JP2024089289A - Reinforcement member design method - Google Patents
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Abstract
【課題】実情に合った補強性能を評価した補強部材の設計方法を提供する。
【解決手段】既存の梁に開孔を設け、梁の両側面の開孔の周囲に補強鋼板を接着すると共に、梁側面に補強鋼板をアンカーにて接合して補強する場合における、補強鋼板とアンカーからなる補強部材の設計方法である。補強部材の必要補強せん断力QR,needを、開孔を設ける前の梁のせん断耐力Qsu0と開孔を設けた後の梁のせん断耐力QsuRとの差から求め、1接合面当たりの接合面せん断耐力qjを、アンカーの材種と直径、及び補強鋼板の有効接着面積abから算出し、1接合面当たりの接合面せん断耐力qjが、補強鋼板の必要補強せん断力QR,needから算出される1接合面当たりの必要接合面せん断力qj,need以上であり、補強鋼板の最大耐力時において、ボルト孔で支圧破壊せず、開孔の上下部で降伏せず、かつ、開孔の上下部で座屈しないように、補強鋼板の形状を定める。
【選択図】図7
The present invention provides a method for designing a reinforcing member that evaluates reinforcing performance suited to actual conditions.
[Solution] This is a design method for a reinforcing member consisting of a reinforcing steel plate and an anchor, in the case where an opening is made in an existing beam, a reinforcing steel plate is bonded around the opening on both sides of the beam, and the reinforcing steel plate is joined to the side of the beam with an anchor to reinforce the beam. The required reinforcing shear strength Q R,need of the reinforcing member is obtained from the difference between the shear strength Q su0 of the beam before the opening is made and the shear strength Q suR of the beam after the opening is made, the joint surface shear strength q j per joint surface is calculated from the material type and diameter of the anchor and the effective bonding area a b of the reinforcing steel plate, and the shape of the reinforcing steel plate is determined so that the joint surface shear strength q j per joint surface is equal to or greater than the required joint surface shear strength q j,need per joint surface calculated from the required reinforcing shear strength Q R ,need of the reinforcing steel plate, and the reinforcing steel plate does not break under pressure at the bolt hole, does not yield at the upper and lower parts of the opening, and does not buckle at the upper and lower parts of the opening at the maximum strength.
[Selected figure] Figure 7
Description
特許法第30条第2項適用申請有り 発行日:令和4年9月1日 刊行物:奥村組技術年報No.48,第6,75~80頁,株式会社奥村組技術研究所Application for application of Article 30,
本発明は、既存の鉄筋コンクリート造の梁に開孔を設けた場合における補強部材の設計方法に関する。 This invention relates to a method for designing reinforcing members when openings are made in existing reinforced concrete beams.
建築物の寿命期間中に、設備配管の変更や新設を行うために、既存の鉄筋コンクリート造の梁に新たに開孔を設ける場合がある。当初設計においては開孔が存在しないので、開孔による断面減少を補強するために補強構造を追加する必要がある。 During the life of a building, new holes may be created in existing reinforced concrete beams to change or install new equipment piping. Since the holes do not exist in the original design, a reinforcing structure must be added to compensate for the reduction in cross-section caused by the holes.
このような開孔の補強構造として、開孔の周囲の梁両面に補強鋼板を設置する工法がある(例えば、特許文献1参照)。この工法においては、既存の梁には、配管を通すための開孔が設けられ、その周囲に補強鋼板を固定するためのアンカー孔が4つ設けられる。補強鋼板には、梁の開孔と同径の開孔と、補強鋼板を梁側面に固定するためのアンカーを貫通させるための孔が4つ設けられる。 As a reinforcing structure for such an opening, there is a method of installing reinforcing steel plates on both sides of the beam around the opening (see, for example, Patent Document 1). In this method, an opening for passing piping is provided in the existing beam, and four anchor holes for fixing the reinforcing steel plate are provided around it. The reinforcing steel plate is provided with an opening of the same diameter as the opening in the beam, and four holes for passing anchors to fix the reinforcing steel plate to the side of the beam.
しかしながら、上記補強工法の補強性能については十分な検証がされておらず、設計方法は確立されていなかった。このため、実情に合った補強性能の評価方法が求められていた。 However, the reinforcement performance of the above reinforcement methods has not been fully verified, and no design method has been established. For this reason, there is a demand for a method of evaluating reinforcement performance that is suited to actual conditions.
本発明は、以上の点に鑑み、実情に合った補強性能を評価した補強部材の設計方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a method for designing reinforcing members that evaluates reinforcing performance suited to actual conditions.
本発明の補強部材の設計方法は、既存の鉄筋コンクリート製の梁に開孔を設け、前記梁の両側面の前記開孔の周囲に補強鋼板を接着すると共に、前記補強鋼板の少なくとも四隅近傍に設けたボルト孔によって前記梁側面に前記補強鋼板をボルトにて接合して補強する場合における、前記補強鋼板と前記ボルトからなる補強部材の設計方法であって、前記補強部材の必要補強せん断力を、前記開孔を設ける前の前記梁のせん断耐力と前記開孔を設けた後の前記梁のせん断耐力との差から求め、1接合面当たりの接合面せん断耐力を、前記ボルトの材種と直径、及び前記補強鋼板の有効接着面積から算出し、前記1接合面当たりの接合面せん断耐力が、前記補強鋼板の必要補強せん断力から算出される1接合面当たりの必要接合面せん断力以上であり、前記補強鋼板の最大耐力時において、ボルト孔で支圧破壊せず、前記開孔の上下部で降伏せず、かつ、前記開孔の上下部で座屈しないように、前記補強鋼板の形状を定めることを特徴とする。 The design method of the reinforcing member of the present invention is a design method of a reinforcing member consisting of a reinforcing steel plate and the bolt when an opening is made in an existing reinforced concrete beam, a reinforcing steel plate is attached around the opening on both sides of the beam, and the reinforcing steel plate is bolted to the side of the beam through bolt holes made in at least the four corners of the reinforcing steel plate. The required reinforcing shear strength of the reinforcing member is calculated from the difference between the shear strength of the beam before the opening is made and the shear strength of the beam after the opening is made, the joint shear strength per joint surface is calculated from the material type and diameter of the bolt and the effective adhesive area of the reinforcing steel plate, and the joint shear strength per joint surface is equal to or greater than the required joint shear strength per joint surface calculated from the required reinforcing shear strength of the reinforcing steel plate, and the shape of the reinforcing steel plate is determined so that the reinforcing steel plate does not break at the bolt hole, does not yield at the upper and lower parts of the opening, and does not buckle at the upper and lower parts of the opening at the maximum strength.
