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日本建築学会大会学術講演梗概集（関東） 2024 年 8 月

CFRP 補強 FRCC 梁部材の曲げ性状に関する研究

CFRPFRCC

アラミド繊維ひび割れ幅

その 1

実験概要および実験結果
正会員 ○佐々木 秀人*
同齊藤 稜河**

同同髙砂 柊伍*
金久保 利之***曲げ実験
たわみ表－1

1. はじめに
耐 腐 食 性 で 弾 性 挙 動 を 示 す 連 続 繊 維 補 強 材 （ fiber-

試験体名称

reinforced polymer：FRP）と、短繊維を混入し引張性状を向上させた繊維補強セメント系複合材料（fiber-reinforcedMT

cementitious composite：FRCC）を組み合わせた FRP 補強

AF0.25%

試験体一覧
加力方法

繊維体積
混入率(%)-FRCC によって、高耐久かつ維持管理コストの低い構造物

AF0.5%が期待できる。本研究では、FRP の中でも引張強度およAF0.5%C0.25%

単調0.50%片側繰返し

び弾性率が大きく、補強効果が期待できる CFRP（carbonfiber-reinforced polymer）を補強材とした FRCC 梁部材の曲げ実験を実施し、破壊性状、耐力の検討を行った。その 1では、実験概要および実験結果について述べる。
2. 実験概要
試験体の一覧を表－1 に、試験体形状および試験体断面図－2 CFRP・アラミド繊維形状を図－1 に示す。断面は幅 180mm、せい 280mm で、圧縮側に直径 7.2mm の CFRP 補強筋（引張強度 1770MPa、弾性係数 160GPa）を 2 本、引張側に直径 15.9mm の CFRP補強筋（引張強度 1770MPa、弾性係数 150GPa）を 3 本配図－3 変位計の設置状況した梁試験体である。FRCC の混入繊維にはアラミド繊維（繊維長 12mm、繊維径 12μm、引張強度 3432MPa、弾性表－2係数 73GPa）を用いた。CFRP 補強筋およびアラミド繊維の形状を図－2 に示す。変動因子はアラミド繊維の体積混入率（0%、0.25%、0.5%）と加力方法（単調加力、片側繰返し加力）であり、繊維体積混入率 0.5%の試験体に対して片側繰返し加力を実施する。加力は 2MN 万能試験機による 4 点曲げ実験で、純曲げ区間を試験区間とする。
想定する最終的な破壊は FRCC の試験区間内での圧壊とし、試験区間外には D10 鉄筋による肋筋を配する。FRCC

FRCC の調合計画と圧縮性状F
EC
試験体
単位量(kg/m3)
σB(g)(MPa) (GPa)
W
CSFA
名称
MT
051.6
18.1
AF0.25%
208.5
45.5
17.2
380 678 484 291
AF0.5%
417
39.2
13.7
AF0.5%C
417
42.8
15.5
W:水道水、C:早強ポルトランドセメント、S:7 号珪砂、
FA:フライアッシュ、F:アラミド繊維、
σB:圧縮強度、EC:弾性係数の調合計画およびφ100mm×200mm 円柱供試体による圧縮特性を表－2 に示す。測定項目は荷重、加力点たわみ、試験体の片側繰返し加力の加力履歴は、図－4 に示すよう試験区間内軸方向変形、および引張側 CFRP の加力点ひに加力点たわみによって制御し、たわみ 2mm、4mm、ずみである。変位計の設置状況を図－3 に示す。AF0.5%C6mm、8mm において各 5 回、10mm において 2 回の繰返し加力を行い、その後終局まで加力を行った。

載荷点たわみ（mm）

14121086420

図－1510152025

図－4 AF0.5%C 加力履歴

試験体形状

Bending Performance of Fiber-Reinforced Cementitious Composite Beams
Reinforced with CFRP Bars Part1:Outline of Experiment and Results— 1457 —SASAKI Hideto, SAITO Ryoga,TAKASAGO Syugo, KANAKUBO Toshiyuki

