(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート製の梁又は柱と該梁又は該柱が接合された躯体とに接合され、梁端部又は柱端部の塑性ヒンジ部分の回転変形に伴って変形しエネルギーを吸収するエネルギー吸収手段を備え、
前記エネルギー吸収手段は、
梁長方向又は柱長方向と直交する方向を折筋方向として配置された波形鋼板と、
前記波形鋼板の梁長方向の端部又は柱長方向の端部を前記躯体に固定する第一固定手段と、
前記波形鋼板の凸部を、前記梁又は前記柱における梁長方向又は柱長方向と直交する方向を面外方向とする面に固定する第二固定手段と、
を有する、
鉄筋コンクリート製の梁又は柱の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート製の梁又は柱の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート構造の梁の載荷重を増加していくと曲げ応力度が増大し、コンクリートの弾性限度を超えると、梁は接合端（最外縁）から塑性域に入る。全断面が塑性域に達すると、中立軸の一方側（例えば上面側）は塑性圧縮、他方側（例えば下面側）は塑性引張りを受ける。この状態では曲げモーメントは一定の値を保ったまま、梁はヒンジのように回転を続ける。そして、この状態のモーメントを全塑性モーメントとされ、全塑性モーメントをもつ梁の断面の力学的状態が塑性ヒンジとされている。別の言い方をすると、部材断面が荷重によって降伏することにより形成されるピン状態のヒンジとされている。
【０００３】
鉄筋コンクリート構造において、一般的に地震時に入力したエネルギーは、各階の梁端部に形成される塑性ヒンジによって吸収されるように構成されている。よって、塑性ヒンジの形成が想定される部分には、脆性破壊を防ぎ、十分な耐力と回転変形能力を持たせる目的で剪断補強筋や帯筋を密に配筋することなどが行われる。
【０００４】
特許文献１には、梁端部における塑性ヒンジの形成が想定される範囲を繊維補強セメント系材料により形成すると共に梁端部間の中間部分を普通コンクリートで形成したプレキャスト梁部材で梁を構築することで、梁端部の塑性変形回転能力を増大させ建物全体の地震応答制御を可能にし、さらに梁端部のせん断補強筋量を節減しつつ変形能力を増大させ、全体として大きな地震エネルギー吸収能力を発揮させることが提案されている（特許文献１を参照）。
【０００５】
ここで、梁に荷重がかかり梁端部の塑性ヒンジ部分が回転変形することよって鉄筋が伸張し降伏すると、降伏した領域が塑性変形領域となると共に、コンクリートにせん断ひび割れ（亀裂）が発生する。また、除荷重時にひび割れ部分が閉じるため、伸張し降伏した鉄筋はコンクリート断面に押し込まれる。そして、これが繰り返されることによって徐々にコンクリートとの付着特性が劣化する。つまり、梁端部の塑性ヒンジ部位の繰り返し変形による鉄筋のコンクリートに対する付着特性が劣化し、これにより鉄筋のエネルギー吸収能力が低下し、復元力特性が低下する。
【０００６】
別の観点から説明すると、鉄筋コンクリート構造では、鉄骨造のように完全弾塑性の履歴特性を形成することができないので、梁に荷重がかかり梁端部の塑性ヒンジ部分が繰り返し回転変形することよって、復元力特性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許３９９９５９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記を鑑み、鉄筋コンクリート製の梁の梁端部又は鉄筋コンクリート製の梁の柱の柱端部のエネルギー吸収能力を向上させることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、鉄筋コンクリート製の梁又は柱と該梁又は該柱が接合された躯体とに接合され、梁端部又は柱端部の塑性ヒンジ部分の回転変形に伴って変形しエネルギーを吸収するエネルギー吸収手段を備え、前記エネルギー吸収手段は、梁長方向又は柱長方向と直交する方向を折筋方向として配置された波形鋼板と、前記波形鋼板の梁長方向の端部又は柱長方向の端部を前記躯体に固定する第一固定手段と、前記波形鋼板の凸部を、前記梁又は前記柱における梁長方向又は柱長方向と直交する方向を面外方向とする面に固定する第二固定手段と、を有する。