本発明の補強部材の設計方法によれば、後述する構造実験の結果から分かるように、実情に合った補強性能を評価した補強部材の設計方法を得ることができる。 As can be seen from the results of the structural experiments described below, the reinforcing member design method of the present invention makes it possible to obtain a reinforcing member design method that evaluates reinforcing performance suited to actual conditions.
接合面のせん断力は4つに区分した補強鋼板の部分のそれぞれの対角方向に作用するので、本発明の補強部材の設計方法において、前記補強鋼板の四隅近傍に配置されるボルトのうち、対角位置に設けられた2つのボルトをつなぐ線と梁材軸方向とのなす角について正弦値を求め、前記1接合面当たりの接合面せん断耐力を、前記補強鋼板の必要補強せん断力を上記正弦値の4倍した値で除した値として求めることが好ましい。 Since the shear force of the joint surface acts in the diagonal direction of each of the four divided reinforcing steel plate portions, in the design method of the reinforcing member of the present invention, it is preferable to determine the sine value of the angle between the line connecting two diagonally positioned bolts, among the bolts arranged near the four corners of the reinforcing steel plate, and the axial direction of the beam material, and to determine the joint surface shear strength per joint surface as the required reinforcing shear force of the reinforcing steel plate divided by four times the sine value.
また、後述する構造実験の結果から、梁の梁せいと開孔の直径の比である開孔比に応じて接合面のせん断耐力が低下することが分かったので、本発明の補強部材の設計方法において、前記1接合面当たりの接合面せん断耐力を、固着力が十分な場合の接合面における1接合面当たりの必要せん断力と、固着力が不十分な場合の接合面における1接合面当たりのせん断力との最小値に、前記梁の梁せいと前記開孔の直径の比に基づく低減係数を乗じた値として求めることが好ましい。 In addition, the results of the structural experiments described below have shown that the shear strength of the joint surface decreases according to the aperture ratio, which is the ratio of the beam depth to the aperture diameter. Therefore, in the design method of the reinforcing member of the present invention, it is preferable to determine the joint surface shear strength per joint surface as the minimum value between the required shear force per joint surface at the joint surface when the fastening strength is sufficient and the shear force per joint surface at the joint surface when the fastening strength is insufficient, multiplied by a reduction coefficient based on the ratio of the beam depth to the aperture diameter.
本発明の補強部材の設計方法において、例えば、前記梁に前記開孔を設ける前のせん断耐力を大野・荒川min式により算出し、前記開孔を設けた後の前記梁の補強前のせん断耐力を大野・荒川min式の変形式である修正広沢式より算出すればよい。 In the design method of the reinforcing member of the present invention, for example, the shear strength of the beam before the opening is provided is calculated using the Ohno-Arakawa formula, and the shear strength of the beam before reinforcement after the opening is provided is calculated using the modified Hirosawa formula, which is a modified version of the Ohno-Arakawa formula.
本発明の実施形態に係る補強部材の設計方法について図面を参照して説明する。なお、図面は本実施形態を模式的に説明するための図であり、寸法はデフォルメされている。 A method for designing a reinforcing member according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings are for the purpose of explaining the present embodiment in a schematic manner, and the dimensions have been exaggerated.
本補強部材の設計方法は、図1に示すように、既存のRC(鉄筋コンクリート)造の梁10に開孔11を設け、この開孔11を含む部分(以下、開孔部という)に補強用の鋼板(以下、補強鋼板という)20を設置し、エキポシ樹脂31(図6参照)及びアンカーボルト(以下、アンカーという)32を用いて固定することにより補強を施した有孔梁鋼板補強工法において、補強部材である補強鋼板20及びアンカー32を設計する方法である。なお、アンカー32は本発明のボルトに相当する。
As shown in Figure 1, this reinforcing member design method is a method for designing the reinforcing
本補強部材の設計方法が適用される梁10は、RC造であって、上下方向(Z軸方向)を長辺とした断面矩形状に形成されており、その梁材軸方向(X軸方向)の両端がRC造の柱40と一体化されている。なお、梁10は、その上部における両側面から梁幅方向(Y軸方向)外方に向かってそれぞれ張り出すRC造のスラブと一体化されたものなどであってもよい。
The
梁10には、図2から図6も参照して、梁主筋として複数本の上端梁主筋12及び複数本の下端梁主筋13が梁材軸方向に沿って埋設されている。上端梁主筋12は、梁10の上部に梁幅方向に間隔を空けて埋設されている。一方、下端梁主筋13は、梁10の下部に梁幅方向に間隔を空けて埋設されている。なお、ここでは、上端梁主筋12及び下端梁主筋13はそれぞれ5本配筋されているが、これらの本数や配置は適宜変更可能である。
Referring also to Figures 2 to 6, in the
また、上端梁主筋12及び下端梁主筋13は、複数本のせん断補強筋(あばら筋)14,15によって結束されている。せん断補強筋14,15は、上端梁主筋12及び下端梁主筋13を囲む矩形の枠状に形成されており、梁材軸方向に間隔を開けて梁10に埋設されている。これらせん断補強筋14,15によって、上端梁主筋12と下端梁主筋13との間でせん断力が伝達されるように構成されている。梁10の端部のせん断破壊を防止するため、端部には中央部及びその近傍部のせん断補強筋14よりも間隔が狭くなるようにせん断補強筋15が配筋されている。
The upper end beam
補強鋼板20は、板厚がt[mm]の矩形状の鋼板であり、その中央部に梁10に設けた開孔11と同径の開孔21が設けられている。補強鋼板20は、梁10の梁幅方向の両側面にそれぞれ設置され、それぞれ少なくとも4本のアンカー32にて固定されている。アンカー32は、開孔11を中心に、梁軸方向及び上下方向にそれぞれ対称に配置されている。なお、合計8本のアンカー32の代わりに4本の貫通したアンカーによって補強鋼板20を固定してもよい。
The reinforcing
補強鋼板20の材質は、JIS G 3101に規定のSS400,S490、JIS G 3106に規定のSM400A,SM400B,SM400C,SM490A,SM490B,SM490C、又は、JIS G 3136に規定のSN400A,SN400B,SN400C,SN490A,SN490B,SN490Cである。
The material of the reinforcing
梁10は、コンクリート強度σBDが15N/mm2以上30N/mm2以下の普通コンクリートが打設されてなるものである。そして、梁10の梁せいをD[mm]としたとき、梁幅bは2/3・D以下、内法スパン長さLは3D以上、開孔11の直径HはD/3以下かつ250mm以下、開孔11の上下位置は梁10の上端と下端からそれぞれD/4以外の範囲であり、開孔11の間隔は隣り合う開孔11の直径Hの平均の3倍以上であるものに本設計方法を適用可能である。
The
