(57)【要約】【課題】鉄筋コンクリート部材において、塑性ヒンジ領域Ｐ１〜３を拡大し、塑性変形性能を向上させる。【解決手段】外力が作用して曲げを受ける鉄筋コンクリート部材において、その軸方向の所定範囲にわたって、降伏曲げ耐力Ｒ１を変化させる。この降伏曲げ耐力Ｒ１の分布は、鉄筋コンクリート部材が曲げ降伏し始める際に生じる曲げモーメントＭｒ１の分布に合わせる。鉄筋コンクリート部材は、その降伏曲げ耐力Ｒ１を上回る曲げモーメント（例えば、終局時の曲げモーメントＭｕ１）を生じさせる曲げを受けた場合に、この所定範囲にわたって均等に降伏し塑性化する。そして、鉄筋コンクリート部材の所定範囲（塑性ヒンジ領域Ｐ１）が塑性化して終局状態に至る過程で、作用する外力のエネルギーを吸収する。【選択図】図１
2007085132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力が作用して曲げを受ける鉄筋コンクリート部材であって、
この鉄筋コンクリート部材の軸方向の所定範囲にわたって、鉄筋コンクリート部材が曲げ降伏し始める際に生じる曲げモーメントの分布に合わせて、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力を変化させ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】
前記鉄筋コンクリート部材内にその軸方向に並設される軸方向鉄筋が、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力をその軸方向に変化させるように配筋されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート部材。
【請求項３】
前記軸方向鉄筋の断面積を鉄筋コンクリート部材の軸方向に変化させることによって、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力をその軸方向に変化させていることを特徴とする請求項２に記載の鉄筋コンクリート部材。
【請求項４】
前記軸方向鉄筋の降伏強度を鉄筋コンクリート部材の軸方向に変化させることによって、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力をその軸方向に変化させていることを特徴とする請求項２に記載の鉄筋コンクリート部材。
【請求項５】
前記軸方向鉄筋と鉄筋コンクリート部材の外面との距離を鉄筋コンクリート部材の軸方向に変化させることによって、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力をその軸方向に変化させていることを特徴とする請求項２に記載の鉄筋コンクリート部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート構造物における曲げを受ける柱、梁などの鉄筋コンクリート部材に関し、特に高い塑性変形性能を要する鉄筋コンクリート部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
柱や梁などの鉄筋コンクリート部材は、地震力などの外力が作用して曲げを受けると、その軸方向に分布する曲げモーメントを生じる。そして、外力が大きくなると、曲げモーメントが鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力を上回る位置において、曲げ降伏し塑性化して、終局状態に至る過程で外力のエネルギーを吸収する。
【０００３】
例えば、図５に示すように、下端がフーチング５１と一体的に形成されて固定端となり上端が自由端となる鉄筋コンクリート柱５０において、その上端に地震力などの水平力Ｈが軸方向に直角方向に作用する場合を考える。この場合、図５（ｃ）に示すように、鉄筋コンクリート柱５０に生じる曲げモーメントの分布は、下端で最大となる三角形分布となる。
【０００４】
従来の鉄筋コンクリート柱５０では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、曲げモーメントが最大となる断面において必要となる軸方向鉄筋５３が、鉄筋コンクリート柱５０の全高にわたって配筋される。そのため、鉄筋コンクリート柱５０の降伏曲げ耐力Ｒ５の分布は、その軸方向全高にわたって一定となる。
【０００５】
そして、図５（ｃ）に示すように、鉄筋コンクリート柱５０の降伏して塑性化する領域（塑性ヒンジ領域Ｐ５）は、曲げモーメントが降伏曲げ耐力Ｒ５を上回る下端付近に形成される。この塑性ヒンジ領域Ｐ５において、軸方向鉄筋５３などの材料が降伏して塑性化する際に、水平力のエネルギーが吸収される。
【０００６】
ところで、鉄筋コンクリート構造の耐震性能を高めるために、鉄筋コンクリート部材における塑性ヒンジ領域の塑性変形性能を向上させる手法がいくつか開発されている。すなわち、塑性ヒンジ領域内において、軸方向鉄筋の座屈を防ぐもの、コアコンクリートの破壊を防ぐもの（例えば、特許文献１参照）、かぶりコンクリートの剥落を防ぐもの（例えば、特許文献２参照）などである。
【特許文献１】特開２０００−１７９０９０号公報
【特許文献２】特開２００５−１４６６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の鉄筋コンクリート部材では、その塑性ヒンジ領域は端部付近の狭い範囲に限定される。そして、このような狭い範囲に限定された塑性ヒンジ領域を上記のような手法でその塑性変形性能を向上させても、下端付近以外の鉄筋などの材料は塑性変形性能の向上にほとんど寄与せず、鉄筋コンクリート部材の塑性変形性能を向上させるには限界があった。
