コンクリート工学年次論文集 Vol.28 - 日本コンクリート工学協会

コンクリート工学年次論文集，Vol.28，No.2，2006
論文
鉛直接合部滑り破壊型 PCa 連層耐震壁の滑り強度に関する実験
小坂
英之*1・山中
久幸*2・荒井
康幸*3・溝口
光男*4
要旨：PCa 連層耐震壁の工業化施工をよりいっそう推進することを目的として，一体打ち
RC 耐震壁と同等の性能を得ることに拘らず，所要の性能を確保できればよいとの観点から，
筆者等は鉛直接合部の滑りを許容する構法を考案している。本論文では，前報に引き続き，
軸力を加えると共に，水平力の分布形状や接合筋比を変えて更に実験的検討を行った。その
結果，荷重-変形関係は曲げ破壊型の場合と同様の性状を示して優れた変形性能を有するこ
と，鉛直接合部が滑り破壊する場合の脚部モーメントは，ヒンジ領域のコッターを無効とし
て算定できることなどが解った。
キーワード：鉄筋コンクリート，プレキャスト，連層耐震壁，鉛直接合部
1. はじめに
わる軸力の伝達経路が鉛直接合部破壊後に変化
PCa 連層耐震壁の省力化構法として，筆者等
することが考えられる。そこで，この影響を考
慮するために実状に合わせて基礎梁を設けた。
は鉛直接合部の滑りを許容する構法を考案し，
前報１）ではその構造性能を確認するための水平
試験体の製作は，上下逆にして壁部分全層を
加力実験を行った。その結果，構造的にも優れ
先打ちし，後に柱部分を打設する鉛直打ちとし
た靱性能を有していることが明らかになったの
た。したがって，水平接合部は設けていない。
で，本論文では軸力を加えると共に，水平
1050
810
120
2. 実験概要
120
120
100
的検討を行った。
50
5G
550
力の分布形状や接合筋比を変えて更に実験
梁主筋　2-D6
4G
3G
壁側面に接合部を設けた PCa 耐震壁であり，
コッター
2G
層数は４層であるが梁形は設けていない。
鉛直接合部には，コッター筋は設けていな
550
帯筋 D6@85
ッターは各層５個設けている。試験体数は
外力分布と接合筋（梁主筋）の量および配
置を変えた５体であり，試験体一覧を表－
基礎梁
b×D=
120×300
主筋 2-D13
(上･下端共)
１に示す。なお，本構造では壁パネルに加
*1 三井住友建設（株）技術研究所主任研究員
350
いが中間梁主筋は柱内に定着してあり，コ
335
630
1300
図－１
工修
(正会員)
*2 三井住友建設（株）技術研究所建築研究開発部長
(正会員)
*3 室蘭工業大学
工学部建設システム工学科教授
*4 室蘭工業大学
工学部建設システム工学科助教授
工博
-427-
工博
335
315
315
750
試験体形状および配筋
(正会員)
(正会員)
2650
壁筋 D6@85
2300
の配筋を図－１に示す。試験体は柱側面と
柱主筋
4-D13+2-D10
550
試験体形状と基本試験体（NO.11，NO.12）
550
2.1 試験体概要
表－１
NO.11
試験体名
1
NO.12
5G
NO.13
3G
NO.14
NO.15
2
2
2
2
1
1
1
1
4G
1
試験体図
試験体一覧
2G
接合筋の状況
(各層の
接合筋比)
外力分布
柱主筋
接合筋を
梁筋比が
5G梁に集中
実状の上限
（0.37％相当）
（0.35％）
逆三角形分布
4-D13 + 2-D10
D6 @85mm
側柱に非接合
2-D6(2～4G)
2-D6
3-D6
3-D10(5G)
幅20mm×高さ42.5mm×深さ10mm　@85mm　各層５個
基本試験体
（0.23％）
等分布
壁横筋
梁主筋
コッター
接合筋分散
（0.35％）
