ＢＲＩ－Ｈ１９講演会テキスト

地震時の繰り返し挙動を考慮した鉄筋コンクリート造建物の応答評価と部材の損傷評価に関する基礎研究-エネルギー指標を用いた検討構造研究グループ 研究員
Ⅰ はじめに

18 0 0

本研究では，地震時の繰り返し挙動を考慮した耐震性能評価手法を構築することを目的とした。建物の保有する荷重と変形の積で算定される履歴吸収エネルギーに着目し，地震時における鉄筋コンクリート造(RC 造)建物の最大応答値の推定（応答評価）と RC 部材の繰り返し挙動によ0006って生じる損傷程度の把握(損傷評価)について検討を行い，実験により本手法の有効性を確認した。本手法は，地震時における建物の繰り返しの揺れの影響を「繰り返し回数」で陽に

向井 智久

当該式により最大応答塑性率を推定し000100010001000100010001

た結果を表 1 に示す。
表より最大応答をおおむね予測できていることが分かる。従って，立体 RC 造建物を対象とした場合に評価できるため，海洋型地震や直下型地震等の地震発生条おける本推定法の妥件や長時間地震動の揺れの影響を考慮したい建物の耐震性当性が確認された。
図 1 6 層試験体立面評価に適している。
Ⅱ 6 層立体RC造建物の仮動的実験結果による提案手法の妥

Ⅲ RC造梁部材のエネルギー吸収モデルの提案及び安全限界当性の検証（応答評価手法の妥当性） 試験体は 6 層 1×2 スパ吸収エネルギー量算出式とその妥当性 7 体の試験体は同形ン（図1 参照）で，中央に連層耐力壁を有している。なお試験体の状・同配筋の曲げ降伏する梁部材で，せん断余裕度が約 1.1

縮尺は1/3 である。また，両固定条件（基礎回転，固定）の実験はから 1.2 程度（せん断余裕度のばらつきはコンクリート強度同一試験体で行い，単点加力より得られた固有周期は，基礎回転：の違いによる）であり，曲げ降伏後にせん断圧縮破壊するよ0.157sec，基礎固定：0.269secとなった。加力装置の都合上，無限均うに設計した。図 2 に示すように部材断面 200×300mm，シ等スパンと仮定した支配面積に対して梁の長期設計を行い，梁ヒンアスパン 700mmの梁部材で，主筋の歪みゲージは梁端部とせジ機構を保証する柱の設計を行った。また，既往の実験で指摘されん断補強筋に貼付した。パラメータは載荷履歴であり，(1)地ている直交梁及びスラブ効果を考慮し，逆三角形の外力分布を想定

震時の応答履歴(以下，本震・余震載荷)，(2)左右均等な定変した場合の試験体の保有水平耐力は基礎回転:415kN(CB=0.74)，基礎位繰返し載荷(以下，両側定変位載荷)，(3)一方向に片寄った固定:739kN(CB=1.32)となった。

定変位繰返し載荷(以下，片側定変位載荷)，(4)±5，10，20，30，40，

BB

50×103rad.の漸増繰返し載荷(以下，漸増載荷)とする。

く。RC造建物のエネルギー吸収量ESとして，弾性歪みエネルギー加 力点

5 00表 1 最大応答塑性率の推定結果

TOH25ELCE37
KOBE50KOBE75

基礎回転基礎固定
実験値 推定値 地震動
実験値 推定値

0.080.33
1.08
1.73

0.14 FKOBE50 0.560.59 FKOBE75 0.80
1.48 FTAKA250 2.04
2.02

20 0H3H4H5H638224

3 00
部 材断面15038

コ ア側150

歪みゲ ージ

補 強筋
被り側り合い式より，最大応答変位δDの算定式が得られる。

地震動

H1H26 φ @ 10 0

1 4 00

た。エネルギー吸収量ESと入力エネルギー量EDが等しいとした釣7 00

累積塑性歪みエネルギーEc，粘性減衰吸収エネルギーEhの4 種類から構成されるモデル化を行う。なお，Ehは初期剛性比例型の式とし

D13U7.1

2 00

Eyと 1 サイクル目の塑性歪みエネルギーEds，2 サイクル目以降の80 40 80

次にエネルギー吸収のモデル化を行い，最大応答変形推定式を導単位( m m)

※ 断 面 H1 ～ H 2 はせ い方向 のみ

図 2 試験体概要及び補強筋のゲージ貼付位置

0.82
1.212.59

文献 2）において曲げ降伏する梁部材の安全限界点を特定し，安全限界履歴吸収エネルギーを算定した。ここでの安全限- 91 -

界点は，漸増載荷試験体の繰り返し加力に伴う耐力低下点とヒンイテリアとなりうるせん断変形角の割合値を決定する必要がジゾーンのせん断変形成分の割合の関係性から定義し，その関ある。またここで対象としている本震とは，一般建物に対す係性を用いてランダム載荷する本震試験体のヒンジゾーンの安る標準的な応答を対象としたものであるが，現在は本知見を全限界点を決定した。実験の結果に基づき図 3 に梁部材にお基に長周期地震動に対する RC 部材を対象とした検討を開始

