広島工業大学紀要研究編
第 43 巻（2009）pp.157-163

論文

変動軸力と曲げを受けるアンカーボルト
多数配列型露出柱脚の復元力特性モデル
高松隆夫＊ ・玉井宏章＊ ・山西央朗＊＊ ・松村

高良＊＊＊（平成 20 年 10 月 31 日受理）

Models of Restoring Force Characteristics of Exposed Column-Base with Multi-Rows
of Anchor Bolts under Variable-Axial Force and Bending
Takao TAKAMATSU, Hiroyuki TAMAI,Teruaki YAMANISHI and Takayoshi MATSUMURA（Received Oct. 31, 2008）

AbstractExperimental studies were carried out on anchor-bolt-yield-type exposed columnbases subjected to constant compression or tension to obtain different types ofresistant mechanisms and restoring force characteristics due to a magnitude of theconstant axial force. In this paper, models of resistant mechanisms and restoring
force characteristics are proposed on exposed column bases subjected to a variable
axial force by use of the experimental results and the models of restoring force
characteristics under constant axial forces.

Key Word: exposed column-base, models of restoring force characteristics, variableaxial force

柱（構造物の内部に配置されている柱）の柱脚においては，1．序論

ほぼ一定の圧縮軸力が作用すると考えられるが，側柱（構露出柱脚の一般的な崩壊機構は，アンカーボルトが降伏造物の外周に配置されている柱）の柱脚のように，建物のするものであり，その復元力特性がスリップ型となること塔状比が比較的高く，大きな転倒モーメントが作用する場はよく知られている。

合や，ブレース引張力が作用する場合には，柱脚部分に作

著者等は，アンカーボルト降伏型露出柱脚の載荷試験，用する柱の圧縮軸力の減少や引張軸力の発生など，変動軸および解析的研究により，以下の 2 つの特性を明らかにし力を考慮しなければならない。
柱軸力が変動した場合でも，ている。

圧縮軸力の領域であれば一定圧縮軸力のモデルにより求め

1）アンカーボルトに塑性伸びが発生することにより，スられることが報告されている。

リップ現象が発生し，柱脚の固定度が著しく劣化する。

著者等も，これまでに一定圧縮・引張軸力作用下におけ

2）構造物の自重等の，柱圧縮軸力は，柱脚の曲げ抵抗，る載荷実験，およびアンカーボルトを 2 列配置した場合のおよび抵抗機構に支配的な影響を与える。

露出柱脚の変動軸力作用下における載荷実験を行い，一定ところが，実際の構造物では，地震外力作用時には，中圧縮・引張軸力作用下における抵抗機構を示すと共に，降******広島工業大学工学部建築工学科
広島工業大学大学院工学研究科知的機能科学専攻
広島工業大学大学院工学研究科建設工学専攻―157―

高松隆夫 ・玉井宏章・山西央朗 ・松村高良（a）抵抗機構 A（b）抵抗機構 B（c）抵抗機構 C（d）抵抗機構 D（e）抵抗機構 E
図 1 抵抗機構

伏耐力，弾性剛性の評価式，および復元力特性モデルの提とする。そのため，柱脚の幾何学的変形性状より求め案を行い，実験結果との比較を行っている。

るアンカーボルトの伸び量の評価の際に，基礎コンクしかしながら，露出柱脚では，アンカーボルトを多数配リート，ならびにベースプレートの弾性変形を考慮す列する場合もあり，多数配列型の変動軸力作用下におけるるための係数： R を導入する。

抵抗性状の検討を行う必要がある。

3. 圧縮合力点位置を圧縮側のベースプレート端部に設け

本論文では，昨年行った多数配列型露出柱脚における一る。

定圧縮・引張軸力作用下における載荷実験により提案したいかなる軸力作用下においても，ベースプレートと基抵抗機構，および抵抗性状をもとに変動軸力作用下におけ礎コンクリートが接触している場合，圧縮合力点位置はる多数配列型露出柱脚の抵抗性状を示すと共に復元力特性推移しないものとする。

モデルの提案を行う。

4. ベースプレートと基礎コンクリート接触時には，引張側アンカーボルトの抵抗力のみを考慮する。

2．抵抗機構

処女載荷時には，圧縮側に位置するアンカーボルトも本論文で提案する抵抗機構を図 1 に示す。

曲げに抵抗するが，引張側と比較して抵抗力・剛性が小抵抗機構は，ベースプレートと基礎の接触・離間関係，さいため，また，繰り返し載荷下では，ベースプレートおよびアンカーボルトのナットとベースプレートの接触・と接触し難くなるため，圧縮側は考慮しないものとする。

