(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の断面形状を有するコンクリート部材において、
その断面の外周面から所定距離だけ内側の位置には、軸方向補強手段が並列された状態に配置され、
前記コンクリート部材に外力が作用した際にこのコンクリート部材の長さ方向の一部に形成される塑性ヒンジ領域には、前記軸方向補強手段の内側において前記コンクリート部材の断面の外側から内側にコンクリートを拘束する、平面形状が円形のスパイラル筋である第１の補強手段が配置され、
この第１の補強手段は、前記コンクリート部材の材軸方向に、前記塑性ヒンジ領域から、前記塑性ヒンジ領域以外の領域内で前記境界からの距離が前記軸方向補強手段の直径の１０倍以上の長さとなる位置まで延設され、
前記塑性ヒンジ領域以外の領域には、前記軸方向補強手段の外側において前記コンクリート部材の断面の外側から内側にコンクリートを拘束する第２の補強手段が所定間隔で配置され、
前記塑性ヒンジ領域とそれ以外の領域との境界には、前記軸方向補強手段の外側において前記コンクリート部材の断面の外側から内側にコンクリートを拘束し、かつその拘束力が前記第２の補強手段よりも高く設定された第３の補強手段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】
請求項１に記載のコンクリート部材において、
前記第１の補強手段は、コンクリートの粗骨材の径より小さい間隔で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３】
請求項１または２に記載のコンクリート部材において、
前記塑性ヒンジ領域にも、前記第２の補強手段が所定間隔で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４】
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート部材において、
前記コンクリート部材の断面は、その幅と奥行とが異なる長さに形成され、
前記第１の補強手段の平面形状は、前記軸方向補強手段によって囲まれる面領域にほぼ内接する大きさの楕円形状に形成されていることを特徴とするコンクリート部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート部材に係り、特に靱性が大きく耐震性の良い構造物を構成するための構造部材として好適なコンクリート部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラーメン構造などの構造物では、これに地震力などの外力が作用したとき、柱や梁などの各部材の端部の領域に大きな曲げモーメントがかかり、この領域が曲げ変形する（「塑性ヒンジ」が形成される）。
例えば、ラーメン構造では、地震時に、構造物の最下層の柱脚と、各層の梁の両端部に塑性ヒンジが形成されることを想定し、この塑性ヒンジ領域の靱性が確保されるように、構造物の設計を行うことが行われている。
【０００３】
鉄筋コンクリートなど、コンクリートを補強材で補強したコンクリート構造物においても、その柱や梁などの端部に形成される塑性ヒンジの靱性（変形能力）を確保する必要がある。
通常用いられている鉄筋コンクリート部材の例を、図４に示す。
図４に示すように、通常、鉄筋コンクリート部材９は、その各面９ｓに沿って軸方向補強材（主筋、または、上端鉄筋、下端鉄筋）５が配置され、この軸方向筋５を取り囲むように、補強手段（帯筋、または、あばら筋）７が、鉄筋コンクリート部材９の長さ方向に所定間隔で配置される構造になっている。
【０００４】
上記の従来の鉄筋コンクリート部材では、塑性ヒンジ領域の靱性を確保する観点から、以下のような問題があった。
１）塑性ヒンジ領域においても補強材の間隔が短いため、軸方向補強材５の座屈長さが短く、少数回の繰り返し荷重を受けると、軸方向補強材５の破断が生じる恐れがあった。
２）地震時の正負交番繰り返し荷重を受けたコンクリート部材が圧縮降伏した後に、軸方向補強材がコンクリート部材の外側にはらみ出し、それを取り囲む補強手段も外側に押し出されるため、補強手段によるコンクリートの拘束効果が弱まり、塑性ヒンジ領域の耐力が急激に低下する恐れがあった。