【０００８】
本発明の課題は、鉄筋コンクリート部材において、塑性化する領域を拡大し、塑性変形性能を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の鉄筋コンクリート部材は、例えば図１から３に示すように、外力（水平力Ｈ）が作用して曲げを受ける鉄筋コンクリート部材（鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０）であって、この鉄筋コンクリート部材の軸方向の所定範囲（塑性ヒンジ領域Ｐ１〜３）にわたって、鉄筋コンクリート部材が曲げ降伏し始める際に生じる曲げモーメントＭｒ１〜３の分布に合わせて、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力Ｒ１〜３を変化させていることを特徴とする。
【００１０】
このように、外力が作用して曲げを受ける鉄筋コンクリート部材において、その軸方向の所定範囲にわたって、降伏曲げ耐力Ｒ１〜３を変化させている。この降伏曲げ耐力Ｒ１〜３の分布は、鉄筋コンクリート部材が曲げ降伏し始める際に生じる曲げモーメントＭｒ１〜３の分布に合わせてある。
【００１１】
これにより、鉄筋コンクリート部材は、その降伏曲げ耐力Ｒ１〜３を上回る曲げモーメント（例えば、終局時の曲げモーメントＭｕ１〜３）を生じさせる曲げを受けた場合には、この所定範囲にわたって均等に降伏し塑性化することになる。そして、鉄筋コンクリート部材の所定範囲が塑性化して終局状態に至る過程で、これに作用する外力のエネルギーを吸収する。したがって、従来に比べて塑性化する領域（塑性ヒンジ領域Ｐ１〜３）を拡大して、鉄筋コンクリート部材のエネルギー吸収能力を大幅に高める、すなわちその塑性変形性能を大幅に向上させることができる。
【００１２】
なお、所定範囲における降伏曲げ耐力の分布は、曲げモーメントの分布形状に対応させた直線状又は曲線状のような連続的なものであっても良いし、連続的な分布にほぼ近似できる段階的なものであっても良い。また、この所定範囲は、鉄筋コンクリート部材の軸方向の一部であっても良いし、全部であっても良い。所定範囲が一部である場合には、鉄筋コンクリート部材の端部、中間部などであってもよく、また両端部など複数箇所であっても良い。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、例えば図１から３に示すように、請求項１に記載の鉄筋コンクリート部材（鉄筋コンクリート柱１０〜３０）において、前記鉄筋コンクリート部材内にその軸方向に並設される軸方向鉄筋１３、２３、３３が、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力Ｒ１〜３をその軸方向に変化させるように配筋されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項２に記載の鉄筋コンクリート部材（鉄筋コンクリート柱１０）において、前記軸方向鉄筋１３の断面積を鉄筋コンクリート部材の軸方向に変化させることによって、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力Ｒ１〜３をその軸方向に変化させていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、例えば図２に示すように、請求項２に記載の鉄筋コンクリート部材（鉄筋コンクリート柱２０）において、前記軸方向鉄筋２３の降伏強度を鉄筋コンクリート部材の軸方向に変化させることによって、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力Ｒ１〜３をその軸方向に変化させていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、例えば図３に示すように、請求項２に記載の鉄筋コンクリート部材（鉄筋コンクリート柱３０）において、前記軸方向鉄筋３３ｂと鉄筋コンクリート部材の外面との距離を鉄筋コンクリート部材の軸方向に変化させることによって、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力Ｒ１〜３をその軸方向に変化させていることを特徴とする。
【００１７】
このように、軸方向鉄筋１３、２３、３３の配筋を工夫する、すなわち軸方向鉄筋１３、２３、３３の、断面積、降伏強度、鉄筋コンクリート部材の外面からの距離などをその軸方向に変化させることにより、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力Ｒ１〜３をその軸方向に容易に変化させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外力が作用して曲げを受ける鉄筋コンクリート部材において、従来よりも塑性化する領域を拡大して、その塑性変形性能を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施の形態は、図１から３に示すように、本発明を鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０（鉄筋コンクリート部材）に適用したものである。これらの鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０は、その水平断面形状が四角形のものである。その上端は自由端となっており、その下端はそれぞれフーチング１１、２１、３１に一体的に形成されて固定端となっている。
