戸田建設

技術研究報告第31号

濱田清水
石岡聡 *2
隆 *2
拓 *1

超高強度プレキャスト鉄筋コンクリート柱の研究開発

和泉
竹中
多田

菊田信之 *2
啓之 *1
公平 *2

繁美 *1

概

要

圧縮強度が 80,100,120N/mm2 のコンクリートと USD685 の鉄筋を用いたプレキャスト鉄筋コンクリート造柱部材の構造性能を確認する目的で曲げせん断実験を行った。既往の場所打ち鉄筋コンクリート造柱部材の実験結果と比較することにより、プレキャスト鉄筋コンクリート造柱部材の特性について検討した。プレキャスト鉄筋コンクリート造柱部材は柱脚において太径のスリーブを用いて機械式継手を行っており、スリーブ直下には高強度の目地グラウトモルタルが存在する。スリーブ継手の影響として、帯筋のかぶり厚さを確保する目的で主筋位置を断面中央に寄せることになるため最大曲げ耐力が低下する傾向にあった。最大曲げ耐力は破壊面を想定した断面分割法を用いて精度よく推定できることが判明した。最大耐力以降の変形性能については場所打ち鉄筋コンクリート造柱部材とほぼ同等であった。

Research and Development of Super-high Strength Precast
Reinforced Concrete Columns*2

Nobuyuki IZUMIHiroyuki TAKENAKA*1
Kouhei TADA*2

Shigemi KIKUTA*1
Satoshi HAMADA*2
Takashi SHIMIZU*2
Taku ISHIOKA*1

This paper introduces the outline of the experimental study on the precast column members in which the high strength concreteof 80,100,120N/mm2 and reinforcement of USD685 were used. The characteristic of the precast reinforced concrete columns wasdiscussed by comparing with the experimental result of site concrete placing columns. The sleeve of a large diameter is used as amechanical joint, and the grout mortar of high strength exists under the sleeve in the pedestal of the precast reinforced concretec olumn.
Ultimate flexural strength of the precast reinforced concrete columns showed the tendency to decrease to draw the main reinforcement
position to the center of the section to secure the cover depth of the hoop so that there was a sleeve splice of a large diameter. It wasproven that the ultimate flexural strength of the precast reinforced concrete columns was able to calculate accurately by using thesection division method by which the fracture surface is assumed. The ductility of the precast reinforced concrete columns after
ultimate strength was almost equal to site concrete placing columns.

*1
*1

*2
技術研究所
構造設計部
*2
Technical Research Institute
Structural Engineering Dept.

1

超高強度プレキャスト鉄筋コンクリート柱の研究開発

超高強度プレキャスト鉄筋コンクリート柱の研究開発

和泉
竹中
多田

表−１

信之 *2
啓之 *1
公平 *2

試験体一覧

１．はじめに筆者らは既報 1) に示したように圧縮強度が 70N/mm2 までの高強度コンクリート柱のプレキャス
ト化については実験により力学的性能を把握し、実用化している。
既報 1) では柱脚部に注入するグラウトの圧縮強度を考慮することにより最大曲げ耐力を適切に評価できることを示した。
本 研 究 は 、圧 縮 強 度 が 80, 100,120N/mm2 の高強度コンクリートを用いたプレキャスト柱の力学的性能を実験的に把握すること、および既往の場所打ちコンクリー
ト柱の実験結果 2),3),4) と比較検討することによりプレキャスト柱の特性について検討したものである。

２．試験体
試験体の一覧、試験体断面形状、および試
験体の配筋を表−１、図−１, ２に示す。プレキャスト柱試験体と既往の場所打ちコンク
リート柱試験体のそれぞれ 3 体であり、全試 験 体 と も せ ん 断 ス パ ン 比 が 1. 5、 断 面 が300mm × 300mm で あ る 。コ ン ク リ ー ト

図−１

試験体断面形状の圧縮強度は約 80, 100, 120 N/mm2 でプレキャスト
柱 HRPCC12, HRPCC13, HRPCC14 に既往の場所打
ちコンクリート柱 UHRC11, UHRC03, UHRC04 がそれぞれ対応する。全試験体とも主筋には USD685 を用いプレキャスト柱と既往の場所打ちコンクリート柱の鉄筋比を合わせたが、機械式継手部のかぶり厚さを確保
表−２

材料試験結果

図−２
*1

技術研究所

*2

構造設計部

2

試験体配筋

菊田濱田
清水石岡繁美 *1
聡 *2隆 *2
拓 *1

戸田建設

技術研究報告するために既往の場所打ちコンクリート柱に比べてプレキャスト柱の主筋位置が内側に 10mm ずれている。せん断補強筋には SBPD1275 を用い鉄筋コンクリート造建物の靱性保証型耐震設計指針・同解説によるせん断耐力が ACI のストレスブロックによる最大曲げ耐力の 1.2 倍以上となるように配筋した。グラウトは柱脚部の厚さ 10mm と機械式継手内に同時に注入し、充填口の栓跡は空洞とした。グラウトの強度は HRPCC12 が120N/mm2、HRPCC13, HRPCC14 が 145N/mm2 であった。全試験体とも上下スタブと柱部分を分離してコンクリートを縦打ちで打設し、４〜６週間室内で気中養生した。材料試験結果を表−２、表−３に示す。コンクリートの圧縮強度は約 80, 100, 120MPa で既往の場所打ちコンクリート柱とほぼ同じであった。

