(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げモーメントとせん断力とが作用する梁状または版状のコンクリート部材であって、端部を単純支持する支承上から支間の中央部側へ、該コンクリート部材の高さの１〜３倍程度の範囲に、曲げモーメントによる引張応力に対して抵抗する主鉄筋を囲むように螺旋状の鉄筋又は鋼管が配置されていることを特徴とするコンクリート部材。
【請求項２】
前記鋼管は、コンクリートの粗骨材が通過し得る大きさの開口が複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、曲げモーメントとせん断力とが作用する梁状又は版状のコンクリート部材に係り、特にせん断力による破壊に対して補強されたコンクリート部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、曲げモーメントが作用するコンクリート部材は、引張応力が作用する縁辺付近に主鉄筋を配置し、補強している。また、せん断力に対しては、スターラップを配置したり、せん断力による斜引張応力が作用する方向に斜補強鉄筋を配置して補強している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コンクリート部材の高さが小さい場合や版状のコンクリート部材では、スターラップ等のせん断補強鉄筋を配置するのが難しい場合も多い。そして、せん断補強鉄筋が配置されていないコンクリート部材では、せん断力が増加したとき、斜めひび割れが発生し、その後わずかな荷重増加によって急激に破壊する。
【０００４】
図１０は、せん断補強鉄筋が配置されていないコンクリート梁１０１に、曲げモーメントとせん断力が作用したときの破壊形態を示す概略図である。
（ａ）図に示すように、荷重が作用したとき、まず曲げモーメントによるひび割れ１１１が引張縁付近に発生する。そして、曲げモーメントとせん断力との双方が作用する部分では、せん断力の方向にしたがってひび割れ１１２は斜め方向に進行する。これにともない、ひび割れ位置で主鉄筋１０２には（ｂ）図に示すように大きなせん断力が作用する。これは、ダウエル（Dowel）作用と称されているものである。
【０００５】
上記主鉄筋１０２に大きなせん断力が作用すると、支点側の主鉄筋１０２ａに下方への強い力が作用し、（ｃ）図に示すように、かぶり部分のコンクリート１１３とともに崩落することになる。このように、コンクリートが脆性的に破壊する場合は、終局耐力を大きくすることができず、また破壊までのエネルギー吸収量が小さくなるため耐震性も劣ることになる。
【０００６】
本願に係る発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、曲げモーメントとせん断力とが作用したときに、脆性的なせん断破壊が生じるのを抑え、破壊に至るまでの変形量が大きいコンクリート部材を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、  曲げモーメントとせん断力とが作用する梁状または版状のコンクリート部材であって、端部を単純支持する支承上から支間の中央部側へ、該コンクリート部材の高さの１〜３倍程度の範囲に、曲げモーメントによる引張応力に対して抵抗する主鉄筋を囲むように螺旋状の鉄筋又は鋼管が配置されていることを特徴とするコンクリート部材を提供する。
【０００８】
このコンクリート部材では、曲げモーメントとせん断力とが作用し、曲げモーメントによるひび割れがせん断力によって斜め方向に発達したときに、主鉄筋にせん断力が作用し、このせん断力が主鉄筋とともにかぶり部材のコンクリートを剥離するように作用する。しかし、主鉄筋を囲むように螺旋状の鉄筋が配置されているので、主鉄筋は、部材の中心側のコンクリートと強く一体化され、かぶり部分のコンクリートとともに剥離する破壊が抑制される。これにより、終局破壊までの変形量が増大し、急激な破壊は起こらなくなる。
なお、上記螺旋状となった鉄筋の一周ごとのピッチは、主鉄筋の周囲にコンクリートが均等に充填されるように、粗骨材が通過し得る間隔を有するように設定するのが望ましい。
