土木学会第69回年次学術講演会(平成26年9月)

CS3‑007

軸径２５ｍｍ頭付きスタッドの押抜きせん断強度性状
神戸大学

正会員

ｽﾀｯﾄﾞ協会
ｽﾀｯﾄﾞ協会

○大谷恭弘

宇都宮大学

正会員

中島章典

非会員

渡部 健太

ｽﾀｯﾄﾞ協会

非会員

佐々木一明

非会員

稲本 晃士

ｽﾀｯﾄﾞ協会

非会員

内海 祥人

１．序論
鋼コンクリート複合構造物におけるずれ止めとして広く用いられている頭付きスタッド（以下、スタッド）は JIS B 11981)において規定されているが、2011 年に改正が行われ、従来のものに加えて軸径 25mm のスタッドが追加された。しかし、わが国におけるスタッドに対する現行の設計せん断強度評価式は軸径 22mm までを対象としたものであり、軸径 25mm の太径スタッドに対してのそれら設計式の適用性については十分な確認がされていない。そこで本研究では、軸径 25mm のスタッドを用いて押抜き実験を行い、強度性状の確認ならびに既存のせん断強度評価式の適応性について検討を行った。
２．押抜きせん断実験の方法
試験体シリーズ

押抜き実験はコンクリート強度を実験パラメータとし、日本鋼構造協会「頭付きスタッドの押抜き試験方法（案）」2)に基づいて行った。
図１

図１に示す試験体には JIS B 1198（2011）を満足する同一ロットの軸径押抜き試験体25mm スタッド（呼び長さ 150mm）を使用した。T127.5×350×12×19（SS400）鋼材のフランジ中央部にゲージ長 125mm（=5D）でスタッド 2 本を専用溶接ガンにより下向き溶接し、スタッドが鉛直正置の状態でコンクリートブロック（600mm×500mm×200mm）を下向き打設した。コンクリートブロックとの界面となる鋼材フランジには付着を切るためにグリースを塗布している。コンクリート硬化後にそれら 2 つを組合せて高力ボルトで接合することにより、押抜き試験体１体を制作した。準備した試験体シリーズを表 1 に示す。実験に用いたコンクリート強度は 3 種類とし、目標強度を 18N/mm2、30N/mm2、42N/mm2 とした。各コンクリート強度に対して押抜き試験体 3 体ずつを準備した。なお、比較のため、軸径 19mm スタッド（呼び長さ 120mm）2 本をT125×250×9×14（SS400）鋼材にゲージ長 100mm（≒5D）で溶接し、コンクリートブロック（400mm×400mm×200mm）に埋め込んだ押し抜き試験体も各コンクリート強度に対して 1 体ずつ準備した。
載荷方法と計測方法 載荷方法は文献 2)に則り、押抜き試験体の載荷面が水平となるよう石膏を試験体底部に敷き、２つの載荷側フランジ断面

表 1 試験体シリーズおよび実験結果に均等に荷重が作用するよう球座をds

スタッド
hs
fs

(mm)(mm) （N/mm2） （N/mm2） （kN/mm2）

介して載荷梁を設置し、加力を作用試験体名させた。また、コンクリートブロック

φ25-f18-1
φ25-f18-2
φ25-f18-3
φ25-f30-1
φ25-f30-2 25
φ25-f30-3
φ25-f42-1
φ25-f42-2φ25-f42-3
φ19-f18
φ19-f3019φ19-f42の開きに対処するため、開き止めを設置した。各コンクリート強度に対して3 体ある軸径 25mm 試験体の内、1 体を弾性挙動確認の為の若干の低荷重域での除荷・再載荷を含む準単調載荷で、2体を荷重と残留ずれ量の関係を求めるために片振り繰返し載荷で行い、いずキーワード
連絡先

