JP4867370B2 - Shear reinforcement structure, shear reinforcement method, reinforced concrete member - Google Patents
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Description
本発明は、せん断荷重の作用する鉄筋コンクリート部材のせん断補強構造及び方法に関する。 The present invention relates to a shear reinforcement structure and method for a reinforced concrete member subjected to a shear load.
せん断荷重の作用する鉄筋コンクリート部材がせん断破壊を生じないように、予め、コンクリート部材内にせん断補強筋を設置する方法により鉄筋コンクリート部材のせん断耐力を向上する方法が広く用いられている。このような方法によりせん断補強を確実に行うためには、せん断補強筋と鉄筋コンクリート部材を構成するコンクリート部材との間で応力の伝達が確実に行われるようにし、せん断補強筋は確実にコンクリート部材内に定着されたせん断補強構造が必要である。このようなせん断補強構造としては、せん断補強筋の両端をフック状に曲げ加工し、このフック状に加工した部分が主鉄筋に係止されるようにせん断補強筋を配置した構造が広く用いられている。 A method of improving the shear strength of a reinforced concrete member by using a method in which a shear reinforcing bar is previously installed in the concrete member is widely used so that the reinforced concrete member on which the shear load acts does not cause a shear failure. In order to reliably perform shear reinforcement by such a method, it is ensured that stress is transmitted between the shear reinforcement bar and the concrete member constituting the reinforced concrete member. It is necessary to have a shear reinforcement structure fixed in the area. As such a shear reinforcing structure, a structure in which both ends of the shear reinforcing bar are bent into a hook shape and the shear reinforcing bar is arranged so that the hook-shaped portion is locked to the main reinforcing bar is widely used. ing.
しかしながら、このようにせん断補強筋を両端にフック状に曲げると、主筋の間に挿入して所定の位置に配筋するのが困難になる。また、せん断補強筋の径が大きくなると、異形鉄筋の両端をフック状に曲げ加工するためには非常に労力が必要となる。そこで、図6に示すような、両端に円盤状に加工した定着具31を備えるせん断補強筋32を配置したせん断補強構造20が用いられることがある。かかる構成によれば、せん断補強筋32の両端に設けられた定着具31が定着強度を向上し、コンクリート部材のせん断強度を向上するとともに、施工性を向上することができる。
However, if the shear reinforcement bars are bent like hooks at both ends in this way, it becomes difficult to insert them between the main bars and place them at predetermined positions. Further, when the diameter of the shear reinforcing bar is increased, much labor is required to bend both ends of the deformed reinforcing bar into a hook shape. Therefore, as shown in FIG. 6, there may be used a
また、これと同様の工法として、特許文献1には、せん断補強筋をねじ節鉄筋とし、このねじに螺合する機械式継手を備えた定着具を有するせん断補強構造が記載されている。
しかしながら、これら定着具を有するせん断補強構造は、両端にせん断補強筋よりも大きい定着構造を有するため、主鉄筋の間隔が狭いような場合には、配筋作業が困難になることがある。また、定着具を有するせん断補強筋は高価であるため、せん断補強に要するコストが大きくなるという虞がある。本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、施工が容易であり、廉価なせん断補強構造を提供することである。 However, since the shear reinforcement structure having these fixing tools has a fixing structure larger than the shear reinforcement bars at both ends, it may be difficult to arrange the bars when the interval between the main reinforcing bars is narrow. Further, since the shear reinforcing bar having the fixing tool is expensive, there is a possibility that the cost required for the shear reinforcement is increased. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an inexpensive shear reinforcement structure that is easy to construct.
本発明のせん断補強構造は、せん断荷重の作用する鉄筋コンクリート部材のせん断補強構造であって、前記鉄筋コンクリート部材に、前記せん断荷重により生じる斜めひび割れ面と交差するように、前記鉄筋コンクリート部材に埋設された主鉄筋と交差する向きに鋼管を埋設したことを特徴とする。 The shear reinforcement structure of the present invention is a shear reinforcement structure of a reinforced concrete member to which a shear load is applied, and is mainly embedded in the reinforced concrete member so as to intersect an oblique crack surface generated by the shear load. It is characterized in that a steel pipe is buried in a direction intersecting with the reinforcing bar.
