広島工業大学紀要研究編
第 ₅₃ 巻（₂₀₁₉）143 – 147

論

文

接着接合された水平変位拘束材を有するブレース付露出柱脚に関する基礎的研究
清水斉*・郷原良太**（平成₃₀年₁₁月 ₁ 日受付）

A study on exposed column-base with brace and horizontal displacement constraint
plate bonding concrete footing
Hitoshi SIMIZU and Ryota GOHBARA(Received Nov. 1, 2018)

Abstract
By installing a horizontal displacement restraining member on the exposed column base with braces,
without the action of shear forces to the anchor bolt, the stress state is indicated to be a clear. This
paper established the horizontal displacement restraining member with an adhesive, it has been
confirmed rigidity and strength of the horizontal displacement restraining member. Numerical analysis
is carried out using the rigidity of the horizontal displacement restraint obtained from the experiment
to study the modeling of the horizontal displacement restraint material.
Key Words: exposed column base with brace, seismic reinforcement, epoxy resin, horizontal
displacement restraint material

₁ ．序

かしながら，水平変位拘束材をあと施工アンカーボルトに論よって設置すると水平変位拘束材とあと施工アンカーボル

近年，中低層鋼構造物に対してもより安全性を確保することを目的として構造形式をブレース付ラーメン架構としトの間に生じるクリアランスにより即座に抵抗できない問題が生じる₃︶。

た計画が増加しつつある。ラーメン架構における露出柱脚

そこで本論文では，ブレース付露出柱脚に水平変位拘束材（以後，ブレース付露出柱脚）は，ブレース軸力によって引を設置した一方向単調載荷実験を行い，水平変位拘束材の剛張の変動軸力が増大することによるベースプレート下面の性および耐力の確認，水平変位拘束材の崩壊状態を考察する。

摩擦抵抗の減少，および柱脚せん断力の増加が生じること

また実験から得られた水平剛性を用いて数値解析を行い，水となる。そのため，アンカーボルトに対しては架構の変形平変位拘束材のモデル化の妥当性について検討を行う。に伴う柱脚曲げモーメントおよび鉛直上向きとなる柱軸力とブレース軸力鉛直成分によるアンカーボルト引抜力に加えて柱脚せん断力が作用することとなる。

ベースプレート

水平変位拘束材

著者等は，ブレース付露出柱脚に対してベースプレート水平変位を拘束する部材（以後，水平変位拘束材）を設置することによって，アンカーボルトに柱脚せん断力を負担₁︶,₂︶させずに応力状態が明快になることを示している。し* 広島工業大学工学部建築工学科** 広島工業大学大学院建設工学専攻
─ 143 ─ブレース軸力

ブレース

柱鉛直成分
水平成分

アンカーボルト
基礎コンクリート（a）構成
図₁

接着剤

水平変位拘束材
アンカーボルト (水平成分に抵抗)(鉛直成分に抵抗)（b）抵抗機構

ブレース付露出柱脚構成及び抵抗機構

清水斉・郷原良太

ここで，実験の目的および設計条件を示す。

使用している。アンカーボルト配置はベースプレート隅角₁ ）ブレースから作用する応力により柱脚耐力の弾性領域部に ₁ 本ずつ計 ₄ 本配置し，コンクリート基礎から ₁₀ mmを超過するまでの挙動を確認するため，ブレースは弾ほど露出させ，せん断面については軸部とする。基礎はコ性範囲内に留め，アンカーボルト先行降伏型とする。

ンクリート基礎とし，主筋には SD₂₉₅ の D₁₆ を上端に ₃₂ ）水平変位拘束材を接着剤にて設置し，水平変位拘束材の水平剛性，耐力及び崩壊状況を考察する。

₂ ．実験概要
₂.₁

コンクリート基礎

QD

試験体

B

図 ₂ に載荷装置および試験体を，図 ₃ に水平変位拘束材接着図を，図 ₄ に崩壊機構を，表 ₁ に素材特性値をそれぞれ，示す。
載荷装置は，試験体に設置しているブレース部分にロードセルを介してジャッキを接合し，油圧ジャッキによりブ

図₃

水平変位拘束材接着図

レースに引張軸力を与え，柱脚にせん断力と引張軸力を作Q用させる。装置の構成はロ型反力フレームに反力梁を介して，ブレース軸力を想定した油圧ジャッキを設置する。反コンクリート基礎

力台鋼製基礎を高力ボルト接合し，試験体を設置する。試験体上部左右には試験体を回転拘束するための，回転拘束梁を設けた。
試験体はアンカーボルト先行降伏型とし，ブレースから