【０００９】
また、曲げモーメントによる引張応力に対して抵抗する主鉄筋を囲むように鋼管を配置した場合にも、鋼管が螺旋状の鉄筋と同じ機能を果し、主鉄筋と周囲のコンクリートとの一体性を高める。これにより、急激なせん断破壊が防止される。
【００１０】
請求項２に係る発明は、  請求項１に記載のコンクリート部材において、  前記鋼管は、コンクリートの粗骨材が通過しうる大きさの開口が複数設けられているものとする。
【００１１】
主鉄筋とこれを囲むように配置された鋼管との間隔が小さくなると、コンクリート打設時に未硬化のコンクリートが流動しにくくなるが、開口が設けられることによって上記鋼管内にも確実にコンクリートが充填され、主鉄筋と鋼管とこれらの周囲のコンクリートが一体化される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、請求項１に係る発明の一実施形態であるコンクリート版を示す概略斜視図及び縦断面図である。また、図２は同じコンクリート版の横断面図である。
このコンクリート版１は、支承２によって単純支持され、版上への載荷によってＸ軸方向の曲げモーメント及びせん断力が発生するようになっている。コンクリート版１内には、Ｘ軸方向に主鉄筋３が下面に沿って配置されており、上面付近にもＸ軸方向の副鉄筋４が配置されている。また、配力鉄筋としてＹ軸方向の鉄筋５が主鉄筋３及び副鉄筋４の外側に配置されている。
【００１３】
支承２付近では、主鉄筋３を囲むように螺旋状の鉄筋６が配置されている。この螺旋状の鉄筋６は、直径が１０ｍｍ程度の鉄筋を図３に示すように曲げ加工したものであり、支承２上から支間の中央側へ、版厚の１〜３倍程度の範囲に配置される。
この螺旋状の鉄筋６は、図４（ａ）に示すように、主鉄筋３と中心が一致するように配置してもよいが、コンクリートのかぶりが充分に確保できない場合には、図４（ｂ）に示すように螺旋状の鉄筋６を版厚の中心側に偏心させて配置することができる。
【００１４】
上記のようなコンクリート版１では、版上に集中荷重Ｐが載荷され、曲げモーメントとせん断力とが作用すると、図５（ａ）に示すように、版の下側に曲げによるひび割れ１１が発生し、支承近くではせん断力によって斜めにひび割れ１２が進行する。これにともない、いわゆるダウエル作用によって主鉄筋にせん断力が作用し、図５（ｂ）に示すように、主鉄筋に沿ってかぶり部分のコンクリート１３を剥離するように力が作用する。しかし、主鉄筋３の周囲に配置された螺旋状の鉄筋６により、主鉄筋３は版厚中央部のコンクリートと一体化されており、急激なせん断破壊が抑制される。
【００１５】
図６は、  本願発明と同様の効果が得られるコンクリート版の補強例を参考として示す概略断面図である。
このコンクリート床版２１は、複数の梁２２の間に連続するように形成されており、梁２２で支持される部分の両側Ａで曲げモーメントとせん断力とが最大になる。そして、梁２２付近では、曲げモーメントは負の値となり、上側に主鉄筋２３が配置されている。螺旋状の鉄筋２４は、図６（ａ）に示すように、梁２２との連結部から支間の中央部側へ、主鉄筋２３を囲むように配置されている。
【００１６】
このようなコンクリート床版２１に大きな荷重Ｐが作用し、破壊に至る過程で、床版２１と梁２２との連結部では、曲げモーメントによるひび割れ３１が発生するとともに、図６（ｂ）に示すようにせん断ひび割れ３２が生じる。そして、せん断ひび割れ３２より支間中央側で主鉄筋２３がかぶり部分のコンクリート３３とともに上側へ剥離しようとするのが、螺旋状の鉄筋２４によって抑制される。
【００１７】
以上に説明した実施の形態では、主鉄筋を囲むように螺旋状の鉄筋を配置しているが、この螺旋状の鉄筋に代えて、図７に示すような鋼管を配置することができる。
（ａ）図に示す鋼管４１は、コンクリート部材の寸法、配筋等に応じ、適切な径の鋼管を切断したものであり、この鋼管内に主鉄筋が挿通されるように配置する。
（ｂ）図に示す鋼管４２は、周面に複数の開口を設けたものである。この開口は、コンクリートの粗骨材が通過し得る大きさとなっており、コンクリートの打設時に未硬化のコンクリートが鋼管内へ確実に充填される。