アンカー32は、カプセル方式又は注入方式の接着剤を用いて、六角ナット33及び平座金34(図5及び図6参照)を用いて固定される。アンカー32、六角ナット33及び平座金34は、JIS B 1051に規定の強度区分4.6,4.8,5.6に属する鋼材からなるものであり、これらの材質は、補強鋼板20と同じ、又は、JIS G 3112に規定のSR235,SR295,SD295,SD345である。アンカー12の埋め込み部は、全長に渡りねじ切りされたもの、又は、異形鉄筋である。
The
接着剤31は、エキポシ樹脂系接着剤であり、それぞれ23℃の試験条件において、JIS K 7181に規定の試験方法による圧縮強さは50.0N/mm2以上、JIS K 7161に規定の試験方法による引張強さは19.6N/mm2以上、JIS K 7181に規定の試験方法による圧縮弾性係数は9.8X102N/mm2以上、JIS K 7117に規定の試験方法による粘度は2500mPa・s以下である。ただし、接着剤31の粘度は、実験等により良好な充填性を確認した場合には、前記数値に限定されない。
The
接着剤31を注入したときに、液漏れ防止のためにシール材35(図6参照)を用いる。シール材35は、エキポシ樹脂系パテであり、それぞれ23℃の試験条件において、JIS K 7181に規定の試験方法による圧縮強さは50.0N/mm2以上、JIS K 7161に規定の試験方法による引張強さは19.6N/mm2以上、JIS K 7181に規定の試験方法による圧縮弾性係数は9.8X102N/mm2以上である。
A sealant 35 (see FIG. 6) is used to prevent leakage when the
本実施形態は、既存のRC造の梁10に貫通する開孔11を設ける場合において、開孔11の両面に補強鋼板20を設置して、アンカー(又は貫通ボルト)32で固定した補強構造の設計方法に関する。本方法は、補強鋼板20にせん断応力のみが作用し、曲げ応力が作用しないと仮定した設計方法である。
This embodiment relates to a method for designing a reinforcement structure in which a
本補強構造の設計方法においては、図7に示すように、まず、補強構造により補強することが必要なせん断力である必要補強せん断力QR,needを算定する(STEP1)。 In this method for designing a reinforcement structure, as shown in FIG. 7, first, a required reinforcement shear force Q R,need , which is a shear force required for reinforcement by the reinforcement structure, is calculated (STEP 1).
補強後の梁10のせん断耐力QsuRは、式(1)に示すように、補強前の開孔11を有する梁10(以下、有孔梁ともいう)の開孔周囲のせん断耐力Qsu0と、補強構造によるせん断耐力の増加分QRの和として算出される。
QsuR=Qsu0+QR ・・・ (1)
The shear strength Q suR of the reinforced
Q suR = Q su0 + Q R ... (1)
補強後の梁10のせん断耐力QsuRが、式(2)に示すように、開孔11を設ける前の梁10(以下、無孔梁ともいう)のせん断耐力Qsu以上となるように設計する。
QsuR≧Qsu ・・・ (2)
The shear strength Q suR of the reinforced
Q suR ≧Q su ... (2)
式(1)から式(3)が導かれる。
QR=QsuR-Qsu0 ・・・ (3)
Equation (3) is derived from equation (1).
Q R = Q suR - Q su0 ... (3)
補強構造によるせん断耐力の増加分QRは、式(4)に示すように、必要補強せん断力QR,need以上であればよい。
QR≧QR,need ・・・ (4)
The increment in shear strength Q R due to the reinforcement structure needs to be equal to or greater than the required reinforcement shear strength Q R,need , as shown in equation (4).
Q R ≧Q R,need ... (4)
必要補強せん断力QR,needは、式(5)により算出する。
QR,need=α(Qsu-Qsu0) ・・・ (5)
The required reinforcement shear force Q R,need is calculated using equation (5).
Q R,need =α(Q su -Q su0 ) ... (5)
ここで、αは開孔比(H/D)に応じた割増係数であり、H/D<1/4のときは1.2であり、H/D≧1/4のときは1.0である。 Here, α is the surcharge coefficient according to the aperture ratio (H/D), which is 1.2 when H/D<1/4 and 1.0 when H/D≧1/4.
割増係数αのこのような値は、後述する試験体を用いた構造実験から導かれる。具体的には、この構造実験において、開孔比が1/4である試験体においては最大耐力が期待値を概ね満足していたが、開孔比が1/3である試験体においては期待値を下回った。これから、梁せいDに対して開孔比が小さいものは設計上安全側にあると想定することができる。しかし、開孔比が小さいほど上下に偏心させる自由度が増すなど、開孔11の位置変化などの実験では確認できていない影響を総合的に配慮し、開孔比が1/4未満である場合には、割増係数αを1.2とした。
This value of the premium coefficient α is derived from structural experiments using test specimens, which will be described later. Specifically, in these structural experiments, the maximum strength of the test specimens with an aperture ratio of 1/4 generally met the expected value, but fell short of the expected value for the test specimens with an aperture ratio of 1/3. From this, it can be assumed that designs with a small aperture ratio relative to beam depth D are on the safe side. However, taking into consideration the overall influences that could not be confirmed in experiments, such as the smaller the aperture ratio, the greater the freedom to decenter vertically, and changes in the position of
Qsuは、開孔11を設ける前の梁10のせん断耐力であり、式(6)に示す大野・荒川min式により算出する。この式は、日本建築学会発行の「鉄筋コンクリート構造 計算基準・同解説」に記載されている。
Q su is the shear strength of the
ここで、kuは、梁10の有効せいdに基づく係数であって、ku=(160/d)0.37である。ただし、d≧400[mm]のとき、ku =0.72とし、d≦160[mm]のとき、ku=1.0とする。kpは、引張鉄筋比prに基づく係数であり、kp=2.36pr
0.23である。FcRは、コンクリートの補強設計強度基準[N/mm2]である。Mは、最大曲げモーメント[Nmm]であり、Qは、最大せん断力[N]である。bは、梁10の梁幅[mm]、Dは、梁10の梁せい[mm]、dは、梁10の有効せい[mm]、jは、応力中心間距離[mm]である。pwは、せん断補強比である。ただし、pwが0.012を超える場合、pwは0.012とする。そして、σwyは、せん断補強筋14,15の規格降伏点[N/mm2]である。
Here, k u is a coefficient based on the effective depth d of the
Qsu0は、補強前の有孔梁10の開孔周囲のせん断耐力であり、式(7)に示す大野・荒川min式の変形式である修正広沢式を用いて算出する。この式も、日本建築学会発行の「鉄筋コンクリート構造 計算基準・同解説」に記載されている。
Q su0 is the shear strength around the opening of the
ここで、Hは、開孔11の直径[mm]である。psは、開孔周囲のせん断補強筋14,15の有効な範囲c内における補強筋比である。ただし、psが0.012を超える場合、psは0.012とする。σsyは、開孔周囲のせん断補強筋の規格降伏点F[N/mm2]である。図8及び図9を参照して、cは、開孔周囲のせん断補強筋14,15の有効な範囲であって、開孔の中心より45°の方向に引いた直線が引張鉄筋(主筋)の重心と交わる位置の間の距離[mm]である。asは、cの範囲内にある1組のせん断補強筋14,15の断面積[mm2]である。θは、開孔周囲のせん断補強筋14.15が梁材軸となす角度である。
Here, H is the diameter [mm] of the
本補強構造の設計方法においては、次に、アンカー32の材種と直径及び補強鋼板20の有効接着面積abを選定する(STEP2)。
In the design method of this reinforcement structure, next, the material type and diameter of the
そして、次に、1接合面当たりの接合面せん断力qjを求める(STEP3)。 Next, the joint surface shear force q j per joint surface is determined (STEP 3).
