コンクリート構造入門 第 5 回

鉄筋コンクリート部材の破壊
1．はじめに
前回は代表的な構造形式である鉄筋コンクリートについて、圧縮、引張、および曲げを受けたときに部材内部に生じる応力について説明しました。今回はその力がさらに大きくなったとき、鉄筋コンクリート部材がどのように壊れていくのかについて考えてみたいと思います。
図1

圧縮を受けるコンクリートの応力・ひずみ関係例

ばらになってしまうより先に、横にグニャと曲がって

2．圧縮力が作用するときしまうのが座屈です。鉄筋が座屈してしまうと、ほと鉄筋コンクリートの柱が軸方向に圧縮されたときんど力を支えることができなくなります。に、コンクリートと鉄筋の両者に圧縮応力が生じること、ヤング係数がコンクリートより大きい鉄筋に、よ3．引張力が作用するときり大きな応力が発生することを前回お話しました。力がさらに大きくなって圧縮応力が材料の圧縮強度を超引張力が作用したときも、初めはコンクリートと鉄えるようになると、その材料は壊れていきます。鉄筋筋の両方に引張応力が生じ、その大きさの比率が両者コンクリートの場合は通常先にコンクリートが壊れまのヤング係数の比率になることは、圧縮のときと同様す。

です。引張の場合はコンクリートの引張強度が小さい

コンクリートの圧縮試験を見たことがある方はおわため、早い時期にコンクリートにひび割れが発生しまかりになると思いますが、コンクリートが圧縮力にす。ひび割れが発生するとコンクリートは引張力を伝よって壊れるときは、最初にひび割れが発生し、その達できなくなりますから、鉄筋だけで負担することにひび割れが大きくなり、最後にはいくつかの塊にばらなります。このことから、設計ではコンクリートは引ばらに分かれてしまいます。こうなってしまうと、も張力を負担しないものと考えています。

はや力を支えることはできなくなります。圧縮試験にコンクリートにひび割れが発生した後は、単純に鉄おける力と変形の関係例を図 1 に示します。

筋の引張試験をしていることと同じになります。引張鉄筋コンクリートで圧縮力によりコンクリートが壊試験をしたときの力と変形の関係の例を図 2 に示しまれてしまうと、力は鉄筋に集中します。鉄筋はコンクす。鉄筋を引っ張ると、初めは力の強さに比例して伸リートのようにばらばらに壊れることはありません。

びていきますが、ある力に達すると変形が急激に進む

鉄筋の壊れ方は座屈と呼ばれる壊れ方になります。細ようになります。このような現象を降伏と呼んでいま長いものを押しつぶそうとしたとき、つぶれたりばらす。鉄筋が降伏すると荷重を増やさなくても変形が進鉄筋コンクリート部材の破壊

図2

引張を受ける鉄筋の応力・ひずみ関係例

みます。しかしある程度変形が進むと、さらに力を加の強度が小さいと圧縮側で壊れやすくなります。鉄筋えないと変形が進まなくなります。そこでさらに力をが少なければ引張側で壊れますし、多く入っていれば加えていくと、最後に鉄筋が切れて終わります。コン

圧縮側で壊れることになります。曲げ力の大きさが引クリートの最大圧縮応力時のひずみ（図 1 の①）は張側の鉄筋が降伏する大きさになったとき、圧縮側の0.2％程度ですが、鉄筋が引張で切れるときのひずみ

コンクリートの応力がちょうど圧縮強度に達するよう（図 2 の②）は 30％程度であり、両者の差は非常に大な鉄筋の量を、釣合い鉄筋比と呼んでいます。圧縮側きいものなのです。

で壊れると、壊れ方が急激になるおそれがあるため、一般に鉄筋の量を釣合い鉄筋比以下にして、コンク4．曲げが作用するときリートが圧縮で壊れる前に、引張側の鉄筋が降伏する

鉄筋コンクリートの梁のように曲げを受ける部材で鉄筋の量を釣合い鉄筋比以下にしても、コンクリー

は、梁の断面の片側には圧縮応力が、反対側には引張トの強度が所定のものより小さい場合には圧縮側で壊応力が生じます。柱では通常これにさらに圧縮力が作れる可能性がでてきます。建物の安全性を確保するた用することになります。柱では曲げによる引張応力がめに、所定の強度を下回らないようにすることが大切