ここで、前記鋼管は、前記斜めひび割れ面に作用するせん断荷重よりも大きなせん断耐力を有してもよい。また、前記鋼管は、鉄筋コンクリート部材に前記せん断荷重の作用方向と略平行に埋設されていてもよい。上記のせん断補強構造によれば、斜めひび割れ面において鋼管がほぞのように作用するため、せん断耐力を向上することができる。
さらに、前記主鉄筋は、前記鉄筋コンクリート部材の互いに対向する表面からそれぞれ所定の被り厚で埋設されており、前記鋼管は、その両端部が前記主鉄筋よりも前記鉄筋コンクリートの表面側まで延びるように配置されていることとしてもよい。
Here, the steel pipe may have a shear strength greater than a shear load acting on the oblique crack surface. The steel pipe may be embedded in a reinforced concrete member substantially parallel to the direction of action of the shear load. According to the above-mentioned shear reinforcement structure, the steel pipe acts like a tenon on the oblique crack surface, so that the shear strength can be improved.
Further, the main reinforcing bars, the respective are set embedded in a predetermined overburden thickness from opposing surfaces of the reinforced concrete member, said steel pipe, so that its two ends extend to the surface side of the reinforced concrete than the main reinforcing bars It may be arranged.
また、本発明は、上記のせん断補強構造を備えた鉄筋コンクリート部材を含むものとする。さらに、本発明は、せん断荷重の作用する鉄筋コンクリート部材のせん断補強方法であって、前記鉄筋コンクリート部材に、前記せん断荷重により生じる斜めひび割れ面と交差するように、前記鉄筋コンクリート部材に埋設された主鉄筋と交差する向きに鋼管を埋設することを特徴とするせん断補強方法を含むものとする。 Moreover, this invention shall include the reinforced concrete member provided with said shear reinforcement structure. Furthermore, the present invention is a method for reinforcing a reinforced concrete member on which a shear load acts, wherein the reinforced concrete member includes a main reinforcement embedded in the reinforced concrete member so as to intersect an oblique crack surface generated by the shear load. It shall include a shear reinforcement method characterized by embedding steel pipes in the intersecting direction .
本発明によれば、機械式定着を有するせん断補強筋に比べて廉価な鋼管を用いてせん断補強をしているため、せん断補強に要するコストを削減できる。また、鋼管に、従来のせん断補強構造のせん断補強筋の端部に設けられていた定着具が無いため、配筋作業が困難にならず、施工が容易になる。 According to the present invention, the cost required for shear reinforcement can be reduced because the steel pipe is cheaper than the shear reinforcement having mechanical anchoring. Moreover, since there is no fixing tool provided at the end of the shear reinforcement bar of the conventional shear reinforcement structure in the steel pipe, the bar arrangement work is not difficult and the construction is facilitated.