本補強構造は、コンクリートと一体になるように補強鋼板20をアンカー32を用いて定着させると共に接着剤31を用いて接着させた構造であるので 、コンクリートの損傷を抑制するには補強鋼板20との接合面の固着力が重要である。
This reinforcement structure is constructed by fixing the reinforcing
コンクリートがせん断力を受けると、コンクリート側の接合面は変形するが、補強鋼板20は、コンクリートに比べ十分固いから、せん断力を受けても変形しない。そのため、開孔11から離れるほど、補強鋼板20とコンクリートとの接合面の間の変形量が大きくなるので、補強鋼板20の接合面のせん断応力は開孔11の近傍よりも縁端部のほうが大きくなる。そこで、効率よく補強効果を発揮させるには、4隅のアンカー32の固着力が重要になる。
When concrete is subjected to a shear force, the joint surface on the concrete side deforms, but the reinforcing
後述する構造実験の結果を参照すると、梁10の破壊性状は、せん断ひび割れを伴うアンカー32周囲のコンクリートの破壊により、アンカー32の固着抵抗が喪失し、接合面の剥離が進展することにより、耐力を喪失したものと考えられる。
Referring to the results of the structural experiment described below, it is believed that the failure of the
また、アンカー32の水平変形量が0.5mm程度以下の微小変形時、接着剤31の接合面直下のコンクリート界面に破壊線が生じている。最大耐力時はアンカー32から開孔11側の範囲には破壊が生じておらず、このアンカー32の周囲の接合面にて固着抵抗及び摩擦抵抗としてせん断応力を伝達させると考えられる。
In addition, when the horizontal deformation of the
ここでの摩擦抵抗は、コンクリート界面が破壊される以前も物体内部の摩擦抵抗としての作用、すなわちアンカー32の反力による圧縮面圧を伴うせん断抵抗であると考えられる。アンカー32と補強鋼板20の支圧抵抗は固着抵抗及び摩擦抵抗に比べ十分小さいことから無視し、摩擦抵抗及び固着抵抗の組合せによりせん断耐力を評価することが可能であると考えられる。
The frictional resistance here is considered to be a shear resistance accompanied by compressive surface pressure due to the reaction force of the
(梁のせん断によるアンカー対角方向の必要せん断力)
後述する構造実験の結果から、本補強構造において、最大耐力は補強鋼板20の接合面のせん断破壊によって決まることが分かる。よって、補強によるせん断力の増分QRは、梁10の側面と補強鋼板20との接合面のせん断方向の鉛直成分による補強力に応じて定まる。すなわち、接合面のせん断力は、開孔11の上部及び下部にそれぞれ区分される補強鋼板20の部分に作用する。
(Required shear force in the diagonal direction of the anchor due to beam shear)
From the results of structural experiments described later, it is found that in this reinforced structure, the maximum strength is determined by the shear fracture of the joint surface of the reinforcing
そこで、補強によるせん断耐力の増分の必要量QR,needは、式(9)に示すように、梁10の終局耐力時における開孔11の上部及び下部に区分して存在する1接合面間の補強鋼板20の各部分が負担することが必要なせん断力Qp,needの4倍として求める。
QR,need=4Qp,need ・・・ (9)
Therefore, the required increase in shear strength due to reinforcement Q R,need is calculated as four times the shear force Q p ,need that needs to be borne by each part of the reinforcing
Q R,need =4Q p,need ... (9)
このとき、接合面のせん断力は、4つに区分した補強鋼板20の部分のそれぞれの対角方向に作用する。曲げが作用しないと考えると、この必要せん断力Qp,needは、梁10のせん断による1接合面当たりのアンカー32の対角方向の必要せん断力qj,Qを用いて、式(10)によって求まる。
Qp,need=qj,Q・sinφ ・・・ (10)
At this time, the shear force of the joint surface acts in the diagonal direction of each of the four divided parts of the reinforcing
Q p,need =q j,Q · sinφ ... (10)
ここで、φは、梁材軸方向と縁端にあるアンカー32の対角線とがなす角度である。ただし、曲げが作用しないので、接合面のせん断方向は縁端にあるアンカー32の対角方向となるため、φは、アンカー32間の梁材軸直交方向の距離Ha[mm]とアンカー32間の梁材軸方向の距離La[mm]とから、式(11)によって求まる。なお、後述する構造実験で性能確認した試験体は全て梁材軸方向と縁端にあるアンカー32の対角線のなす角度が32.5°であるので、φの上限は32.5°とする。
φ=tan-1(Ha/La) ・・・ (11)
Here, φ is the angle between the beam axial direction and the diagonal of the
φ=tan −1 (H a /L a ) (11)
そして、式(5)、(9)、(11)から、式(12)が得られる。
qj,need=α(Qsu-Qsu0)/4sinφ ・・・ (12)
Then, equation (12) is obtained from equations (5), (9), and (11).
q j,need =α(Q su -Q su0 )/4 sin φ (12)
(1接合面当たりの接合面せん断耐力)
1接合面当たりの接合面せん断耐力qj[N]は、接着による接合面積が十分な場合においける耐力qj1と、接着による接合面積が不十分な場合における耐力qj2との小さいほうの値として、式(13)によって求める。ここで、耐力qj1は、固着力が十分であるので、アンカー32がせん断耐力まで有効に働いて、補強鋼材20の降伏により決まる耐力である。一方、耐力qj2は、固着力が不十分であるので、接合面に剥離が生じて、アンカー32周囲のコンクリートの支圧破壊により定まる耐力である。
qj=βH・min(qj1,qj2) ・・・ (13)
(Shear strength of each joint surface)
The joint surface shear strength q j [N] per joint surface is calculated by the smaller of the strength q j1 when the bonded joint area is sufficient and the strength q j2 when the bonded joint area is insufficient, using formula (13). Here, the strength q j1 is the strength determined by the yield of the reinforcing
q j =β H · min (q j1 , q j2 ) ... (13)
ただし、βHは、開孔比(H/D)に応じた補強効果の低減係数であり、式(14)で示されるが、1を上限とする。
βH=-4.8H/D+2.2 ・・・ (14)
Here, β H is a reduction coefficient of the reinforcing effect according to the hole opening ratio (H/D), and is expressed by the formula (14), with 1 as the upper limit.