【００２０】
鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０内には、それぞれ複数の軸方向鉄筋１３、２３、３３がコンクリート中に埋め込まれている。これらの軸方向鉄筋１３、２３、３３は、それぞれ鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０の水平断面の外周から所定距離だけ内側の位置に並列された状態で軸方向に配置されている。
【００２１】
軸方向鉄筋１３、２３、３３の下端部は、それぞれ所定長さでフーチング１１、２１、３１のコンクリート１２、２２、３２中に定着されている。なお、図示を省略するが、鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０には従来と同様に帯鉄筋や中間帯鉄筋などが軸方向に所定間隔で適宜配筋される。
【００２２】
鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０は、その上端に軸方向と直角方向に地震力などの水平力Ｈ（外力）が作用して曲げを受けると、その下端で最大となる三角形分布の曲げモーメントを生じる。鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０に作用する水平力Ｈが大きくなり、鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０の降伏曲げ耐力Ｒ１〜３を上回る曲げモーメントが生じると、曲げモーメントが最大となる鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０の下端付近が降伏し始めることとなる。
【００２３】
そして、この下端付近を含む所定範囲、つまり鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０の下端（フーチング１１、２１，３１の上面）から所定高さの範囲にわたって、鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０が曲げ降伏し始める際に生じる曲げモーメントの分布Ｍｒ１〜３に合わせて、鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０の降伏曲げ耐力Ｒ１〜３を変化させている。そして、鉄筋コンクリート部材の降伏曲げ耐力Ｒ１〜３をその軸方向に変化させるように、軸方向鉄筋１３、２３、３３が配筋されている。
【００２４】
図１に示す実施例では、軸方向鉄筋１３の断面積を鉄筋コンクリート柱１０の軸方向に変化させることによって、鉄筋コンクリート柱１０の降伏曲げ耐力Ｒ１をその軸方向に変化させている。具体的には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、鉄筋コンクリート柱１０の所定範囲（塑性ヒンジ領域Ｐ１）の下端から上端に向かって、軸方向鉄筋１３ａ〜ｄの本数を徐々に減らして配筋し、水平断面内の軸方向鉄筋１３の断面積を段階的に減少させている。
【００２５】
これにより、鉄筋コンクリート柱１０の降伏曲げ耐力Ｒ１の分布は、図１（ｃ）に示すように、所定範囲において上に向かって、軸方向鉄筋１３の本数が減るに伴い段階的に小さくなる。なお、軸方向鉄筋１３の断面積を変化させる方法としては、軸方向全長にわたる軸方向鉄筋１３を異なる断面積（径）の鉄筋を軸方向に接合して構成するものであっても良い。
【００２６】
ここで、軸方向鉄筋１３ｂ〜ｄは、所定範囲のコンクリート１２中で途中定着される。そこで、降伏曲げ耐力Ｒ１の段階的な分布を滑らかにするために、途中定着される軸方向鉄筋１３ｂ〜ｄの降伏を制御する。軸方向鉄筋１３ｂ〜ｄの降伏を制御するには、軸方向鉄筋１３ｂ〜ｄとコンクリート１２の付着が重要となる。そのため、軸方向鉄筋１３ｂ〜ｄの上端部の定着方法を、要求性能及び費用に応じて、次の中から選択する。
【００２７】
鉄筋端部の定着方法としては、図４に示すように、いずれも周知である、９０度フックとするもの（図４（ａ））、１８０度フックとするもの（図４（ｂ））、４５度フックとするもの（図４（ｃ））、付着有効長さの変更によるもの（図４（ｄ））、専用の定着板を付けたもの（図４（ｅ））が挙げられる。
【００２８】
４５度フック、付着有効長さの変更による定着方法を選ぶことにより、段階的な降伏曲げ耐力Ｒ１の分布を滑らかにすることができる。また、９０度フック、１８０度フックまたは専用の定着板による定着方法であっても、徐々に減らしていく鉄筋の本数、定着位置を小刻みにすれば、降伏曲げ耐力Ｒ１の分布を全体的にほぼ直線に近似できる程度に滑らかにすることができる。
【００２９】
図２に示す別の実施例では、軸方向鉄筋２３の降伏強度を鉄筋コンクリート柱２０の軸方向に変化させることによって、鉄筋コンクリート柱２０の降伏曲げ耐力Ｒ２をその軸方向に変化させている。具体的には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、鉄筋コンクリート柱２０の所定範囲（塑性ヒンジ領域Ｐ２）の下端から上端に向かって、異なる降伏強度の軸方向鉄筋２３ａ〜ｄを接合して構成される軸方向全長にわたる軸方向鉄筋２３を配筋し、軸方向鉄筋２３の降伏強度を段階的に小さくしている。