図₄

崩壊機構

表₁

素材特性の 軸 力 の み を 作 用 さ せ る こ と を 考 慮 し て い る。柱 は□-₁₀₀×₁₀₀×₁₂（STKR₄₀₀）を，ベースプレートには，PL-₁₉×₂₀₀×₂₀₀（SN₄₀₀C）を使用した。ガセットプレー
トおよびブレースは PL-₁₆を用いて，計 ₄ 本の高力ボルトにて摩擦接合する。ブレース設置角度は₄₅°とする。アンカーボルトは丸鋼 φ ₉（SR₂₃₅）を転造ねじ加工したものを（a）アンカーボルト
引張強さ
主要寸法
ヤング係数 降伏応力度
E（N/mm₂）σ y（N/mm₂） σ u（N/mm₂） （mm）

サイズ 材種
M₁₀SR₂₃₅₂₀₅₀₀₀

₃₄₀₄₆₂軸部径
φ ＝₈.₈ mm（b）コンクリート
圧縮強度
σ B（N/mm₂）
₂₉.₆（c）異形鉄筋
サイズ 材種

反力フレーム45°
H-300x300x10x15
油圧ジャッキ柱
ブレース□-100x100x12
ロードセル
ベースプレート
水平変位拘束材
PL-19

ヤング係数 降伏応力度 引張強さ
使用箇所
E（N/mm₂）σ y（N/mm₂）σ u（N/mm₂）

D₁₆

SD₂₉₅

₂₀₅₀₀₀₃₂₆₄₆₅

主筋D₁₀SD₂₉₅₂₀₅₀₀₀

₃₃₆₄₇₅

せん断補強筋（d） 接着剤
圧縮強度 曲げ強度 せん断強さ（N/mm₂）（N/mm₂） （N/mm₂）
₆₀.₀

計測基準点
反力台
H-400x400x13x21

図₂₄₀.₀₁₁.₀※規格値

コンクリート基礎（e） 水平変位拘束材

鋼製基礎
BH-400x400x32x36

載荷装置および試験体
─ 144 ─水平変位拘束材

B×D（mm） Qsu（kN）

S-₁ type

₁₆₂×₁₆₂₅₃.₂

接着接合された水平変位拘束材を有するブレース付露出柱脚に関する基礎的研究

本，下端に ₃ 本の計 ₆ 本配置し，せん断補強筋は SD₂₉₅ のスプレート水平変位を計測する。水平変位は ₂ ヶ所の平均D₁₀ を ₁₅₀ mm，梁の中央部は ₁₀₀ mm 間隔で配置して帯値とし，コンクリート基礎からの計測基準点を支持点とし筋比₀.₂％以上を満足するようにしている。

た木製治具からの相対変位としている。

次に水平変位拘束材に接着剤を用いて接着した場合の接₃ ．実験結果

着剤工法評価式を示す。図 ₂ および図 ₃ より，水平変位拘束材を接着剤で設置する場合，接着剤近傍のコンクリート

図 ₆ に柱脚せん断力 CBQ-ベースプレート水平変位 bpδ h 関剥離で崩壊することとなり，この場合のせん断耐力 Qsu は係を，写真 ₁ に水平変位拘束材の破壊状態を，それぞれ示₄︶

既往の文献 より，以下の式で評価できるとされている。
Qsu = 0.37 ⋅ σ B ⋅ B ⋅ D（₁）

す。
図 ₅ より，S-₁ type は式（₁）により算出された終局せん断耐力を超過し，₈₈ kN 時に崩壊した。これは計算値の₁.₆

ここに，Qsu：コンクリート接着によるせん断耐力，σ B：コ倍であった。また，アンカーボルト許容穿孔径 ＋₅.₀ mm

ンクリート圧縮強度，B, D：接着接合部の幅および長さとの半分である ₂.₅ mm を下回っており，水平変位拘束材にする。

よりアンカーボルトにせん断力を伝播することなく，水平水平変位拘束材には PL-₂₂×₁₆₂×₁₆₂ を用いる。これと変位拘束材が期待通りに機能していることがわかる。また

表 ₁ （b）コンクリートの素材特性値と式（₁）より Qsu＝

写真 ₁ より，水平変位拘束材の破壊形状は，コンクリート₅₃ kN となり，当該応力発揮時には，アンカーボルトは弾の母材破壊となった。これは，既往の研究₄︶ で認められた性を保持する状態にある。また，その後に水平変位拘束材破壊形状であった。評価精度は高くないが，式（₁）によりが破壊するように設計した。水平変位拘束材接着面は黒皮