全体の様子試験区間のひび割れ発生状況
MTAF0.25%MT

AF0.25%

AF0.5%

AF0.5%

AF0.5%C

AF0.5%C

図－5 全体および試験区間のひび割れ発生状況

筋ひずみは引張 CFRP の加力点ひずみ 6 ヶ所の平均、ひび割れ幅は引張側試験区間内に設置したπ型変位計 3 ヶ所の変形を、最大荷重を迎えた時点での各区間のひび割れの本数で除することで、1 本あたりのひび割れ幅とした。単調加力試験体で比較すると、繊維体積混入率に応じて、同一補強筋ひずみの時のひび割れ幅が抑制されていることが確認できる。繰返し加力試験体では、繰返し
加力により試験区間に損傷が累積し、試験区間内でのひび割れが拡大した可能性がある。

*筑波大学大学院システム情報工学研究群**筑波大学理工学群***筑波大学システム情報系教授 博士（工学）MT
AF0.25％
AF0.5％
AF0.5%C

200

300
荷重（kN）

荷重（kN）

300

1000510152025
加力点たわみ（mm）

30

AF0.5%C

200
10001020
加力点たわみ（mm）30

図－6 荷重－加力点たわみ関係
8000

8000
AF0.25％6000

補強筋ひずみ 

補強筋ひずみ 

MT

4000
T1
T2
T3
平均

2000
00.2

0.4
0.60.8
ひび割れ幅（mm）

1

6000
4000

00.2

0.4
0.60.8
ひび割れ幅（mm）

1

AF0.5％C
補強筋ひずみ 

AF0.5％
6000
4000
T1
T2
平均

2000
0T1
T2
T3
平均

2000

8000

8000
補強筋ひずみ 

3. 実験結果
3.1 ひび割れおよび破壊性状
加力後の試験体の全体および試験区間のひび割れ発生状況を図－5 に示す。MT、AF0.25%、AF0.5%試験体では、試験体端部の定着部破壊により荷重が低下した。
AF0.5%C 試験体では、試験区間における FRCC の圧壊により最大荷重を迎え、その後緩やかに荷重が低下してたわみが増大した。繰返し加力においては、除荷時にはひび割れが目視できない程度にひび割れが閉じている様子が確認できた。
3.2 荷重―加力点たわみ関係
荷重－加力点たわみ関係を図－6 に示す。MT 試験体では試験機の不具合により、加力点たわみ 7mm 程度で一度除荷を行い、その後再加力を行った。最大荷重は MT：140.24kN 、 AF0.25% ： 235.83kN 、 AF0.5% ： 315.54kN 、
AF0.5%C ： 332.29kN で あ っ た 。 AF0.5%C 試 験 体 で はFRCC の圧壊にて最大荷重を迎えた後も靭性がみられ、繊維による架橋効果が確認できた。各サイクルでの荷重低下は見られなかった。
3.3 補強筋ひずみ―ひび割れ幅関係
補強筋ひずみ－ひび割れ幅関係を図－7 に示す。補強

0.20.40.60.8
ひび割れ幅（mm）

16000
4000
T1T2T3平均

2000
00.20.40.60.8
ひび割れ幅（mm）

1

図－7 補強筋ひずみ－ひび割れ幅関係
4. まとめ(1) 繊維体積混入率 0.5%の繰返し加力試験体では FRCCの圧壊により最大荷重を迎え、その後荷重が低下したわみが増大した。各サイクルでの荷重低下はみられなかった。
(2) 単調加力試験体において、同一の補強筋ひずみ時におけるひび割れ幅は、FRCC の繊維の混入率が大きいほど小さくなる傾向が確認できた。
謝辞
CFRP 補強筋は東京製綱インターナショナル（株）にご提供いただいた。

*Master Program, GSSIE, Univ. of Tsukuba**School of Science and Engineering, Univ. of Tsukuba***Prof., Div. of Eng. Mechanics and Energy, Univ. of Tsukuba, Ph.D.

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