(57)【要約】【課題】耐力を向上させることができる鉄筋コンクリート部材を提供すること。【解決手段】材軸方向に沿って複数配置された主筋３１の周りに、環状のせん断補強筋３２を材軸方向に直交する面に平行に複数配置する。この時、せん断補強筋３２を断面略矩形状に形成し、長辺３２Ｂを材軸方向に直交する方向に沿って配置する。材軸方向に直交する方向に関する曲げ剛性よりも、材軸方向に平行な方向に関する曲げ剛性が高くなるので、同じ断面積の断面円形のせん断補強筋よりも主筋３１をより強固に拘束できる。したがって、鉄筋コンクリート部材の大変形に対しても、せん断補強筋３２が確実に主筋３１およびコンクリートを補強し、これにより鉄筋コンクリート部材の耐力を向上させることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
当該鉄筋コンクリート部材の材軸に沿って配置される主筋と、
前記主筋の周りに配置されたせん断補強筋とを備え、
前記せん断補強筋の断面形状は、長軸と短軸とを有する略細長形状に形成され、
前記長軸が前記材軸方向に直交する方向に沿って配置されている
ことを特徴とする鉄筋コンクリート部材。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄筋コンクリート部材において、
前記せん断補強筋の断面形状は、略矩形状であり、短辺の長さを１とすると、長辺の長さが１．２以上となるように設定され、かつ前記長辺が前記材軸方向に直交する方向に沿って配置されている
ことを特徴とする鉄筋コンクリート部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄筋コンクリート部材に関し、特に、せん断補強筋を備えた鉄筋コンクリート部材に関する。
【０００２】
【背景技術】
鉄筋コンクリート部材の柱、梁などでは、通常主筋の周りにせん断補強筋を配置し、鉄筋コンクリート部材のせん断面に対する補強をしている。このような鉄筋コンクリート部材のせん断補強筋としては、例えば断面形状を扁平形状に形成し、その扁平面を内側にして主筋の周りに配筋したものがある（例えば特許文献１）。この構成によれば、旧来の断面円形のせん断補強筋に比べて、せん断補強筋の折曲加工が容易になるので、主筋の周りへ巻き付けるなどの配筋作業が容易となり、作業性を向上させることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２２９０７１号公報  （第２頁、第１図、第５図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、鉄筋コンクリート部材に高圧縮軸力がかかる場合、せん断補強筋は主筋およびコンクリートを軸方向に直交する方向に拘束することによって、曲げ圧縮側の主筋やコンクリートの座屈を防止している。
ところが、例えば地震などによる鉄筋コンクリート部材の大変形時には、コンクリートにクラックなどが生じ、主筋およびせん断補強筋外周のコンクリートが剥がれ落ちてしまうことが考えられる。この場合、コアコンクリートあるいは主筋が外側にはらみ出すのを拘束するのはせん断補強筋のみとなり、このせん断補強筋の材軸に直交する方向における曲げ剛性によって、鉄筋コンクリート部材の耐力が大きく左右される。
【０００５】
しかしながら、前述のような断面扁平形状を有するせん断補強筋では、扁平面が内側となるように主筋周囲に配置されているため、材軸方向に直交する方向の曲げ剛性が従来の円形のものよりもさらに弱くなってしまい、十分な曲げ剛性を得ることができず、鉄筋コンクリート部材の耐力を十分に確保することができない。
【０００６】
本発明の目的は、耐力および変形性能を向上させることができる鉄筋コンクリート部材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の鉄筋コンクリート部材は、当該鉄筋コンクリート部材の材軸に沿って配置される主筋と、主筋の周りに配置されたせん断補強筋とを備え、せん断補強筋の断面形状は、長軸と短軸とを有する略細長形状に形成され、長軸が材軸方向に直交する方向に沿って配置されていることを特徴とする。
この構成の本発明では、せん断補強筋の断面形状が略細長形状に形成されているので、長軸に関する曲げ剛性よりも短軸に関する曲げ剛性の方が高くなる。この場合に、長軸が材軸方向に直交する方向に沿って配置されているので、同断面積を有する従来の断面扁平形状または断面円形のせん断補強筋に比べて、長軸に直交する方向に関する曲げ剛性が向上し、せん断補強筋によるコンファインド効果が高まり、鉄筋コンクリート部材の耐力および変形性能が向上する。
【０００８】