β H =-4.8H/D+2.2 ... (14)
後述する構造実験の結果から開孔比に応じた接合面のせん断耐力の低下は明らかであるので、開孔比が1/3においては接合面のせん断耐力を低減することとし、式(14)に示す低減係数βHを導入している。 From the results of the structural experiment described later, it is clear that the shear strength of the joint surface decreases according to the aperture ratio. Therefore, when the aperture ratio is 1/3, the shear strength of the joint surface is reduced, and the reduction coefficient βH shown in formula (14) is introduced.
補強鋼材20の降伏により決まる耐力qj1は、「一般財団法人日本建築防災協会 2017年改訂版 既存鉄筋コンクリート造建築物の耐震診断基準・耐震改修設計指針・同解説」のアンカー接合面耐力式Qaに準じて、式(15)によって求める。
qj1=0.7σay・aa ・・・ (15)
The strength q j1 determined by the yield of the reinforcing
q j1 =0.7σ ay · a a ... (15)
ここで、σayは、アンカー32の規格降伏強度[N/mm2]であり、その上限を300N/mm2とする。aaは、アンカー32の公称断面積[mm2]である。
Here, σ ay is the standard yield strength [N/mm 2 ] of the
アンカー32周囲のコンクリートの支圧破壊により定まる耐力qj2は、「小宮 敏明,益尾 潔:鉄骨増設ブレース補強用の接着接合部および間接接合部の終局耐力(耐震補強)、コンクリート工学年次論文集.22(3)、2000」にならって、式(16)によって求める。
qj2=0.08σB・ab+0.5σay・aa ・・・ (16)
The strength qj2 determined by the bearing failure of the concrete around the
q j2 = 0.08σ B a b + 0.5σ a y a a ... (16)
ここで、σBは、コンクリートの圧縮強度[N/mm2]である。abは、補強鋼板20の接着による1接合面当たりの有効接着面積[mm2]であって、図9に斜線で示す範囲であって、式(17)により求まる。
ab=(Ha・La-πH2/4)/4 ・・・ (17)
Here, σ B is the compressive strength of concrete [N/mm 2 ], and a b is the effective bonding area [mm 2 ] per joint surface due to bonding of the reinforcing
a b = (H a · L a - πH 2 / 4) / 4 ... (17)
そして、本補強構造の設計方法においては、式(13)で求めた1接合面当たりの接合面せん断耐力qjが、式(12)で求めた梁10のせん断による1接合面当たりのアンカー対角方向の必要せん断力qj,need以上であるか否かを確認する(STEP4)。
qj≧qj,need ・・・ (18)
Then, in the design method of this reinforcement structure, it is confirmed whether the joint surface shear strength q j per joint surface calculated by equation (13) is equal to or greater than the required shear force q j,need in the anchor diagonal direction per joint surface due to shear of the
q j ≧q j,need ... (18)
式(18)が成立していなければ(STEP4:NO)、アンカー32の直径又は補強鋼板20の有効接着面積abの少なくとも何れかを再選定する(STEP2)。
If the formula (18) is not satisfied (STEP 4: NO), at least one of the diameter of the
式(18)が成立していれば(STEP4:YES)、補強鋼板20の厚さtpを選定する(STEP5)。
If the formula (18) is satisfied (STEP 4: YES), the thickness t p of the reinforcing
そして、支圧強度、組み合わせ応力、及び座屈の条件を満たしているか否かを検討する(STEP6)。 Then, consider whether the conditions for bearing strength, combined stress, and buckling are met (STEP 6).
(支圧強度の検討)
まず、補強鋼板20がアンカー32用の貫通孔で支圧破壊しないことを、式(19)により確認する。
1.9Fp・tp・da≧αd・qj ・・・ (19)
(Consideration of bearing strength)
First, it is confirmed by formula (19) that the reinforcing
1.9F p t p da ≧α d q j ... (19)
ここで、Fpは、「一般財団法人日本建築学会 鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説 2018年版」による鋼板のF値[N/mm2]である。tpは、補強鋼板20の厚さ[mm]である。daは、アンカー32の軸部の直径[mm]であり、異形鉄筋では呼び名[mm]である。αdは、安全性を考慮した支圧係数であり、ここでは、1である。
Here, Fp is the F-value [N/ mm2 ] of the steel plate according to the "2018 Edition of the Architectural Institute of Japan, Reinforced Concrete Structural Calculation Standards and Commentary. " tp is the thickness [mm] of the reinforcing
(組み合わせ応力の検討)
次に、補強鋼板20の開孔21の上下部が降伏しないことを、式(20)により、当該部に生じる応力σp,need[N/mm2]が補強鋼板20の規格降伏点σpy[N/mm2]以内であることによって確認する。
σpy≧σp,need ・・・ (20)
(Combined stress considerations)
Next, it is confirmed that the upper and lower parts of the
σ py ≧σ p,need・・・ (20)
ここで、補強鋼板20に生じる応力σp,needは、梁10のせん断及び曲げによって作用されるそれぞれの応力を考慮して、式(21)から式(24)により求める。
σp,need
2=σx
2+3τxy
2 ・・・ (21)
σx=qj,M/ap ・・・ (22)
τxy=Qp,need/ap ・・・ (23)
ap=tp(Hp-H)/2 ・・・ (24)
Here, the stress σ p,need generated in the reinforcing
σ p,need 2 =σ x 2 +3τ xy 2 ・・・ (21)
σ x =q j,M /a p ... (22)
τ xy = Q p,need / a p ... (23)
a p =t p (H p -H)/2 (24)