以下、本発明のせん断補強構造の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1(A)は、本実施形態のせん断補強構造20の設けられた鉄筋コンクリート部材10の部材軸方向の横断面図であり、同図(B)は縦断面図である。同図に示すように、鉄筋コンクリート部材10は、コンクリート部材12と、主鉄筋11と、主鉄筋11に直交するように設けられた配力筋13とを備える。ここで、図1に示すように、鉄筋コンクリート部材10には、せん断荷重Pと、その反力P´が作用しているものとする。後述するようにこのせん断荷重P及びその反力P´により、同図に一点鎖線で示すような斜めひび割れ面(せん断荷重によるひび割れが生じやすい面)が発生する。
Hereinafter, an embodiment of the shear reinforcement structure of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a cross-sectional view in the member axial direction of a reinforced
本実施形態のせん断補強構造20は、上記の斜めひび割れ面と交差するようにコンクリート部材12内に埋設された鋼管22により構成される。また、鋼管22は、軸方向がせん断力の作用方向と略平行に配置されている。
The
このようなせん断補強構造20は、例えば、鉄筋コンクリート部材を構築する際に、予め、主鉄筋11や配力筋13を配筋する際に、鋼管22を主鉄筋11に結束線などを用いて拘束するなどの方法により配置しておき、コンクリートを打設することにより構築することができる。
Such a
また、このような本実施形態のせん断補強構造10によるせん断補強の対象となる鉄筋コンクリート部材10としては、例えば、面外せん断力の作用する鉄筋コンクリート構造物の柱や梁などが挙げられ、これ以外にもせん断力の作用する鉄筋コンクリート部材であれば本実施形態のせん断補強構造を適用することができる。
Examples of the reinforced
以下、一例として鉄筋コンクリート部材の単純梁に、梁の中心に関して対称な任意の2箇所にせん断荷重が作用する場合(作用点と支点間のコンクリート部材には、一定のせん断力が生じる)を想定して、せん断補強構造により鉄筋コンクリート部材のせん断耐力が向上する原理を説明する。なお、以下の説明において、鉄筋コンクリート部材に作用する荷重は、鉄筋コンクリート部材の中央面に対して対称であるため、鉄筋コンクリート部材の片側半分の解析モデルについて考える。 As an example, suppose that a shear load is applied to a simple beam of reinforced concrete members at any two locations symmetrical about the center of the beam (a constant shear force is generated in the concrete member between the action point and the fulcrum). The principle of improving the shear strength of the reinforced concrete member by the shear reinforcement structure will be described. In the following description, since the load acting on the reinforced concrete member is symmetric with respect to the center surface of the reinforced concrete member, an analysis model of one half of the reinforced concrete member is considered.
図2は、せん断荷重が作用している状態の鉄筋コンクリート部材における応力伝達を示す図である。同図に示すように、鉄筋コンクリート部材は、対称性を考慮すると、作用荷重P1と、その反作用による支点反力P2(=P1)とにより釣合い状態となる。 FIG. 2 is a diagram illustrating stress transmission in a reinforced concrete member in a state where a shear load is applied. As shown in the figure, in consideration of symmetry, the reinforced concrete member is in a balanced state by the acting load P 1 and the fulcrum reaction force P 2 (= P 1 ) due to the reaction.
釣合い状態にあるコンクリート部材には、荷重P1の作用する点と支点反力の作用する点P2とを結ぶ方向に作用する圧縮応力を伝達する応力伝達機構が形成される。また、上記の応力伝達機構には、モールの応力円の理論により圧縮応力の作用する方向と略垂直に引張応力が作用しており、鉄筋コンクリート部材に作用するせん断荷重が大きくなると、それにともなってこの引張応力も大きくなる。引張応力が過大になり、この引張応力にコンクリート部材12が耐えられなくなると、応力伝達機構に沿ってコンクリート部材12に斜めひび割れが生じ、せん断破壊を起こしてしまう。すなわち、斜めひび割れ面は、荷重の作用する点と、支点反力の作用する点とを結ぶ方向に発生する。
The concrete member in a balance state, the stress transmission mechanism for transmitting a compressive stress acting in the direction connecting the point P 2 acting point and the fulcrum reaction force acting load P 1 is formed. In addition, the stress transmission mechanism has a tensile stress that is substantially perpendicular to the direction in which the compressive stress acts, according to the theory of the Mole's stress circle. When the shear load acting on the reinforced concrete member increases, Tensile stress also increases. If the tensile stress becomes excessive and the