３）塑性ヒンジ領域の変形によってエネルギーが吸収される前に、部材がせん断破壊や付着割裂破壊を起こし、耐力が急激に低下する恐れがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、塑性ヒンジ領域の靱性が高く、かつ、塑性ヒンジ領域以外の領域における破壊が生じにくいコンクリート部材を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、任意の断面形状を有するコンクリート部材１〜３において、
その断面の外周面１ｓ〜３ｓから所定距離だけ内側の位置には、軸方向補強手段（主筋）５が並列された状態に配置され、
前記コンクリート部材１〜３に外力が作用した際にこのコンクリート部材１〜３の長さ方向の一部に形成される塑性ヒンジ領域Ｐには、前記軸方向補強手段５の内側において前記コンクリート部材１〜３の断面の外側から内側にコンクリートを拘束する、平面形状が円形のスパイラル筋である第１の補強手段１６〜３６が配置され、
この第１の補強手段１６〜３６は、前記コンクリート部材１〜３の材軸方向に、前記塑性ヒンジ領域Ｐから、前記塑性ヒンジ領域Ｐ以外の領域Ｅ内で前記境界Ｂからの距離が前記軸方向補強手段の直径の１０倍以上の長さＬとなる位置まで延設され、
前記塑性ヒンジ領域Ｐ以外の領域Ｅには、前記軸方向補強手段５の外側において前記コンクリート部材１〜３の断面の外側から内側にコンクリートを拘束する第２の補強手段（帯筋）７が所定間隔で配置され、
前記塑性ヒンジ領域Ｐとそれ以外の領域Ｅとの境界Ｂには、前記軸方向補強手段５の外側において前記コンクリート部材１〜３の断面の外側から内側にコンクリート４を拘束し、かつその拘束力が前記第２の補強手段７よりも高く設定された第３の補強手段（２重帯筋）８が配置されていることを特徴とする。
ここで、第３の補強手段としては、図１または図２に示すように、第２の補強手段を複数本束ねたものや、その他、第２の補強手段より径や強度が大きいものなどが用いられる。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、コンクリート部材の長さ方向のうち、塑性ヒンジ領域以外の領域では、第２の補強手段によりコンクリート部材が軸方向補強手段の外側から拘束されることでこの領域におけるコンクリート部材の破壊を防ぎつつ、塑性ヒンジ領域では、軸方向補強手段の外側の被りコンクリートが剥落して、軸方向補強手段の内側のコンクリートが第１の補強手段によって拘束され続ける。したがって、コンクリート部材の、コンクリート部材に形成される塑性ヒンジ領域の位置を確定し、想定外の領域でコンクリート部材が破壊するのを防ぐとともに、塑性ヒンジ領域における靱性を高めることができる。
また、塑性ヒンジ領域において、被りコンクリートが剥落すると、軸方向補強部材が露出するが、この結果、曲げ圧縮側の軸方向補強部材が座屈すると、応力中心間距離が小さくなり、被りコンクリートが剥落しない場合と比較して、曲げ引張側の軸方向補強部材にかかる引張力が小さくなり、軸方向補強部材の破断を防止する。
さらに、塑性ヒンジ領域とそれ以外の領域との境界には、コンクリート部材の断面の外側から内側にコンクリートを拘束し、かつその拘束力が第２の補強手段よりも高く設定された第３の補強手段が配置されているので、塑性ヒンジ領域とそれ以外の領域との境界において、コンクリート部材の強度が高められ、この結果、コンクリート部材の変形が確実に塑性ヒンジ領域内で発生するようにすることができる。
そして、塑性ヒンジ領域以外の領域にも、第１の補強手段が配置されているので、塑性ヒンジ領域以外の領域でコンクリート部材の破壊を抑える効果が、一層高められる。
さらに、第１の補強手段は、コンクリート部材の材軸方向に、塑性ヒンジ領域から、塑性ヒンジ領域以外の領域内で上記境界からの距離が軸方向補強手段の直径の１０倍以上の長さとなる位置まで延設されているので、せん断補強筋量が大きく変化する上記境界での、コンクリート部材内の応力集中を抑えることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１に記載のコンクリート部材１〜３において、
前記第１の補強手段１６〜３６は、コンクリート４の粗骨材の径より小さい間隔１６ｐ，２６ｐで配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、第１の補強手段は、コンクリートの粗骨材の径より小さい間隔で配置されているので、第１の補強手段によって、その内部のコンクリートを確実に拘束することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、例えば図２に示すように、請求項１または２に記載のコンクリート部材２において、