D6 @85mm
各層1-D6接合
2-D6
コンクリートは高流動豆砂利コンクリートであ
水平加力の制御は４層位置の部材角で行い，
り，材料試験結果を使用鉄筋と共に表−２に示す。
1000 分の 1，2，4，6，10，15，20 rad.でそれぞ
2.2 加力および計測方法
れ２回の繰り返し加力を行った。軸力は，同図
加力方法は，図－２に示すように水平加力用
に示すように加力用鉄骨を介して壁パネル部分
のアクチュエータを梁３Ｇと５Ｇ位置（図-１参
のみに圧縮力が加わるようにし，軸圧σo
照）に配置し，水平力の試験体への伝達は同図
=1.42N/mm2（全断面についての値）の圧縮応力
中に示すように，加力用鉄骨を壁パネル部分の
度を作用させた。
コンクリートのみに両面から圧着して行った。
加力梁
圧着区間
名
NO.14
NO.15
鉄　筋
D13
D10
D6
断面積降伏強度引張強度
伸び
mm2
N/mm2
（％）
N/mm2
126.7
375
534
71.3
387
544
25.3
31.7
304**
506
23.6
**：0.2％耐力
1441
1453
105
105
鉛直変位計
50
反力床
図－２
-428-
加力装置
1100
1453
滑り変位計
1100
体
反
力
壁
550
NO.13
水平変位計
550
験
NO.12
水平加力用鉄骨
550
試
壁
柱
壁
柱
壁
柱
壁
柱
壁
柱
圧縮強度引張強度ヤング係数*
N/mm2
N/mm2
N/mm2
36.5
2.58
27900
43.1
3.34
28000
44.3
3.47
28300
43.8
3.19
27900
41.7
3.30
28800
41.1
3.17
27900
40.0
3.00
28300
39.2
2.87
28200
41.5
3.10
27200
42.7
2.99
28200
*:１/3割線弾性係数
550
NO.11
部位
200
コンクリート
使用材料の力学的性質
200
表－２
変形の計測は，図
－２に示すように２
層と４層位置の両側
柱の水平変位，柱脚
の鉛直変位，１層と
３層位置の壁と柱の
相対変位を測定した。
また，柱主筋と中間
梁主筋および壁筋の
NO.11
NO.12
図－３
歪み度を計測した。
3. 実験結果
3.1 破壊状況と荷重-変
Ç
G
Q
(a) NO.11
形曲線
実験終了時における
-20
00
-10
ひび割れ状況
S
150
Q (kN)
1
100
(a) NO.11
50
に示す。全試験体とも初
-100
ひび割れは１サイクル
-150
S
50
00
20
10
-20
-50
-3 -10
R (10 rad)
4
10
-50
-100
写真－１
-3
20
R (10 基礎梁
rad)
4
基礎梁の損傷状況（NO.13）
150
目で壁脚部引張側に発
-150
生している。その後，壁
れが発生し，滑りが生じ
(b) NO.12
-20
00
-10
150
Q (kN)
1
100
S
(c) NO.13
50
-20
て破壊した。各試験体に
10
-3
150
Q (kN)
1
100
S
50
00
-10
10
20
R (10 rad)
4
ついて見ると，NO.11 は
-50
４層部にほとんどひび
-100
-100
割れが見られず，NO.12
-150
-150
は４層部の壁にひび割
れが発生しているが，柱
にひび割れが発生して
いない。接合筋比が大き
NO.15
２G
150
Q (kN)
1
100
ひび割れ状況を図－３
と柱の接合面にひび割
NO.14
NO.13
(d) NO.14
-20
00
-10
150
Q (kN)
1
100
-50
S
