RC 耐震壁のひび割れ誘発目地における応力伝達機構のモデル化（その 1 実験概要及び結果）

誘発目地
応力伝達ひび割れ誘発材
構造壁厚正会員
同
同
同
同

耐震壁

1.はじめに○佐藤新井渡邊河野松井尚隆*2雅人*1
秀和*3
進*4亮夫*2

用材料の力学特性を示す。試験体の目地部には，ひび割RC 耐震壁では，乾燥収縮ひび割れをあらかじめ決めたれ誘発のため，誘発材（鉄筋）を挿入する工法を用いた。

部位に誘発させるために，ひび割れ誘発目地を設けるこ図—1 は目地を横切る壁横筋（以下壁横筋とする）の本とが多いが、耐震性・デザイン性・施工コストにおいて数が前後 1 本ずつ 4 段（A1, A2, A4, A5）の計 8 本配筋さはマイナス要因となる。特に増打部コンクリートは、耐れた試験体の配筋図を示す。一方，壁横筋が 4 本の試験

震性能上は重量を増加させるが，ひび割れ誘発やかぶり体では，中央 2 段（A2, A4）のみ配筋しており，壁横筋が確保などの目的以外は，耐震性能上は負の働きをする。

2 本の試験体では中央部に 1 段（A3）に配筋を行った。
表-2 コンクリートの力学特性

石川ら 1)によれば目地の深さや位置によっては，目地欠設計基準
強度(MPa)213345損が耐震壁のせん断耐力に影響を与えないという知見が，目地付き耐震壁の載荷実験や FEM 解析から得られている。
石川らの実験では，コンクリート圧縮ストラットが広が割裂引張
強度(MPa)2.3
3.03.0ヤング係数(GPa)29.726.430.8

表-3 鉄筋の力学特性る部位に目地があれば，応力レベルがせん断抵抗機構で仮定する限界値に達することはなく，同位置での応力状態はストラットを支える節点近傍ほど危険とならなかっ

種類

呼び径

壁横筋
壁縦筋

D13(SD295A)
D16(SD295A)
D32(SD345)

誘発材た。つまり，構造壁の応力レベルが小さな部位に目地を設置すれば，増打部を含めた全壁厚に基づいてせん断設計を行ってもよい可能性は高い。本研究は，RC 耐震壁の圧縮強度(MPa)23.235.241.4

ヤング係数(GPa)

降伏強度(MPa)

引張強度(MPa)

190344493191346482186385560

2.2.載荷と計測計画

載荷装置は 1500kN 万能試験機を用い，試験体上下面に回転が生じないように球座は設置しなかった。加力に先して構造実験を実施した。特に目地部におけるひび割れ立ち，以下の方法で目地部にひび割れを発生させた。目界面における開き・滑りとせん断応力・直応力の関係に地表裏に計測装置設置後（変位計を目地の開き方向に 2ついて定量化し，既存の数値モデルの適用性を検討した。
本，滑り方向に 1 本を目地の表裏それぞれに設置），試験2.実験概要
体の安定のため 20kN 程度の鉛直力を作用させた状態で，2.1.試験体
目地部の前後からセンターホールジャッキを用いて壁面試験体は実大スケールの耐震壁の目地周辺部を切り出法線方向に圧縮力を作用させた。この圧縮力により目地した 15 体である。図—1 に試験体配筋図を示す。各試験体が押し開かれ，最大で 0.2mm～0.3mm 程度のひび割れがとも表面・裏面の両面に深さ・幅 20mm，長さ 558mm の発生し, 平均で 0.2mm 程度の残留開き量が計測された。
目地がある。表—1 に試験体名と実験変数を，表—2,3 に使加力は鉛直方向一方向単調載荷とし，目地部にせん断ひび割れ誘発目地部の応力伝達機構のモデル化を目的と

表—1 試験体名と実験変数
No

試験体名

12345678910111213141522N32
24N00
24N32
28N32
32N32
34N00
34N1634N32
38N32
34T00
34T3242N32
44N00
44N32
48N32

構造壁厚(mm)200

設計基準強度(MPa)21200
3324020045

壁横筋比(%)

誘発材の公称径(mm)2-D13 0.23
4-D13 0.45
4-D13 0.45
8-D13 0.91
2-D13 0.23
4-D13 0.45
4-D13 0.45
4-D13 0.45
8-D13 0.91
4-D13 0.45
4-D13 0.45
2-D13 0.23
4-D13 0.45
4-D13 0.45
8-D13 0.91

32
無3232
32
無1632
32
無32
32
無32
32

Modeling of Stress Transfer Mechanisms at Cracked Contraction joints of RC Walls

溝型目地厚(mm)

誘発材率

非コンクリート率

備考20+200.2
00.20.20.200.1
0.2
0.2
00.16
0.2
00.2
0.2

0.49
0.33
0.49
0.49
0.49
0.33
0.41
0.49
0.49
0.28
0.41
0.49
0.33
0.49
0.49

No.5 の 21MPa 版
No.6 の 21MPa 版
No.8 の 21MPa 版
No.9 の 21MPa 版
壁横筋 半分誘発材 無誘発材 直径半分
基準試験体
壁横筋 2 倍壁厚 240 誘発材 無壁厚 240
No.5 の 45MPa 版
No.6 の 45MPa 版
No.8 の 45MPa 版
No.9 の 45MPa 版

