広島工業大学紀要研究編
第 45 巻（2011）pp.93-98

論

文

ブレース付き露出柱脚のせん断補強に関する基礎的研究
高松隆夫 *・玉井宏章 *・山西央朗 **・竹本泰聖 ***・松尾彰 ****

（平成22年11月５日受付）

Basic study on rehabilitated of shearing force for exposed column-basein braced frame
Takao TAKAMATSU, Hiroyuki TAMAI, Teruaki YAMANISHI,
Yasumasa TAKEMOTO and Akira MATUO(Received Nov. 5, 2010)
Abstract

In a rehabilitation of an existing steel structure, column bases are often treated as reinforcedelements. This paper proposes a new reinforcement of the column base. In the reinforcement
method, existing anchor bolts of the column base resist an axial force and a shearing resistantplate resists a shearing force. Experimental study on the new reinforcement of the column basewas carried out. The following conclusions were obtained from the experimental results: 1) The
shearing resistant plate resisted the shearing force of a brace, and anchor bolts resisted thetensile force; 2) Tensile stress of the anchor bolt reached an yield stress; 3) The existing anchor
bolts can be designed as a tension member, and this reinforcement of the column base by theshearing resistant plate is effective.
Key Words: Braced-frame, Anchor-bolt-yield-type exposed column-base, Loading test

い難い。特に，ブレースが直接設置されている柱脚におい１．はじめにては，ブレース軸力の水平成分がせん断力，鉛直成分が軸現在，屋内運動場等の低層鉄骨架構の耐震診断・耐震改力として作用する。これを考慮し，柱脚では２軸応力下で修が頻繁に行われ，保有水平耐力が不足している事例があの抵抗機構を用いて設計する必要がある（ブレース架構は，る。その場合，補強工法の一つとしてブレースの断面を増H 形柱の弱軸方向の架構として用いるため，曲げモーメン加，および新設等の補強が有効であり，多く採用されていトよりも柱軸力およびせん断力による影響が大きくなる傾る。

向にある）。

一方，ブレースの軸断面を増加あるいは新設した場合，ブレース架構での柱脚を想定し，せん断と軸力を想定しブレース以外の構造部材（柱，梁，各接合部）への応力負た研究を行った結果，柱脚の性能が架構に及ぼす影響は大担が増加し，構造物全体の改修・補強を行う必要がある。

きく，柱脚が降伏する場合，耐力，および剛性等の減少に

しかしながら，露出柱脚では，このような耐震改修を行繋がる。また，柱脚の降伏耐力以上の降伏軸力を保持する

う場合において，簡便な補強工法が確立されているとはいブレースを設置した場合においては，柱脚のアンカーボル＊＊＊＊

広島工業大学工学部建設工学科＊＊＊＊

広島工業大学高性能構造システム開発研究センター＊＊＊＊

広島工業大学大学院建設工学専攻＊＊＊＊

広島大学大学院社会環境システム専攻― 93 ―

高松隆夫・玉井宏章・山西央朗・竹本泰聖・松尾
表１(a)ベースプレート詳細

(b)

(c)

ブレース詳細彰

素材特性と主要寸法

アンカーボルト詳細

図１(d)

試験体設置状況

図２

Q-N 耐力相関関係

試験体形状

トが引張せん断崩壊し，ブレース等が弾性範囲でも架構としての靭性等が期待できないことが明らかとなっている１−２）。
このように，柱脚の崩壊機構等が明らかにされつつあるが，現行の露出柱脚の補強工法としては，あと施工アンカーボルトの増設が一般的であり，この場合，あと施工アンカーボルトが弾性域であれば引張力等には抵抗できるが，弾塑性域に入ると，抜け出し等の問題が生じる。更に，補強を行った露出柱脚の抵抗機構が明確でないことから，未だ適切な耐震改修設計・施工法が確立できていない。
このような背景の下，本研究では，簡便な露出柱脚の補強工法（３章に示すせん断抵抗材を用いた工法 ）を提案し，耐震改修設計方法を導出するための抵抗機構を明らは，図２に示す柱脚の Q-N 耐力相関関係の柱脚の降伏軸かにすることを目的にする。方法としては，せん断抵抗材

力 ABNy を超過する鉛直成分（ブレース降伏軸力の鉛直成分）を用いた露出柱脚付きブレース架構を用いて，載荷実験をを有するもの（M33）を選定している。

行い，抵抗機構を明らかにする。尚，本実験は，単調載荷

尚，本実験では，柱，ベースプレートおよび，基礎部分とするので，引張側の柱に注目して検討を行う。圧縮側のには，載荷に対して弾性範囲に留まる素材特性・断面性能柱の柱脚が降伏することによる影響を回避するため，高力を採用している。