【００１０】
請求項１の発明では、鉄筋コンクリート製の梁又は柱に荷重がかかり梁端部又は柱端部の塑性ヒンジ部分が回転変形することよって鉄筋が伸張し降伏すると、降伏した領域が塑性変形領域となると共に、コンクリートにせん断ひび割れ（亀裂）が発生する。また、鉄筋のコンクリートに対する付着特性が劣化する。
【００１１】
しかし、このように鉄筋コンクリート製の梁又は柱にせん断ひび割れ（亀裂）が入り鉄筋のコンクリートに対する付着特性が劣化しても、梁端部又は柱端部の塑性ヒンジ部分が回転変形する際のエネルギーを、エネルギー吸収手段が吸収する。
【００１２】
したがって、エネルギー吸収手段がない構成と比較し、鉄筋コンクリート製の梁の梁端部の又は柱端部エネルギー吸収能力が向上する。
【００１４】
また、梁端部又は柱端部の塑性ヒンジ部分の回転変形に伴って、波形鋼板が繰り返し塑性変形することによって、梁端部又は柱端部の塑性ヒンジ部分が回転変形する際のエネルギーを吸収する。したがって、梁端部又は柱端部のエネルギー吸収能力が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、エネルギー吸収手段がない構成と比較し、鉄筋コンクリート製の梁の梁端部又は柱の柱端部のエネルギー吸収能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る鉄筋コンクリート製の梁の接合構造によって柱に接合された梁端部を示す斜視図である。
【図２】図１に示す梁端部を示す平面図である。
【図３】（Ａ）は図１に示す梁端部を示す側面図であり、（Ｂ）は梁端部の塑性ヒンジ部分が回転変形した状態を示す側面図である。
【図４】本発明の第一実施形態の変形例に係る鉄筋コンクリート製の梁の接合構造によって柱に接合された梁端部を示す斜視図である。
【図５】図４に示す梁端部を示す平面図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る鉄筋コンクリート製の梁の接合構造によって柱に接合された梁端部を示す（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は斜視図である。
【図７】（Ａ）は第一実施形態に係る鉄筋コンクリート製の梁の接合構造によって柱に接合された梁端部に用いた波形鋼板を示す折筋方向と直交する方向の断面図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は波形鋼板のバリエーションを示す断面図である。
【図８】エネルギー吸収手段の他の例としてのダンパー装置を示す一部断面で示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第一実施形態＞
図１〜図３を用いて、本発明の第一実施形態に係る鉄筋コンクリート製の梁の接合構造について説明する。
【００２０】
図１、図２、図３（Ａ）に示すように、構造物１０の鉄筋コンクリート製の柱２０と鉄筋コンクリート製の梁５０とが、本発明の第一実施形態に係る鉄筋コンクリート製の梁の接合構造が適用されて接合されている。
【００２１】
なお、梁５０の梁長（長手）方向をＸ方向とし、鉛直方向をＺ方向とし、Ｘ方向とＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。また、Ｙ方向が梁５０の梁幅方向（平面視における梁長方向と直交する方向）である。
【００２２】
梁５０と柱２０は、鉄筋を埋設して補強されたコンクリートＱで構成された所謂鉄筋コンクリート構造とされている。
【００２３】
柱２０には、鉛直方向に沿って配筋された複数の主筋４０と主筋４０と直交する方向に沿って配筋された複数のせん断補強筋（図示略）と、が埋設されている。
【００２４】
梁５０は、梁長方向（軸方向）に沿って配筋され、梁５０と柱２０とに跨って配筋された複数の主筋４２と、主筋４２と直交する方向に沿って配筋されたせん断補強筋（図示略）と、が埋設されている。また、主筋４２は、梁５０の鉛直方向の中央の中立軸Ｓの上側と下側とにそれぞれ配筋されている。
【００２５】
梁５０における柱２０と接合された梁端部５２の両側面（立面）５０Ａには、梁幅方向内側に凹んだ凹部５４が形成されている。
