平成 21 年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】

７）国際地震工学センター
７）－１

鉄筋コンクリート構造部材の損傷評価手法の精緻化に関する基礎的研究～多数回繰り返しを受ける構造部材の劣化挙動評価を目指して～【基盤】

Study on Damage Evaluation for R/C Structural Member Under Many Cyclic Deformation（研究期間
国際地震工学センター

向井智久

International Institute of Seismology and Earthquake Engineering

Tomohisa Mukai

平成 19～21 年度）

To analyze the degradation state of RC structural members subjected to many cyclic deformations, the test results of cyclicloading for RC structural members with high strength material, which the variable parameters are number of cycle, with orwithout of slab and shear strength safety margin, is used. The following knowledge could be obtained as a technical material
for the proposal on the restoring force model.
1. Failure mode of each structural member
2. Strength deterioration (ductility performance, strength degrading ratio under each cyclic deformation)
3. Energy deterioration (energy dissipation performance in 2 cycles, energy degrading ratio under each cyclic deformation)［研究目的及び経過］

靱性能低下係数 :β

荷重:Q

近い将来発生すると言われている東海、東南海、南海地震などの海溝型巨大地震が大都市圏を襲うと、数秒から十秒程度の周期で大きな揺れが数分から数十分間にRy ：降 伏 点
Rp1 ：曲 げ 降 伏後 のせ ん断 破 壊点

渡って継続する｢長周期地震動｣にさらされる可能性が指Ry

Ry+Rp 1 部材角:R
Ry +β Rp1(a) 包絡線上の耐力低下δ摘されている。大都市圏では数多くの超高層建物が建設Qされており、その固有周期は 2～6 秒と長いため長周期

Q
E

Qb
Eb =荷重:Q

地震動に遭遇すると、多数回の大振幅変形を受ける可能性が高い。都市にとって中核となる社会基盤であり、か部材角:R(b) 繰り返しによる耐力低下

Qb
Q

Qb
Ec =

⋅E

δc

によって生じる損傷に対して精緻に評価することが求め部材角:Rδ(c) 耐力低下によるられる。

Eb

Ec

Eb

つ高機能性を求められる超高層建物は、起こりうる応答

δc
⋅ Eb
δ

エネルギー吸収低下

既往の研究では、多数回繰り返しによる部材の構造

図2

δc

部材角:R
δ
(d) 除荷剛性の減少によるエ ネルギー吸収低下

荷重変形関係実験が行われ、それを考慮した復元力特性モデルが提案300されているが、それらは普通強度材料を用いた RC 造部した検討はほとんどされていない。
以上を踏まえ、本研究では、多数回繰り返し変形を[kN]

材であり、前述の超高層建物に使用される部材を対象と100

せん 断 力200-100

B3 L

B5 L

J1 L 左梁J3 L 左梁

0-200

受ける RC 造構造部材の復元力特性モデルの構築に資す

-300
300

る技術資料の収集を目的とする。
［研究内容］[kN]100１）多数回繰り返し変形を受ける高強度ＲＣ造部材の劣せん 断 力200-100化性状

0-200

ここで、扱う劣化性状とは、耐力低下とエネルギー-300-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4部材 角 [× 1/100rad.]吸収低下の両者を扱うこととする。具体的には、図 1 に

実験 結 果曲げ 強 度 (精 算解 )せん 断 強 度示すようにそれぞれを区別して扱う。以下に、梁（全 85 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4部材 角 [× 1/100rad.]梁曲 げ ひ び 割れ
接合 部 斜 め ひび 割 れ
1段 目 鉄 筋 降 伏

第2折 れ 点最大 耐 力耐力 維 持 限 界点体）及び柱梁接合部（全 6 体）を対象にそれらの劣化性状を検討した結果を示す。

図1- 23 -評価する劣化性状5平成 21 年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】③破壊モードとエネルギー吸収性能①破壊モード
図 1 に梁部材 B3L、B5L、柱梁接合部試験体における破壊モードが F や FS の梁部材はμ=1 以降大きく heq