ここで、鉄筋コンクリート部材とは、鉄筋で補強されたコンクリート部材を意味し、鉄筋で構成されたいわゆる鉄筋篭の周囲をコンクリートで固めた鉄筋コンクリートの他、鉄骨を中心にして、その周囲を鉄筋コンクリート構造とした、いわゆる鉄骨鉄筋コンクリートをも含む。
また、鉄筋コンクリート部材としては、柱、梁などの所定の長さを有する軸状部材が含まれ、鉄筋コンクリート部材の材軸方向は、長さ方向に沿った方向を意味する。
なお、せん断補強筋の断面形状が細長形状であるとは、材軸に直交する方向の寸法が、他方向の寸法より長く形成されていることをいい、例えば略矩形状、楕円形状、二等辺三角形など、様々な形状が採用できる。
【０００９】
本発明では、せん断補強筋の断面形状は、略矩形状であり、短辺の長さを１とすると、長辺の長さが１．２以上となるように設定され、かつ長辺が材軸方向に直交する方向に沿って配置されていることが望ましい。
この構成の本発明では、せん断補強筋の断面形状が単純な略矩形状に形成されているので、その成形が簡単となり、せん断補強筋の製造が容易となる。また、せん断補強筋の断面形状が略矩形状なので、長辺を材軸方向に直交する方向に沿って配置すると、短辺が主筋の軸方向にほぼ平行となる。したがって、短辺を主筋に当接して配置すれば、長辺が所定の方向に配置されるので、せん断補強筋の配筋作業が簡単となる。さらに、短辺を主筋に当接して配置することにより、せん断補強筋が安定して配筋され、せん断補強筋の曲げ剛性の向上がより確実となる。
【００１０】
また、せん断補強筋の断面形状が、短辺の長さを１とすると長辺の長さが１．２以上となるように設定されているので、せん断補強筋の断面二次モーメントが、同面積の断面円形のせん断補強筋に比べて約１．５倍以上となり、曲げ剛性が向上する。これにより、せん断補強筋によるコンファインド効果が顕著となり、鉄筋コンクリート部材の耐力及び変形性能がより一層向上する。なお、長辺の長さが１．２より小さい場合には、せん断補強筋の断面二次モーメントの向上が小さくなり、顕著な曲げ剛性の向上が得られない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施形態にかかる鉄筋コンクリート部材１の斜視図が示されている。この図１において、鉄筋コンクリート部材１は、材軸方向Ａに沿った断面矩形状の柱で、断面略矩形状に形成されたコンクリート２（二点鎖線にて図示）と、このコンクリート２内に配筋された鉄筋篭３とを備えている。
【００１２】
鉄筋篭３は、材軸方向Ａに沿って複数（本実施形態では８本）配置される主筋３１と、これらの主筋３１の周囲に、材軸方向Ａにほぼ直交する方向に配置されるせん断補強筋３２とを備えている。
主筋３１は、図２にも示されるように、非連続こぶ状の節を有する異形鉄筋であり、コンクリート２の外端から所定距離を有する仮想矩形上に縦横３本ずつ等間隔に配置されている。なお、これらの主筋３１は、丸鋼で構成されていてもよいが、節を有することにより、コンクリート２との付着性が良好となる。また、主筋３１の直径ｄや、隣の主筋３１との距離ｗ、配置本数は、鉄筋コンクリート部材１の寸法や、主筋３１の材質、使用条件などを勘案して適宜設定する。
【００１３】
せん断補強筋３２は、棒状部材を折曲して端部を溶接するなどして略矩形状の環状に形成されており、材軸方向Ａに沿って複数個、互いに所定間隔ｈを有して主筋３１の外方側に配置されている。これらのせん断補強筋３２の断面形状は、図２にも示されるように、短辺３２Ａおよび長辺３２Ｂを有する略矩形状に形成されている。短辺３２Ａは、材軸方向Ａに平行に配置され、主筋３１の外周に当接されている。これにより、長辺３２Ｂは、材軸方向Ａに直交する方向に沿って配置されることとなる。せん断補強筋３２と主筋３１とが交差する部分は、それぞれ結束されている。
【００１４】
ここで、せん断補強筋３２の短辺３２Ａおよび長辺３２Ｂの寸法Ｌ，Ｍは、鉄筋コンクリート部材１の寸法や、主筋３１の寸法ｄ、配置間隔ｗ、その他の使用条件を勘案して適宜設定される。具体的には、せん断補強筋３２の寸法Ｌ，Ｍは、長辺３２Ｂに平行な方向から荷重がかかった場合のせん断補強筋３２の曲げ剛性が適切となるように設定され、寸法Ｍが寸法Ｌの１．２倍以上であることが望ましい。あるいは、寸法Ｌ，Ｍは、鉄筋コンクリート部材１の寸法などを考慮して、せん断補強筋３２のせん断補強筋比が適切となるように設定してもよい。
また、複数のせん断補強筋３２の配置間隔ｈや配置本数も、鉄筋コンクリート部材１が適切な強度を確保できるように適宜設定される。
【００１５】
なお、せん断補強筋３２の配筋は、環状に形成するものに限らず、あばら筋や、スパイラル筋など、任意に設定できる。この場合にも、あばら筋やスパイラル筋の配筋間隔は適宜設定できる。スパイラル筋を用いる場合では、主筋３１の巻き付け角度や巻き付け数なども適宜設定できる。