図−３

加力装置

３．加力方法
加力装置、加力スケジュールおよび変動軸力時の水平力と軸力の関係を図−３, ４, ５に示す。
加力は、柱試験体の柱脚を固定し、柱頭のＬ型加力梁を用いて試験体中央部が反曲点となるように正負逆対称繰り返し加力を行った。加力スケジュールおよび軸力とも既往の場所打ちコンクリート柱に合わせた。軸力として HRPCC12,13 には変動軸力、HRPCC14 には一定軸力を作用させ、変動軸力は上下限の範囲内で水平力の１

図−４

加力スケジュール

図−５

水平力と軸力の関係次関数として作用させた。

４．実験経過全試験体の部材角 1/50rad. におけるひび割れ発生状
況を図−６に示す。
HRPCC12,13 はひび割れ発生状況がほぼ同じであった。部材角 1/800 の引張軸力時に柱頭柱脚部に曲げひび割れが発生し、1/200 の圧縮軸力時に角度が急なせん断ひび割れが発生した。圧壊は 1/300 で柱頭部、1/100 で柱脚部に発生した。1/200 で柱頭部、1/100で柱脚部の主筋が圧縮降伏した。1/50 以降は柱頭部の圧壊が進展し、最終的には柱頭部かぶりコンクリートが剥落して曲げ圧縮破壊の様相を呈した。両試験体とも圧縮軸力時においては部材角 1/50 近傍で最大耐力を示し、その後に耐力低下した。引張軸力時においては部材角 1/20 に至るまで耐力が上昇し続ける安定した履歴性状を示した。
HRPCC14 では、部材角 1/300 で両端部に曲げひび割れ、1/200 で柱頭部に圧壊が発生した。1/150 で中央部に角度が急なせん断ひび割れが発生し、柱頭部の主筋が圧縮降伏した。1/50 で柱脚部に圧壊が発生し、柱脚部の主筋が圧縮降伏した。1/50 以降は柱頭部の圧壊が進展し、最終的には柱頭部かぶりコンクリートが剥落して曲げ圧縮破壊の様相を呈した。
HRPCC12,13,14 とも圧壊発生と主筋の圧縮降伏が既
往の UHRC11, UHRC03, UHRC04 に比べると、柱頭部においては早かったが、柱脚部においては遅かった。

図−６3

ひび割れ状況（1/50rad.）第31号

超高強度プレキャスト鉄筋コンクリート柱の研究開発

図−７

荷重−変形関係

図−８

荷重−変形関係の包絡線と HRPCC14 では 1/200rad. 以降において場所打ちコ

５．実験結果ンクリート柱の包絡線を下回っており、最大耐力では5.110% と 5% 下回った。最大耐力以降の耐力低下状況につ荷重−変形関係いては、ほぼ同様の傾向を示した。

各試験体の荷重−変形関係を図−７に示す。いずれの試験体とも柱頭部の圧壊、せん断ひび割れおよび主筋の圧縮降伏が発生した 1/200 〜 1/150rad. 以降に剛5.2

試験体の諸強度性が大きく低下した。全試験体とも 1/50rad. で最大耐柱試験体の諸強度に関する実験値と計算値の比較を力を示した後に耐力低下したが、1/20rad. の大変形に表−３に示す。既往の場所打ちコンクリート柱の実験結おいても最大耐力に対して HRPCC12,14 では約 75%、果も併記した。曲げひび割れ強度については、実験値とHRPCC13 では約 90% の耐力を保持した。