前記塑性ヒンジ領域Ｐにも、前記第２の補強手段７が所定間隔で配置されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、塑性ヒンジ領域にも、第２の補強手段が所定間隔で配置されているので、塑性ヒンジ領域における靱性を、さらに高めることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、例えば図３に示すように、請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート部材３において、
前記コンクリート部材３の断面は、その幅３Ｗと奥行３Ｄとが異なる長さに形成され、
前記第１の補強手段３６の平面形状は、前記軸方向補強手段５によって囲まれる面領域にほぼ内接する大きさの楕円形状に形成されていることを特徴とする。
ここで、コンクリート部材の断面は、例えば長方形（隅角にＲがつけられているものや、隅角が面取りされているものを含む）であってもよいし、楕円形や多角形などであってもよい。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られるとともに、コンクリート部材の断面は、その幅と奥行とが異なる長さに形成され、第１の補強手段の平面形状は、軸方向補強手段によって囲まれる面領域にほぼ内接する大きさの楕円形状に形成されているので、コンクリート部材の幅と奥行とのうち短い方向についても、第１の補強手段で、コンクリート部材の断面の外側から内側へコンクリートを拘束する力の低下が起きにくい。
また、第１の補強手段の特定箇所への応力集中が抑えられる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のコンクリート部材の一実施の形態としてのコンクリート柱１〜３を、図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る、第１〜第３の実施の形態のコンクリート柱１〜３に共通する点について説明する。第１〜第３の実施の形態のコンクリート柱１〜３を、それぞれ、図１〜図３に示す。
【００２３】
第１〜第３の実施の形態のコンクリート柱１〜３は、それぞれ図１〜図３に示すように、その断面の外周面１ｓ〜３ｓから所定距離だけ内側の位置に、主軸（方向補強手段筋）５が並列された状態に配置され、コンクリート部材１〜３に外力が作用した際にこのコンクリート部材１〜３の長さ方向の一部に形成される塑性ヒンジ領域Ｐには、主筋５の内側においてコンクリート部材１〜３の断面の外側から内側にコンクリートを拘束するスパイラル筋（第１の補強手段）１６〜３６が配置され、塑性ヒンジ領域Ｐ以外の領域Ｅには、主筋５の外側においてコンクリート部材１〜３の断面の外側から内側にコンクリートを拘束する帯筋（第２の補強手段）７が所定間隔で配置されて、概略構成されたものである。
【００２４】
これらコンクリート部材１〜３においては、図１、図２に示すように、塑性ヒンジ領域Ｐとそれ以外の領域Ｅとの境界Ｂに、主筋５の外側において、コンクリート部材１〜３の断面の外側から内側にコンクリート４を拘束する、帯筋７を２つ束にしてなる２重帯筋（第３の補強手段）８が配置されている。
【００２５】
スパイラル筋１６〜３６は、図１〜図３に示すように、コンクリート４の粗骨材の径より小さいピッチ（間隔）１６ｐ，２６ｐで配置されている（スパイラル筋３６のピッチについては、図示省略）。
【００２６】
また、スパイラル筋１６〜３６の補強量は、この第１の補強手段１６〜３６が配置される領域の縦断面積の０．３％以上になるよう、その断面径とピッチとが設定されている。
【００２７】
第１の実施の形態のコンクリート柱１では、図１に示すように、スパイラル筋２６が、コンクリート柱１の材軸方向に、塑性ヒンジ領域Ｐから、塑性ヒンジ領域Ｐ以外の領域Ｅ内で境界Ｂからの距離が主筋５の直径の１０倍以上の長さＬとなる位置まで延設されている。例えば、主筋５の径が２５ｍｍである場合には、Ｌは２５０ｍｍ以上の寸法に設定されている。
【００２８】
第２の実施の形態のコンクリート柱１では、図２に示すように、塑性ヒンジ領域Ｐから、この塑性ヒンジ領域Ｐ以外の領域Ｅまで、スパイラル筋２６が延在している。
また、図２に示すように、塑性ヒンジ領域Ｐにも、帯筋７が所定間隔で配置されている。
