が比較例１よりも約１．７倍も強度が高くなっていることがわかる。

よって、第２の実施形態（実施例１）の鉄筋コンクリート梁は、従来の鉄筋コンクリート梁（比較例１）に比べて梁断面の幅を小さくできるばかりではなく、剪断破壊に対する強度を向上させることがわかる。

なお、比較例１のウェブ剪断ひび割れ発生強度Ｑ_Ｃは、図６の符号３４の線上の点Ｊ（部材角は３．６／１０００ｒａｄ）において、ひび割れの発生を目視で確認したので、この剪断力の値を基準化した値の０．０１５２１にｔ_Ｗ・ｈ・Ｆ_Ｃ（＝１２０ｍｍ×４５０ｍｍ×８９．８Ｎ／ｍｍ^２）を掛けることによって求めることができる。

また、実施例１のウェブ剪断ひび割れ発生強度Ｑ_Ｃは、図６の符号３６の線上の点Ｋ（部材角は１１／１０００ｒａｄ）において、ひび割れの発生を目視で確認したので、この剪断力の値を基準化した値の０．０２５６３にｔ_Ｗ・ｈ・Ｆ_Ｃ（＝９５ｍｍ×４５０ｍｍ×１０３．３Ｎ／ｍｍ^２）を掛けることによって求めることができる。

また、本実施例で用いた高強度コンクリートＵと異なる配合のコンクリートを用いた場合においても、実施例１と同様に、薄肉ウェブの鉄筋コンクリート梁においても十分な剪断強度を得ることができる。本実施例で用いた高強度コンクリートＵよりも強度の高いコンクリートを用いれば、さらに鉄筋コンクリート梁の剪断強度を上げることができる。

また、実施例１（第２の実施形態）よりも剪断強度が強い構造である、第１の実施形態や第２の実施形態と同様の剪断補強筋の配置で開口部を有さない梁においても、当然に、十分な剪断強度を得ることができる。

また、本実施例と異なる寸法の梁主筋や剪断補強筋を用いたり、これらの配置を変えた鉄筋コンクリート梁においても、鉄筋コンクリート梁のＩ型断面を見たときに、このウェブ内で交差するように剪断補強筋を配置し、上フランジに設けられた上部梁主筋、及び下フランジに設けられた下部梁主筋と剪断補強筋を緊結した構造であれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。

例えば、図５に示すような、ＰＣケーブル用のシース管１１２を有するプレストレストコンクリートの梁１１０においても実施例１と同様の効果を得ることができる。

これまで述べたように、本実施例から、薄肉ウェブの鉄筋コンクリート梁においても十分な剪断強度が得られることがわかる。すなわち、部材の剪断強度から梁のウェブの幅を決めることができる。

本発明の第１の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の変形例を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の曲げ試験結果を示す部材角に対する基準化した剪断力の線図である。 本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の曲げ試験の試験体を示す側面図である。 図７の断面図である。 本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の曲げ試験の試験体を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の曲げ試験の試験体を示す側面図である。 図１０の断面図である。 本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の曲げ試験の試験体を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の曲げ試験方法の説明図である。 従来の鉄筋コンクリート梁を示す正面図である。 従来の鉄筋コンクリート梁を示す正面図である。 従来のコンクリート梁を示す正面図である。 従来のＦＲＰを使用したコンクリート部材を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 鉄筋コンクリート梁
１２ 上フランジ
１４ ウェブ
１６ 下フランジ
１８ 上部梁主筋
２０ 下部梁主筋
２２ 剪断補強筋
２２Ａ 頂部
２２Ｂ 傾斜部
２２Ｃ 底部
２６ 剪断補強筋
２６Ａ 頂部
２６Ｂ 傾斜部
２６Ｃ 底部
３０ 鉄筋コンクリート梁
３２ 開口部
１１０ 鉄筋コンクリート梁
１１４ 上フランジ
１１６ 下フランジ
１１８ ウェブ
Ｓ Ｉ型断面
Ｕ 高強度コンクリート

Claims (5)

1. 上フランジ、ウェブ、及び下フランジからなるＩ型断面の鉄筋コンクリート梁において、
   前記上フランジに設けられた上部梁主筋と、
   前記下フランジに設けられた下部梁主筋と、
   前記上部梁主筋及び前記下部梁主筋と緊結され、かつ前記Ｉ型断面を見たときに前記ウェブ内で交差するように配置された剪断補強筋と、
   を有することを特徴とする鉄筋コンクリート梁。
2. 前記剪断補強筋は、頂部、傾斜部、及び底部からなるＺ形状であり、
   前記頂部は前記上部梁主筋と緊結され、前記傾斜部は前記Ｉ型断面を見たときに前記ウェブ内で交差し、前記底部は前記下部梁主筋と緊結されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート梁。
3. 前記ウェブに開口部を有し、
   前記ウェブを側面から見たときに前記開口部の両側で前記傾斜部が交差するように前記剪断補強筋が配置され、
   前記開口部の上方で前記頂部は前記上部梁主筋と緊結され、
   前記開口部の下方で前記底部は前記下部梁主筋と緊結されていることを特徴とする請求項２に記載の鉄筋コンクリート梁。
4. 前記上フランジ、前記ウェブ、及び前記下フランジは、プレストレスが導入されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の鉄筋コンクリート梁。
5. 前記上フランジ、前記ウェブ、及び前記下フランジは、高強度コンクリート又は繊維補強コンクリートによって形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の鉄筋コンクリート梁。

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