ここで、σxは、開孔芯の鉛直断面における1接合面間の補強鋼板20に生じる軸応力[N/mm2]である。qj,Mは、梁10の曲げによる1接合面当たりの梁材軸方向の必要接合面せん断力[N]である。なお、曲げは作用しないと仮定しているので、qj,M=0である。τxyは、開孔芯の鉛直断面における1接合面間の補強鋼板20に生じるせん断応力[N/mm2]である。apは、開孔芯の鉛直断面における1接合面間の補強鋼板20の断面積[mm2]である。Hpは補強鋼板20の高さ[mm]であり、Hは開孔11の直径[mm]である。
Here, σ x is the axial stress [N/mm 2 ] generated in the reinforcing
(座屈の検討)
次に、補強鋼板20の開孔21の上下部で座屈しないことを、式(25)により、接合面せん断耐力qjが補強鋼板20の弾性座屈荷重Pcr[N]以下であることによって確認する。
Pcr≧qj ・・・ (25)
(Buckling considerations)
Next, it is confirmed that the reinforcing
P cr ≧q j (25)
補強鋼板20に生じる座屈の概念を示す図10を参照して、図中のハッチング部分の長方形状の補強鋼板20に接合面せん断力が圧縮力として作用した場合でも弾性座屈が生じないものとし、その座屈荷重Pcrは式(26)、(27)により求まる。
Pcr=π2Es・IP/lk
2 ・・・ (26)
IP=bP・tP
3/12 ・・・ (27)
Referring to FIG. 10 which shows the concept of buckling occurring in the reinforcing
P cr = π 2 E s · I P / l k 2 ... (26)
I P = b P · t P 3 / 12 ... (27)
ここで、Esは、補強鋼板20のヤング係数[N/mm2]であり、IPは、開孔芯の鉛直断面における1接合面間の補強鋼板20面外の断面2次モーメント[mm4]である。lkは、開孔芯の鉛直断面における1接合面間の補強鋼板20の座屈長さ[mm]であり、ここでは、Hとする。そして、bPは、開孔芯の鉛直断面における1接合面間の補強鋼板20の幅[mm]である。
Here, E s is the Young's modulus [N/mm 2 ] of the reinforcing
式(19)、式(20)及び式(25)の全ての式が成立したとき(STEP6:YES)、補強鋼板20の厚さtpの選定は適切であると判定し、補強構造の設計を終了する。一方、これらの式のうち1つでも成立しないときは(STEP6:NO)、補強鋼板20の厚さtpを再選定する(STEP5)。
When all of the formulas (19), (20), and (25) are satisfied (STEP 6: YES), it is determined that the selection of the thickness tp of the reinforcing
(構造実験)
(試験体)
試験体として合計8体を準備した。各試験体とも、梁幅bは300mm、梁せいDは450mm、内法スパン長さLは1350mmの梁10を用意した。
(Structural experiment)
(Test specimen)
A total of eight specimens were prepared as test specimens. For each test specimen, a
試験体♯21/3は、図2から図6に示すように、5本ずつ配筋した上端梁主筋12及び下端梁主筋13は、SD490からなる直径19mmの鉄筋であり、主筋比ptは1.19%であった。中央部及びその近傍のせん断補強筋14は、SD295Aからなる直径6mの鉄筋であって、梁軸方向の間隔は一般部で100mm、開孔11の周囲は開孔11によるせん断補強筋14の切断があるため200mmであり、一般部の補強筋比psは0.21%であり、開孔11の周囲の補強筋比psは0.12%であった。そして、両端部325mmに位置する端部のせん断補強筋15は、SD295Aからなる直径6mの鉄筋であって、梁軸方向の間隔は50mmであり、両端部の補強筋比psは0.85%であった。
As shown in Figures 2 to 6, the upper end beam
柱部40(図1参照)を模した上支持部41及び下支持部42は、それぞれ幅が550mm、高さが740mm、奥行きが450mmであった。上支持部41及び下支持部42は、十分にせん断強度を有するように、その内部に主筋及びせん断補強筋が配筋された。以上のように配筋された梁10、上支持部41及び下支持部42は、目標圧縮強度が21N/mm2のコンクリートを打設することにより形成した。
The
その後、梁10の幅方向中心であった上端から250mmの位置を中心として直径Hが梁せいDの1/3である150mmの開孔11を設けた。そして、その中心から梁幅方向にそれぞれ155mm及び梁高さ方向にそれぞれ99mm離れた位置を中心に4つのM20用のボルト孔を設けた。
After that, an
また、SS400からなり、高さが274mm、幅が386mm、厚さtpが4.5mmの補助鋼板20を2枚用意した。これら補助鋼板20の中心に直径Hが150mmの開孔21を設けた。その中心から梁幅方向にそれぞれ155mm及び梁高さ方向にそれぞれ99mm離れた位置を中心にそれぞれボルト径より3mmだけ大きい4つの開孔を設けた。
Two
そして、2枚の補強鋼板20を、ブラスト処理した後、梁10の梁幅方向の両側面にそれぞれに防錆塗料(メタラクトH-15(関西ペイント株式会社製)・JIS K 5633)を塗布し、補強鋼板20を4本のM20で埋め込み長さLaが140mmのアンカー32、六角ナット33及び平座金34を用いてコンクリートに留め付けた後に、補強鋼板20の縁および開孔21の周囲にシール(S930(株式会社東邦アーステック製)を施し、エポキシ樹脂31としてCP300(株式会社東邦アーステック製)を注入した。
Then, after blasting the two reinforcing
試験体♯21/3Aは、アンカー32として、M22の貫通ボルトを用いたことを除いて試験体♯21/3と同一であった。
試験体♯15/3は、目標圧縮強度が15N/mm2のコンクリートを打設して梁10、上支持部41及び下支持部42を形成したこと、補助鋼板20の厚さtpが3.2mmであること、及び、アンカー32がM16であることを除いて試験体♯21/3と同一であった。
試験体♯21/4は、開孔11の直径Hが梁せいDの1/4である113mmであること、補助鋼板20の高さが220mm、幅が310mm、厚さtpが3.2mmであること、及び、アンカー32がM16であることを除いて試験体♯21/3と同一であった。
試験体♯21/4Bは、開孔11の直径Hが梁せいDの1/4である113mmであること、補助鋼板20の厚さtpが3.2mmであること、及び、アンカー32がM16であることを除いて試験体♯21/3と同一であった。
試験体♯21/4Pは、開孔11の直径Hが梁せいDの1/4である113mmであること、中央部及びその近傍のせん断補強筋14は、梁幅方向に4本並んでおり、その梁軸方向の間隔は一般部で45mm、開孔11の周囲は180mmであり、一般部の補強筋比psは0.94%であり、開孔11の周囲の補強筋比psは0.60%であること、及び、両端部のせん断補強筋15は、梁軸方向の間隔は35mmであり、両端部の補強筋比psは1.21%であることを除いて試験体♯21/3と同一であった。
試験体♯21/3aは、補助鋼板20の幅が420mmであること、アンカー32がM6の打ち込み式であること、及び、補助鋼板20のボルト孔がボルト径よりも2mm大きいことを除いて試験体♯21/3と同一であった。
試験体♯21/3Nは、補助鋼板20が梁10に接着、接合されていないことを除いて試験体♯21/3と同一であった。
試験体の諸元を表1にまとめた。 The specifications of the test specimen are summarized in Table 1.
