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日本建築学会大会学術講演梗概集（北海道） 2013 年 8 月

場所打ち鋼管コンクリート杭の曲げ性能に関する実験的研究（その 2：実験結果の考察）
正会員
同○片江 拡*1
岸田 慎司*3

同同

北山
田島和宏*2
祐之*4

一真*5
一雅*5

同

本間裕介*5

同
同
場所打ち鋼管コンクリート杭
終局曲げ耐力

曲げ性能
局部座屈

石川菅

一般化累加強度式

た実験値（図中 b、b1、b2）を示す。試験体 No3 は最大曲げ耐力後に鋼管が局部座屈したが、No1、2 は最大曲げ耐力前に局部座屈した。そのため座屈部分の負担応力を降伏応力（図中 b1）または 0（図中 b2）と仮定した。
座屈の発生は圧縮方向に増加する鋼管のひずみが、引張方向に反転する転換点とする（図‐3）。No1、2 の負担曲げモーメントの計算値と実験値（鋼管の座屈部分を降伏応力と仮定）の差は鋼管と主筋で 10%程度となり、コンクリートは実験値が計算値を 20％程度上回った。
一方 No3 の負担曲げモーメントの実験値と計算値の比(b/a)は、鋼管が 0.99、主筋が 1.03 となったが、コンクリートは 0.80 となり実験値が計算値を 20%下回った。
３.２. 試験体 No3 の各負担曲げモーメント推移

1. はじめに
その 1 では実験概要と結果について報告した。その 1に続き本報（その 2）では実験結果の考察を報告する。
２. 鋼管および主筋のひずみ分布
図‐1 に試験体 No1、2、3 の最大耐力時の危険断面直上における鋼管および主筋のひずみ分布を示す（ひずみゲージの位置はその 1 に記載）。図中◆が鋼管、■が主筋を示し、ひずみは引張を正とする。図-1 はその 1 に記載したひずみゲージ位置を南から x 軸上に投影してできるひずみ分布で、東が正、西が負である。図中の直線および一点鎖線はそれぞれ鋼管および主筋の降伏ひずみである。圧縮縁において鋼管のひずみが正値を示すのは座屈、もしくはその兆候によるものである。ほとんどの

図-4 は試験体 No3 の各負担曲げモーメントの推移である。試験体 No3 の曲げ耐力が計算値を下回った原因
危険断面位置では全塑性に近い状態だったと判断できる。
を検討する。図中の一点鎖線は一般化累加強度式により３. 主筋、コンクリート、鋼管の各負担曲げモーメント算出した終局曲げモーメントに対するコンクリートの寄一般化累加強度式 1)により算出した主筋、コンクリー与分である。部材角が 2.3%で鋼管がほぼ全塑性状態とトおよび鋼管の曲げモーメントの各負担分の計算値と、なり最大曲げ耐力に達し、その後部材角 3.5%のサイク実験結果より算出した実験値を比較する。一般化累加強ルにて鋼管に局部座屈が発生した。部材角が 1.2%以降
度式とは、断面を構成する各要素の中立軸が一致する時はコンクリートの曲げモーメントの負担分は増加しない。の全塑性モーメントにより終局耐力を評価する手法であ
この時点でコンクリートは終局状態にあったと判断できる。Ramberg-Osgood モデルにより危険断面における主る。終局状態においてコンクリートの負担分が計算値を筋と鋼管のひずみを応力変換し、それぞれの負担曲げモ下回る原因として、実験ではコンクリートの中立軸位置ーメントを算出した。杭頭部の危険断面に作用する曲げが計算で想定したよりも圧縮縁に寄ったため、もしくは終局耐力の計算で高強度コンクリートの圧縮応力度分布モーメントから主筋と鋼管の負担曲げモーメントを引くを矩形としたためと考えられる。座屈の前に最大曲げ耐ことでコンクリートの負担曲げモーメントを算出した。
力を迎えたのは、最大曲げ耐力以降コンクリートが圧縮３.1 最大曲げモーメント時の各負担曲げモーメント縁より圧壊していき、コンクリートの曲げモーメントの図‐2 に一般化累加強度式により算出した各負担曲げ負担分がそれ以上増大しなかったためと考えられる。
モーメントの計算値（図中 a）と、前述の手法で算出し位置で鋼管、主筋ともに降伏ひずみに達しているため、

No140000

No240000

鋼管30000

主筋100000

ひずみ(μ)

ひずみ(μ)

ひずみ(μ)

主筋20000

20000

100000100000-10000-10000-10000-20000-20000-20000-30000-300-30000
-300

-100
0100
ひずみゲージ位置(mm)

200

鋼管

30000

主筋

20000

-200

No340000

鋼管

30000

300

-200-1000100

200300-30000-300

ひずみゲージ位置(mm)

-200

-100

0100200300

ひずみゲージ位置(mm)