梁の J1L、J3L の荷重-部材角関係を示す。図中、第一象は増加し、αb が大きい試験体ほど heq が大きくなった。

限は上端圧縮側である。凡例の耐力維持限界点とは最大

柱梁接合部の heq も同様にμ=1 以降大きく増加し、破耐力に対する各部材角 1 サイクル目の耐力が 90%を維壊モードが FB の J1 は L 試験体で R=1/25(μ=4)、N 試験持できた最大の部材角であり、梁部材の靱性能を示して体は R=1/20(μ=5)で heq が大きく減少に転じた。破壊モいる。全試験体ともに、層間変形角 R=1/400 までに梁にードが FJ の試験体の heq はその他の試験体のそれより曲げひび割れが発生し、R=1/200 以降、柱梁接合部に斜も小さい傾向にあるが、αj による違いは見られなかっめひび割れが見られた。R=1/100 以降、引張鉄筋の 1、2た。図-4 にエネルギー吸収低下率の推移(同変形角にお段目と順に降伏した。その後 R=1/50 で圧縮側コンクリける i サイクル目のエネルギー吸収量を i サイクルのピートにひび割れが見られ、同部材角以降、最大耐力に達ーク時耐力で除したものの比率を 2 サイクル目のそれでしても、梁せん断余裕度αb の大きい B3L は靱性のある規準化)を示す。破壊モードが F や FS の場合、耐力低下挙動を示し、耐力維持限界点は確認されず、顕著な耐力率同様、αb が小さい試験体ほどエネルギー吸収低下の低下は見られなかった。一方、B3L と同断面で接合部せ割合は大きいが、柱梁接合部は、破壊モードが FB でエん断余裕度αj の大きい J1L やαb の小さい B5L、αj のネルギー吸収低下は極めて大きく、FJ の J2、J3 におい

小さい J3L は、R=1/33 以降、耐力維持限界点が確認さて、αj が小さく接合部の損傷が大きいほどエネルギーれ、徐々に耐力が低下した。また、全試験体のそれぞれ吸収低下は小さい。これは、接合部内の鉄筋の塑性化にの破壊モードは B1、B3、B4 は曲げ破壊(以後 破壊モーよってエネルギー吸収に寄与できたものと推察される。
1.0げ降伏後のせん断破壊(破壊モード FS)、B3L と同断面

0.9

耐 力 低 下 率 : Qi/Q1ド F)、αb の小さい B2、B5 はせん断変形が増加する曲でαj の大きい J1 は主筋の柱からの抜け出し変形が増加する曲げ降伏後の付着破壊（破壊モード FB）、αj の小さい J2、J3 は接合部の変形が増加する曲げ降伏後の接合部破壊（破壊モード FJ）であった。

0.8
0.7
0.6
0.5
0.4

②破壊モードと耐力低下に関する劣化性状

B3L
B5L+1/100

J1L
J2L
J3L

B4L
B4N

層間 変 形 角+1/33 +1/25 +1/100+1/50

図3

靱性能に関して、図 2 より B3L は耐力維持限界点が

J1N
J2N
J3N 層間 変 形 角+1/50+1/33 +1/25

耐力低下率関係1.0

耐 力 低 下 率 : Qi/Q1

確認されず、せん断強度の既往の評価法で安全側に評価出来るが、αb が小さい B5L は、既往の評価で安全側に評価出来ていない。このことから、FS の破壊モードであるαb が小さく繰り返し載荷経験の多い梁部材の試験体はより小さな変形でせん断強度を低下させる必要がある。

0.90.80.7
0.6
0.50.4

B3L
B5L+1/100

B4L
B4N+1/50

J1LJ2L
J3L

層間 変 形 角+1/33 +1/2 5 +1/100

J1NJ2NJ3N 層間 変 形 角+1/50+1/33 +1/25

また、図 3 に正側の耐力低下率（同変形角における i

図4サイクル目のピーク時耐力を 1 サイクル目のそれで規準［研究結果］化）の推移を示す。梁部材、柱梁接合部試験体ともに、

１）昨年度に実施した高強度鉄筋コンクリート造梁部

R=1/100 は耐力低下率が 10 サイクル目で収束する傾向

材、柱梁接合部の構造実験結果を用いて、各部材のを示し、0.9 以上を保持している。R=1/50 の 2 サイクル

エネルギー吸収低下率の推移

破壊モードを特定した。

目に圧縮側のひび割れにより、耐力が大きく低下し、以２）特定した破壊モード毎に劣化性状を耐力低下および降、破壊モードが F や FS の梁部材はαb が小さいほどエネルギー吸収低下の 2 パターンに分け、それぞれ耐力低下の割合が大きく収束する傾向は見られなかった。の劣化性状を分析し、復元力特性評価に必要なる基

また、柱梁接合部の R=1/50 は、αj が小さい試験体ほど礎的な技術方法を収集した。

耐力低下の割合は大きいが、R=1/33 は、破壊モードが３）今後、これらのデータを用いて復元力特性モデルル

FJ となる場合のαj による違いはほとんどない。また、ールを提案し、既往のモデルとの比較を行い、応答破壊モードが FB となる場合の耐力低下の割合は極めて解析モデルの精緻化を図る研究課題の基礎的な技術大きい。

資料として反映できる。

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