荷重による圧縮応力を超えるまでは、部材断面に引張であることがわかると思います。

ように設計しています。

応力が生じないことになります。
大きな曲げ力がかかったときの部材の壊れ方は、圧5．せん断力による破壊

縮側で壊れるか、引張側で壊れるかで変わってきます。
圧縮側で壊れる場合、コンクリートの応力が圧縮強

建物の構造安全性を考えるとき、建物を壊す力の代度を超え、その部分のコンクリートがばらばらになっ表は地震です。地震による力は、建物を横から押す力ていき、さらに圧縮側の鉄筋が座屈して、部材全体がと考えることができます。

壊れた側に傾いていきます。

柱の上部を横から押した場合を考えてみましょう。

引張側で壊れる場合、コンクリートにひび割れが発

図 3 のように柱の根元に曲げによる応力が生じ、力が生した後、鉄筋が降伏し、変形が進んでいきます。圧くる側に引張応力が、反対側に圧縮応力が働きます。

縮側のコンクリートが強い場合は、最後には鉄筋が切地震による水平力から生じる柱の根元の引張力によっれることになります。一般に、圧縮側で壊れると急激て降伏しないだけの鉄筋を配し、そのときの圧縮側にな壊れ方になりやすく、引張側で壊れると粘りのある生じる曲げによる圧縮応力と、荷重を支えることによ壊れ方になります。

る圧縮応力の和が、コンクリートの圧縮強度を超えな

圧縮側で壊れるか、引張側で壊れるかは、コンクリーいようにすることで、この柱は地震による曲げ力に耐トの強度と鉄筋の量で決まってきます。コンクリートえることができるはずです。

コンクリート構造入門

図3

図4

水平力を受ける柱脚部の応力

柱のせん断ひび割れ

図5

せん断を受ける部分

1968 年 5 月におこった十勝沖地震で、いくつかのていることがわかります。この引張力に対抗するため鉄筋コンクリートの校舎が壊れました。その壊れ方はに、BD 方向に鉄筋を入れることが考えられます。地

柱の根元でコンクリートがつぶれて壊れたのではな

震による力はあらゆる方向に作用しますので、少なくく、図 4 のように柱の中央部で X 字型のひび割れが発とも 4 方向に斜めの鉄筋を入れることが望まれます。

生し、柱の中央部がつぶれるような壊れ方でした。こ

しかし、このような配筋をすると、鉄筋を組むのが困

れは曲げによる破壊ではなく、せん断力による破壊難なだけでなく、コンクリートの充填も困難になりまだったのです。

す。

壊れた柱には窓の部分を除いて上下に壁がついていそこで、軸方向にはすでに主筋が入っているのですました。地震による水平力を受けた建物は上部が押さから、水平方向に鉄筋を加えることで、主筋とあわせれて変形しようとします。柱に壁がついていない場合てこの斜めの引張力に対抗することが考えられます。

は柱全体が変形するはずですが、壁がついている部分

これが主筋を取り囲むように配する帯筋（フープ）のは変形が押さえられるため、壁のない窓の部分に変形働きです。

が集中することになりました。変形が集中するという

帯筋は十勝沖地震より前にも入れられていました

ことは、力が集中することと同じことであり、窓の高が、十勝沖の教訓に基づき、この帯筋の量が増やされさの柱に大きな水平方向にずらそうとする力であるせることになったのです。

ん断力が作用して壊れたのです。

帯筋の量が増やされる以前に設計・建設された建物

窓の高さの柱の部分を取り出してみると、地震によについては、せん断に対する備えが十分でないものがる水平力によって図 5 のように変形します。図の BDある可能性があります。このような建物には耐震補強の距離が大きくなっており、この方向に引張力が働いが施されます。耐震補強では、せん断に対する耐力向鉄筋コンクリート部材の破壊上が図られます。せん断に対して一番効果のある方法

6．おわりには壁を増設することですが、使い勝手が悪くなります。
壁のかわりにすじかい（ブレース）を増設することもコンクリートは経済性、耐久性に優れた材料ですが、効果があります。

壊れるときに脆く、急激に耐力を失ってしまうことに柱のせん断耐力を高めるためには帯筋を増やせばい気をつけなければなりません。これに対し鉄は降伏といのですが、かぶりコンクリートをはつって帯筋を増いう現象を示し、粘り強い性質を持っています。コン

やし、コンクリートを打ち直すのは大変です。そこで、クリートの品質を確保し、鉄の粘りを引き出せるよう実際には柱の外側に鉄板や炭素繊維などを巻きつけ、に鉄筋コンクリートの構造物を作っていくことが大切補強する方法がとられています。

なのです。

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