【００２９】
第３の実施の形態のコンクリート柱３では、図３に示すように、コンクリート柱３の断面は、その幅３Ｗと奥行３Ｄとが異なる長さに形成され、スパイラル筋３６の平面形状は、主筋５によって囲まれる面領域にほぼ内接する大きさの楕円形状に形成されている。
【００３０】
上記第１〜第３の実施の形態に記載のコンクリート柱１〜３によれば、コンクリート柱１〜３の長さ方向のうち、塑性ヒンジ領域Ｐ以外の領域Ｅでは、帯筋７によりコンクリート柱１〜３が主筋５の外側から拘束されることでこの領域Ｅにおけるコンクリート柱１〜３の破壊を防ぎつつ、塑性ヒンジ領域Ｐでは、主筋５の外側の被りコンクリートが剥落して、主筋５の内側のコンクリート４がスパイラル筋１６〜３６によって拘束され続ける。したがって、コンクリート柱１〜３の、コンクリート柱１〜３に形成される塑性ヒンジ領域Ｐの位置を確定し、想定外の領域でコンクリート柱１〜３が破壊するのを防ぐとともに、塑性ヒンジ領域Ｐにおける靱性を高めることができる。
また、塑性ヒンジ領域Ｐにおいて、被りコンクリートが剥落すると、主筋５が露出するが、この結果、曲げ圧縮側の主筋５が座屈すると、応力中心間距離が小さくなり、被りコンクリートが剥落しない場合と比較して、曲げ引張側の主筋５にかかる引張力が小さくなり、主筋５の破断を防止する
【００３１】
また、塑性ヒンジ領域Ｐとそれ以外の領域Ｅとの境界Ｂには、コンクリート柱１〜３の断面の外側から内側にコンクリート４を拘束し、かつその拘束力が帯筋７よりも高い２重帯筋８が配置されているので、塑性ヒンジ領域Ｐとそれ以外の領域Ｅとの境界において、コンクリート柱１〜３の強度が高められ、この結果、コンクリート柱１〜３の変形が確実に塑性ヒンジ領域Ｐ内で発生するようにすることができる。
【００３２】
また、スパイラル筋１６〜３６は、コンクリート４の粗骨材の径より小さい間隔１６ｐ，２６ｐで配置されているので、スパイラル筋１６〜３６によって、その内部のコンクリート４を確実に拘束することができる。
【００３３】
また、スパイラル筋１６〜３６の補強量は、このスパイラル筋１６〜３６が配置される領域の縦断面積の０．３％以上であるので、スパイラル筋１６〜３６による、その内部のコンクリート４の拘束力が高められ、スパイラル筋１６〜３６の内部のコンクリート４の強度や靱性が向上する。
【００３４】
また、第１の実施の形態に記載のコンクリート柱１によれば、スパイラル筋２６が、コンクリート柱１の材軸方向に、塑性ヒンジ領域Ｐから、塑性ヒンジ領域Ｐ以外の領域Ｅ内で境界Ｂからの距離が主筋５の直径の１０倍以上の長さＬとなる位置まで延設されているので、せん断補強筋量が大きく変化する境界Ｂでの、コンクリート柱１内の応力集中を抑えることができる。
【００３５】
また、第２の実施の形態に記載のコンクリート柱２によれば、塑性ヒンジ領域Ｐ以外の領域Ｅにも、スパイラル筋２６が配置されているので、塑性ヒンジ領域Ｐ以外の領域Ｅでコンクリート柱２の破壊を抑える効果が、一層高められる。
【００３６】
また、塑性ヒンジ領域Ｐにも、帯筋７が所定間隔で配置されているので、塑性ヒンジ領域Ｐにおける靱性を、さらに高めることができる。
【００３７】
また、第３の実施の形態に記載のコンクリート柱３によれば、コンクリート柱の断面は、その幅３Ｗと奥行３Ｈとが異なる長さに形成され、スパイラル筋３６の平面形状は、主筋５によって囲まれる面領域にほぼ内接する大きさの楕円形状に形成されているので、コンクリート柱３の幅３Ｗと奥行３Ｈとのうち短い方向についても、スパイラル筋３６で、コンクリート柱３の断面の外側から内側へコンクリート４を拘束する力の低下が起きにくい。
また、第１の補強手段の特定箇所への応力集中が抑えられる。
【００３８】
なお、本発明のコンクリート部材は、上記の各実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、本発明は、上記の各実施の形態に記載したコンクリート柱ばかりでなく、両端に塑性ヒンジ領域が形成されるコンクリート梁にも適用可能であるのはもちろんである。