また、せん断補強筋３２は節を有するものであってもよい。この場合には、節によって表面積が増大し、コンクリート２との付着がより強固となり、鉄筋コンクリート部材の耐力をより向上させることができる。
【００１６】
このような鉄筋コンクリート部材１は、まず工場において、主筋３１を仮想矩形上に等間隔に配置して、その外周にせん断補強筋３２を配置する。そして主筋３１とせん断補強筋３２とが交差する部分を結束して鉄筋篭３を形成する。なお、鉄筋篭３の形成は、建設現場にて行ってもよい。
鉄筋篭３を建設現場に搬送して所定位置に設置し、鉄筋篭３の周囲に型枠を取り付け、コンクリートを打設する。コンクリートの硬化後、型枠を撤去して鉄筋コンクリート部材１を完成させる。
以上のように製造した鉄筋コンクリート部材１は、図３の断面図に示されるように、主筋３１およびせん断補強筋３２の内側および外側がコンクリート２で埋められる。この時、せん断補強筋３２の外側の端面から鉄筋コンクリート部材１の外形の端面までの距離、つまりコンクリート２の被り厚さｔが所定寸法となるように、型枠の寸法などが予め設定されている。
【００１７】
このような鉄筋コンクリート部材１に材軸方向Ａに沿った方向に例えば圧縮軸力等の軸力が加わった場合には、材軸方向Ａに直交する平面にはせん断力が働く。この時、せん断補強筋３２が主筋３１およびコンクリート２をせん断面方向に拘束しているので、鉄筋コンクリート部材１を当該方向に補強し、鉄筋コンクリート部材１の座屈を防止する。
また、地震などによって鉄筋コンクリート部材１が大変形し、鉄筋篭３外側のコンクリート２が一部剥がれた場合には、主筋３１は内側がコンクリート２に拘束される一方、外側が拘束されないので、外側の拘束力が弱くなり、図４の矢印に示されるように主筋３１や、主筋３１に囲まれたコンクリート２（つまりコアコンクリート）が外側にはらみ出そうとする。このような場合でも、せん断補強筋３２が主筋３１を拘束して、主筋３１の変形を防止し、鉄筋コンクリート部材１の座屈やはらみ出しを防止する。
【００１８】
このような鉄筋コンクリート部材１によれば、次のような効果が得られる。
（１）  せん断補強筋３２の断面形状が略矩形状に形成されているので、同断面積の円形のせん断補強筋に比べて、短辺３２Ａに関する曲げ剛性を向上させることができる。したがって、長辺３２Ｂが材軸方向Ａに直交する方向に沿って配置されることで、当該方向におけるせん断補強筋３２の曲げ剛性を向上させることができ、せん断補強筋３２による鉄筋コンクリート部材１のコンファインド効果を高めることができる。また、これにより鉄筋コンクリート部材１の耐力及び変形性能を向上させることができ、一般的には脆いと言われているコンクリート部材を粘り強いものとすることができる。
【００１９】
（２）  せん断補強筋３２の断面形状が、単純な略矩形状に形成されているので、簡単に製造でき、せん断補強筋３２の製造コストの増大を防止できる。また、短辺３２Ａを主筋３１の側面に当接すれば、長辺３２Ｂを材軸方向Ａに直交する方向に配置できるので、せん断補強筋３２を簡単に所定の方向に配置でき、配筋作業を簡単にできる。さらに、短辺３２Ａが主筋３１に線状に接触するので、せん断補強筋３２を安定して配筋できる。
【００２０】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
せん断補強筋の断面形状は、略矩形状に限らず、長軸および短軸を有する細長形状であれば、適宜任意の形状を採用できる。例えば図５（Ａ）に示されるような楕円形状や、図５（Ｂ）に示されるような三角形状、図５（Ｃ）に示されるような台形状、その他図５（Ｄ）に示されるような八角形状などの多角形状など、適宜設定してよい。
この際、いずれの場合でも、それぞれ長軸Ｂが材軸方向に直交する方向に沿って配置されていれば、同面積の断面円形のせん断補強筋に比べて、材軸方向に平行な軸に関する曲げ剛性を向上させることができるので、本発明の目的を達成できる。
【００２１】
つまり、せん断補強筋の断面形状は、材軸方向に平行な方向に関する曲げ剛性が、材軸方向に直交する方向に関する曲げ剛性よりも高くなるように形成されていれば、例えば同じ断面積のせん断補強筋でも、高い曲げ剛性を必要とする方向に関してのみ効率よく剛性の向上を図ることができる。
この際、せん断補強筋は、単一材料の無垢材で形成されたものに限らず、例えば断面正方形のせん断補強筋を複数溶接するなどして、所望の形状を一体的に形成するものであってもよい。この場合では、既存のせん断補強筋に溶接などで断面形状を略細長形状に変更することにより断面二次モーメントを増大させ、既存の鉄筋コンクリートの耐力向上を図ることができる。
【００２２】
せん断補強筋の配筋は、主筋の外側に配置されるものに限らず、例えば主筋の内側に配置されていてもよく、または主筋の外側および内側の両方に配置されていてもよい。また、せん断補強筋が複数本束ねられて主筋の外側あるいは内側に配置されているものであってもよい。
