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日本建築学会大会学術講演梗概集（関東） 2020 年 9 月

EWECS 柱の構造実験と終局強度に関する研究
その２：終局強度評価および変形性能
正会員
同

1. はじめに
本報では前報(その１)に引き続き EWECS 柱における強度および変形性能について検討を行った。
2. 実験結果
2.1 せん断力－変形角関係
図 1 に各試験体のせん断力－変形角関係を，図 2 に各試
験体の軸変形－変形角関係を，表 1 に各試験体の鉄骨フランジ引張降伏時の耐力および最大耐力をそれぞれ示す。
図 1 中には，曲げ強度の計算結果(3 章で後述)を破線で示している。
試験体 WCM21 および WCM25 は鉄骨フランジ降伏後，最大耐力に達し，最終変形角まで耐力低下は小さい。試験体 WCM22,23 および WCM24 では，耐力低下とそれに伴った軸方向変位の圧縮側への急激な増大が見られた(図 2参照)。変動軸力とした試験体 WCM24 は，最終的に正載荷時に耐力低下が大きく生じているが，軸力比 0.4 程度の高軸力において R=3.0×10-2rad.まで最大耐力の 8 割程度を維持している。また，全試験体ともに最大耐力が計算耐力を上回っていることが確認できた。
3. 終局強度評価
表 2 に実験の最大耐力(実験値)と終局強度の計算値の比較を示す。EWECS 柱の曲げ強度は一般化累加強度理論により，せん断強度は文献 1)に示される式(1)から式(3)より算出した。また，両終局強度の算出において集成材の影響は無視している。
𝑄𝑠𝑢 = 𝑡𝑎𝑛𝜃 ∙ 𝑐 𝑏 ∙ 𝜇 ∙ 𝑐 𝐷 ∙ 𝜎𝐵 /2 + 𝑠𝑡𝑤 ∙ 𝑠𝑑𝑤 ∙ 𝑠𝜎𝑤𝑦 /√3(1)𝑡𝑎𝑛𝜃 = √(ℎ0 / 𝑐𝐷)2 + 1 − ℎ0 / 𝑐 𝐷(2)′𝜇 = 0.5 + 𝑐 𝑏 / 𝑐 𝑏 ≤ 1.0(3)WCM21
WCM22
WCM23
正載荷
WCM24
負載荷
WCM25

鉄骨フランジ
降伏時耐力(kN)(変形角(×10-2rad.))542(0.66)596(0.56)484(0.66)
561(0.75)-194(-0.36)364(0.48)

最大耐力(kN)(変形角(×10-2rad.))Shear Force(kN)
ShearForce(kN)

試験体

Shear Force(kN)

ここで， cb’:コンクリートの有効幅(=cb-sbf)， sbf：鉄骨フランジ幅，sdw：鉄骨ウェブせい，stw：鉄骨ウェブ厚さ，sσwy：鉄骨ウェブの降伏強度である。
各試験体ともに実験値が計算値を上回ることが確認できる。計算値に対する実験値の比率は，変動軸力を受ける試験体 WCM24 の負載荷側を除けば，1.03~1.14 と概ね 1割程度大きくなることが確認できた。一方で，試験体
表 1 鉄骨フランジ降伏時耐力および最大耐力〇松原 浩介*
松井 智哉***

同同

黒川 洋一**
田口 孝 ****

WCM24 の負載荷側では 1.44 となり，実験値は計算値を大きく上回った。
図 3 に本研究の試験体および文献 2), 3)で報告されている試験体の実験値と曲げ強度の計算値の比較を示す(図 3は図 4 の凡例と同一)。すべての試験体において，実験値が計算値を上回っており，その比率の平均値は 1.12 であることが確認された。また，試験体 WCM24 の負載荷側を除いて，計算値は実験値の 2 割の範囲内にあることから，EWECS 柱の曲げ耐力は一般化累加強度理論により概ね評価できているといえる。

Shear Force (kN)

柱
終局強度評価Shear Force(kN)

集成材
静的載荷実験Shear Force(kN)

EWECS 構造
合成構造-627(-2.79)-770(-2.00)-580(-2.88)
563(1.41)-362(-4.00)-482(-1.25)

800
WCM21600 (高強度コンクリート)
400
2000-200-400-600-800
800-6-4-202WCM22600 (シアスパン比1.23)
400
2000-200-400-600-800
800-6-4-202WCM23
600 (軸力比0.25)
400
2000-200-400-600-800
800-6-4-202
WCM24
600 (変動軸力)
400
2000-200-400 -251kN-600-800
800-6-4-202
WCM25
600 (幅厚比変更)
477kN
WCM11
400
400 (基準試験体)
20000-200
Qmax=+527kN-400-400-526kN-600-6-4-20246-800-6-4-202-2Drift Angle(×10 rad.)曲げ強度

最大耐力

鉄骨フランジ降伏

597kN

Qmax=+626kN-627kN

46745kN

Qmax=+768kN-770kN46515kN

Qmax=+565kN-580kN

46524kN

Qmax=+563kN-362kN

46424kN

Qmax=+476kN

鉄骨ウェブ降伏-482kN

46集成材分断

図 1 せん断力－変形角関係

Structural Experiment of EWECS Columns and Study on Ultimate Strength.
Part 2: Ultimate Strength Evaluation and Deformation Performance― 1253 ―Drift Angle(×10 Kosuke,rad.)
MATSUBARA
KUROKAWA Yoichi,
MATSUI Tomoya and TAGUCHI Takashi-2

WCM212(高強度コンクリート)

0-5-105-60-4 -2 024-20
Drift Angle(×10 rad.)6-2-4WCM23(軸力比0.25)-6-4 -2 0
24-2
Drift Angle(×10rad.)-8-10-6-4-56

Axial Displacement(mm)-105-6

表 2 実験値および終局強度の計算値
試験体0WCM22(シアスパン比1.23)-1010-6-4 -2 0
24-2
Drift Angle(×10 rad.)-4 -2 0246-2
Drift Angle(×10WCM24rad.)(変動軸力)

50-5-10-2 -15 0-6WCM25(幅厚比変更)-10-6実験値(kN)
曲げ強度 Qmu(kN)-5246-4 -2 0246-2
Drift Angle(×10 rad.)