計算値がほぼ一致した。柱主筋の圧縮降伏強度は、プレ各試験体の荷重−変形関係の包絡線について場所打

キャスト柱の脚部で実験値が計算値を 10 〜 20% 上回っ

ちコンクリート柱との比較を図−８に示す。コンクリーたものの、その他では両者はほぼ一致した。圧壊強度は、

2

ト強度が約 80N/mm の HRPCC12 と場所打ちコンク

プレキャスト柱の脚部で実験値が計算値を若干上回った

リート柱 UHRC11 の包絡線がほぼ一致した。コンクリー

ものの、その他では実験値が計算値を大きく下回った。

ト 強 度 が 約 100N/mm2 と 120N/mm2 の HRPCC13

最大耐力については、実験値と計算値は 10% の誤差4戸田建設範囲内で一致した。変動軸力試験

表−３

実験値と計算値の比較

図−９最大曲げ耐力の算定方法

図− 10

各材料の応力−歪関係

体の引張軸力時においては、実験終了時まで耐力上昇過程にあり、最大耐力は確認できなかった。
断面分割法の算定方法を図−９に示す。スリーブ上部、スリーブ下部、グラウト下部の３種類について最大曲げ耐力を算定し、それぞれを柱脚位置モーメントに換算して、それらの最小値を柱脚の最大耐力とした。それぞれの算定境界面において異なる材料が接する場合は、強度の低い材料の応力−歪関係を用いて最大曲げ耐力を算定した。
HRPCC12 〜 14 において、断面分割法に用いた各材料の応力−歪関係を図− 10 に示す。各材料の応力−歪関係は文献 5) を参考にして設定した。グラウトとかぶり部分のプレーンコンクリートは最大強度以降に急激に強度低下するものとし、せん断補強筋で拘束されたコア部分のコンファインドコンクリートは最大強度以降の強度低下が緩やかなものとした。HRPCC12の グ ラ ウ ト の 強 度 は 120N/mm2で プ レ ー ン コ ン ク リ ー ト の 約 1. 5倍、HRPCC13 で は 約 1.4 倍、
HRPCC14 で は 約 1.2 倍 と 高 強 度であり、全試験体でコンファインドコンクリートの強度を上回った。
表−３に示した HRPCC12, 13,14 の柱脚の最大耐力は図−９に示したスリーブ下部の曲げ耐力 SMUで決定され、柱頭の曲げ耐力に比べて 5 〜 10% 大きかった。これは、スリーブ直下のグラウトが高強度であること、および太径スリーブのせん断補強筋で囲まれるコアコンクリート面積が大きくなったためである。プレキャスト柱が場所打ち柱に比べて柱頭の曲げ耐力が小さかったのは、主筋が内側に寄りコアコンクリート面積が小さくなったためである。

5.3

柱頭柱脚の曲げ性状

HRPCC14 および UHRC04 の柱頭柱脚の各サイクルピーク時における曲率と隅角部における歪を図−１１に示す。プレキャスト柱のHRPCC14 では柱頭と柱脚の曲率を比較すると 1/100rad. で約 2 倍、1/50 rad. で約 3 倍と柱頭の曲率が大きく増大したが、場所打ち柱の5

技術研究報告第31号

超高強度プレキャスト鉄筋コンクリート柱の研究開発

UHRC04 で は 柱 頭 が 若 干 大
きいものの 1/50 rad. では柱頭柱脚ともほぼ同じであった。
HRPCC14 の柱頭部圧縮域の圧縮歪が柱脚部に比べて大きく増大していることからも、柱頭部の曲げ圧縮破壊が進行して柱頭部に回転変形が集中したものと考えられる。

5.4

最大曲げ耐力最大曲げ耐力の実験値と計算値の比較を図−１２に示す。図中には文献１）に示した試験体 11 体（C σ B：47 〜103N/mm2）についても実験値と計算値の比較を併記した。
全試験体の最大曲げ耐力の断面分割法による計算値は実験

図− 11

柱頭柱脚の曲率と隅角部歪値に対して 20% の誤差範囲内で評価することができた。

６．まとめ
圧縮強度が 80, 100, 120N/mm2 の高強度コンクリー
トを用いたプレキャスト柱の曲げせん断実験を行い以下の結論を得た。
（１）プレキャスト柱は場所打ち柱に比べて柱頭部の曲げ圧縮破壊が早期に進行し最大耐力が若干低下した。最大耐力以降の耐力低下状況は、両者ともほぼ同様であった。
（２）最大曲げ耐力について、断面分割法を用いると実験値に対して 20% の誤差範囲内で適切に評価することができた。
（３）プレキャスト柱は場所打ち柱に比べて主筋が内側に寄りコアコンクリート断面積が小さくなったため、柱頭の最大曲げ耐力が低くなったものと考え

図− 12られる。
（４）プレキャスト柱の柱脚ではスリーブ直下のグラウトが高強度であること、および太径スリーブのせん断補強筋で囲まれるコアコンクリート断面積が大きくなったために柱頭に比べて最大耐力が 5 〜10% 大きくなったものと考えられる。
【参考文献】
１）菊田繁美他：プレキャスト鉄筋コンクリート造柱部材に関する実験研究 , コンクリート工学年次論文報告集，Vol.24，No.2，pp.679-684，2002.6
２）菊田繁美他：超高強度材料を用いた RC 柱部材に関する実験研究 , コンクリート工学年次論文報告集，Vol.19，No.2，pp.591-596，1997.6
３）菊田繁美他：超高強度材料を用いた鉄筋コンクリート造の柱部材に関する実験研究（その３）（その４）, 日本建築学会大会学術講演梗概集，構造Ⅳ ,C-2,pp.191-194，2000.9
４）菊田繁美他：超高強度材料を用いた鉄筋コンクリート造の柱部材に関する実験研究（その５）（その６）, 日本建築学会大会学術講演梗概集，構造Ⅳ ,C-2,pp.423-426，2001.9５）( 財 ) 国土開発技術研究センター：平成４年度 New RC 研
究開発概要報告書 ,1993.3

6

最大曲げ耐力の実験値と計算値の比較