図-1 危険断面における鋼管および主筋のひずみ分布

Experimental Studies on Flexural Performance of Steel and Concrete Composite Pile (Part2. Discussion of Test Results)
KATAE Hiromu, KITAYAMA Kazuhiro, KISHIDA Shinji, TAJIMA Yuji,
ISHIKAWA Kazuma, HOMMA Yusuke and SUGA Kazumasa― 1613 ―鋼管(kN・m)
1400

コンクリート主筋

向ひずみの抑制効果は見られなかった。

No2No1No3

図-5(b)に示すように一本の横補強筋の各位値でのひずみは均一ではなく、断面の引張領域ではひずみはほとんど発生しなかったが、圧縮領域では引張りひずみを生じ、大変形時には降伏した。これより圧縮領域のコンクリートの膨張に対しては横補強筋が部分的に拘束効果を発揮したと考えられるが、さらに詳細な検討を要する。
５. まとめ1). 実験結果より得られた鋼管および主筋のひずみを

1200
1000

8006004002000ab1

b2ab1

b2aba ：一般化累加強度式による計算値
b ：実験値―座屈発生なし
b1： 実験値―座屈部分の負担応力を降伏応力と仮定
b 2： 実験値―座屈部分の負担応力を0と仮定

応力変換することで算出した各要素の負担曲げモーメン

図-2 最大曲げモーメント時の各要素負担曲げモーメント15000

局部座屈発生点5000であることを確認した。その原因としてコンクリートの中立軸位置が計算よりも圧縮縁側にあったこと、もしくは高強度コンクリートの終局時の圧縮応力度分布を矩形0としたことが原因である可能性を指摘した。

-50002). 鋼管の円周方向ひずみにはポワソン効果の影響が-10000-4-3-2-101部材角(%)

23見られた。横補強筋による鋼管の円周方向ひずみを抑え4る効果は見られなかった。

図-3 鋼管ひずみ―部材角関係
局部座屈発生サイクル

1200500

総和

1000500

短期許容曲げモーメント

400

400

300

600

コンクリート400

試験体No1200

試験体No41000200-200-1000100

200-300-300300

設計終局曲げモーメント

1250

1000

11.5

22.5
3部材角(%)

3.5

44.55

ひずみ(μ)

0.5

図-4 試験体 No3 の各負担曲げモーメント推移

４. 円周方向ひずみ
図-5(a)に試験体 No1 と No4 の鋼管の危険断面から

250

750

200300100200300100200300

設計終局曲げモーメント0-250-250-200-1000100200300

鋼管

2500-500-300-500-300-200-10004000

No4 の鋼管と同位置の一本の横補強筋の円周方向ひずみ

3000

3000

2500

試験体No125002000

試験体No4加力点変位2Δ3500

ひずみ(μ)

ひずみ(μ)

100

500

4000

1500

2000のひずみゲージ位置を南から x 軸上に投影した時のひず

1000

500500

み分布であり、図-5(a)では■が試験体 No1、◆が試験00-500-500-1000-300

加力点 変位 2Δ
横補強筋
鋼管

1500

1000

体 No4 を示し、図-5(b)では■が横補強筋、◆が鋼管を

0

横補強筋

試験体No4500180mm の位置での円周方向ひずみ、図-5(b)に試験体を示す。横軸の正方向は断面の圧縮領域を示す。その 1-1001000

試験体No17503500-200150012500

鋼管

0-100-200

横補強筋

100-200

15000200-100-300-300

主筋

ひずみ(μ)

ひずみ(μ)

最大曲げモーメント

鋼管

800

短期許容曲げモーメント

300ひずみ(μ)

ひずみ(μ)

累加強度式による計算値を下回ったのは、コンクリートの曲げモーメントの負担分が計算値に達しなかったため

10000

曲げモーメント(kN・m)

トより、高軸力の試験体 No3 の終局曲げ耐力が一般化-1000-200-1000100
ひずみゲージ位置(mm)200示す。ひずみは引張を正とする。軸方向に引張られる領図-5(a)

域の鋼管の円周方向ひずみは圧縮を呈したが、これはポの鋼管の円周方向ひずみ

No1 および No4300-300-200-1000

ひずみゲージ位置(mm)図-5(b)

No4 の鋼管およびせん断補強筋の円周方向ひずみアソン比に従って円周方向に縮んだためである。横補強【参考文献】

筋を有する試験体 No4 の鋼管の円周方向ひずみが No11). 日本建築学会編：鉄骨鉄筋コンクリート構造計算規準・同解より発達した。これより、横補強筋による鋼管の円周方*1*2*3*4*5

首都大学東京大学院 大学院生
首都大学東京大学院 教授・工博
芝浦工業大学 准教授・博士(工学)
アシス(株) 博士(工学)ジャパンパイル(株) 博士(工学)説，2001

Graduate School of Tokyo Metropolitan Univ.
Prof., Tokyo Metropolitan Univ., Dr.Eng.
Assoc. Prof., Shibaura Institute of Technology, Dr.Eng.
Assis Corporation, Dr.Eng.
Japan Pile Corporation, Dr.Eng.

― 1614 ―