(57)【要約】【課題】コンクリートが上下に打継がれ、その打継ぎ面に跨って開口が設けられた鉄筋コンクリート梁に生ずるせん断応力度を適正に算定して打継ぎ面での滑り破壊を防止できるようにする。【解決手段】  梁主筋の断面積をＡｓ、引張りを受ける梁主筋に働く最大応力度をσｓｔ、当該鉄筋コンクリート梁の有効幅内の引張りを受けるスラブ筋の断面積をａｓｌ、当該スラブ筋の最大応力度をσｓｌ、前記開口の縁もしくは中心どちらか一方から鉄筋の応力が最大となる点までの区間からヒンジ領域を除いた区間の長さをΔｌ’ 、接合面の幅をｂとするとき、打継ぎ面にかかるせん断応力度τ’ｘｙを以下の式で算出し、打継ぎ面の滑り強度τｕがせん断応力度τ’ｘｙ以上となるように、せん断補強筋を増やすなどの部材設計を行う。τ’ｘｙ＝ΔＴ／（ｂ・Δｌ’）ΔＴ＝ΣＡｓ・σｓｔ＋Σａｓｌ・σｓｌ【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートが上下に打継がれ、その打継ぎ面に跨って開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の前記打継ぎ面に作用するせん断応力度を算定する方法であって、
梁主筋の断面積をＡｓ、引張りを受ける梁主筋に働く最大応力度をσｓｔ、当該鉄筋コンクリート梁の有効幅内の引張りを受けるスラブ筋の断面積をａｓｌ、当該スラブ筋の最大応力度をσｓｌ、前記開口の縁もしくは中心どちらか一方から鉄筋の応力が最大となる点までの区間からヒンジ領域を除いた区間の長さをΔｌ’ 、接合面の幅をｂとするとき、
打継ぎ面にかかるせん断応力度τ’ｘｙを以下の式で算出することを特徴とするせん断応力度の算出方法。
2006225895.tif 000009
【請求項２】
コンクリートが上下に打継がれ、その打継ぎ面に跨って開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の設計方法であって、請求項１記載の方法により前記打継ぎ面に作用するせん断応力度τ’ｘｙを算定し、そのせん断応力度τ’ｘｙが、打継ぎ面の滑り強度τｕを超えないように設計することを特徴とする鉄筋コンクリート梁の設計方法。
【請求項３】
請求項２記載の設計方法により設計されたことを特徴とする鉄筋コンクリート梁。
【請求項４】
請求項３記載の鉄筋コンクリート梁であって、プレキャストコンクリート部材にコンクリートが現場打ちされて構築されたことを特徴とする鉄筋コンクリート梁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートが上下に打継がれ、その打継ぎ面に跨って開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の打継ぎ面に作用するせん断応力度を算定する方法、この方法を用いた鉄筋コンクリート梁の設計方法、及び、この設計方法で設計された鉄筋コンクリート梁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄筋コンクリート構造物の施工の高品質化、工期短縮等を図るため、プレキャストコンクリート（以下、ＰＣという。）柱や梁等のＰＣ部材が広く用いられている。ハーフＰＣ梁部材を用いて鉄筋コンクリート構造の梁及びスラブを構築する場合、現場でハーフＰＣ梁上部にコンクリートを打設する必要がある。
そこで、特許文献１には、工期短縮のため、ハーフＰＣ梁の上方の梁主筋を囲繞するせん断補強筋と、スラブの梁主筋の間にこれと直行してＰＣ梁部材上部及びスラブ内にせん断力伝達筋とを設け、ハーフＰＣ梁上部及びスラブにコンクリートを一度に打設する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平７−３０５４４３号報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の方法により構築された鉄筋コンクリート梁はコンクリートが上下に打継がれた構成となっており、鉄筋コンクリート梁に外力が働いた時、打継ぎ面において滑り破壊を起こす恐れがある。そこで、打継ぎ面にかかるせん断応力及び打継ぎ面の滑り強度を算出し、滑り強度が打継ぎ面に生ずるせん断応力度より大きくなるように構造設計を行う必要がある。