【００２６】
この凹部５４の中に、エネルギー吸収機構９０が設けられている。エネルギー吸収機構９０は波形鋼板１００を有している。波形鋼板１００は、図７（Ａ）に示すように、断面形状が山部（凸部）１０２と谷部（凹部）１０４とが交互に形成された波形とされた鋼板とされている。そして、凹部５４の中に波形鋼板１００は波形の折筋方向を縦方向として配置されている。
【００２７】
なお、波形鋼板１００の断面形状は、波形であればよく、例えば、図７（Ｂ）〜（Ｄ）の断面形状の波形鋼板４００，４１０，４２０であってもよい。また、波形鋼板を構成する材料としては、普通鋼（例えば、ＳＭ４９０、ＳＳ４００等）や低降伏点鋼（例えば、ＬＹ２２５等）等を用いることができる。
【００２８】
図１、図２、図３（Ａ）に示すように、波形鋼板１００の折筋方向と直交する方向（梁長方向（Ｙ方向））の一方の端部１１０は、柱２０に接合されている。また、他方の端部１１２は、梁端部５２の凹部５４の側壁５６に接合されている。更に、波形鋼板１００の梁側（立面５８側）に向かって凸となった凸部１０２の頂点部分が梁端部５２の凹部５４の立面５８に接合されている。
【００２９】
本実施形態では、波形鋼板１００の各接合部位は、後施工型のアンカーボルト２５及びナット２８によって接合されている。しかし、接合部材や接合方法はこれに限定されない。アンカーボルト２５及びナット２８以外の部材や方法で接合されていてもよい。
【００３０】
なお、波形鋼板１００の凸部１０２間の凹部（谷部）１０４には、梁５０を構成するコンクリートＱは打設されていない。
【００３１】
＜作用及び効果＞
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３２】
鉄筋コンクリート製の梁５０に荷重がかかり梁端部５２の塑性ヒンジ部分が回転変形することよって、主筋４２が伸張し降伏すると、降伏した領域が塑性変形領域となると共に、梁５０を構成するコンクリートＱにせん断ひび割れ（亀裂）（図３（Ｂ）の亀裂Ｋを参照）が発生する。また、梁端部５２の塑性ヒンジ部位の繰り返し変形による主筋４２のコンクリートＱに対する付着特性が劣化し、これにより主筋４２のエネルギー吸収能力が低下する。
【００３３】
ここで、波形鋼板１００は、波形方向と直交する折筋方向（本実施形態では鉛直方向（Ｚ方向））の力に対しては高いせん断抵抗性を有するが、波形方向（本実施形態では梁長方向（Ｘ方向））に対しては、楽器のアコーディオンのように自由に伸び縮みする。
【００３４】
よって、本実施形態では、梁端部５２の塑性ヒンジ部分が回転変形すると、波形鋼板１００が波形方向（横方向）にアコーディオンのように伸縮する（繰り返し塑性変形する（図３（Ｂ）を参照）。
【００３５】
したがって、鉄筋コンクリート製の梁５０にせん断ひび割れ（亀裂）が入り、主筋４２のコンクリートＱに対する付着特性が劣化しても、波形鋼板１００が横方向にアコーディオンのように伸縮（繰り返し塑性変形）することで、梁端部５２の塑性ヒンジ部分が回転変形する際のエネルギーが吸収される。よって、エネルギー吸収機構９０が設けられていない構成（波形鋼板１００が接合されていない構成）と比較し、梁端部５２エネルギー吸収能力が向上する。
【００３６】
別の観点から説明すると、鉄筋コンクリート構造であっても、鉄骨造のように完全弾塑性（又は略完全弾塑性）の履歴特性を形成することが可能となり、梁５０に荷重がかかり梁端部５２の塑性ヒンジ部分が繰り返し回転変形することよる復元力特性の低下が抑制される。
【００３７】
波形鋼板１００の凸部（山部）１０２間の凹部（谷部）１０４には、梁５０を構成するコンクリートＱが打設されていないので、波形鋼板１００の横方向の伸縮を妨げることはない。
【００３８】
なお、本実施形態では、梁端部５２に凹部５４を形成し、この凹部５４に波形鋼板１００を配置し、梁５０の幅方向外側に、波形鋼板１００がはみ出さないように構成されている。しかし、凹部５４がなく側面（立面）５０Ａに波形鋼板１００が接合された構成であってもよい。
【００３９】