ボルトで接合している。
2.1 試験体概要

２．実験概要表１に，試験体の素材特性と主要寸法を，図１に，試験体形状を，図２に柱脚の Q-N 耐力相関関係を，それぞれ，実験としては，アンカーボルト降伏先行型露出柱脚付きブレース架構を用いて載荷実験を行う。ブレースの断面示す。
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ブレース付き露出柱脚のせん断補強に関する基礎的研究(a)

載荷装置：横(b)図３

載荷装置：前載荷装置

柱には H-250x250x9x14 を，梁には H-250x125x6x9 を使用し，柱下端部にベースプレート PL-400x400x50 を隅肉溶接接合する。柱を弱軸方向に設置し，柱と梁との接合は柱のがセットプレートと梁のウェブとを高力ボルトにより摩擦接合している。尚，本実験では，単調載荷を採用しており，引張側の柱脚のみに着目しているために，圧縮側の柱脚では，高力ボルトによりベースプレートと基礎を接合し，弾性柱脚としている。
引張側の柱脚では，柱脚のアンカーボルトは，転造ねじアンカーボルト M16 を２本使用し，図１（a）に示すように，ベースプレートの隅角部の対角に配置する。また，ブレースには，ターンバックル付き転造ねじブレース M33 を使

図４

計測位置用し，設置角度を 31 とする。
尚，アンカーボルトには降伏軸力の 15%（7kN）を初期摩擦力を小さくするため，鋼板にテフロンシートを貼り，軸力として導入し，また，ブレースにも降伏軸力の 15%グリスを塗り，ローラー支持としている。

（30kN）を導入する。ブレースの初期軸力の導入方法とし載荷は，試験体柱頭部に水平の油圧ジャッキを設置し，ては，ブレースに取り付けているターンバックルを締めて，水平単調載荷を行う。尚，２台の油圧ジャッキにより載荷初期軸力を導入している。

を行うが，試験体にねじれや曲げが作用しないようにするために，各油圧ジャッキの伸び量が等しくなるよう制御する。

2.2 載荷装置と載荷方法
図 ３ に 載 荷 装 置 を 示 す。 載 荷 装 置 は， 反 力 床

2.3 計測方法と整理方法

H-400x400x13x21， 反 力 柱 H-400x400x13x21 お よ び 油 圧ジャッキにより構成されており，試験体を反力床に設置し，図４に計測位置を示す。変位としては，柱頭部に設置し反力柱に取り付けた油圧ジャッキはピンを介し試験体に設た変位計により柱頭部水平変位 δH を，引張側の柱下端部置する。また，載荷時における梁の座屈を防ぐため座屈拘に設置した変位計により，ベースプレート鉛直変位 δV を束装置を用いる。座屈拘束装置は，梁の中央部に鋼板を両計測し，ベースプレート回転角 θ を算出する。また，ベーサイドから当てて挟み込んだものであり，接触面におけるスプレート側部に設置した変位計により柱脚水平変位 CBδH
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高松隆夫・玉井宏章・山西央朗・竹本泰聖・松尾

(a)

載荷初期

(b)

基礎とベースプレートが離間
図５(a)載荷初期(b)
図６
表２

彰(c)

載荷(c)

載荷

柱脚抵抗機構基礎とベースプレートが離間

せん断抵抗材を用いた柱脚の抵抗機構

最大変位

写真１

アンカーボルトを，せん断抵抗材側部に設置した変位計によりせん断抵抗（c）のように，ベースプレートと基礎が離間し，アンカー材水平変位 SRδH を計測する。荷重としては，ジャッキ先ボルトが全せん断力を負担する。この場合，アンカーボル

端のロードセルにより水平荷重 P を，アンカーボルト上トは２軸応力下になり，柱脚の耐力は低下する。

端に設置したセンターホール型ロードセルにより，各アン一方，提案するせん断抵抗材は，図６（a）に示すように，カーボルトの軸力 ABT を計測する。また，ひずみゲージか新たなプレートを既存のベースプレートの側部に接触させら柱が負担する軸力 CN を，ブレースが負担する軸力 BRNて，あと施工アンカーボルトで基礎に緊結する工法である。

を算出する。

この場合，柱脚に作用するせん断力を全てせん断抵抗材に負担させることで，引張軸力が作用し，ベースプレートと３．せん断抵抗材

基礎が離間しても，図６（b）に示すように，せん断抵抗材

図５，６に，引張軸力とせん断力を受ける柱脚の抵抗機により，柱脚に作用するせん断力に抵抗するために，せん構，およびせん断抵抗材を用いた時の抵抗機構を，それぞ，断力が既存アンカーボルトに作用することなく，引張軸力示す。にのみを負担することができる。このために，図６（c）に示すように，各ボルトが負担する応力が明解となり，評価