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ももちろんである。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、コンクリート部材の長さ方向のうち、塑性ヒンジ領域以外の領域では、第２の補強手段によりコンクリート部材が軸方向補強手段の外側から拘束されることでこの領域におけるコンクリート部材の破壊を防ぎつつ、塑性ヒンジ領域では、軸方向補強手段の外側の被りコンクリートが剥落して、軸方向補強手段の内側のコンクリートが第１の補強手段によって拘束され続ける。したがって、コンクリート部材の、コンクリート部材に形成される塑性ヒンジ領域の位置を確定し、想定外の領域でコンクリート部材が破壊するのを防ぐとともに、塑性ヒンジ領域における靱性を高めることができる。
また、塑性ヒンジ領域において、被りコンクリートが剥落すると、軸方向補強部材が露出するが、この結果、曲げ圧縮側の軸方向補強部材が座屈すると、応力中心間距離が小さくなり、被りコンクリートが剥落しない場合と比較して、曲げ引張側の軸方向補強部材にかかる引張力が小さくなり、軸方向補強部材の破断を防止する。
さらに、塑性ヒンジ領域とそれ以外の領域との境界には、前記コンクリート部材の断面の外側から内側にコンクリートを拘束し、かつその拘束力が前記第２の補強手段１７よりも高く設定された第３の補強手段が配置されているので、塑性ヒンジ領域とそれ以外の領域との境界において、コンクリート部材の強度が高められ、この結果、コンクリート部材の変形が確実に塑性ヒンジ領域内で発生するようにすることができる。
そして、塑性ヒンジ領域以外の領域にも、第１の補強手段が配置されているので、塑性ヒンジ領域以外の領域でコンクリート部材の破壊を抑える効果が、一層高められる。
さらに、第１の補強手段は、コンクリート部材の材軸方向に、塑性ヒンジ領域から、塑性ヒンジ領域以外の領域内で上記境界からの距離が軸方向補強手段の直径の１０倍以上の長さとなる位置まで延設されているので、せん断補強筋量が大きく変化する上記境界での、コンクリート部材内の応力集中を抑えることができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、第１の補強手段は、コンクリートの粗骨材の径より小さい間隔で配置されているので、第１の補強手段によって、その内部のコンクリートを確実に拘束することができる。
【００４５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、塑性ヒンジ領域にも、前記第２の補強手段が所定間隔で配置されているので、塑性ヒンジ領域における靱性を、さらに高めることができる。
【００４６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、コンクリート部材の断面は、その幅と奥行とが異なる長さに形成され、第１の補強手段の平面形状は、軸方向補強手段によって囲まれる面領域にほぼ内接する大きさの楕円形状に形成されているので、コンクリート部材の幅と奥行とのうち短い方向についても、第１の補強手段で、コンクリート部材の断面の外側から内側へコンクリートを拘束する力の低下が起きにくい。
また、第１の補強手段の特定箇所への応力集中が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンクリート部材の一例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明のコンクリート部材の他の一例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明のコンクリート部材のさらに他の一例を示す、横断面図である。
【図４】従来のコンクリート部材の例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１〜３          コンクリート部材
１ｓ〜３ｓ      （コンクリート部材の）外周面
４              コンクリート
５              軸方向補強手段（主筋）
１６〜３６      第１の補強手段（スパイラル筋）
１６ｐ，２６ｐ  （第１の補強手段の）間隔
７              第２の補強手段（帯筋）
８              第３の補強手段（２重帯筋）
Ｐ              塑性ヒンジ領域
Ｅ              塑性ヒンジ領域以外の領域
Ｂ              境界
【図１】
0003730581.tif 000002
【図２】
0003730581.tif 000003
【図３】
0003730581.tif 000004
【図４】
0003730581.tif 000005