(実験内容)
上支持部41が上に下支持部42が下になるように、試験体を垂直に建研式加力装置に固定し、押引き型油圧ジャッキを用い試験体に逆対称変形が生ずるよう水平方向に加力した。載荷履歴は、部材変形角R=±1.25×10-3radで1サイクル、R=±(2.5,5,7.5,10)×10-3radでそれぞれ2サイクル後、R=+30×10-3radまでの一方向載荷を原則とした。なお、試験体の損傷状況を考慮し、試験体♯21/4PのみR=±15×10-3rad を2サイクル追加した。
(Experiment details)
The test specimen was fixed vertically to the Construction Research Institute type loading device with the
加力装置の載荷重であるせん断力と部材変形角に加え、梁10の主要部の鉄筋ひずみ、補強鋼板20のひずみ及び各部のせん断変形角を計測した。せん断変形角については梁10の開孔周囲部と端部の範囲に区分し、その範囲内にある対角に設置した変位計の計測値から算出した。
In addition to the shear force, which is the load of the loading device, and the member deformation angle, the rebar strain in the main part of the
(破壊性状)
破壊性状は、試験体♯21/4Pのみが梁10の端部の曲げ破壊であり、他の試験体は梁10の開孔周囲のせん断破壊であった。
(Destructive properties)
Regarding the nature of failure,
例えば、試験体♯21/3においては、各種ひび割れ等の主な発生現象を併記した全試験体のせん断力と部材変形角の関係を示す図11に示すように、R=+0.16×10-3rad時に一般部の曲げひび割れ(FC)が生じ、R=+0.48×10-3rad時に曲げせん断ひび割れが生じた。R=+0.74×10-3rad時に主筋に沿う付着割裂ひび割れが生じ、R=+0.91×10-3rad時に一般部のせん断ひび割れ(SC)が生じた。R=+1.9×10-3rad時に弦材のせん断ひび割れ(CSC)が生じ、R=+2.5×10-3rad時に開孔部のひび割れ(HSC)が生じた。
For example, in the case of
その後、剛性が低下し、エポキシ樹脂31の剥離音を伴いながら変形が進み、R=+3.3×10-3rad(209kN)時にアンカー32の近傍のせん断ひび割れ(HESC)が生じた。弦材のせん断ひび割れ、開孔内部のひび割れが増加すると共に、アンカー32の近傍のせん断ひび割れが補強鋼板20の接合面を跨ぐように発生(247kN)し、R=+5.1×10-3rad時にあばら筋が降伏(STY)し、補強鋼板20の曲がりがみられ、最大耐力(256kN)に達した。最大耐力以降、開孔部のせん断ずれの進展とともに荷重が低下し、R=+10.5×10-3rad時に補強鋼板が降伏(PY)した。以上より、最大耐力時の破壊形式は開孔部のせん断破壊型と考えられる。
After that, the rigidity decreased, and deformation progressed accompanied by the sound of the
なお、試験体♯21/4Pにおいては、最大耐力時にせん断補強筋15は降伏ひずみに達しておらず梁端の主筋12,13が降伏ひずみに達していたこと、最大耐力以降の耐力低下が小さかったこと等の理由から曲げ破壊と判定した。ただし、最大耐力直後の負載荷及び同変形角の2サイクル目の正載荷では中央部及びその近傍せん断補強筋14が降伏ひずみに達していた。これから、試験体♯21/4Pにおいても、最大耐力をせん断破壊時の耐力として評価できると考えられる。これより、全ての試験体において、最大耐力をせん断破壊時の耐力として評価できることが分かった。
In addition, for
(最大耐力)
試験体の耐力の一覧を表2に示す。無孔梁のせん断耐力Qsuは、開孔11を設ける前の状態を想定して式(6)により算出した。有孔梁のせん断耐力Qsu0は、式(7)により算出した。Qmaxは、加力実験による最大耐力である。補強された有孔梁の開孔周囲せん断耐力QsuRの設計値は、式(1)により算出した。補強によるせん断耐力の増分の設計値QRは、式(9)のQR,needをQRに、Qp,needをQpにそれぞれ読み替えて算出した。補強によるせん断耐力の増分の実験に基づく推測値Qex,R は、次式(28)により算出した。
Qex,R=Qmax-αsu0・Qsu0 ・・・ (28)
(Maximum strength)
Table 2 shows a list of the strengths of the test specimens. The shear strength Q su of the non-perforated beam was calculated using formula (6) assuming the state before the
Q ex,R = Q max -α su0 · Q su0 ... (28)
ここで、Qmaxは、最大耐力の実験値である。αsu0は、修正広沢式の計算値に対する実験値の比である余裕度であり、ここでは、試験体♯21/3Nの実験結果に基づく値である1.22である。なお、この値は、「一般社団法人 日本建築学会、『鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説』、2018」、「日本建築センター、『ビルディングレター1993年10月号』、1993」及び「落合 等、北山和宏、『せん断破壊するRC梁および有孔梁のせん断性能評価に関する研究』、コンクリート工学年次論文集、Vol.34、No.2、2012」などの文献による修正広沢式における計算値に対する実験値の比の平均値とほぼ同等である。
Here, Q max is the experimental value of the maximum strength. α su0 is the margin of error, which is the ratio of the experimental value to the calculated value of the modified Hirosawa formula, and here is 1.22, which is a value based on the experimental results of the
無孔梁の試験体である試験体♯21/3Nを除く全ての試験体において、補強によるせん断耐力の増分の実験に基づく推測値Qex,Rは、補強によるせん断耐力の増分の設計値QRを上回った。これより、式(9)による補強によるせん断耐力の増分QRは、補強による実際の増分よりも安全側に評価していることが分かる。また、加力実験による最大耐力Qmaxは補強された有孔梁の開孔周囲せん断耐力の設計値QsuRを上回ることが分かった。これにより、式(1)による有孔梁の孔周囲せん断耐力QsuRは、実際の最大せん断耐力Qmaxよりも安全側に評価していることが分かった。
In all specimens except for
(せん断抵抗として評価することの妥当性)
補強効果が開孔上下部の鋼板のせん断抵抗として評価する式(9)の妥当性を検証した。
(Appropriateness of evaluation as shear resistance)
The validity of formula (9), which evaluates the reinforcement effect as the shear resistance of the steel plates above and below the hole, was verified.