通常の柱脚での補強方法では，ベースプレートの増設をおよび設計を簡便に行うことができると考えられる。

行い，ベースプレート増設部あと施工アンカーボルトを設置して柱脚の補強を行う。しかしながら，この場合，補強本実験においては，プレート PL-350x350x50 を用いて，後の柱脚の抵抗機構が不明解であり，あと施工アンカーボ

図６（a）に示すように，設置を行う。また，せん断抵抗材ルトに作用する応力を予測することが難しく，場合によっを理想的に機能させるために，高力ボルトにより基礎と接ては，引抜等の問題が起こる可能性がある。

合している。尚，ベースプレートとせん断抵抗材との摩擦力を低減するためにテフロンシートを貼り付けグリスをまた，図５に示すように，柱脚の耐力を超過するブレー塗っている。

スを用いた場合において，通常では，図５（a）に示すように，せん断力はベースプレートと基礎部の摩擦抵抗により，アンカーボルト降伏後もせん断抵抗材は弾性範囲となるように，設計している。

アンカーボルトに作用するせん断力を低減しているが，ブレース軸力による引張軸力（鉛直成分）により，図５（b），― 96 ―

ブレース付き露出柱脚のせん断補強に関する基礎的研究

図７図９

図８N-δH

図 10T-θ

P-δH

アンカーボルト降伏耐力とから，柱脚は，せん断方向に変形しておらず，アンカーボルトにせん断変形が作用していない，すなわち，せん断力が作用していないことが分かる。
図８に示すように，ブレース軸力は，最大 211kN に達しており，ブレース軸力鉛直成分（BRNY = 109（km））は，図９に示す柱脚のミーゼスの降伏軸力を超過している。また，図 10 に示すように，アンカーボルトの耐力は Ty に達しており，アンカーボルト軸耐力は低減していない。これは，せん断抵抗材により，せん断方向に変形しておらず，引張方向にのみ変形し，引張抵抗したためである。更に，

図 11 N-δH

アンカーボルトは，写真１に示すように，せん断変形を起こしておらず，アンカーボルトは引張方向にのみ変形している。

４．実験結果と考察

次いで，柱脚に作用する鉛直成分とアンカーボルト軸耐

表２に，各変位量を，図７〜 11 に実験結果を，それぞれ，力とは，ほとんど差異がなく，柱脚に作用する引張軸力は，示す。尚，図８には，ブレース降伏軸耐力を，また，図図 11 からも分るとおりに，ほぼアンカーボルトが負担し10 には，アンカーボルト降伏軸耐力を併せて示す。また，ていることが分る。このため，ブレース軸力鉛直成分であ

図 11 の縦軸は，アンカーボルト全耐力 ABT からブレースる引張軸力を負担することができ，アンカーボルトの全降軸力鉛直成分 BRNY を差し引いた値である。

伏耐力に達している。

表２と，図７に示すように，柱脚部水平変位は，柱頭部水平変位に比較して殆ど生じておらず，柱脚が水平方向にせん断抵抗材を用いた柱脚では，ブレース軸力の水平成移動していないことが分かる。また，せん断抵抗材の水平分（せん断力）および鉛直成分（引張軸力）を受けるとき，変位も殆ど生じていない。更に，表２より，柱脚部では，柱脚の水平方向の変位を抑え，せん断力をせん断抵抗材が水平方向に対して鉛直方向に大きく変位している。このこ負担することで，アンカーボルトに作用するせん断力は低― 97 ―

高松隆夫・玉井宏章・山西央朗・竹本泰聖・松尾減できる。これより，アンカーボルトは，ブレースの鉛直彰の一環として実施されました。

成分のみが作用し，一方，せん断抵抗材には，ブレースのまた，試験体の転造ねじアンカーボルトおよびブレース水平成分のみが作用することが分り，それぞれの応力状態を提供していただきましたフルサト工業株式会社，研究助が明解であるので，簡便設計できる。以上より，せん断抵成をしていただきました古川技術振興財団に対して，感謝

抗材は，柱脚の補強工法として有効である。の意を表します。

５．まとめ

参考文献

本実験により得られた知見を以下に示す。

１）竹本泰聖，山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，福原章宏，

１．せん断抵抗材は，柱脚に作用するせん断力を低減でき，松尾彰：引張軸力とせん断力を受けるアンカーボルト

柱脚の引張軸力に対しても耐力を向上させることがで

降伏先行型露出柱脚−その１

きた。

構，日本建築学会大会学術講演会（富山），pp841-

２．せん断抵抗材は柱脚の補強工法において有効的である

842，2010，９と言える。

２）福原章宏，山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，竹本泰聖，謝松尾彰：引張軸力とせん断力を受けるアンカーボルト

辞

降伏先行型露出柱脚−その２繰り返し載荷実験，日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 会（ 富 山 ），pp843-844，

本研究は，広島工業大学「高性能構造システム開発研究センター」（ 代表者

単調載荷下の崩壊機

2010，９高松隆夫教授）のプロジェクト研究― 98 ―