(d) NO.15
50
-20
10
い NO.13 と NO.15 は３
-50
層部にも長い斜めひび
-100
割れが発生している。接
-150
合筋を最上層の５Ｇ梁
-3
NO.14 は，他の試験体に比べ４層部にひび割れ
00
-10
S
50
10
4
20
4
20
R (10 rad)
-50
-3
20
R (10 rad)
4
-100
Q1：１層目のせん断力,
R 4：４層位置の部材角，
-150
S ：鉛直接合部の滑りが増大したサイクル
図－４
に集中して配筋した
150
Q (kN)
1
100
-3
R (10 rad)
荷重-変形曲線
が損傷は比較的軽微であった。
が発生し，５Ｇ梁の壁と柱の接合面付近に深い
荷重-変形曲線を図－４に示す。同図の荷重は
ひび割れが見られた。基礎梁の損傷状況につい
１層目のせん断力 Q1 であり，変形は４層位置の
ては，写真－１に示すように中央上端の曲げひ
部材角 R4（両側柱の平均水平変位／変位計高さ）
び割れと側面にせん断ひび割れが若干見られた
である。各試験体の曲線の形状にあまり違いは
-429-
Ç
G
Q
見られず，全試験体ともに鉛直接合部に滑りが
150
NO.13
NO.15
Q1(kN)
生じているが，優れた靭性能を示している。な
-3
お，図中に矢印 S で示す５サイクル目（4×10 rad
100
の滑りが大きくなったサイクルである。
50
図－５に正加力時における荷重-変形曲線の
0
-3
は部材角が 4×10 rad 付近でせん断力が一旦ピ
s,v
3.2 鉛直接合部の滑
図－５
-15
5
で計測した鉛直接
合部の滑り変形 S
-5
と部材角 R4（４層
-10
3
位置）との関係を図
－６に示す。図は繰
り返しサイクルの
ピーク時の値（各部
s1L
-20
-15
1
-6
-4
s3L
-2
材角の１回目）を結
0
んだものである。各
-1
変位計の記号は図
-2
0
している。同図(a)
15
20
-5
00
-10
3
(mm) 2
s1L
1
-6
-4
R4 (10 rad)
s3L
-2
0
2
-1
0
4
-3
6
R4 (10 rad)
-2
s：滑り変形，v：柱脚の伸び
－７に示してあり，
矢印の向きを正と
10
-3
4
6
-3
R4 (10 rad)
2
vBL
5
(d) NO.12
拡大図
s1L
s1L
-5
-10
s
(mm) 2
s3L
5
s
(c) NO.11
拡大図
15
10
10
15
20
-3
R4 (10 rad)
00
20
荷重-変形曲線の包絡線
(b) NO.12
vBL
-5
-10
15
(mm)
s3L
5
-20
10
s,v
10
り性状
１層と３層位置
5
15
(mm)
(a) NO.11
-3
R4 (10 rad)
ほぼ同様であるが，NO.12，NO.13 および NO.15
や減少している。
Q1：１層目のせん断力
R4：４層位置の部材角
0
包絡線を示す。全ての試験体で包絡線の形状は
Ç
G
Q
NO.12
NO.11
の１サイクル目）は後述するように鉛直接合部
ークをとった後や
NO.14
R4：４層位置の部材角
図－６
鉛直接合部の滑り変形と柱脚の伸び
には等分布加力の
NO.11 を，同図(b)には逆三角形加力の NO.12 を
示したが，他の逆三角形加力の試験体について
も NO.12 とほぼ同様である。また，同図(c)，(d)
S 3L
-3
には R4=6×10 rad までの滑り変形を拡大して示
hw
した。鉛直接合部が引張側となる正加力時につ
いて，NO.11 では１層の S1L と３層の S3L はほと
S 1L
んど同じ滑り量となっているが，NO.12 では部
