技報 第 5 号（2007 年）

PCaRC 構造のせん断伝達耐力について
技術本部

開発技術部

村井伸康

技術本部

土木技術部

日高重徳

技術本部

開発技術部

中井将博

名古屋支店

支店長

森拓也

概要：PCaRC 構造は，プレキャスト部材の接合面を鉄筋が貫通する構造であり，せん断力に対しては，接合面の摩擦と鉄筋のダウエル作用で抵抗する．ここでは，コンクリート標準示方書に示されるせん断伝達耐力式の PCaRC 構造への適用の可能性を検討することを目的としてせん断載荷試験を行った．その結果，PCaRC 構造の最大荷重は設計せん断伝達耐力を大きく上回っており，せん断伝達耐力式による評価が可能であることが確認された．

Key Words：PCaRC 構造，接合部，せん断伝達耐力

１．はじめに
近年では，都市再生を目的とした都市内立体交差事業（オーバーパス・アンダーパス）が推進されており，厳しい条件（工期・作業空間・周辺環境）下での施工が強いられている．それらの施工条件を満足できる方法の一つとしてプレキャスト（以下 PCa）化が挙げられ，下部工においてもその検討が行われている．これまで，PCa 橋脚の耐震性能の検討は主に曲げに対して行われており，接合部の純せん断に対して行われていなかった．
本稿では，PCa 鉄筋コンクリート（以下 PCaRC）構造接合部への，コンクリート標準示方書[構造性能照査編]1)のせん断伝達耐力式の適用性について述べる．ここで言う PCaRC 構造とは，PCa 部材を 1N/mm2 程度のプレストレスおよびエポキシ樹脂接着剤を使用して構築し，PCa 部材に予め設けられたシース孔にモルタルを充填し，主鉄筋を一括挿入するものである．
今回，PCaRC 構造と場所打ち構造（以下 RC 構造）とのせん断伝達試験を行い，接合部のせん断性能の確認を行った．また，PCa 橋脚において，主鉄筋が押抜きによって壁面を破壊するモードが考えられるため 2)，帯鉄筋に発生する引張力を測定することにより，主鉄筋による押抜きの影響の確認を行った．

２．実験方法
2.1 供試体
供試体は，PCaRC 構造（図－１）と，比較のための場所打ち橋脚を想定した打継面を有する RC 構造（図－２）の 2 種類とした．
PCaRC 構造の接合面は，実施工においては金ゴテ仕上げをした表面にマッチキャストさせて製作するが，本供試体の接合面は型枠面としており，実構造で期待できる接合面の粗度による噛み合いは見込めない．
各諸元はこれまでの実構造物の諸元を参考として，主鉄筋比 1.99%，シース内面積比 10.6%，帯鉄筋比1.00%とした．プレストレスは両供試体共に同量の 1N/mm2 を導入した．供試体の比較表を表－１に，供試体製作フローを図－３，４に，供試体製作状況を写真－１，２にそれぞれ示す．

村井伸康

日高重徳

中井将博
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森拓也

技報 第 5 号（2007 年）

2000
600

800

600

P

240100

主鉄筋 D22-8本SD345

650

3@150=450

PC鋼棒Φ23

シースΦ70100

接合面（エポキシ樹脂接着剤）

400

1200500

シースΦ45 70 100 704001000主鉄筋用グラウト

500

図－１

PCaRC 構造供試体

2000
600

800

600

P240

100

主鉄筋 D22-8本
SD345

650

3@150=450

PC鋼棒Φ23シースΦ70100

打継面

400

1200

500

400

1000

70 100 70500

図－２RC 構造供試体

表－１ 供試体の比較表
コンクリートSD345

PCaRC
構造RC構造

主鉄筋

設計基準強度σck=40N/mm2

D22-8 本鉄筋比
p=0.0199

PC 鋼材

主鉄筋定着

接合面

PC 鋼棒

モルタルグラウト

型枠面（鋼枠）

φ23 B 種 1 号

設計基準強度

エポキシ樹脂接着剤

SBPR930/1080

σck=40N/mm2 以上

導入プレストレス

コンクリート

σp=1N/mm22/6

打継処理
粗面仕上げ

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PCaRC 構造供試体製作フロー

RC 構造供試体製作フロー

型枠・鉄筋組立

型枠・鉄筋組立

コンクリート打設

コンクリート打設セグメント接着・プレストレス導入

打継ぎ面処理

主鉄筋用グラウト注入

打継ぎコンクリート打設

主鉄筋挿入

プレストレス導入

図－３PCaRC 構造供試体製作フロー

図－４

RC 構造供試体製作フロー

仕切り板
主鉄筋シース
φ45

打継面処理

写真－１ PCaRC 構造供試体製作状況

写真－２ RC 構造供試体製作状況

2.2 載荷方法
載荷は，3000kN 鉛直載荷試験機を用いて載荷ビームによる静的押抜き方式で行った 3)．載荷試験状況を写真－３に示す．

３．実験結果3.1 荷重と変位との関係
載荷試験時の最大荷重と設計せん断伝達耐力との比較を表－２に，荷重－変位曲線を図－５にそれぞれ示す．設計
せん断伝達耐力は，載荷試験日のコンクリート圧縮強度および材料試験成績表の鉄筋降伏強度を用い算出した．設計せ写真－３ 載荷試験状況