SATO Naotaka, ARAI Masato,
WATANABE Hidekazu, KONO Susumu, MATSUI Akio

350

スポンジゲージ40

ビニールホース

壁横筋1258

A2A3A4558

A1868A5D19

図-2 せん断力—滑り関係（左図）

目地

目地垂直力—開き関係（右図）

B (誘発材)最大値

D10 壁縦筋応力分布
600C(壁厚)

壁横筋

60030100 100
溝型目地厚

30

歪みゲージ
構造壁厚

図-320200

力を作用させた。また，目地部の滑り量が既定値（約 30mm）に達した時点で載荷終了とした。計測項目は，せん断力，目地の開きと滑り，表側に配筋した壁横筋の歪とした。図—1 に示すように壁横筋本数が 3 本の試験体はA3 段 2 カ所，9 本の試験体は A2,A4 の 4カ所，3 本の試験体はA1,A4 の 4 カ所に歪ゲージを貼付し計測した。
3.実験結果単位:mm

壁横筋の応力度分布（試験体立面図）

20全ての試験体で滑り 1mm 付近で，せん断力が最初のピーとから，実験で計測した垂直力 N は実際に目地部に作用している垂直力よりも小さくなる可能性がある。したがって，滑り耐力付近において，目地のひび割れ部分の壁横筋は降伏していると仮定する。
4.滑り耐力実験値の比較クを迎えた。この時のせん断力を滑り耐力と定義した。

表—4 に実験結果一覧を示す。本論文では，特に滑り耐

その後，滑りの増加とともに耐力がそれぞれ 3 割ほど低力時までの目地部での応力状態について考察を行う。表下した後に，増加と低下を繰り返した。計測は計測装置－4 の滑り耐力時の目地部におけるせん断応力 τ および直図-1 試験体配筋図

3.1.せん断力—滑り関係
代表的な試験体のせん断力－滑り関係を図—2 に示す。の都合上滑り量が 30mm に達した時点で加力を終了した。 応力 σ は，せん断力 Q および垂直力 N を目地部全面積 Aallで除した値とし，鉄筋の断面欠損は考慮していない。
3.2.垂直力—開き関係
目地部では，せん断力を作用させることで直交方向の開きと垂直力 N が発生する。代表的な試験体の垂直力－開き関係を図—2 に示す。なお図—2 の●印は滑り耐力時の計測点を示している。ただし，試験体の垂直力 N は直接計測できないため，壁横筋に貼付した歪みゲージの値から式(1)で計算した。また，歪みが降伏歪みを超えた時はN を一定値とした(壁横筋の降伏歪を上限値と設定)。
N = nε ave Esh Ah(1)ε ave ：計測した歪の平均値
n ：壁横筋本数
E sh ：壁横筋ヤング係数(MPa) Ah ：壁横筋面積(mm2)
図—2 をみると滑り耐力以降，開きは増加するものの垂直力がそれほど増加していないのは，歪みゲージの貼付していない目地のひび割れ部分で大きく変形していることが主な原因と考えられる。
本実験では図—3 で示すように，歪みゲージは目地部に発生しているひび割れ面から両側に離れた地点で計測を行っているため，予想される壁横筋の応力度分布はひび割れ部で最大になり，計測点よりも大きくなる。このこ（誘発材の影響）
誘発材の量による滑り耐力に影響について，実験では有意な結果が得られなかった。
（壁横筋の影響）
各試験体とも壁横筋の本数が増えると滑り耐力も増加
し, 直応力が滑り耐力に大きな影響を与えることがわかる。
（壁厚の影響）No.10, No.11 と No.6, No.8 の応力を比べると壁厚の厚いNo.10, No.11 の方が低くなっていることがわかる。これは，壁厚が増えることで相対的に鉄筋の拘束力が低下し，直応力が減少したと考えられる。この直応力の減少によって，滑り耐力時のせん断応力が減少したと考えられる。
（コンクリート強度の影響）
コンクリート強度別に滑り耐力を比べると, コンクリー
ト強度の減少により滑り耐力の減少が確認できた。
5.まとめ
実験結果より，滑り耐力は壁横筋比，壁厚，コンクリート強度，誘発材の量が影響し，壁横筋の降伏による目地部に対する限界直応力によって決定されると分かった。

表-4 実験結果一覧
滑り耐力 (kN)
滑り耐力時せん断応力(MPa)
滑り耐力時直応力(MPa)

No.1

No.2

No.3

No.4

No.5

No.6

No.7

No.8

No.9

No.10

No.11

No.12

No.13

No.14(200)(2.24)

385
4.31

414
4.63(500)
-368
4.12

431
4.83

418
4.69

456
5.10

552
6.18

465
4.17

463
4.15

318

504

534

No.15732

3.56

5.64

5.98

8.20(0.80)

1.64

1.60

-0.57

1.39

1.36

1.43

2.78

1.03

0.72

0.74

1.56

1.452.94*1 東京工業大学 総合理工学研究科環境理工学創造 修士課程

*1 Graduate student, Tokyo Institute of Technology*2 株式会社 淺沼組*2 Asanuma Corporation*3 東京工業大学 建築物理研究センター 助教・博士（工学）*3 Structural Engineering Research Center, Tokyo Institute of Technology*4 東京工業大学建築物理研究センター 教授・博士（工学）*4 Structural Engineering Research Center, Tokyo Institute of Technology