材角 R4 が小さな範囲では S1L が大きく，R4 が大
きくなると逆に３層の S3L が大きくなっている。
hw
v BL
hw
hw
lw
なお，同図には柱脚の伸び vBL も示したが図示の
矢印の向き：正方向
ように伸びはほとんど生じていない。
図－８に鉛直接合部のせん断力 Qvi (i=1,3)と滑
-430-
図－７
変位計の記号
験値の比率は 0.60〜0.73 となっている。
り変形 S の関係を示す。Qvi は当該層のせん断力
Qi から(1)式で算出した値であり，一点鎖線で示
(2) 鉛直接合部滑り強度
す QDV は鉛直接合部の１層当たりの終局せん断
鉛直接合部滑り強度 Q1S は，１層せん断力 Q1
力であり(2)式２）で算出した値である。
と滑り変形 S1L，S3L との関係（正サイクルピーク
Qvi = (hw l w )Qi
Q DV = 0 . 10 σ
B
⋅ A sc + σ y ∑ a v
(1)
時の値）を示した図－９において，滑り変形が
(2)
急増した矢印 S で示す５サイクル目のせん断力
ここに， σ B ：コンクリート圧縮強度，
である。なお，図－４に示した荷重-変形曲線上
A sc：コッター断面積， σ y ：接合筋降伏強
でも矢印 S で示してある。また，表－３の滑り
度， av ：接合筋断面積
変形 SL は S1L と S3L の平均値である。計算値 cQVS
滑り開始せん断力はいずれも QDV 付近となって
は図－10 に示す応力機構を考えて(3)式で求め
いるが，３層目はほぼ QDV を保持しているのに
た壁脚部モーメント MVS から１層せん断力を算
対して，１層目のせん断力は３層目の滑り（S3L）
出した値である。
M VS = lw ∑ QDVi + a wσ wy lw 2 + N lw 2
が急増する５サイクル目まで増大している。
ここに， aw , σ wy ：それぞれ壁縦筋の断面積
3.3 各種強度
と降伏強度，Q DVi ：(2)式で算定される i 層
表－３に各種強度の実験値（正加力時）と計
算値を示す。表の強度は全て１層目のせん断力
の鉛直接合部終局せん断強度
であり，変形 R4 は強度時の４層位置での部材角
実験値 Q1S と計算値 cQVS を比較するとその比
は 0.75〜0.88 となっており対応はあまり良くな
である。
(1) 最大強度
試験体は全て鉛
QVi
(kN)
直接合部に滑りが
80
3
A
60
S 1L
A
5
F
値 Q1max は同表の
20
F
1
3
S 3L
F
5
0
曲げ強度計算式に
A
F
0.5
よる値より小さく，
図－８
1
1.5
2
１）
122
113
15.9
10.6
Q 1max
cQ BU
0.60
0.61
0.73
0.66
0.70
0.41
1.12
3
A
S 1L
S 3L
3
F
1
20
2.5
0
3
F
A
4.22
15.9
5
7
A
F
5
QDV
F
7
s (mm)
0.5
数字はサイクル数
1
1.5
2
2.5
3
(b) NO.12
QVi：鉛直接合部せん断力
s：滑り変形, QDV：(2)式
各種強度
実　験　値
鉛直接合部滑り強度
Q 1S
R 4
S L
Q 1S
-3
(kN) (10 rad.) (mm)
cQ VS
115
3.99
1.41
0.82
106
3.99
1.49
0.84
127
3.99
0.71
0.88
116
3.99
0.85
0.75
124
3.99
0.55
0.87
107
101
A
0
鉛直接合部せん断力と滑り変形の関係
表－３
最大強度
試験体名
R4
Q 1max
-3
(kN) (10 rad.)