150

120469473

コンクリートFc
Ec

21.7

25.0

34.3

32.6

31.3

31.6

54.4

35.7

55.7
21.7
34.3
54.4

35.9
25.0
32.6
35.7

載荷方法

神戸市灘区六甲台町 1-1

神戸大学大学院工学研究科

‑13‑

破壊モード

（kN/本）
準単調増加
繰り返し
繰り返し
繰り返し
単調増加
繰り返し
単調増加
繰り返し
繰り返し
準単調増加
繰り返し
繰り返し

ずれ止め、実験，許容せん断力，終局せん断耐力〒657-8501

実験値
Qmax

TEL078-881-1212

165
171167
196194212255255
250
118139166

コンクリート破壊
コンクリート破壊
コンクリート破壊
コンクリート破壊
コンクリート破壊
コンクリート破壊
シアーオフ
シアーオフ
シアーオフ
コンクリート破壊
コンクリート破壊
シアーオフ

土木学会第69回年次学術講演会(平成26年9月)

CS3‑007れも最大荷重が得られるまで載荷を行った。繰り返し載荷については約 50kN 増加毎に無載荷状態への除荷・再載荷を行い、荷重－ずれ関係において残留ずれ量が 0.2mm を十分越えるまで繰り返しを行った。計測については、文献 2) で求めているスタッド溶接位置での鋼材フランジ端部とコンクリートブロックにおけるスタッド頭部位置の相対変位量、ならびにスタッド溶接位置での鋼材フランジ端部とその近傍位置のコンクリートブロックとの界面ずれ量の２種類を変位計により、対称位置 4 箇所、計８箇所で測定した。
３．押抜き実験結果と既往の強度評価式との比較
押抜き実験結果を表１ に示す。また、図 2 に軸径 25mm
スタッド試験体の代表的な荷重－相対変位関係の包絡線を示す。破壊モードはコンクリート圧縮強度が約 55 N/mm2 の試験体（f42）のみスタッドのせん断破断に至り、それより低いコンクリート強度ではコンクリート破壊が支配的となり、シアーオフに至ったものはなかった。
終局せん断耐力式との比較

軸径 25ｍｍおよび軸径 19mm

スタッドの最大強度と以下の平城ら 3)の耐力評価式

図 2 荷重-相対変位関係（軸径 25mm）
Q (kN)との比較を図 3 に示す。
○平城らの耐力評価式（１本当たり）：S

100A

h ⁄d f1000 （kgf）

ここに，スタッドの全高：h （cm），軸部直径 ：d （cm）
軸部断面積 ：A （cm ），コンクリート強度：f(kgf⁄cm ）である。
図から軸径 19mm スタッドの最大耐力は上記評価式と良く一致しているが、軸径 25mm の実験耐力は評価式より少図 3 平城らの最大耐力式との比較し下回り、危険側になっていることが分かる。
降伏せん断耐力式との比較

道路橋仕方書 4)では以下の式でスタッド１本の許容せん断力N を与えている。

9.4( ⁄5.5)

ここに、スタッドの軸径：d（mm）、全高：H(mm）コンクリートの設計基準強度：（N⁄mm ）である。

上式はスタッドの残留ずれ量に基づいているとされ、降伏に対して約 3 倍以上の安全率を有するとされている。

図 4 降伏荷重での比較（0.2mm オフセット）
文献 2)では残留ずれ 0.2mm オフセット値を降伏せん断力としており、その降伏荷重と上式の 3 倍の値を比較したものを図 4 に示す。図より、0.2mm オフセット値を降伏荷重と考えると、軸径 25mm スタッドに対して道路橋仕方書の式は降伏荷重に対して 3 倍の安全率を確保する許容せん断力を与えることが分かる。
４．まとめ
１）軸径 25mm スタッドの終局せん断耐力は既存のせん断耐力評価式による値を下回る傾向がある。
２）軸径 25mm スタッドの降伏せん断耐力は道路橋仕方書の許容せん断力の 3 倍を確保する傾向がみられた。
謝辞

本実験は平成 25 年度神戸大学工学部卒業生の藤井厚君の卒業研究で実施したものである。ここに、謝意を表します。

参考文献
1)

日本工業規格：JIS B 1198:2011

頭付きスタッド、2011.

2) 日本鋼構造協会：頭付きスタッドの押し抜き試験方法（案）とスタッドに関する研究の現状,1996
3) 平城弘一等：頭付きスタッドの強度評価式の誘導-静的強度評価式-,構造工学論文集,Vol.35App.1221-1232、1989.
4) 日本道路協会：道路橋示方書・同解説,2012‑14‑