第1回 研究成果発表会（2019年10月3日 / 於新宿センタービル）

我が国において，大震災が耐震工学におけるパラダイムの形成の要因となってきた．
被害から何を読み取り，何を教訓と考えるか？

有メナーゼヒンジUBRC柱の開発高橋良和

関東大震災後に「剛構造」が確立し，阪神・淡路大震災後に「柔構造」が広まった．

(京都大学 教授)

では，東日本大震災後に「？構造」がパラダイムシフトになり得るか？

圧倒的に不確定性の高い地震作用に鈍感であること
過去の技術では， 材料の進歩が革新的な 飛躍を も たら し てき た芸術
構造解析技術想定外の地震が来ても損傷し ない（ 材料技術）

robust structure

自己修復材料想定外の地震が来て損傷
し て も 大き な影響がない（ 材料技術・ 復旧技術）

土木哲学

地震作用を 第一に考慮し た構造形態の創造（ 造形技術）鈍構造

メ ン テ ナン ス 技術

機能を 失っ て も よ い（ 壊れて も よ い） が，すぐ に復旧で き る

かつての設計地震力は0 . 2 g < 重力
現在は2 . 0 g > 重力

施工方法
計画技術

剛性変更

想定外の地震が来たら敏感に反応し ， 鈍感に振る 舞う （ 制震技術）

想定外の地震が来て も反応し ない（ 免震技術）

1 0 0 年も つ技術で はな く ，更新を 前提と し た4 0 年し かも たな い技術（ ノ ーメ ン テ ナン ス ）計測を 前提と し た技術
エ ネルギー
吸収装置
設計技術

高橋・日高：不確定性の高い地震作用に対する構造技術戦
略としての鈍構造の提案とその適用事例に関する一考察.
土木学会論文集A1, Vol. 70, No. 4, pp. I 535–I 544, 2014.

システムの鈍感な反応 設計基準事象に対しては求められる性能を維持しつつ，設計基準外事象に対しては機能を制限した状態に移行することで安定性を維持させる．

背景・目的

背景・目的
危機耐性に富む構造

塑性ヒンジ形成
エネルギー吸収と変形性能の向上

設計基準外での挙動の予測が可能な構造

従来のRC橋脚
設計基準内設計基準外での挙動の予測が可能な構造

設計基準内危機耐性に富む構造

従来のRC橋脚

塑性ヒンジ形成
エネルギー吸収と変形性能の向上

軸方向鉄筋の座屈破壊挙動を積極的に誘導

設計基準外挙動の不確定性が高まる

設計基準外

設計基準外

塑性ヒンジが無秩序な破壊

軸方向鉄筋の座屈塑性ヒンジが無秩序な破壊

挙動の不確定性が高まる

事前予測した挙動に収束【最新の取り組み】埋め込みヒンジRC橋脚

設計基準外の挙動予測が可能な構造

設計基準外の挙動予測が可能な構造

RC柱における塑性ヒンジの機能 (設計基準内の挙動)

RC柱における塑性ヒンジの機能 (設計基準外の挙動)

ヒンジ機能

ヒンジ機能

 軸力とせん断力の伝達

 軸力とせん断力の伝達 たわみの連続性の維持

 たわみの連続性の維持

エネルギー吸収能求める機能を限定化

エネルギー吸収能150500150

 塑性化によるエネルギーの吸収

10050Load(kN)

100Load(kN) 塑性化によるエネルギーの吸収

0-50-50-100-100-150-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40diaplacement(mm)-150-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40diaplacement(mm)埋込メナーゼヒンジRC柱

埋込メナーゼヒンジRC柱に期待する挙動（助成研究提案時には有メナーゼヒンジ柱）
通常のRC柱メナーゼヒンジ

設計基準事象埋込ヒンジRC柱通常のRC柱と同様の挙動を示す
設計基準外事象ヒンジ機構への移行により挙動の不確定性を低下求める機能
 基部のせん断変形と軸変形の防止