接着剤面積を計算すれば，水平変位拘束材を弾性設計するを剥がし，表面を磨いた。コンクリート接着面は表面を削ことができる。

り，レイタンスを除去している。また水平変位拘束材を設置する際には，ベースプレートと水平変位拘束材間にクリ100×アランスが生じないよう設置した。接着剤の養生期間を ₇80計測及び載荷計画

図 ₅ に計測・載荷計画を示す。
載荷はブレース軸方向への一方向単調載荷とし，水平変位拘束材が破壊するまで載荷を行う。柱，ベースプレート

CBQ (kN)日間としている。
₂.₂

S-1 type

88kN

604020sh

k=50.8kN/mm

及びブレースはジャッキからの軸力に対して，弾性範囲に0留まるように設計している。
試験体は，水平変拘束材を接着により設置した S-₁ type051015bp δ h (mm)とする。

図₆

荷重計測として，ジャッキ先端に設置したロードセルにCBQ-bpδ h 関係作用するブレース軸力を計測する。変位計測値としてベー

図₅

写真 ₁計測・載荷計画
─ 145 ─水平変位拘束材の破壊状態

20清水斉・郷原良太
柱₄ ．水平変位拘束材を有する ₁ 層 ₁ スパン架構の数値解析
₄.₁dcdt

dt

kB =モデル概要

前述の実験によって，当該補強工法を用いることで，水k A , TY

平変位拘束材がブレース付露出柱脚からのせん断力を負担し，柱脚耐力を増大させることを示した。

水平変位拘束材

そこで，実験で得られた水平剛性を考慮した解析を行い，k=水平変位拘束材のモデル化について検討を行う。
₄.₂dc

図₁₀

ピンローラーモデル

解析条件と解析変数

柱

図 ₇ に解析モデルを，図 ₈ に露出柱脚ディテールを図 ₉に回転ばねモデルを，図₁₀にピンローラーモデルを，図₁₁dc

dc

dt

dt

kB =に弾性ばねモデルを，表 ₂ に柱・梁諸量を，表 ₃ にモデル諸量を，それぞれ，示す。
k A , TYP

水平変位拘束材

sh k=172.7kN/mm1150

図₁₁表₂柱脚軸バネモデル

単位:mm1150
図₇AIxZp
Mp
σy（N/mm₂） （mm₂） （mm₄） （mm₃） （kNm）

種別

断面寸法

柱□-₁₂₅×₁₂₅×₁₂₂₄₅₅.₀₅×₁₀₃ ₁.₀₃×₁₀₇ ₂.₀₈×₁₀₅₅₀.₉

梁 H-₁₀₀×₁₀₀×₆×₈

₂₃₅

₂.₁₆×₁₀₃ ₃.₇₈×₁₀₆ ₈.₆₄×₁₀₄₂₀.₃

表₃-125x125x12,( STKR400 )

125

柱・梁諸量

σ y：降伏応力度 A：断面積 Ix：断面二次モーメント
Zp：塑性断面係数 Mp：全塑性モーメント

解析モデル

92.5 62.5

弾性ばねモデル

モデル化諸量ブレース：AB A＝₄₉₀ mm₂（SN₄₀₀）

25

アンカーボルト： kA ＝₁₄₃.₃ kN/mm
TY ＝₁₀₂.₉ kN
ヤング係数 E＝₂₀₅,₀₀₀（N/mm₂）
M16, ABR400

320245架構は，図 ₇ のように ₁ 層 ₁ スパンとし，柱に □-₁₂₅×
図₈

露出柱脚ディテール

₁₂₅×₁₂（STKR₄₀₀）を，梁に H-₁₀₀×₁₀₀×₆×₈（SN₄₀₀）をそれぞれ用いて柱梁耐力比は，₂.₄以上である . 解析には
「任意平面骨組みの複合非線形解析プログラム CLAP.f」₅︶ を用いて静的な単調載荷とし，層間変形角₁/₅₀に達するまで柱行う。なお，本解析では構造物自重による柱軸力は与えない。部材の塑性化は一般硬化ヒンジ方により考慮し，部材回転ばねの応力度－ひずみ度関係は bi-linear 型としている。
解析変数は，解析モデルの違いとしており，図 ₉ のように，一般的に用いられる柱脚部に軸方向せん断方向固定とした回転ばねモデル，図₁₀₆︶ のように水平変位拘束材をピ