離間関係より求めている。

5. 柱せん断力は，ベースプレートと基礎接触時には，ベまた，本論分では，以下の仮定をもとに抵抗機構の提案

ースプレートと基礎との間に発生する摩擦により抵抗を行う。

し，離間時には，アンカーボルトのせん断力で抵抗す

1. 柱脚の降伏要素を，アンカーボルトに限定する。

るものとする。

2. 露出柱脚の構成要素である基礎コンクリート，ベースベースプレートと基礎の間には，通常，0.4 以上の摩プレートは弾性変形のみを許容し，塑性化しないもの擦係数が期待できる。第 1 層の層せん断力に対して，柱―158―変動軸力と曲げを受けるアンカーボルト多数配列型露出柱脚の復元力特性モデル

軸力は十分に大きいので，摩擦抵抗力で十分に抵抗でき側，もしくは圧縮側どちらかのアンカーボルトのナットとるとされている。

ベースプレートが接触している場合の抵抗機構である。

6. アンカーボルトの材料特性には，完全弾塑性体モデル

この抵抗機構の場合，接触している側のアンカーボルトを用いる。のナットとベースプレートとの接触面を中心にベースプレ

1）抵抗機構 Aートが回転するため，アンカーボルトは柱軸力にのみ抵抗

抵抗機構 A を図 （1 a）に示す。

するため曲げに対しては抵抗しない。よって，この抵抗機

抵抗機構 A は，ベースプレートと基礎とが接触してい構の曲げ耐力は，軸力による曲げ耐力により求めることがる場合の抵抗機構である。この抵抗機構の場合，圧縮側ベできる。
以下に，この抵抗機構の曲げ耐力 C M の評価式を示す。

ースプレート端部と基礎との接触面を中心に，ベースプレ……………………………………………（2）ートが回転するため，曲げ耐力は引張側，および中央列のアンカーボルトより求められる曲げ耐力，および軸力によ4）抵抗機構 D

る曲げ耐力を累加することにより求めることができる。

A

以下に，引張側，中央列，および軸力による耐力 A M a ，抵抗機構 D を図 1（d）に示す。

M b ， A M N と，この抵抗機構の曲げ耐力 A M y ，および弾抵抗機構 D は，ベースプレートと基礎が離間し，全ア性剛性 A K BS の評価式を示す。

ンカーボルトのナットとベースプレートが接触している場…………………………（1.a）

合の抵抗機構である。
この抵抗機構の場合，圧縮側アンカーボルトのナットと…………………………………（1.b）

ベースプレートの接触面を中心としてベースプレートが回転するため，曲げ耐力は引張側，および中央列のアンカー…（1.c）

ボルトよりもとめられる曲げ耐力，および軸力による曲げ耐力を累加することにより求められる。
以下に，引張側，中央列，および軸力による耐力 D M a ，…………（1.d）

DM b ， D M N と，この抵抗機構の曲げ耐力 D M y ，および弾性剛性 D K BS の評価式を示す。
ここで， na 引張側アンカーボルト本数， nb 中央列アン………………………………（3.a）

カーボルト本数， A ab アンカーボルト断面積， v y アンカー…………………………………（3.b）

ボルト降伏応力， d c ベースプレート端部から柱図心位置までの距離， d t アンカーボルト図心位置から柱図心位置まで……………………………………………（3.c）の距離， E アンカーボルトのヤング係数， ab l アンカーボル
ト有効長さ， R 低減係数である。
2）抵抗機構 B……（3.d）

抵抗機構 B を図 1（b）に示す。
抵抗機構 B は，ベースプレートと基礎が離間し，中央………………………（3.e）

列のみのアンカーボルトのナットとベースプレートが接触
5）抵抗機構 Eしている場合の抵抗機構である。
この抵抗機構の場合，中央列のアンカーボルトのナット

抵抗機構 E を図 1（e）に示す。とベースプレートの接触面を中心にベースプレートが回転

抵抗機構 E は，ベースプレートと基礎が離間し，中央するため，アンカーボルトは柱軸力に対してのみ抵抗し，列と引張側，もしくは圧縮側のアンカーボルトのナットと曲げに対しては抵抗しない。また，中央列のアンカーボルベースプレートが接触している場合の抵抗機構である。