メナーゼヒンジ
設計基準外の挙動が生じても軸力とせん断力を伝達する構造

 死荷重支持機能の保持
柱の破壊が進行していくにつれて想定した変形モードに移行し，挙動の不確定性が低下していく

埋込メナーゼヒンジRC柱に期待する挙動

積極的な破壊の誘導

通常のメナーゼヒンジ軸方向鉄筋の座屈のコントロール

 上部と下部が交差鉄筋のみで接続
 ヒンジ部にコンクリートの切欠きがある
埋め込みヒンジ 上部と下部が交差鉄筋と軸方向鉄筋で接続

135°

帯鉄筋間隔を相対的に疎にする

135°フックを有する帯鉄筋 ヒンジ部にコンクリートの切欠きがない
90°

ヒンジ部に損傷が集中するように破壊を積極的に誘導する必要がある

90°フックを有する帯鉄筋家村・高橋・曽我部：アンボンド芯材を活用した高耐震性能
RC構造の開発. 土木学会論文集, No.710/I-60, pp. 283–296,
2002.

UBRC構造積極的な破壊の誘導(Unbonded Bar Reinforced Concrete columns)
荷重-変位関係

損傷が集中し，ヒンジ機構が発現

従来RC柱RC柱の挙動が予測可能になる一方，回転剛性が失われる
PC 鋼棒（プレストレスなし）

埋込ヒンジRC橋脚の適用

アンボンド区間

 門型ラーメン高架橋の下部の塑性ヒンジ部

UBRC柱 変位制御構造などの対策で倒壊を制御定着板

 埋込ヒンジRC橋脚をUBRC構造化(埋込ヒンジUBRC橋脚の提案)

埋込メナーゼヒンジUBRC橋脚

埋込メナーゼヒンジUBRC橋脚

埋込メナーゼヒンジRC橋脚

埋込メナーゼヒンジRC橋脚

PC鋼棒

埋込メナーゼヒンジUBRC橋脚

設計基準外においてヒンジ挙動が発現
P-Δ効果により倒壊する危険性
埋込メナーゼヒンジUBRC橋脚
P-Δ効果 復元力

 設計基準外での挙動の予測が可能
 ヒンジ機構が発現した際の挙動の不安定化を防ぐ

PC鋼棒

橋脚の復元力変位

PC鋼棒の弾性的な正の復元力によりP-Δ効果を打ち消す

埋込メナーゼヒンジUBRC橋脚

供試体概要② 埋込ヒンジRC柱① 従来RC柱

埋め込みヒンジRC橋脚

6＠43.3＝260

設計基準外においてヒンジ挙動が発現

PC鋼棒

橋脚の復元力[mm]

変位

 現行の耐震基準を満たすRC柱供試体概要 C50-RCと同様の軸方向鉄筋の配置

実験結果 (荷重-変位関係)
従来RC柱 C50-RCと同様の軸方向鉄筋の配置
 20δy (載荷振幅100mm) の変形領域まで正の復元力を保ち，PC鋼棒を弾性に保つようPC鋼棒の配置位置を決定

埋込ヒンジRC柱Load(kN) 本研究提案の埋込メナーゼヒンジ
UBRC柱

150100500‐50‐100‐150‐16設計基準内

150
100500‐50‐100‐15016‐16‐12‐8‐4048Disp(δy) δy=5mm

12

埋込ヒンジUBRC柱150100500‐50‐100‐150‐16‐12‐8‐4048Disp(δy) δy=5mm

1216 軸方向鉄筋の座屈を終局と定義

Load(kN)③ 埋込ヒンジUBRC柱[mm] 本研究提案の埋込メナーゼヒンジ
RC柱 帯鉄筋間隔50mm(帯鉄筋体積比0.8％）

PC鋼棒の弾性的な正の復元力によりP-Δ効果を打ち消す

PC鋼棒(φ9.2)[mm]

Load(kN)

P-Δ効果 復元力

1650

P-Δ効果により倒壊する危険性
本研究で提案する埋込メナーゼヒンジRC柱と埋込メナーゼヒン
ジUBRC柱の性能を正負交番載荷実験にて検討した．
埋め込みヒンジUBRC橋脚