図6に示すような従来のせん断補強構造30では、コンクリート部材12の負担できないような過大な引張応力をせん断補強筋32に負担させるという考えに基づき、鉄筋コンクリート部材内に応力伝達機構の引張力に抵抗するように両端に定着具31を備えたせん断補強筋32を配置していた。これにより、コンクリート部材12の負担していた引張応力がせん断補強筋32に伝達され、また、せん断補強筋32は、定着具31によって確実にコンクリート部材内に定着されているため、せん断補強筋32が引張応力を充分負担でき、せん断耐力を向上することができた。
In the conventional
これに対し、本発明のせん断補強構造20は、従来のせん断補強構造のようにコンクリート部材12に作用する引張応力を他の部材に負担させるのではなく、図1(A)に示すように、斜めひび割れ面(図1における一点鎖線)と交差するように鋼管22を設け、この鋼管22がほぞとして作用する効果(いわゆる、ダウエル効果)を利用して、せん断破壊を防止するという考えに基づくものである。
On the other hand, the
従来のせん断補強構造に用いられるせん断補強筋32は、引張応力を負担させることを目的として設けられていたため、曲げ耐力の小さい鉄筋が用いられている。したがって、コンクリート部材とともにせん断補強筋も変形してしまうので、ほぞとしての機能が低く、せん断荷重の増加に伴ってせん断破壊の進行を許してしまい、最終的にダウエル効果が充分に発生する以前に鉄筋コンクリート部材が破壊し、せん断耐力を向上することはできない。
Since the
これに対し、本実施形態のせん断補強構造20に用いられている鋼管22は、せん断補強筋32に比べて径が大きく、大きな曲げ剛性を有する。このため、ほぞとしての機能が高く、せん断荷重載荷当初から、充分なダウエル効果が期待でき、せん断耐力を向上することができる。また、鋼管22として、斜めひび割れ面に生じるせん断力以上のせん断耐力を有する鋼管を用いると、斜めひび割れ面に沿って引き離そうとする力に対して抵抗することができるため、確実にせん断耐力を向上できる。
On the other hand, the
また、図1(A)に示すように、本実施形態のせん断補強構造20は、部材軸に対して直交方向に鋼管22を配置している、通常、斜めひび割れは、応力伝達機構に沿って、すなわち、部材軸に対して斜め方向に発生するため、鋼管22は斜めひび割れと交差する。このため、従来のせん断補強構造におけるせん断補強筋と同様に、部材軸に対して直交方向に鋼管22を配置しても、せん断補強効果が得られる。
Further, as shown in FIG. 1A, the
以上説明したように、本実施形態のせん断補強構造によれば、鋼管によるダウエル効果を利用してせん断補強を行うため、コンクリート部材との定着のために用いられていた定着具が不要となり、施工費用を削減できる。また、せん断荷重により生じるひび割れ面と交差するように鋼管を設けるために、効率的な補強が可能である。このため、従来の方法で用いられていたせん断補強筋に比べて、鋼管は少ない本数でせん断補強を行うことができるため、経済性、施工性が向上される。さらに、端部に定着具がないため、配筋作業が容易になる。 As described above, according to the shear reinforcement structure of the present embodiment, since the shear reinforcement is performed using the dowel effect of the steel pipe, the fixing tool used for fixing to the concrete member is not necessary, and the construction is performed. Cost can be reduced. Further, since the steel pipe is provided so as to intersect with the crack surface caused by the shear load, efficient reinforcement is possible. For this reason, compared with the shear reinforcement used by the conventional method, since a steel pipe can carry out shear reinforcement with few numbers, economical efficiency and workability | operativity are improved. Furthermore, since there is no fixing tool at the end, the bar arrangement work is facilitated.
ここで、FEMを用いた数値解析シミュレーションにより、本実施形態のせん断補強構造を有する鉄筋コンクリート部材が充分なせん断耐力を有するか否かを検討したので、以下に説明する。本シミュレーションでは、高さ1200mm、幅500mmの鉄筋コンクリート部材をモデル化したRCモデルの一端を固定支持とし、他端に荷重を加え、荷重と変位の関係を調べた。鋼管は、直径φ48.6mm、厚さt3.2mmのものをモデル化した。 Here, the numerical analysis simulation using FEM examined whether or not the reinforced concrete member having the shear reinforcement structure of the present embodiment has sufficient shear strength, and will be described below. In this simulation, one end of an RC model modeling a reinforced concrete member having a height of 1200 mm and a width of 500 mm was used as a fixed support, a load was applied to the other end, and the relationship between the load and the displacement was examined. A steel pipe having a diameter of 48.6 mm and a thickness of t3.2 mm was modeled.