ところが、開口が打継ぎ面にかかると、打継ぎ面に生ずるせん断応力度が大きくなり、滑り破壊を誘発するおそれがある。しかしながら、開口が打継ぎ面にかかる場合のせん断応力度の算出方法は確立されておらず、従来の打継ぎ面の構造設計方法を用いて設計した場合は、開口部より滑り破壊を生じてしまう。
【０００４】
そこで、本発明は、コンクリートが上下に打継がれ、その打継ぎ面に跨って開口が設けられた鉄筋コンクリート梁に生ずるせん断応力度を適正に算定して打継ぎ面での滑り破壊を防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のせん断応力度の算出方法は、コンクリートが上下に打継がれ、その打継ぎ面に跨って開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の前記打継ぎ面に作用するせん断応力度を算定する方法であって、梁主筋の断面積をＡｓ、引張りを受ける梁主筋に働く最大応力度をσｓｔ、当該鉄筋コンクリート梁の有効幅内の引張りを受けるスラブ筋の断面積をａｓｌ、当該スラブ筋の最大応力度をσｓｌ、前記開口の縁もしくは中心どちらか一方から鉄筋の応力が最大となる点までの区間からヒンジ領域を除いた区間の長さをΔｌ’ 、接合面の幅をｂとするとき、打継ぎ面にかかるせん断応力度τ’ｘｙを以下の式で算出することを特徴とする。
2006225895.tif 000003
なお、式（２）の右辺におけるΣは、前記鉄筋コンクリート梁の有効幅内に存在する梁主筋またはスラブ筋の合計であることを示している。以下の記載においても同様である。
【０００６】
また、本発明の鉄筋コンクリート梁の設計方法はコンクリートが上下に打継がれ、その打継ぎ面に跨って開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の設計方法であって、上記のせん断応力度の算出方法により前記打継ぎ面に作用するせん断応力度τ’ｘｙを算定し、そのせん断応力度τ’ｘｙが、打継ぎ面の滑り強度τｕを超えないように設計することを特徴とする。
さらに、本発明は上記の設計方法により設計されたことを特徴とする鉄筋コンクリート梁も含むものとする。なお、前記鉄筋コンクリート梁は、プレキャストコンクリート部材にコンクリートが現場打ちされて構築されたものであってもよい。
上記の算出方法により求めたせん断応力度は、打継ぎ面にかかる開口部を設けたことによる影響を考慮しているため、異なる設計基準強度のコンクリートを打継いだ鉄筋コンクリート梁の打継ぎ面に開口を設ける際、打継ぎ面の滑り破壊を防止することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コンクリートが上下に打継がれ、その打継ぎ面に跨って開口が設けられた鉄筋コンクリート梁に生ずるせん断応力度を適正に算定して打継ぎ面での滑り破壊を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
まず、本発明のせん断応力度の計算の対象となる鉄筋コンクリート梁について説明する。図１は、鉄筋コンクリート梁１を示す図であり、同図（ａ）は、鉄筋コンクリート梁１の軸方向断面図であり、同図（ｂ）は鉄筋コンクリート梁１の横方向断面図である。図１に示すように、本発明の計算対象となる鉄筋コンクリート梁１はコンクリート２、３が上下に打継がれている。このような上下にコンクリート２、３を打継いだ鉄筋コンクリート梁１にせん断応力が働く時、打継ぎ面４に滑り強度を超えるせん断応力度がかかると、滑り破壊が生じる。そのため、打継ぎ面４の滑り破壊に対する設計が必要となる。特に、開口９が打継ぎ面４に設けられると、打継ぎ面４にかかるせん断応力度も大きくなるため、滑り破壊を誘発しやすくなる。なお、本発明のせん断応力度の計算の対象となる鉄筋コンクリートには、上下に異なる設計基準強度のコンクリートが打ち継がれている鉄筋コンクリート梁も含まれる。
