質問: 一級建築士の構造で質問です。RC造で、曲げ降伏する梁部材の靭性を高めるために梁せい及び引っ張り側の鉄筋量を変えず、梁幅を大きくしたとあるのですが、これはどういう事になるのですか。よろしくお願いします。
回答: 既に専門的な回答も付いていますから、答える必要も無いかもしれませんが、 せっかくリクエストを頂いたので、回答してみます。 ** RC造に於いて、靭性を確保しようとする場合、 せん断破壊は忌み嫌われます。 せん断破壊は、どうしても吸収エネルギーが小さく、 一気に崩壊が進展する脆性的な挙動を示しやすくなるからです。 構造体が破壊する時に、 曲げ破壊が先行し、せん断破壊を起こさないようにする。 というのが、RC造に於ける靭性確保の 基本的な考え方になるかと思います。 また曲げ破壊の形態としては、 (1)主鉄筋が先行して降伏する引っ張り破壊先行 (2)コンクリートが圧壊する圧縮破壊先行 (3)引張、圧縮破壊同時 という形態がありますが、 同じ曲げ破壊をするにしても、塑性変形が進展する過程で エネルギーをより多く吸収する為には、 グニャグニャと何度も十分な伸びを持って 変形が進展する『鉄筋に期待する』必要があります。 つまり、 曲げ破壊であるならば、何でも変形能力が高いという事ではなく、 引っ張り主鉄筋が先行して降伏して破壊が進展していく (1)の形態であることが望ましいという事になります。 素材の特性として考えて頂ければ分かると思いますが、 鋼材である鉄筋を引っ張ったり曲げたりすると、 それが千切れて壊れるには何回も何回も 繰り返し力を作用させねばならず、 完全な破壊に至るまでには、 多くの外力(エネルギー)を投入しなければなりません。 それに対し、コンクリートが圧縮破壊する過程では、 鋼材のような壊れ方はしません。 ボロッと一気に圧縮破壊し、その過程で ほとんど外力の繰り返し作用は必要ありません。 (2)のようにコンクリート圧縮破壊が先行する形は 同じ曲げ破壊であっても、脆性的な挙動となりやすく 圧縮破壊が一気に進展し、鉄筋の優れた伸び性能が発揮される前に崩壊に至ると、曲げ破壊であっても、吸収エネルギーの小さい脆性的な破壊となる危険性が高まってしまいます。 以上のことを纏めてみると、 靭性確保の為には・・ (A); 曲げ破壊を先行させ、せん断破壊を避ける。 (B); 同じ曲げ破壊であっても、引っ張り鉄筋先行破壊とし、圧縮破壊先行は避ける。 (A),(B)の考え方が基本になります。 同じ壊すのならば・・ 曲げ破壊を先に起こし、せん断破壊を避けるのですから、 ■部材の曲げ強度は必要最低限とし、せん断強度は出来るだけ高くしておく。 また、 曲げ破壊であっても引っ張り破壊先行が望ましいから・・ 曲げ部材の引っ張り強度は(鉄筋強度)は必要最低限とし、 ■圧縮強度(コンクリートの強度)は、できるだけ高くしておく。 というのが、靭性確保の要件となってきます。 引っ張り強度は、必要ギリギリに収め、鉄筋の引っ張り破壊の先行発生を担保しつつ、脆性的挙動を示す破壊形式であるせん断破壊、圧縮破壊が起こりにくいように十分な強度を持たせておくと言う考えになります。 言い換えれば、鉄筋の引っ張り強度を必要以上に高める事は、靭性確保と言う観点からは、全く望ましくない方法という事になります。 なので、必要以上に主鉄筋を配することは、脆性破壊の危険性を高めるという結果に繋がりますから、考え方としておかしいという事になります。 **** 既に回答があるように、 梁幅bを大きくすると、コンクリートのせん断耐力が大きくなりますから、脆性的なせん断破壊先行型の危険性を低減でき、靭性の期待しやすい曲げ破壊先行になりやすくなります。 また梁幅bを大きくすると、圧縮側のコンクリート断面積も増加しますから、曲げ破壊時の圧縮破壊先行が起こりにくくなり、靭性の期待できる鉄筋の引っ張り破壊先行が担保しやすくなります。 梁幅を増やすことによって、靭性能の確保を目指す というのは、概ね以上のような考えに基づきます。 **** 梁せいを変えずに・・・ 鉄筋量を変えずに・・・ という部分にも意味があります。 これは、曲げ強度(引っ張り側の曲げ強度)を必要以上に高めない。。 という事です。 先ほども言ったように、靭性を確保する為には、ワザと鉄筋の引っ張り破壊を先行させたいのですから、曲げの引っ張り側強度を不必要に高める事は、それを阻害する考えという事になります。 同じ鉄筋量であっても、梁せいを大きくすると、応力中心間距離jが大きくなりますから、曲げ引っ張り強度が高くなってしまいます。 同じ梁せいであっても、主鉄筋量を増やすと、当然引っ張り曲げ強度が高くなってしまい、引っ張り側の曲げ破壊が起こりにくくなり、靭性確保と言う目的にとっては望ましい物ではなくなってしまいます。 **** 以上長過ぎる回答かもしれませんが、 私なりに回答させていただきました。