なお、本実施形態のせん断補強構造における鋼管とコンクリート部材との付着については、図3に示すようなライン要素により表すものとした。図4は、ライン要素の荷重―変位特性を説明するための図である。同図(A)及び(B)は、ライン要素の変位状況を示し、同図(C)及び(D)は、夫々(A)及び(B)のように変位した場合の変位(横軸)と応力τ(縦軸)との関係を示す。同図(A)に示すようにライン要素と平行に変位が生じる場合には、同図(C)に示すように変位δに対応する応力τが付着応力の限界値τmaxに達するまでは、変位δに比例した応力τが作用するものとし、変位δに対応する応力τが付着応力の限界値τmaxを超えるような場合には、一定の応力τ(=τmax)が作用するものとして表している。また、同図(B)に示すようにライン要素と垂直に変位が生じる場合には、同図(D)に示すように、変位δが零以下の場合においては、変位δに比例した応力σが作用するものとし、変位δが零を超えた場合には、応力が作用しないものとして表している。 In addition, about the adhesion of the steel pipe and the concrete member in the shear reinforcement structure of this embodiment, it shall represent with the line element as shown in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the load-displacement characteristics of the line elements. FIGS. 9A and 9B show the displacement state of the line elements, and FIGS. 8C and 9D show the displacements (horizontal axis) when displaced as shown in FIGS. And the stress τ (vertical axis). When displacement occurs in parallel with the line element as shown in FIG. 9A, until the stress τ corresponding to the displacement δ reaches the limit value τ max of the adhesion stress as shown in FIG. It is assumed that a stress τ proportional to the displacement δ acts, and when the stress τ corresponding to the displacement δ exceeds the limit value τ max of the adhesion stress, a constant stress τ (= τ max ) acts. Represents. In addition, when a displacement occurs perpendicular to the line element as shown in FIG. 4B, a stress σ proportional to the displacement δ is obtained when the displacement δ is zero or less as shown in FIG. When the displacement δ exceeds zero, the stress is expressed as not acting.
本シミュレーションでは、せん断補強構造を設けていない場合(条件1)、鋼管を設け、鋼管とコンクリート部材との間で最低限の付着応力はあるが摩擦力が発生しない構成とした場合(条件2)、鋼管を設け、鋼管とコンクリート部材との間である程度の付着応力があり、また摩擦力が発生するとした場合(条件3)、及び、鋼管と、コンクリート部材との間を完全付着とした場合(条件4)について、数値解析を行い、荷重―変位の関係を調べた。すなわち、条件2では、ダウエル効果のみによりせん断力に抵抗する場合に相当し、条件3及び条件4では、ダウエル効果及び鋼管の引張耐力によりせん断力に抵抗する場合に相当する。
なお、摩擦力が発生しないとした場合(条件2)では、τmaxを0.2[N/mm2]、摩擦係数μ=0とした。摩擦力が発生するとした場合(条件3)では、τmaxを0.5[N/mm2]、摩擦係数をμ=0.3とした。
In this simulation, when a shear reinforcement structure is not provided (Condition 1), a steel pipe is provided, and there is a minimum adhesion stress between the steel pipe and the concrete member, but no friction force is generated (Condition 2). When a steel pipe is provided, there is a certain amount of adhesion stress between the steel pipe and the concrete member, and a frictional force is generated (Condition 3), and when the steel pipe and the concrete member are completely adhered ( Regarding condition 4), numerical analysis was performed to investigate the relationship between load and displacement. That is, the condition 2 corresponds to the case where the shear force is resisted only by the Dowel effect, and the conditions 3 and 4 correspond to the case where the shear force is resisted by the Dowel effect and the tensile strength of the steel pipe.
In the case where no frictional force is generated (condition 2), τmax is set to 0.2 [N / mm 2 ] and the friction coefficient μ = 0. In the case where the frictional force is generated (condition 3), τ max is set to 0.5 [N / mm 2 ] and the friction coefficient is set to μ = 0.3.