【０００９】
ところで、このような構成を持つ鉄筋コンクリート梁１は、例えば、ハーフＰＣ梁部材を用いて構築されることが多い。図２は、ハーフプレキャスト部材であるハーフＰＣ梁部材５を用いて鉄筋コンクリート梁１を構築する方法を示す図である。ハーフＰＣ梁部材５を建て込み、上端筋６及びスラブ筋（図示せず）の配筋を行い、後打ちコンクリート７をハーフＰＣ梁部材上部とスラブに一度に打設することで構築される。ハーフＰＣ梁部材５のコンクリート本体８上面には、重量を軽くし、施工性を上げるために、凹部を備えている。このようなハーフＰＣ梁部材５を用いて構築した鉄筋コンクリート梁１は、開口９を設ける際に、コンクリート本体８と後打ちコンクリート７の打継ぎ面４を貫通することが多い。
【００１０】
そこで、本発明のせん断応力度の算出方法では、打継ぎ面４に開口９を有する場合に、打継ぎ面４にかかるせん断応力度τｘｙを以下のように求めることにした。
2006225895.tif 000004
【００１１】
なお、τ’ｘｙは打継ぎ面にかかるせん断応力度、ｂは鉄筋コンクリート梁１の幅、Δｌ’ は最大応力位置から開口部の端部もしくは中心までの区間からヒンジ領域を除いた区間の長さである。Ａｓは梁主筋６の断面積、σｓｔは引張りを受ける梁主筋６に働く最大応力度、ａｓｌは鉄筋コンクリート梁１の有効幅内の引張りを受けるスラブ筋の断面積、σｓｌは鉄筋コンクリート梁の有効幅内の引張りを受けるスラブ筋の最大応力度である。
【００１２】
以下、式（３）、式（４）により、せん断応力度を計算する仕組みについて説明する。まず、コンクリートが材軸に平行な接合面を介して上下に打ち継がれており、開口が接合面を跨がない場合の終局限界状態におけるせん断応力度の算出方法について考える。図３は、鉄筋コンクリート梁に曲げモーメント、せん断力、及び軸力が働いている時の、梁端断面の応力度の分布、及び、後打ちコンクリートに埋設された上端筋の応力度の分布を示す図である。図３に示すように、断面Ａにおいては上端筋及びその周辺のコンクリートに圧縮力が加わっており、下端筋には引張り力が加わっている。また、断面Ｂにおいては上端筋においては引張り力が加わっており、下端筋及びその周辺のコンクリートには圧縮応力が加わっている。このように、上端筋は端部Ａから端部Ｂの間に応力が圧縮から引張りに変化しており、変化した分の応力はコンクリートを介して下端筋に伝達される。応力の伝達が起こり、部材内の力の釣合いが生じるためには、コンクリートの接合面においてもコンクリート同士の付着力により伝達されなければならない。
【００１３】
そこで、終局限界状態における力の釣合いを考える。終局限界状態に達した場合は鉄筋の降伏や、コンクリートのひび割れ、接合面のずれが生じる。そのため、局所的に応力の高い部分が生じるが、応力の再分配が起こり、局所的に高い応力に対しても耐えることができる。そのため、接合面のせん断応力は打継ぎ面の平均値を用いることとする。また、終局状態に達すると、梁主筋が塑性変形をおこし、梁端部より梁せいとほぼ同じくらいの長さのヒンジ領域が形成される。終局状態では、ヒンジ領域は鉄筋が降伏を起こし、完全塑性になっているものとして、鉄筋の応力度は一定とすることができる。そこで、最大応力の位置とモーメントがゼロとなる位置の区間からヒンジ領域を除いた部分の接合面において、応力の釣り合いを考えると以下の式が導かれる。
τｘｙ・（ｂ・Δｌ）＝ΔＴ                …（５）
【００１４】