トと軸力との作用線が一致するため，軸力による曲げ耐力

この抵抗機構の場合，中央列のアンカーボルトのナットも発生しない。よって，この抵抗機構では，曲げ耐力は 0とベースプレートの接触面を中心としてベースプレートがであると考えられる。

回転する場合と，圧縮側のアンカーボルトのナットとベー3）抵抗機構 Cスプレートの接触面を中心としてベースプレートが回転する場合の 2 種類が考えられる。

抵抗機構 C を図 1（c）に示す。
抵抗機構 C は，ベースプレートと基礎が離間し，引張―159―

中央列のアンカーボルトとベースプレートの接触面を中高松隆夫 ・玉井宏章・山西央朗 ・松村高良

心としてベースプレートが回転する場合，中央列のアンカーボルトと軸力の作用線が一致しているため軸力による曲げ耐力は発生しない。よって，この場合の曲げ耐力は，引張側のアンカーボルトの曲げ耐力により求めることができる。
以下に，この場合の曲げ耐力 E M y1 ，および弾性剛性
E

K BS1 を求める評価式を示す。
………………………………（4.a）………………………………（4.b）
図 2 軸力領域と軸力の関係

また，圧縮側のアンカーボルトのナットとベースプレートの接触面を中心としてベースプレートが回転する場合，曲げ耐力は，中央列のアンカーボルトより求められる曲げ耐力と軸力による曲げ耐力を累加することで求めることができる。
以下に，この場合の中央列，および軸力による曲げ耐力 E M b ， E M N と，弾性剛性 E K BS の評価式を示す。
………………………………（5.a）…………………………………………（5.b）…………………………（5.c）………………………………（5.d）

図 3 ベースプレート詳細図

きる範囲（ 0.25 ab N y < N < 0.625 ab N y ）である。
（4）引張領域Ⅲ

3．軸力引張領域Ⅲは，アンカーボルト 2 列（5 本）で抵抗した

本論文で作用させる軸力と軸力領域の関係を図 2 に示場合は，降伏してしまうが，アンカーボルト 3 列（8 本）す。軸力領域は，軸力に対してアンカーボルトのみで抵抗で抵抗した場合は，降伏せずに抵抗できる範囲

した場合，何列のアンカーボルトで抵抗できるかに着目し(0.625 ab N y < N < ab N y )である。

決定し，その結果をもとに軸力の変動率を決定している。

3.2

作用させる軸力を，以下に示す。

以下に，軸力領域と作用させる軸力を示す。また，軸力領域と軸力は，全アンカーボルトの総和 ab N y を用いて示す。
3.1

作用させる軸力（1）変動率 6400(kN/rad)

軸力領域

この変動率は，昨年アンカーボルトを 2 列配置した場合（1）圧縮領域に行った載荷実験と同じ変動率である。以下に，この変動圧縮領域は，圧縮軸力が作用する領域であり，軸力が 0以下，つまり負になる領域(N E 0)である。

率における軸力とベースプレート回転角との関係を表す式を示す。

（2）引張領域Ⅰ………………………………………（6）引張領域 I は，アンカーボルト 1 列（2 本，もしくは 3本）で抵抗できる範囲(0 < N < 0.25 ab N y )である。

（2）変動率 9600(kN/rad)（3）引張領域Ⅱ
引張領域 II は，アンカーボルト 1 列（2 本，もしくは 3本）のみで抵抗した場合は，降伏してしまうが，アンカーこの変動率は，引張領域 I，および II にまたがる変動率である。以下に，この変動率における軸力とベースプレート回転角の関係を表す式を示す。

ボルト 2 列（5 本）で抵抗した場合は，降伏せずに抵抗で―160―

変動軸力と曲げを受けるアンカーボルト多数配列型露出柱脚の復元力特性モデル（a）圧縮軸力（b）引張軸力Ⅰ（c）引張軸力Ⅱ（d）引張軸力Ⅲ

図 4 一定軸力作用下における復元力特性モデル（a）変動率 6400 (kN/rad)（b）変動率 9600 (kN/rad)