ける各種限界状態の吸収エネルギーモデルと吸収量の推定式している。
［参考文献］

を提案する。提案する手法は文献 1) に示したエネルギー吸1） 向井智久,衣笠秀行,野村設郎：地震動を受ける RC 構造物の限収モデルを修正したものである。使用限界点は弾性範囲内に界応答変形量を保証するに必要な耐力算出法とその精度検証，あると仮定したため，繰返し数によらず吸収エネルギー量は

日本建築学会構造系論文集，第 532 号，pp.137-143，2000.6
2） 向井智久,梶原唯史,野村設郎：「曲げ降伏する RC 造梁部材の地一定である。1 サイクル目の塑性歪み吸収エネルギーは，地震時挙動とエネルギー吸収性能に関する実験的研究」,日本建築

震時応答変位の片寄りが大きい場合と，左右ほぼ均等である

a)使用限界状態場合とに分けて算出する。図中の α は 1 サイクル目の塑性歪b)修復限界状態，安全限界状態

En =QD

1QDδD
2サイクル目のエネルギー量の実験値より逆算した。次に 2 サ
イクル目以降のエネルギー量 En を算出する場合に必要な繰

0 δD δy

り返し履歴吸収エネルギー性能を表すループ面積係数ξは 2●ND=1
Ey =ξと，塑性率 μ 及び繰返し数 ND の関係を線形近似し，本震

1Q yδy2

Ey0

を受ける前に損傷を受けたことを想定したξd は漸増載荷の

α = 0.07μ+ 0.65
μ= δD /δyδy δDQy

Emax = Ey + Eds-δD -δyδy0 δy δD

E ds =-Qy

2αQy(δD -δy )

Eds

●ND=n

実験値より，損傷を経験しないことを想定したξnon-d は両Qy

Qy

側，片側定変位載荷の実験値より以下の式で算出する。

ξd =(0.01ND − 0.09)μ− 0.09ND + 0.68
ξnon-d =(0.01ND − 0.05)μ− 0.16ND + 0.75

Qy

E ds = αQ y(δD -δy )Eds0片寄り無し

種類提案した。具体的には，文献 2）で検討した各試験体のEmin = Ey + Eds

Qy

片寄り有りQy

みエネルギー吸収の効率係数で，規則的載荷試験体 5 体の 1

Ecn

ND

Ecnmax-δD

En = E max + ∑ Ecnn= 2

δD-δyδD(1)(2)-Qy-(δD-δy)

E cn = 4Q yξ(δD − δy )-Qy

※ξ：ループ面積係数

ただし，ξnon-d の値がξd を下回る場合はξd の値を用い損傷有り ξd = (0.01ND − 0.09)μ− 0.09ND + 0.68
損傷無し ξnon-d = (0.01ND − 0.05)μ− 0.16ND + 0.75

る。その結果得られるξ-μ関係を図 4 に示す。図中の点は実学会構造系論文集 601 号 2006.3,pp.129-136験値で黒丸は漸増載荷，白丸は定変位載荷の結果である。図

図 3 エネルギー吸収のモデル化

より，式(1)及び(2)は実験値の下限値であることが分かる。こξ

こで提案した式(1)及び(2)より，ある塑性率におけるエネルギー吸収性能が分かるため，地震時の繰返し載荷を考慮した安全限界変形（塑性率）を定め，上式を用いて本震載荷試験体の安全限界吸収エネルギーの算定を行う。その際，文献 2）で定めた安全限界点に至るまでに経験した正負の最大変形の繰返し回数n=20.50.40.30.20.10.0
0

○損傷無し

●損傷有り

12345678 0●損傷有り

123456塑性率

図 4 塑性率とエネルギー吸収性能係数との関係に示す。図より ND を大きく想定した安全限界吸収エネルギーの計算値は，本震載荷時のそれと相関性があり，本式は概ね精度良く部材の安全限界吸収エネルギーを評価できた。

KOBEシリーズ

ND=2

ND=1

ND=3

ND=28
4
実験値

0提案
手法に加えて，一般的な評価方法として提案するには累積損傷をELCEシリーズ

実験値

本提案式の適用範囲並びに妥当性の検討

12提案
手法

安全限界吸収エネルギー (kNm)が高い結果）より損傷有りのξd を用いた。その結果を図 5

今後の展望繰返し回数n=3
○損傷無し

塑性率

平均値を用い，ξは本実験結果（本震と漸増（2）との相関性Ⅳ

但し，ξd<ξnon-d

考慮した安全限界状態の推定が必要であり，部材の載荷履歴に応じたせん断変形角割合の算定方法と安全限界状態のクラ

図 5 安全限界履歴吸収エネルギーの精度検証- 92 -78