なお、τｘｙは打継ぎ面におけるせん断応力度の平均値を示し、ｂは接合面の幅、Δｌは最大応力の位置とモーメントがゼロとなる位置の区間からヒンジ領域を除いた長さ、ΔＴは鉄筋の負担する応力の変化量である。ただし、式（５）では、図３に示すように、曲げモーメントがゼロとなる点では応力Ｔをゼロとみなし、最大応力の点とモーメントがゼロとなる点の区間では応力Ｔが連続的に変化するものと仮定している。
【００１５】
式（５）は、左辺は鉄筋の最大応力の位置とモーメントがゼロとなる位置の間の、接合面で伝達される応力を示しており、右辺は鉄筋の負担する応力の変化量であり、これらが等しいことから導かれる。また、鉄筋の負担する応力の変化量ΔＴは、梁主筋の応力の変化量及び梁の近傍のスラブにおいて梁にかかる応力を負担する範囲（有効幅という）内のスラブ筋の応力の変化量の和である。また、Δｌはモーメントがゼロとなる位置から応力が最大となる位置までの区間からヒンジ領域の長さを除いた区間の長さである。ここで、ΔＴを簡単にモデル化することは難しいため、モーメントがゼロとなる位置では鉄筋の負担する応力がゼロとなるとみなし、直線的に変化すると考える。すると、Δｌの間での応力の変化量は、最大応力とゼロとの差、つまり、最大応力値と等しくなり、以下のように定めることができる。
2006225895.tif 000005
【００１６】
なお、Ａｓは梁主筋の断面積、σｓｔは引張りを受ける梁主筋に働く最大応力度、ａｓｌは鉄筋コンクリート梁の有効幅内の引張りを受けるスラブ筋の断面積、σｓｌは鉄筋コンクリート梁の有効幅内の引張りを受けるスラブ筋の最大応力度である。上記の式（５）、（６）より接合面にかかるせん断応力度τｘｙは以下の式で表される。
2006225895.tif 000006
【００１７】
付着設計を行う際は、この式により求めたせん断応力度τｘｙが打継ぎ面の滑り強度τｕを超えないように設計する。なお、打継ぎ面の滑り強度τｕを求める式として、例えば、以下に示す古屋らの提案式などがあげられる。
τｕ＝0.075ｆｃ’＋（1.12 - 0.0012ｆｃ’）・ｐｗｆｗｓ＜0.3ｆｃ’  …（９）
なお、ｆｃ’はコンクリートの設計基準強度、ｐｗはせん断補強筋比、ｆｗｓはせん断補強筋の降伏点である。
【００１８】
式（９）に示すように、せん断補強筋比ｐｗやせん断補強筋の降伏点ｆｗｓを大きくすることで、打継ぎ面の滑り強度τｕを大きくすることができることがわかる。そのため、打継ぎ面のせん断応力度τｘｙが滑り強度τｕを超える場合は、せん断補強筋を増やしたり、強度の高いせん断補強筋を用いたりする等の補強を行い、打継ぎ面の滑り強度τｕがせん断応力度τｘｙを超えるように設計を行う。
【００１９】
次に、コンクリートが上下に打継がれている鉄筋コンクリート梁に、コンクリートの接合面を跨ぐように開口を設ける場合の、打継ぎ面のせん断応力度の算出方法について説明する。図４は、コンクリートの接合面を通る位置に開口を設けた鉄筋コンクリート梁に、せん断力が加わった場合の、梁端断面の応力度分布、及び、後打ちコンクリートに埋設された上端筋の応力度分布を示す図である。
開口が設けられた打継ぎ面では応力の伝達が起こらないため、せん断力が働いている時の上端筋から下端筋への応力の伝達は、開口端部から鉄筋の引張り応力が最大になる部分からヒンジ領域を除いた部分で行われる。このため、上端筋の応力分布は、図４に示すように、開口においてゼロとなると考えられる。そこで、式（７）、式（８）におけるΔｌを、最大応力位置から開口の端部もしくは中心までの区間からヒンジ領域を除いた区間の長さΔｌ’ とした以下の式で、開口を有する場合の接合面のせん断応力度をτ’ｘｙを計算できる。
2006225895.tif 000007
【００２０】
ここで、図４に示すように、Δｌ＞Δｌ’なので、開口を有する場合の打継ぎ面に生じるせん断応力度τ’ｘｙは、開口を持たない場合の打継ぎ面に生じるせん断応力度τｘｙより大きくなる。従来は、このような開口を有する場合の接合面のせん断応力度の計算方法が無かったため、開口を設けたことで打継ぎ面にかかるせん断応力度が大きくなっても、それに対する設計ができずに、接合面において滑り破壊を起こしていた。しかし、本発明のせん断応力度τ’ｘｙの計算方法を用いることで、打継ぎ面に生じるせん断応力度τ’ｘｙを算出することができるので、予め、せん断補強筋の数を多くするなどの打継ぎ面の滑り強度τｕを大きくする設計を行うことができ、滑り破壊を防ぐことができる。