図 5 変動軸力作用下における復元力特性モデル………………………………………（7）

4.1
4.1.1

4．復元力特性モデル

一定軸力
圧縮軸力領域（Comp）

圧縮軸力（Comp）作用下における復元力特性モデルを復元力特性モデルを提案するにあたり，アンカーボルトの配置位置とベースプレートの詳細図を図 3 に示す。

図 4（a）に示す。この軸力作用下では，常に抵抗機構 A となる。また，載荷初期の段階では，柱軸力が曲げに対して復元力特性モデルは，提案する抵抗機構をもとに提案を抵抗するため，ベースプレートには回転が生じず，付加曲行う。変動軸力作用下における復元力特性モデルは，昨年げ耐力まで耐力が上昇する。

行った多数配列型露出柱脚の一定軸力作用下における実験

4.1.2

結果，および復元力特性モデルをもとに提案を行う。

引張軸力領域（Ten Ⅰ）

引張軸力（Ten Ⅰ）作用下における復元力特性モデル

図 4 に各一定軸力下における復元力特性モデルを示す。

を図 4（b）に示す。この軸力作用下では，引張軸力によるまた，図 5 に変動軸力作用下における復元力特性モデルを影響があるため，ベースプレートと基礎は接触と離間を繰示す。

返す。また，1 列のアンカーボルトで抵抗できるため，曲げモーメントの基点は，接触しているアンカーボルトのナ―161―

高松隆夫 ・玉井宏章・山西央朗 ・松村高良

ットとベースプレートの接触面となる。また，図 4（b）にプレートが回転する。

示す破線を境に抵抗機構が変化し，破線より下にある場合除荷時においては，除荷を開始するとベースプレートとは，抵抗機構 E となり，破線より上にある場合は，抵抗基礎が離間し，抵抗機構 E となり，さらに除荷を進める機構 A となる。と引張側のアンカーボルトのナットとベースプレートが離4.1.3間し，抵抗機構 C となる。そして，その後さらに除荷を引張軸力領域（Ten Ⅱ）引張軸力（Ten Ⅱ）作用下における復元力特性モデル

進めると圧縮軸力の領域となり，抵抗機構 A に変化したを図 4（c）に示す。この軸力作用下では，軸力の影響が大後，原点に戻る。

きく，ベースプレートと基礎が接触と離間を繰返し，曲げ4.2.2

変動率 9600(kN/rad)

変動率 9600 (kN/rad)の軸力作用下における復元力特性

モーメントの基点となる点が，ベースプレート端部，中央列のアンカーボルトのナットとベースプレートの接触面，モデルを図 5（b）に示す。

そして外側の列のアンカーボルトのナットとベースプレー

この変動率の場合でも，変動率 6400 (kN/rad)の場合とトの接触面の 3 点で様々に変化するため，復元力特性モデ同様に圧縮領域，つまり負方向載荷であれば，常に抵抗機

ルはかなり複雑なものとなる。また，抵抗機構は，図 （4 c）

構 A となるため，抵抗機構 A の評価式により求めることに示す破線，および一点鎖線を境として，変化する。一点ができる。また，正方向載荷の場合でも軸力が圧縮軸力の鎖線より下にある場合は，抵抗機構 E となり，一点鎖線領域から引張領域の領域へと変化する回転角 0.0056 (rad)と破線の間にある場合は，抵抗機構 D となり，そして破までは，抵抗機構 A の評価式により評価することができ線より上にある場合は，抵抗機構 A となる。

る。その回転角以降でも，2，3 サイクル目においては，4.1.4

引張軸力の領域に入るまでに，中央列と引張方のアンカー引張軸力（Ten Ⅲ）引張軸力（Ten Ⅲ）作用下における復元力特性モデル

ボルトのナットとベースプレートが接触しているため，ベを図 4（d）に示す。この軸力作用下では，軸力が大きいたースプレートと基礎が接触し，抵抗機構 A のまま載荷がめ，常にベースプレートと基礎が離間し，全てのアンカー進む。しかしながら，4 サイクル目，および最終サイクルボルトのナットとベースプレートが接触している。そのたにおいてては，引張軸力の領域に入っても，アンカーボルめ，抵抗機構は常に，抵抗機構 D となり，曲げモーメントの伸びが大きいため，ベースプレートと基礎が離間する

トの起点は，圧縮側アンカーボルトのナットとベースプレと共に，中央列のアンカーボルトのナットとベースプレーートの接触面となるので，復元力特性モデルは，完全弾塑トが接触し，軸力に対して抵抗するためベースプレートと性型となる。