図₉

回転ばねモデルンローラーとし，水平変位拘束材の剛性を無限大としたも─ 146 ─

接着接合された水平変位拘束材を有するブレース付露出柱脚に関する基礎的研究の，図₁₁のように実験で得られた水平変位拘束材の水平剛した場合，ブレース降伏は実現できるが水平剛性の低減に性（shk＝₅₀.₈ kN/mm）をもとに解析モデルのアンカーボは留意する必要がある。また，解析結果より ₀.₀₀₅ rad 付ルト降伏軸力の総和（₂₀₅.₈ kN）まで水平変位拘束材の耐近から耐力が同等となっている。これは図₁₃に示すように，力を発揮させることを考慮し，水平剛性を実験値の₃.₄倍で水平変位拘束材は架構と並列に接続されているため，弾性ある ₁₇₂.₇ kN/mm，終局せん断耐力を ₂₀₅.₈ kN として軸剛性が変化したのち，耐力が同等となっている。表 ₄ に各ばねに置換したものの ₃ 種類とする。

モデルの弾性剛性および回転ばねモデルに対する剛性比を示す。一般の設計にて用いられる回転ばねモデルと弾性剛₅ ．解析結果性を比較すると，ピンローラーモデルおよび弾性ばねモデ

図₁₂に P-r 関係を，図₁₃に解析の考察を，表 ₄ に弾性剛

ルは₀.₈₅，₀.₇₆となっており，いずれもブレース降伏は可能であるが，水平剛性の低減を留意する必要がある。

性比をそれぞれ，示す。
図₁₂より，弾性ばねモデルは，ピンローラーモデルと比₆ ．結較して履歴形状に違いは見られない。弾性ばねモデルの弾論

性剛性はピンローラーモデルに比べて₀.₈₉倍に低減してい本論にて，水平変位拘束材を接着剤にて設置した試験体る。設計条件などにもよるが，水平変位拘束材を弾性設計

にて一方向単調載荷を行い，水平変位拘束材の剛性および耐力を確認した。また，実験から得られた水平変位拘束材の水平剛性を用いて，水平変位拘束材のモデル化について200解析を行った。本論の結論を以下にまとめる。
₁ ）接着剤にて設置した水平変位拘束材を用いれば柱 脚補P (kN)

150強が可能であり，式（₁）より算出される値を超過する耐力が得られる。

100₂ ）接着剤にて水平変位拘束材を設置したブレース架構は，0接着剤を弾性設計することで，ブレース降伏を実現で回転ばね
ピンローラー
弾性ばね

5000.0050.01
r (rad)

図₁₂P-r 関係

0.015

きる。但し，水平剛性を考慮する必要がある。

文0.02

献₁ ）嶋本仁，高松隆夫，山西央朗，玉井宏章：水平変位拘束材を用いたブレース付き露出柱脚の補強工法に関する研究，日本建築学会中国支部研究報告書，第₃₆巻，pp. ₂₃₁-₂₃₄，₂₀₁₃

P₂ ）嶋本仁，高松隆夫，山西央朗，玉井宏章：ブレース引解析モデル

張力を受ける露出柱脚の補強に関する研究，日本建築学会大会学術講演梗概集，構造Ⅲ，pp. ₁₁₃₇-₁₁₃₈，₂₀₁₂

水平変位拘束材₃ ）高松隆夫，山西央朗，玉井宏章，嶋本仁：水平変位拘架構およびブレース束材を用いたブレース付き露出柱脚の補強工法に関する研究，広島工業大学紀要，第₄₇巻，pp. ₁₀₅-₁₁₁，
₂₀₁₃₄ ）宮内靖昌，毛井崇博：エポキシ樹脂を用いた接着接合r
図₁₃
表₄部力学性状に関する研究，コンクリート工学年次論文

解析の考察

集，Vol. ₂₃，No. ₁，pp. ₉₆₇-₉₇₂，₂₀₀₁.₇₅ ）多田元英：CLAP.f 利用説明書・解析方法説明書，鋼

弾性剛性比

材倶楽部

モデル

弾性剛性（kN/mm）

回転ばねモデルに対する剛性比

回転ばね
ピンローラー
軸ばね

₃₅.₂₉
₃₀.₀₈
₂₆.₇₉

₁.₀₀
₀.₈₅₀.₇₆

₆ ）山西央朗，笠井和彦，玉井宏章，高松隆夫：露出柱脚付低層鋼構造物の地震応答性状と柱脚の挙動―その ₁モデル化と解析変数―，日本建築学会中国支部研究報告書，第₃₇巻，pp. ₂₀₁-₂₀₄，₂₀₁₇.₃
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