ここで、例えば、平板状の鋼板の場合は横方向に殆ど伸縮しない。よって、波形鋼板１００に替えて平板鋼板を用いると、梁端部５２の塑性ヒンジの形成が阻害され回転変形が抑制されるので、塑性ヒンジ（回転変形）によるエネルギー吸収効果が十分に発揮されない。これに対して、波形鋼板１００は、波形方向にアコーディオンのように伸縮するので、梁端部５２に塑性ヒンジが形成され回転変形するので、塑性ヒンジ（回転変形）によるエネルギー吸収効果が効果的に発揮される。
【００４０】
「変形例」
つぎに本実施形態の変形例ついて、図４と図５とを用いて説明する。
【００４１】
梁５０の梁端部５２には、上下方向に貫通する空洞部６０が形成されている。空洞部６０は、垂直断面が梁長方向（Ｘ方向）を長手方向とする細長い長方形状とされ、梁幅方向（Ｙ方向）の略中央部に形成されている。
【００４２】
この空洞部６０の中に、エネルギー吸収機構９２が設けられている。波形鋼板１００の折筋方向と直交する方向（梁長方向（Ｙ方向））の一方の端部１１０は、柱２０に接合されている。また、他方の端部１１２は、梁端部５２の空洞部６０の側壁６６に接合されている。更に、波形鋼板１００の梁側（立面５８側）に向かって凸となった凸部１０２の頂点部分が梁端部５２の空洞部６０の両立面６８に接合されている。
【００４３】
なお、波形鋼板１００の凹部（谷部）１０４には、梁５０を構成するコンクリートＱは打設されていない
【００４４】
「その他の例」
図示は省略するが、発泡スチロール等の容易に変形（圧縮）可能で材料で構成された充填材を、梁端部５２の凹部５４（図１参照）及び空洞部６０（図４参照）に充填していてもよい。この場合、波形鋼板１００の凹部（谷部）１０４にも充填材が充填されるが、充填材は、圧縮され容易につぶれるので、波形鋼板１００の横方向の伸縮を妨げない。
【００４５】
＜第二実施形態＞
図６を用いて、本発明の第二実施形態に係る鉄筋コンクリート製の梁の接合構造について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号付し、重複する説明は省略する。
【００４６】
梁５０の梁端部５２の両側面（立面）５０Ａに形成された凹部５４には、エネルギー吸収機構２００が設けられている。エネルギー吸収機構２００は、二枚の積層された平板状の鋼板２０２，２０４を有している。
【００４７】
梁幅方向内側に配置された鋼板２０２は、貫通孔（図示略）が形成されアンカーボルト２５が挿通されている。なお、貫通孔（図示略）の直径は、アンカーボルト２５の軸径と略同じ（正確には挿通するので貫通孔の方が若干は大きい）円形の孔とされている。
【００４８】
梁幅方向外側に配置された鋼板２０４の梁長方向（梁長方向）の端部２０６は、柱２０にアンカーボルト２５で接合されている。また、鋼板２０４には、略鉛直方向を長手方向とする長孔２１０が形成されている。そして、この長孔２１０に、鋼板２０２の貫通孔を挿通したアンカーボルト２５が挿通され、ナット２８によって締結されている。つまり、二枚の積層された平板状の鋼板２０２，２０４は、アンカーボルト２５及びナット２８とで共締めされている。
【００４９】
なお、この長孔２１０は、アンカーボルト２５の軸径よりも大きく形成され、且つ、柱２０から離れる方向に向かって若干凸状となるＲ形状とされている。
【００５０】
＜作用及び効果＞
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５１】
梁端部５２の塑性ヒンジ部分の回転変形に伴って、鋼板２０２，２０４を共締めしているアンカーボルト２５が移動する。梁幅方向内側の鋼板２０２は柱２０に接合されておらず、貫通孔とアンカーボルト２５の軸径とは略同じ径であるので、鋼板２０２はアンカーボルト２５の移動に伴って移動する。つまり、梁端部５２が回転変形に伴い鋼板２０２も移動する。
【００５２】
一方、梁幅方向外側の鋼板２０４は、端部２０６が柱２０に接合されると共に、長孔２１０にアンカーボルト２５が挿通されているので、鋼板２０２は移動せずアンカーボルト２５は長孔２１０を移動する。つまり、梁端部５２が回転変形しても鋼板２０４は移動しない。
【００５３】
したがって、梁端部５２の回転変形に伴い、梁幅方向の内側の鋼板２０２と梁幅方向外側の鋼板２０４とが相対移動し、鋼板２０２と鋼板２０４の接触面２０３で摩擦力が発生する。そして、接触面２０３で発生する摩擦力によって、エネルギーが吸収される。つまり、エネルギー吸収機構２００を設けることによって、梁端部５２のエネルギー吸収能力が向上する。