せん断強度 Qsu(kN)
せん断余裕度(Qsu/Qmu)
実験値/曲げ強度実験値(kN)

600

1.03

1.13

1.4432100.00.10.20.3
軸力比 (N/N0)

▷◇
■
▲
▼×

WCM21
WCM22
WCM23
WCM24
WCM24
WCM25

0.4

0.5

-20%

1.07

1.14

65432
10
1.0(a)軸力比

500

1.2
1.4
1.6
1.8
せん断余裕度 (Qsu/Qmu)

2.0(b)せん断余裕度

σB=57.3N/mm2
ｼｱｽﾊﾟﾝ比 1.23
軸力比 0.25
変動軸力:正載荷
変動軸力:負載荷
鉄骨幅厚比変更

文献 2)

文献 3)

〇□△▽◁
●

WCM2
WCM5WCM11
WCM12WCM13WCM14σB=27.9N/mm2σB=44.4N/mm2基準試験体
鉄骨比 2.85%
鉄骨比 5.95%
軸力比 0.3

図 4 終局限界変形400特性を示すことが確認された。

3002)

200

0200

400600

シアスパン比を 1.23 とした試験体では，大変形時に耐力低下が生じ，内部コンクリートでせん断破壊の実験値/計算値
平均値 1.12

10001.05

4

本研究

+20%

700

580
515
745
1.455

図 2 軸方向変形－変形角関係
800770745
886
1.196

実験結果
最大耐力
集成材分断

6627
597
913
1.53

WCM24
WCM25
正載荷 負載荷
362
563
482
251
524
424
745745
585
2.97
1.42
1.38

WCM21 WCM22 WCM23

終局変形角Ru0.8(%rad.)

WCM25(幅厚比変更)

4-55

終局変形角Ru0.8(%rad.)Axial Displacement(mm)0Axial Displacement(mm)Axial Displacement(mm)Axial Displacement(mm)Axial Displacement(mm)5様相が確認された。

800

変動軸力を受ける試験体では，軸力比 0.4 程度の圧縮軸力においても変形角 R=3.0×10-2rad.まで耐力を維持していることが確認された。
4) EWECS 柱の曲げ強度は一般化累加強度理論により概ね評価可能である。ただし，変動軸力による引張力側の試験体は，実験値が曲げ強度の計算値を大きく上回ることが確認された。
5) 試験体の軸力比が大きくなるにしたがって，終局変形角が小さくなることが確認された。
6) 軸力比 0.2 の試験体において，せん断余裕度が小さくなるにしたがって，終局変形角が小さくなる傾向が確認された。
参考文献
1) 日本建築学会：鉄骨鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説，2014.1
2) 平松拓宏，鈴木卓，吉田浩輝，田口孝：外殻集成材の上下端部に d 隙間を設けた EWECS 柱の構造性能，コンクリート工学年次論文集，Vol.40，No.2，pp.11291134，2018.73) 黒川洋一，森本征晃，松井智哉，田口孝：鉄骨断面積比および軸力比が異なる EWECS 柱の構造性能に関する研究，コンクリート工学会年次論文集， Vol.41，
No.2，pp.1135-1140，2019.73)

計算値(kN)

図 3 実験値と計算値の比較
4.終局変形性能
図 4 に本研究の試験体および文献 2), 3)で報告されている試験体の終局変形角と軸力比，せん断余裕度の関係を-2
Drift Angle(×10 rad.)示す。終局変形角は最大耐力の 8 割にせん断力が低下したときの変形角とした。荷重－変形角の履歴上に終局変形点がない場合は，サイクルピーク時の点を結んだ直線状の点を用いた。また，軸力比が 0.2 の試験体は白抜きの記号，軸力比が 0.2 よりも大きい試験体は黒塗りの記号を用いて示している。
図 4(a)には，基準試験体と同一断面で軸力比のみ異なる試験体の結果を表記しているが，これによると，軸力比が大きくなるにしたがって終局変形角は小さくなることがわかる。
図 4(b)によると，軸力比を 0.2 とした試験体(白抜き記号)に限ってみると，せん断余裕度が小さくなるにしたがって終局変形角が小さくなる傾向がみてとれる。
5. まとめ本研究では，以下の知見が得られた。
1) 高強度コンクリートとした試験体および鉄骨幅厚比を変更した試験体では，大変形時まで安定した履歴* 豊橋技術科学大学大学院 建築・都市システム学専攻 大学院生** 豊橋技術科学大学大学院 建築・都市システム学専攻 元大学院生*** 豊橋技術科学大学 建築・都市システム学系 准教授・博士(工学)****矢作建設工業(株) エンジニアリングセンター 博士(工学)Graduate Student, Dept. of Architecture and Civil Eng., TUT.
Former Graduate Student, Dept. of Architecture and Civil Eng., TUT.
Assoc. Prof., Dept. of Architecture and Civil Eng., TUT., Dr. Eng.
Engineering Center,YAHAGI CONSTRUCTION Co., Ltd., Dr. Eng.

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