 設計基準事象における変形性能を少し犠牲にする‐12‐8‐4048Disp(δy) δy=5mm

1216実験結果 (荷重-変位関係)‐8‐4048Disp(δy) δy=5mm

12‐8‐8‐4048Disp(δy) δy=5mm

12 従来RC柱において急激な荷重低下が発生

Load(kN)‐12‐12‐4048Disp(δy) δy=5mm

12 埋込メナーゼヒンジRC柱，埋込メナーゼヒンジUBRC柱
では荷重低下が緩やかに
1616埋込ヒンジ
RC柱

埋込ヒンジ
UBRC柱
軸沈下は発生せず

Axial displacement (mm)従来
RC柱Axial displacement (mm)150
100500‐50‐100‐15016‐16Axial displacement (mm)‐12埋込ヒンジUBRC柱150100500‐50‐100‐150‐16柱基部の軸変形 (設計基準内)

設計基準外 埋込ヒンジRC柱

Load(kN)

150
100500‐50‐100‐150‐16

設計基準内

Load(kN)

従来RC柱実験結果 (ヒンジ機構の発現)

Disp(δy) δy=5mm

Disp(δy) δy=5mm 設計基準内では，すべての供試体で軸沈下は発生せず
軸沈下は発生せず
Disp(δy) δy=5mm

実験結果 (ヒンジ機構の発現)

柱基部の軸変形 (設計基準外)

柱基部のせん断変形

Axial displacement (mm)

埋込ヒンジ
RC柱

埋込ヒンジ
UBRC柱
軸沈下は発生せず
Disp(δy) δy=5mm

Axial displacement (mm)Axial displacement (mm)

実験結果 (ヒンジ機構の発現)
従来
RC柱

従来RC柱
[55mm‐3rd](11δy‐3rd)

Disp(δy) δy=5mm

埋込ヒンジ
RC柱
[70mm‐3rd](14δy‐3rd)

軸沈下は発生せず
Disp(δy) δy=5mm

 設計基準外では，
従来RC柱のみ軸沈下が発生
軸沈下は発生せず

軸沈下は発生せず

約４０mmのせん断変形

埋込ヒンジ
UBRC柱
[110mm‐3rd](22δy‐3rd)

実験結果 (設計基準外での荷重低下)

実験結果 (設計基準外での荷重低下)

軸方向鉄筋座屈後の柱の荷重低下の推移
C50‐RC
C50-ST
従来RC柱C100-WM1

軸⽅向鉄筋座屈後の柱の荷重低下の推移
C50‐RC
埋込ヒンジRC柱C50-ST

140

140

C100‐EM‐RC120

Load(kN)

Load(kN)

100806014δy40207δy8δy9δy10δyC100-WM1
C100‐EM‐RC12060200

引張変形8014δy4012δy11δy13δy

圧縮変形1007δy8δy9δy10δy12δy11δy13δy0182124273033363942182124

cycle

Loading

273033363942

cycle

Loading

Loading

Loading

基部のせん断ずれが防⽌され，軸⽅向鉄筋が引張⼒を発揮

基部のせん断ずれにより軸方向鉄筋が再引張されない

実験結果 (UBRC化による効果)

実験結果 (UBRC化による効果)

埋込ヒンジUBRC柱の設計思想

PC鋼棒が柱の復元力に与えた影響 (埋込ヒンジUBRC柱)P-Δ 効果 復元力

PC鋼棒橋脚の復元力PC鋼棒の部材力－変位関係

荷重-変位関係

変位

PC鋼棒の応力の推移 (埋込ヒンジUBRC柱)Stress(N/mm2)

弾性領域

軸方向鉄筋
軸方向鉄筋の座屈前の座屈後Disp(δy) δy=5mm

軸方向鉄筋の破断が発生
している24δyの変形領域においてもPC鋼棒は弾性挙動をしている
軸方向鉄筋の座屈後解析
実験値(18δy～20δy)P-Δ効果(正負反転)

埋込ヒンジUBRC柱PC鋼棒の影響を除去

まとめ
 本研究では，設計基準外事象に対してRC柱のヒンジ機構を保証し，予測可能な挙動を確保することを目的として，3種類の埋込コンクリートヒンジRC柱の開発を行った．
 埋込メナーゼヒンジRC柱は，設計基準内では通常のRC柱と同様の挙動を示し，設計基準外では柱基部でのせん断変形・軸変形が防止され，ヒンジ機構への移行が確認された．
 埋込メナーゼヒンジUBRC 柱は，設計基準外でヒンジ機構へ移行するとともに，UBRC機構により弾性的な復元力を確保し， PΔ効果を打ち消すことで，大変形領域(20δy)でも正の剛性を有する挙動を示すことができることを確認した．