図5は、各試験体の荷重―変位関係を示すグラフである。なお、比較対象として土木学会コンクリート標準示方書等に記載されているRC棒部材のせん断耐力算定式を用いて算出したせん断補強構造を設けていない鉄筋コンクリート部材の設計せん断耐力(図5の下側破線)、及び、従来の手法である、定着具をせん断補強筋の両端に接続したせん断補強構造を設けた鉄筋コンクリート部材の設計せん断耐力(図5の上側破線)を示す。 FIG. 5 is a graph showing the load-displacement relationship of each specimen. The design shear strength of a reinforced concrete member without a shear reinforcement structure calculated using the formula for calculating the shear strength of an RC bar member described in the Standard Specification for Concrete, etc. ), And the design shear strength (upper broken line in FIG. 5) of a reinforced concrete member provided with a shear reinforcement structure in which a fixing tool is connected to both ends of the shear reinforcement, which is a conventional technique.
図5に示すように、本実施形態の鋼管によるせん断補強構造を備えた鉄筋コンクリート部材は、摩擦なしの場合(条件2)、摩擦を考慮した場合(条件3)、完全付着の場合(条件4)、鋼管を設けていない場合(条件1)のせん断耐力を大きく超えている。このことから、本実施形態のせん断補強構造を設けることにより、鉄筋コンクリート部材のせん断耐力が向上することが確認された。 As shown in FIG. 5, the reinforced concrete member provided with the shear reinforcement structure by the steel pipe of the present embodiment has no friction (condition 2), friction is considered (condition 3), and complete adhesion (condition 4). When the steel pipe is not provided (condition 1), the shear strength is greatly exceeded. From this, it was confirmed that the shear strength of the reinforced concrete member is improved by providing the shear reinforcement structure of the present embodiment.
また、比較対象である、従来の定着具を用いたせん断補強構造の設計せん断耐力と、条件2〜4の最大せん断荷重を比較すると、条件2〜4の最大せん断荷重は、従来のせん断補強構造の設計せん断耐力を大きく超えている。これにより、本発明のせん断補強構造によれば、従来のせん断補強構造と同等又はそれ以上のせん断耐力を確保することができることができることが確認された。 In addition, when the design shear strength of the shear reinforcement structure using the conventional fixing tool, which is a comparison object, is compared with the maximum shear load of the conditions 2 to 4, the maximum shear load of the conditions 2 to 4 is the conventional shear reinforcement structure. The design shear strength is greatly exceeded. Thereby, according to the shear reinforcement structure of this invention, it was confirmed that the shear strength equivalent to or more than the conventional shear reinforcement structure can be ensured.
10 鉄筋コンクリート部材
11 主鉄筋
12 コンクリート部材
13 配力筋
20 せん断補強構造
22 鋼管
30 従来のせん断補強構造
31 定着具
32 せん断補強筋
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記鉄筋コンクリート部材に、前記せん断荷重により生じる斜めひび割れ面と交差するように、前記鉄筋コンクリート部材に埋設された主鉄筋と交差する向きに鋼管を埋設したことを特徴とするせん断補強構造。 A shear reinforcement structure for a reinforced concrete member on which a shear load acts,
A shear reinforcement structure, characterized in that a steel pipe is embedded in the reinforced concrete member in a direction intersecting with a main reinforcing bar embedded in the reinforced concrete member so as to intersect with an oblique crack surface caused by the shear load.
前記鋼管は、その両端部が前記主鉄筋よりも前記鉄筋コンクリートの表面側まで延びるように配置されていることを特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項に記載のせん断補強構造。 It said main reinforcing bars are each are set embedded in a predetermined overburden thickness from opposing surfaces of said reinforced concrete member,
The said steel pipe is arrange | positioned so that the both ends may extend to the surface side of the said reinforced concrete rather than the said main reinforcement, The shear reinforcement structure in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
前記鉄筋コンクリート部材に、前記せん断荷重により生じる斜めひび割れ面と交差するように、前記鉄筋コンクリート部材に埋設された主鉄筋と交差する向きに鋼管を埋設することを特徴とするせん断補強方法。 A method for reinforcing shear of a reinforced concrete member subjected to a shear load,
A shear reinforcement method comprising embedding a steel pipe in a direction intersecting with a main rebar embedded in the reinforced concrete member so as to intersect with an oblique crack surface generated by the shear load in the reinforced concrete member .
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