【００５４】
なお、他の構成で摩擦力を利用してエネルギーを吸収する構成であってもよい。例えば、既存の摩擦ダンパーを用いてもよい。要は、躯体に接合された第一部材と、梁に接合され第一部材に接触する第二部材と、を有し、梁端部の塑性ヒンジ部分の回転変形に伴って第一部材が移動し、第一部材と第二部材との接触面で発生する摩擦力によって、エネルギーが吸収されるように構成されていればよい。
【００５５】
＜その他＞
本発明を適用し、鉄筋コンクリート製の梁の履歴を向上させることで，梁の構造特性係数ＤＳを低減させることができる。また、本発明を適用することで、例えば、ＤＳを０．０５低減、より具体的には０．３０から０．０２５まで低減されれば、保有水平耐力が約１５％低減され，使用材料の削減によるコスト減及び省資源化される。
【００５６】
本発明は上記実施形態に限定されない。
【００５７】
例えば、エネルギー吸収手段は、図８に示すオリフィスタイプのダンパー装置５００であってもよい。
ダンパー装置５００は、鋼管５０２と軸部材５１０とを有している。軸部材５１０には、径方向外側に向かって突出する円盤状の突起部５１２が形成されている。この軸部材５１０が鋼管５０２の中に挿入されている。鋼管５０２の端部は固定部５０４によって梁５０の梁端部５２の両側面（立面）５０Ａに固定されている。軸部材５１０の端部は柱２０の中に埋設され固定されている。
そして、梁端部５２の塑性ヒンジ部分の回転変形に伴って、軸部５１０が鋼管５０２の中を移動することによって発生する抵抗力によって、エネルギーが吸収される。
【００５８】
また、例えば、上記実施形態では、梁５０における柱２０と接合された梁端部５２の立面に、エネルギー吸収機構を配置したが、これに限定されない。例えば、梁端部５２の上面及び下面にエネルギー吸収機構を配置してもよい。この場合、上下方向のモーメントに対して効果的にエネルギーを吸収する。また、梁端部の四つの周面のうち少なくとも一つの周面にエネルギー吸収機構が設けられていればよい（四周面全てに設けてもよい）。また、断面四角形状でない梁の場合であっても同様に少なくとも一つの周面にエネルギー吸収機構を設ければよい。
また、梁を水平方向に貫通する空洞部の上下面に配置してもよい（第一実施形態の変形例を９０°回転させたような構成）。
要は、梁における梁長方向と直交する方向を面外方向とする面に設ければよい。
なお、上記「立面」とは、平面視における梁長方向と直交する梁幅方向を面外方向とする面である。
【００５９】
また、例えば、上記実施形態では、梁端部に本発明を適用したが、これに限定されない。柱端部に本発明を適用することができる。柱端部に本発明を適用した場合は、上記実施形態の水平方向に配置された梁を９０°回転して鉛直方向に配置した構成（例えば、柱端部とスラブとの接合部位に適用）と、略同様の構成である。
なお、柱が四角柱の場合は、対向する二つの周面（側面）に波形鋼板等のエネルギー吸収機構を設けることが望ましい。更に、四つの周面（側面）に波形鋼板等のエネルギー吸収機構を設けることが、より望ましい。
【００６０】
更に、上記、複数の実施形態や複数の変形例は、適宜、組み合わされて実施可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない
【符号の説明】
【００６１】
２０      柱（躯体）
２５      アンカーボルト（エネルギー吸収手段、第一固定手段、第二固定手段）
２８      ナット（エネルギー吸収手段、第一固定手段、第二固定手段）
４２      主筋（鉄筋）
５０      梁
５２      梁端部
９０      エネルギー吸収機構（エネルギー吸収手段）
１００      波形鋼板（エネルギー吸収手段）
２００      エネルギー吸収機構（エネルギー吸収手段）
２０２      鋼板（エネルギー吸収手段、第二部材）
２０４      鋼板（エネルギー吸収手段、第一部材）
２０３      接触面
５００      ダンパー装置（エネルギー吸収手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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