【００１８】
【実施例】
次に、本願発明の効果を確認するために行なった、実験の結果について説明する。
この実験は、本願発明の一実施例であるコンクリート部材と従来のコンクリート部材とを製作し、これらが載荷によって破壊するまでの過程を対比するものである。
【００１９】
実験に用いたコンクリート部材５１は、図８に示すように、支間が１７５ｃｍで高さが３０ｃｍ、幅が１５ｃｍの梁とする。そして、下縁に沿って径が１９ｍｍの異形鉄筋（Ｄ１９）が主鉄筋５２として配置され、支点上から支間中央側へ２５ｃｍの範囲に螺旋状の鉄筋５３が主鉄筋５２を囲むように配置されている。螺旋状の鉄筋５３は、径が１０ｍｍの異形鉄筋からなり、螺旋のピッチは５ｃｍとなっている。
一方、対比する従来のコンクリート部材は、上記コンクリート部材と同じ寸法で、同じ主鉄筋を配置し、螺旋状の鉄筋は配置しないものとする。
【００２０】
上記コンクリート梁の支間中央付近における２点に集中荷重Ｐを載荷し、荷重Ｐを増大させて荷重と支間中央のたわみとの関係を記録する。
結果は図９に示す通りであり、螺旋状の鉄筋を配置したコンクリート梁は、耐力はやや増大し、破壊までの変形量は大幅に増大している。つまり、脆性的な挙動が改善され、ねばりのある部材となっている。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明のコンクリート部材では、大きなせん断力が作用する部分に、主鉄筋を囲む螺旋状の鉄筋又は鋼管が配置されているので、主鉄筋とかぶり部分のコンクリートが梁又は版から剥離するのが拘束され、急激なせん断破壊が抑制される。したがって、脆性的な性質が改善され、構造物の終局耐力や耐震性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１に係る発明の一実施形態であるコンクリート版を示す概略斜視図及び縦断面図である。
【図２】  図１に示すコンクリート版の横断面図である。
【図３】  図１に示すコンクリート版で用いられている螺旋状の鉄筋を示す概略斜視図である。
【図４】  螺旋状の鉄筋の配置状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】  図１に示すコンクリート版に載荷した時のひび割れの状態および螺旋状の鉄筋の効果を示す概略図である。
【図６】  本願発明と同様の効果が得られるコンクリート版の補強例を参考として示す概略断面図である。
【図７】  図１又は図６に示すコンクリート版の螺旋状の鉄筋に代えて用いることができる鋼管を示す概略斜視図である。
【図８】  本発明の効果を確認するために行った実験で用いるコンクリート部材の概略図である。
【図９】  図８に示すコンクリート部材に載荷した時の、支間中央のたわみと荷重との関係を示す図である。
【図１０】  従来のせん断補強がされていないコンクリート部材の破壊状態を示す概略図である
【符号の説明】
１    コンクリート版
２    支承
３    主鉄筋
４    副鉄筋
５    配力鉄筋
６    螺旋状の鉄筋
１１    曲げモーメントによるひび割れ
１２    せん断力によるひび割れ
１３    かぶり部分のコンクリート
２１    コンクリート床版
２２    梁
２３    主鉄筋
２４    螺旋状の鉄筋
３１    曲げモーメントによるひび割れ
３２    せん断ひび割れ
３３    かぶり部分のコンクリート
４１    鋼管
４２    開口が設けられた鋼管
５１    コンクリート部材
５２    主鉄筋
５３    螺旋状の鉄筋
【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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【図９】
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【図１０】
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