ん断伝達耐力式を(1)に，各パラメータと内容を表－３に，材料強度を表－４に示す．
⎧⎫′ b ⎛⎜ α ⋅ pf − σ ⎞⎟ 1-b+ p ⋅ 0.08f /α ⎞⎟A ⎬/γ b (1)Vcwd = ⎨⎛⎜ µ ⋅ f cdydnd ⎠yd ⎠ c ⎭⎝⎩⎝RC 構造の設計せん断伝達耐力は最大荷重と約 5%の差異であり，式(1)が精度良く評価していることがわかる．
また，PCaRC 構造の最大荷重は設計せん断伝達耐力を約 20%上回っており，式(1)で評価すれば安全であることがわかる．PCaRC 構造の最大荷重が RC 構造及び評価式の値を上回った要因として，接合面を貫通するモルタルによるせん断抵抗が考えられる．
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表－２ 設計せん断伝達耐力と最大荷重との比較
設計せん断伝達耐力
Vcwd(kN)

最大荷重V(kN)比V/Vcwd

PCaRC 構造

2680

3220

1.20RC 構造

2632

2500

0.95

3500

3000

載荷荷重(kN)

2500

2000

PCaRC構造

1500RC構造
1000

せん断伝達耐力（PCaRC構造）
せん断伝達耐力（RC構造）

500

00.00

0.50

1.00

1.50

2.00
2.50
支間中央変位(mm)

3.00

3.50

4.00

図－５ 荷重－変位曲線
表－３ 各パラメータと内容記号
α内容

鉄筋曲率による軸方向剛性の低減係数
α = 0.75 1 − 10 p − 1.7σ nd / f yd{()}

面形状を表す係数：b1/2=打継面（処理あり）あるいは高強度コンクリートのひび割れ，プレキャスト部材の継目に接着剤を用いた場合の継目→本実験で確認μ 固体接触に関する平均摩擦係数で，0.45 としてよい．
σnd

せん断面に直角に作用する平均応力度→本実験においてロードセルで測定

γb 安全係数→1.0 とする
表－４ 供試体材料一覧表
材料
コンクリート種類

項目

記号 強度(N/mm2)

PCaRC 構造 圧縮強度

f'cd

54.9

載荷試験日

RC 構造f'cd53.1

載荷試験日

60.9

載荷試験日

404

材料試験成績表

圧縮強度

モルタルグラウト PCaRC 構造 圧縮強度
鉄筋

備考

降伏強度4/6fyd技報 第 5 号（2007 年）

3.2 破壊形態
破壊形態を写真－４，５に示す．2 体とも接合面のせん断破壊であった．ただし，PCaRC 構造はディープビームのせん断破壊に近い性状も示していた．破壊後の主鉄筋の形状を写真－６，７に示す．破壊後の主鉄筋の曲がり具合を比較したところ，PCaRC 構造の方が曲がりが小さく，直線に近い形状であった．シース内の主鉄筋とモルタルが一体となり，荷重に抵抗したものと思われる．

写真－４ 破壊形態（PCaRC 構造）

写真－５ 破壊形態（RC 構造）

主鉄筋

主鉄筋接合面位置

打継面位置

写真－６ 破壊形態（PCaRC 構造）

写真－７ 破壊形態（RC 構造）

3.3 主鉄筋による押抜きの影響
3000

主鉄筋の押抜きによる壁面への影響を調べるため，帯鉄筋に発生する引張ひずみを測定し，その結果を2500

両供試体ともに，最大引張ひずみが 200μ程度であり，引張応力度に換算すると約 40N/mm2 である．

2000

載荷荷重(kN)

図－６に示す．

1500

鉄筋の降伏強度は 404N/mm2 であり，本構造においPCaRC構造
RC構造

1000て主鉄筋の押抜きが主たる破壊要因にならないこと

500がわかる．

0-50050100

150200

帯鉄筋ひずみ（μ）

４．実構造物（PCaRC 構造）での検証例

図－６ 帯鉄筋ひずみ

実構造物における設計せん断力と，設計せん断伝達耐力との比較を行い図－７に示す．同図は，横軸を鉄筋比，縦軸を設計せん断伝達耐力とし，A，B および C5/6

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橋をプロットしたものである．このように，実構造物

50,000において設計せん断伝達耐力は，設計せん断力の 10倍程度となっており，接合部がせん断に対し十分安全

５．まとめ①RC 構造の設計せん断伝達耐力は最大荷重と約5%の差異であり，設計せん断伝達耐力式が精度40,000
設計せん断伝達耐力(kN)であることがわかる．

C橋

35,000

B橋

30,000A橋

25,000

設計せん断伝達耐力
設計せん断力20,00015,000

設計せん断力10,000

B橋
A橋

5,000

良く評価している．
②

実施工実績

45,000

C橋

00

PCaRC 構造の最大荷重は設計せん断伝達耐力を約 20%上回っており，設計せん断伝達耐力式

0.005

0.010.015

0.020.025
鉄筋比p0.030.035

0.040.045

0.05

図－７ 鉄筋比 p によるせん断伝達耐力により評価が可能である．
PCaRC 構造の最大荷重が RC 構造及び評価式の値を上回った要因として，接合面を貫通するモルタルによるせん断抵抗が考えられる．
③

2 つのタイプの帯鉄筋に発生する引張ひずみは同程度であり，本構造において主鉄筋の押抜きが主たる破壊要因にならない．

④

実構造物において設計せん断伝達耐力は，設計せん断力の 10 倍程度となっており，接合部がせん断に対し十分安全である．

本研究は，独立行政法人土木研究所，他民間 3 社による「耐震性に優れたプレキャスト橋脚に関する共同研究」の一環として実施したものである．
参考文献
1) コンクリート標準示方書 構造性能照査編

2002 年制定

土木学会2) 新井崇裕・日紫喜剛啓・須田久美子・山本徹・滝沢清一郎・尾鍋卓巳：新しいプレキャスト PC 橋脚の開発，鹿島建設技術研究所年報，第 48 号，pp.25-30，2000
3) プレキャストブロック橋の設計法に関する共同研究報告書(Ⅱ) 平成 5 年 3 月 建設省土木研究所

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