主筋の配筋は、矩形状に配筋されるものに限らず、円形や変形形状など、用途や荷重の方向、寸法などを勘案して適宜設定できる。
このように、主筋およびせん断補強筋の配筋は、鉄筋コンクリート部材の使用条件などを勘案して適宜設定されうるものである。
【００２３】
鉄筋コンクリート部材は、柱に限らず、例えば水平方向に配置される梁として利用されてもよい。この場合でも、せん断補強筋の断面形状が適切に設定され、長辺が材軸方向に直交する方向に沿って配置されていれば、せん断補強筋の曲げ剛性の向上により、鉄筋コンクリート部材のコンファインド効果を高めることができ、梁の耐力を向上させることができる。したがって、梁の曲げ荷重によっても曲げ圧縮側の主筋の座屈やコアコンクリートのはらみだし挙動を良好に防止できる。
また、鉄筋コンクリート部材の断面形状は、矩形状に限らず、円形状や楕円形状など、用途や使用条件などを勘案して適宜設定できる。
【００２４】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００２５】
【実施例】
本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。
（実施例）
断面形状が矩形状で、短辺３２Ａの寸法Ｌが約６ｍｍ、長辺３２Ｂの寸法Ｍが約１２ｍｍのせん断補強筋３２を製造した。この時、せん断補強筋の短辺３２Ａの長さを１とすると長辺３２Ｂの長さは約２．０（すなわち扁平比２．０）となる。せん断補強筋３２の材料特性は、降伏強度が７９６Ｎ／ｍｍ２、降伏歪みが４０７８ｘ１０−６、ヤング係数が２．１２ｘ１０５Ｎ／ｍｍ２である。このせん断補強筋３２を主筋３１とともに断面外形寸法３００ｍｍｘ２００ｍｍで高さ７００ｍｍの矩形状のコンクリート２内に配置する。鉄筋コンクリート部材１の軸方向におけるせん断補強筋３２の間隔ｈは、１００ｍｍであり、鉄筋コンクリート部材１のせん断補強筋３２による補強筋比は、０．００９６である。
【００２６】
（比較例）
せん断補強筋３２の断面積が、実施例のせん断補強筋３２の断面積とほぼ同様となるように、半径約９．６ｍｍの断面円形形状に形成する。せん断補強筋３２の材料特性は、降伏強度が８１４Ｎ／ｍｍ２、降伏歪みが４４５１ｘ１０−６、ヤング係数が２．１０ｘ１０５Ｎ／ｍｍ２であり、実施例のせん断補強筋３２とほぼ同等である。他の条件は実施例と同じである。
【００２７】
（実施例および比較例の結果）
結果を図６に示す。図６は、鉄筋コンクリート部材１への入力せん断力に対する部材変形角を示す図である。実線で示される線図が実施例における鉄筋コンクリート部材１であり、点線で示される線図が比較例における鉄筋コンクリート部材１である。
実施例では、比較例に比べて、せん断最大耐力（図６の点Ｐおよび点Ｑにおける入力せん断力）が約１．２倍となった。また、図６の点Ｐおよび点Ｑにおける部材変形角から、実施例の変形性能は、比較例の変形性能に比べて約１．７５倍となった。
以上より、せん断補強筋の曲げ剛性を高めて鉄筋コンクリートの耐力および変形性能を向上させることができるという本発明の効果を確認することができた。
【００２８】
【発明の効果】
このような本発明によれば、せん断補強筋の断面形状が、長軸および短軸を有する細長形状に形成され、長軸が鉄筋コンクリート部材の材軸方向に直交する方向に沿って配置されているので、せん断補強筋の材軸方向の直交方向の曲げ剛性を向上させることができ、鉄筋コンクリート部材の耐力を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる鉄筋コンクリート部材の鉄筋を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる鉄筋コンクリート部材のせん断補強筋を示す拡大斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる鉄筋コンクリート部材の一部側断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる鉄筋コンクリート部材の平断面図である。
【図５】本発明の鉄筋コンクリート部材の変形例を示す図である。
【図６】本発明の比較例における実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１…鉄筋コンクリート部材、２…コンクリート、３…鉄筋篭、３１…主筋、３２…せん断補強筋、３２Ａ…短辺、３２Ｂ…長辺。
【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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