基礎が接触するまでは，その接触面を中心としてベースプ4.2

レートが回転する。

4.2.1

変動軸力
変動率 6400(kN/rad)

変動率 6400 (kN/rad)の軸力作用下に復元力特性モデル
を図 5（a）に示す。

除荷時においては，1，2 サイクルでは，ベースプレートと基礎が接触しているため，抵抗機構 A のまま除荷が進んでいく。3，4，および最終サイクルにおいては除荷を変動軸力の場合でも，圧縮領域，つまり負方向載荷であ開始するとベースプレートと基礎が離間し，抵抗機構 Eれば，常に抵抗機構 A となるため，抵抗機構 A の評価式となり，さらに除荷を進めると引張側のアンカーボルトのにより求めることができる。また，正方向載荷の場合でもナットとベースプレートが離間し，抵抗機構 B になり，軸力が圧縮軸力の領域から引張軸力の領域へと変化する

さらに除荷を進めるとベースプレート基礎が接触するとと0.0078 (rad)までは，抵抗機構 A の評価式により評価する

もに圧縮軸力の領域に入り，抵抗機構 A となり原点に戻ことができる。その回転角以降でも，2，3，4 サイクル目ると考えられる。しかし，3 サイクル目では，抵抗機構 Bにおいては，引張軸力の領域に入るまでに，中央列と引張となる前に圧縮軸力の領域に入ってしまうため，圧縮軸力側のアンカーボルトのナットとベースプレートが接触するが作用することにより，抵抗機構 A になり原点に戻るとため，引張軸力が増加してもベースプレートと基礎が接触考えられる。

しているため，抵抗機構 A のまま載荷が進む。しかしな
がら，最終サイクルでは，引張軸力の領域に入っても，ア5．考察
2 種類の変動軸力作用下における復元力特性モデルの提ンカーボルトの伸びが大きいため，ベースプレートと基礎が離間すると共に，中央列のみのアンカーボルトのナット案を行い，以下の考察を得た。とベースプレートが接触し，抵抗するためベースプレート

1）正方向載荷の場合では，圧縮軸力の減少，および引張と基礎が接触するまでは，その接触面を中心としてベース軸力が発生するため，降伏耐力が減少し，負方向載荷―162―

変動軸力と曲げを受けるアンカーボルト多数配列型露出柱脚の復元力特性モデルの場合は，圧縮軸力が増加するため，降伏耐力は上昇センター」（代表者：高松する。

一環として実施しました。ここに記して，感謝の意を表し

2）変動軸力作用下でも，それぞれの領域において，ベーます。

スプレートと基礎との接触・離間関係とアンカーボル

参考文献

トのナットとベースプレートの接触・離間関係を考慮し，提案した抵抗機構をあてはめ，評価式を使用する

隆夫教授）のプロジェクトの1. 田中秀宣，亀元靖彦，三谷勲，藤永隆，伊藤倫夫：変動
軸力を受ける露出柱脚の曲げ挙動と復元力特性，鋼構造ことにより評価できると考えられる。
3）アンカーボルトの伸びにより，スリップ現象を起こす

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ナットとベースプレートとの接触・離間関係より抵抗

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柱脚の弾塑性挙動及び耐力評価に関する実験的研究，日今後，同じ条件下での載荷実験を行うことにより，実験

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結果と本論文で提案した復元力特性モデルとの比較を行う

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ンカーボルトを隅角部に 4 本配置した場合の露出柱脚の変5. 九谷和秀，増田貫志：鉄骨構造露出形式の終局耐力に関

動軸力作用下における載荷実験において，本研究室で開発する実験的研究，日本建築学会構造系論文報告集，第している楔デバイスを使用したノンスリップ型露出柱脚で433 号，1992.3

は，スリップ型露出柱脚に比べ，復元力特性モデルの単純

6. 高松隆夫，銅木弘和，中村慎太郎：改良型復元力特性を化ができたという結論をえているので，多数配列型におい有する鉄骨露出柱脚に関する研究，鋼構造年次論文ても適応できるかの確認も行う必要があると考えられる。

7. 伊藤倫夫，三谷勲，大谷恭弘，藤永隆，田中秀宣：基礎謝部の配筋を簡略化したアンボンド型アンカーボルトを用辞

いた露出柱脚の構造性能，鋼構造論文集，第 8 巻第 31 号，

本論文は，広島工業大学「高性能構造システム開発研究―163―

pp.43-55，（2001.9）