NO.11
117
15.0
NO.12
107
15.0
NO.13
128
3.79
NO.14
116
3.99
NO.15
124
3.99
60
s (mm)
(a) NO.11
計算値に対する実
80
1
40 A
F
F
7
0
脚注に示した終局
(kN)
QDV
40
め，最大強度実験
QVi
7
A
A 1
生じて破壊したた
NO.3
１）
NO.5
(3)
2.49
4.41
0.85
0.82
M BU = 0.9atσ y D + 0.4awσ wy D + 0.5ND(1− N BDFc )
注1：
*
cQ VS*’
：；ヒンジ領域のコッターを無効とした場合
-431-
３）
計　算　値
曲げ強度
滑り強度
注1
Q 1S
cQ BU *
cQ VS
cQ VS*’
Q
(kN)
(kN)
(kN)
c VS*’
0.97
196
140
119
0.98
176
126
107
1.01
176
143
126
0.84
176
154
138
0.99
176
144
126
1.02
0.98
301
101
126
123
より算出した１層目せん断力
105
103
Ç
G
Q
150
S
Q
1
7
3 FA
(kN)
F
A
100 FA 5
9
S L AF
1
13
F
0A
6
8
10
150
S
5
1
FA AF7
(kN)
100 FA 7
3
Q
4
A
9
F
A
11
12
FA
S L 13
1
9
7
11
9
14
s (mm)
F
0A
0
2
4
6
8
10
12
6
F
50
図－９
8
10
14
50
S 3L
9
11
F
13
A 13
F
S L
1
(c) NO.13
s (mm)
S
5
Q
1
7
AF
A
F A
(kN)
9
7
100
FA 3
13
(d) NO.14
4
AF
11
FA
F
9
12
0 FA
0
11 S
3L
F
A
11
F 13
A
S 1L 13
FA
2
S
150
Q
5
7
1
FA
AFA
(kN)
9
7
100 F A
3
S 1L
s (mm)
14
0 FA
0
2
4
(e) NO.15
s (mm)
0 FA
0
13
F
13
(b) NO.12
FA
50
S 3L
11
F
A
A
A F
AF
150
S 3L
11
9
3 FA
FA 5
FA
s (mm)
2
S
50
(a) NO.11
0
150
1
(kN)
100
AF S
3L
AF
FA
50
Q
11
2
4
6
8
10
12
6
8
F
SS3L
3L
A
S 1L
S1L
10
12
14
数字はサイクル数を示す
14
Q1：１層目のせん断力
s
１層せん断力と鉛直接合部滑り変形の関係
：滑り変形
軸力 N
Q DV4
い。そこで，前述のように１層目では５サイク
ルまでに既に滑りが生じており，また，ひび割
Q DV3
れが多く発生しているので，壁全体の滑り強度
Q DV2
時にはこの部分のコッターは寄与しないものと
考え，ヒンジ領域４）（１〜２層）のコッターを
Q DV1
無視して計算すると cQVS’のようになる。表には
前報１）の試験体（等分布加力）も載せてあるが，
lw
これも含めて実験値との比 Q1S／cQVS’を見ると，
図－10 応力機構
NO.14 が 0.84 で幾分低い値となっているものの，
他の試験体は 0.97〜1.02 であり対応は非常に良
a wσwy
(1)鉛直接合部が滑り破壊しても，水平せん断力-
い。NO.14 は接合筋を 5G 梁に集中させており，
部材角曲線の包絡線は曲げ破壊型の場合と同
この部分のコンクリートの損傷が大きかった為
様の性状を示し，優れた変形性能を有する。
(2)鉛直接合部が滑り破壊し，壁パネルが曲げ降
と思われる。
伏する場合の脚部モーメントは，ヒンジ領域
滑り強度時の滑り変形 SL は，接合筋比が大き
のコッターを無効として(3)式で算定できる。
く，接合筋を分散配置したほうが小さくなって
いる。滑り変形角（SL／柱中心間距離）は 0.6〜
4.7×10-3rad であり，滑り強度時には全体変形角
参考文献
の 15〜63％程度を占めていることがわかる。ま
1) 小坂英之，山中久幸，荒井康幸，溝口光男：
た，外力分布の異なる NO.11 と NO.12 を比較す
鉛直接合部の滑りを許容した PCa 連層耐震
ると，図－６で S1L，S3L の推移に違いが見られた
壁の実験，コンクリート工学年次論文集，
が，滑り変形の平均値 SL は同程度であった。
Vol.27，No.2，pp.457-462，2005
2) 日本建築学会：壁式プレキャスト鉄筋コンク
リート造設計規準・同解説，1984
4. むすび
軸力を作用させて外力分布と接合筋の量およ
3) 日本建築学会：建築耐震設計における保有耐
力と変形性能（1990）
び配置を変えた鉛直接合部滑り破壊型 PCa 連層
耐震壁の実験を行った結果は以下のようにまと
4) 日本建築学会：鉄筋コンクリート造建物の靱
性保証型耐震設計指針・同解説，1999
められる。
-432-

Download Report