【００３０】
これにより、鉄筋コンクリート柱２０の降伏曲げ耐力Ｒ２の分布は、図２（ｃ）に示すように、所定範囲において上に向かって、軸方向鉄筋２３ａ〜ｄの降伏強度が小さくなるに伴って段階的に小さくなる。ここで、軸方向鉄筋２３ａ〜ｄのそれぞれの接合は、周知の機械式継手、ガス圧接継手、溶接継手などの継手２３ｅを用いて行うことができる。
【００３１】
図３に示す別の実施例では、軸方向鉄筋３３のうちの軸方向鉄筋３３ｂと鉄筋コンクリート柱３０の外面との距離を鉄筋コンクリート柱３０の軸方向に変化させることによって、鉄筋コンクリート柱３０の降伏曲げ耐力Ｒ３をその軸方向に変化させている。具体的には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、鉄筋コンクリート柱３０の所定範囲（塑性ヒンジ領域Ｐ３）の下端から上端に向かって、その内側に向かって傾斜させて配筋し、軸方向鉄筋３３ｂと鉄筋コンクリート柱３０の外面との距離を徐々に短くしている。
【００３２】
これにより、鉄筋コンクリート柱３０の降伏曲げ耐力Ｒ３の分布は、図３（ｃ）に示すように、所定範囲において上に向かって、鉄筋コンクリート柱３０の外面からの距離が短くなるに伴って徐々に直線的に小さくなる。ここで、傾斜した軸方向鉄筋３３ｂの下端部は、傾斜させた延長線上でフーチング３１のコンクリート３２中に定着させている。
【００３３】
以上の実施の形態によれば、鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０は、その降伏曲げ耐力Ｒ１〜３を上回る曲げモーメント（終局時の曲げモーメントＭｕ１〜３）を生じさせる曲げを受けた場合には、その下端から所定高さの範囲にわたって、鉄筋などの材料がほぼ均等に降伏し塑性化することになる。そして、この範囲が塑性化し終局状態に至る過程で、作用する水平力のエネルギーを吸収する。したがって、従来に比べて塑性化する領域（塑性ヒンジ領域Ｐ１〜３）を拡大して、鉄筋コンクリート柱１０、２０、３０のエネルギー吸収能力を大幅に高めて、その塑性変形性能を大幅に向上させることができる。
【００３４】
なお、以上の実施の形態においては、鉄筋コンクリート部材を鉄筋コンクリート柱としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、鉄筋コンクリート梁であっても良い。また、その断面形状を四角形としたが、円形、楕円形、四角形以外の多角形などであっても良い。
【００３５】
塑性ヒンジ領域としての所定範囲を、鉄筋コンクリート柱の下端側に形成するようにしたが、塑性ヒンジが両端に形成される場合には所定範囲を両端側に設定しても良いし、さらに鉄筋コンクリート柱の全高にわたって設定しても良い。また、曲げモーメントが最大となる下端付近の降伏曲げ耐力を十分大きくしておき、所定範囲を鉄筋コンクリート柱の下端から離れた位置に設定することもできる。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を適用した実施例の鉄筋コンクリート柱を説明するための図であり、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は降伏曲げ耐力と曲げモーメントとの関係を示す図である。
【図２】本発明を適用した別の実施例の鉄筋コンクリート柱を説明するための図であり、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は降伏曲げ耐力と曲げモーメントとの関係を示す図である。
【図３】本発明を適用した別の実施例の鉄筋コンクリート柱を説明するための図であり、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は降伏曲げ耐力と曲げモーメントとの関係を示す図である。
【図４】図１における軸方向鉄筋の定着方法を説明するための図であり、（ａ）は端部を９０度に折り曲げたもの、（ｂ）は端部を１８０度に折り曲げたもの、（ｃ）は端部を４５度に折り曲げたもの、（ｄ）端部をそのままにしたもの、（ｅ）端部に専用の定着板を付けたもの、である。
【図５】従来の鉄筋コンクリート柱を説明するための図であり、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は降伏曲げ耐力と曲げモーメントとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０、２０、３０、５０  鉄筋コンクリート柱（鉄筋コンクリート部材）
１１、２１、３１、５１  フーチング
１２、２２、３２、５２  コンクリート
１３、２３、３３、５３  軸方向鉄筋
Ｒ１〜３、５  降伏曲げ耐力
Ｍｒ１〜３、５  降伏時の曲げモーメント
Ｍｕ１〜３、５  終局時の曲げモーメント
Ｐ１〜３、５  塑性ヒンジ領域（所定範囲）
Ｈ  水平力（外力）
【図１】
2007085132.tif 000003
【図２】
2007085132.tif 000004
【図３】
2007085132.tif 000005
【図４】
2007085132.tif 000006
【図５】
2007085132.tif 000007