【００２１】
次に、実験により開口が打継ぎ面を跨ぐことにより、打継ぎ面に生じるせん断応力度が大きくなることを確認するための実験を行ったので説明する。表１は、実験に用いた試験体の条件を示す表である。
［表１］
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【００２２】
表１に示すように、本実験では、プレキャストコンクリート梁部材上部に後打ちコンクリートを打設した鉄筋コンクリート梁（ＣＡＳＥ−１）と、プレキャストコンクリート梁部材上部に後打ちコンクリートを打設し、開口が打継ぎ面を跨ぐ場合（ＣＡＳＥ−２）についてせん断実験を行った。なお、各試験体のコンクリートの強度は表１に示す通りであり、開口の有無以外の条件は非常に近い値である。
【００２３】
せん断実験の結果、ＣＡＳＥ−１は打継ぎ面での破壊は生じなかったが、ＣＡＳＥ−２は打継ぎ面で破壊が生じた。図５は、継ぎ面を横切る補強筋量ｐｗσｗｙとＣＡＳＥ−１については式（７）及び（８）、ＣＡＳＥ−２については式（１０）及び（１１）より求める打継ぎ面に働くせん断応力度τｚｙ、τ’ｚｙ及び滑り強度τｕの関係を示すグラフである。なお、比較例として示す滑り強度τｕは、式（９）に示す古屋らの提案式から得られたものである。図５に示すように、ＣＡＳＥ−１のせん断応力度τｚｙは、式（９）により求める滑り強度τｕを下回るが、ＣＡＳＥ−２のせん断応力度τ’ｚｙは、式（９）により求める滑り強度τｕを上回る。つまり、せん断応力度τｚｙが滑り強度τｕよりも小さいため、打継ぎ面でせん断破壊を起こさなかったが、ＣＡＳＥ−２では、開口を設けることにより、せん断応力度τ’ｚｙが式（９）より求められる滑り強度τｕよりも大きくなるため、開口から打継ぎ面が破壊したと考えられる。このことからも、開口が打継ぎ面を跨ぐことにより、打継ぎ面に働くせん断応力度が大きくなり、本発明の打継ぎ面に生じるせん断応力度τ’ｘｙの算定方法により計算すれば、すべり破壊を予測できることが確認できた。よって、本発明のせん断応力度の算定方法により算出したせん断応力度τ’ｘｙより、滑り強度τｕが大きくなるように設計すれば、すべり破壊を防止できることがわかる。
なお、本発明は上下に打継がれたコンクリートの設計基準強度が異なる場合にも適用可能である
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は鉄筋コンクリート梁の軸方向断面図であり、（ｂ）は鉄筋コンクリート梁１の横方向断面図である。
【図２】ハーフＰＣ梁部材を用いて鉄筋コンクリート梁を構築する方法を示す図である。
【図３】鉄筋コンクリート梁にせん断力が働く時の、梁端部の断面の応力度分布、及び後打ちコンクリートに埋設された上端筋の応力度分布を示す図である。
【図４】コンクリートの接合面を跨いで開口を設けた鉄筋コンクリート梁にせん断力が加わった場合の、梁端部の断面の応力度分布、及び後打ちコンクリートに埋設された上端筋の応力度分布を示す図である。
【図５】打継ぎ面を横切る補強筋量（ｐｗσｗｙ）とせん断応力度（τｚｙ、τ’ｘｙ）の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１  鉄筋コンクリート梁
２、３  コンクリート
４  打継ぎ面
５  ハーフＰＣ梁部材
６  上端筋（梁主筋）
７  後打ちコンクリート
８  コンクリート本体
９  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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