開孔21の上下部の補強鋼板20に生じる最大主応力と最大せん断応力とは概ね等しいので、開孔21の上下部の補強鋼板20が負担するせん断抵抗力を想定した値として、梁材軸直交方向のせん断応力τと、梁材軸に対して45°方向の応力σとからそれぞれ求める。
The maximum principal stress and maximum shear stress occurring in the reinforcing
なお、τ[N/mm2]は、式(29)に示すように、最大耐力時における梁材軸に対して直交方向のせん断応力であって、開孔21の上部の補強鋼板20のせん断力τ(P0u)と下部の補強鋼板20のせん断力τ(P0l)との平均値として算出した。
τ=(τ(P0u)+τ(P0l))/2 ・・・ (29)
In addition, τ [N/ mm2 ] is the shear stress perpendicular to the beam axis at maximum strength, as shown in equation (29), and was calculated as the average value of the shear force τ (P0u) of the reinforcing
τ = (τ (P0u) + τ (P0l) ) / 2 ... (29)
σ [N/mm2]は、式(30)に示すように、最大耐力時における梁材軸に対して45°方向の応力であって、開孔21の上部の補強鋼板20の応力σ(P0u)と下部の補強鋼板20の応力σ(P0l)との平均値として算出した。
σ=(σ(P0u)+σ(P0l))/2 ・・・ (30)
σ [N/ mm2 ] is the stress in the 45° direction to the beam axis at maximum strength, as shown in equation (30), and was calculated as the average value of the stress σ (P0u) of the reinforcing
σ = (σ (P0u) + σ (P0l) ) / 2 ... (30)
τ・np・ap及びσ・np・apと補強効果の実測値Qex,Rとの関係を図12A及び図12Bにそれぞれ示す。なお、np・apは、開孔芯にある梁材軸直交方向の補強鋼板20の断面積[mm2]であり、式(31)により求まる。
np・ap=2・tp(Hp-H) ・・・ (31)
The relationship between τ· np · ap and σ· np · ap and the measured value Q ex,R of the reinforcing effect is shown in Figures 12A and 12B, respectively. Note that np · ap is the cross-sectional area [ mm2 ] of the reinforcing
np · ap =2· tp ( Hp −H) (31)
ここで、npは、補強鋼板20の枚数であり、ここでは、2である。tpは、補強鋼板20の厚さ[mm]である。Hpは、補強鋼板20の高さ[mm]であり、Hは、開孔21の直径[mm]である。
Here, np is the number of reinforcing
図11(a)に点線で示した回帰直線から最も離れた位置にある点は、唯一の曲げ破壊が先行した試験体♯21/4Pに係る点である。試験体♯21/4Pは他の試験体に比べ全体的に梁部10の損傷が進展していた。そのため、損傷に伴う局部的な力の流れの変動により、補強鋼板20に伝達すべき圧縮応力がコンクリート側へ伝達されることにより最大耐力前に補強鋼板20の圧縮応力が低下したと考えられる。
The point furthest from the regression line shown by the dotted line in Figure 11 (a) is the point for
これより、圧縮応力を無視し、梁材軸に対して45°方向の引張応力により相当せん断力を評価した表が図12Bである。この回帰直線は各点と左程乖離しておらず、全体の相関性がより高くなっている。そして、その相関関係は概ね1:1 である。 Figure 12B shows a table in which the equivalent shear force is evaluated using tensile stress at a 45° angle to the beam axis, ignoring compressive stress. This regression line does not deviate significantly from each point, and the overall correlation is higher. The correlation is roughly 1:1.
そこで、式(32)に示すように、実験結果に基づいた実際の補強効果の推測値(実測値)Qex,Rは、開孔21の上下部の補強鋼板20に生じるせん断抵抗力4Qex,pとして概ね評価することができることが分かった。
Qex,R≒4Qex,p≒σ・Σap ・・・ (32)
Therefore, as shown in equation (32), it was found that the estimated value (actual measured value) Q ex,R of the actual reinforcing effect based on the experimental results can be roughly evaluated as the shear resistance 4Q ex,p generated in the reinforcing
Q ex,R ≒ 4Q ex,p ≒ σ Σa p ... (32)
なお、試験体♯15/3に関しては、貧調合コンクリートを使用して製作した試験体の特性上、他試験体に比べ、鉛直方向の強度のばらつきが大きく、かつ上端主筋12の付着割裂破壊が進行していた。このことから、無補強時の有孔梁のせん断耐力を実際より大きく評価した結果、Qex,Rを小さく評価したと推測される。
As for
(接合面せん断耐力)
上述したように最大耐力時にはアンカー32の周囲の接合面が主として抵抗すること、さらには試験体♯21/4と試験体♯21/4Bの最大耐力に大きな差異がないことを考慮すると、補強効果の設計式に寄与する補強鋼板20の接着面積の項に対して上限規定を設けることが妥当と考えられる。そこで、接着面積が十分に確保できる場合を式(15)で、接着面積が十分でない場合を式(16)で評価することにした。
(joint shear strength)
Considering that the bonding surface around the
なお、qjは、「一般財団法人日本建築防災協会、『既存鉄筋コンクリート造建築物の耐震改修設計指針・同解説』、2017」、「社団法人プレハブ建築協会、『プレキャスト建築技術集成 第1編 プレキャスト建築総論』、2003」、及び「小宮敏明、益尾 潔、『鉄骨増設ブレース補強用の接着接合部および間接接合部の終局耐力』、コンクリート工学年次論文集、Vol.22、No.3、2000」を参考にした。また、有効接着面積abをアンカー32の中心よりも内側に設定した理由については、最大耐力時において補強鋼板20の縁端部の接着接合界面にひび割れが生じていたことを考慮したためである。
For q j , we referred to "Japan Building Disaster Prevention Association, 'Guidelines and Commentary on Seismic Retrofit Design for Existing Reinforced Concrete Buildings', 2017,""Prefabricated Construction Association, 'Precast Construction Technology Collection, Vol. 1, General Theory of Precast Construction', 2003," and "Toshiaki Komiya, Kiyoshi Masuo, 'Ultimate Strength of Adhesive Joints and Indirect Joints for Steel Frame Expansion Brace Reinforcement', Proceedings of the Japan Concrete Engineering Society, Vol. 22, No. 3, 2000." In addition, the reason why the effective adhesive area a b is set inside the center of the
(開孔比に応じた低減係数)
開孔比(H/D)による接合面せん断耐力の影響を検討するために、梁10の端部のせん断変形および曲げ変形成分を除外した開孔周囲のせん断変形成分のみを考慮し、開孔周囲変形角γmを横軸とし、最大耐力に対するせん断力の比(Q/Qmax)を縦軸とした各ひび割れ発生事象の推移を図13に示す。
(Reduction factor according to aperture ratio)
In order to examine the effect of the aperture ratio (H/D) on the joint shear strength, only the shear deformation components around the aperture were considered, excluding the shear deformation and bending deformation components at the end of the
「松下清夫、上村克郎、『鉄筋コンクトー有孔ばりに関する研究:その6・円孔をもつ鉄筋軽量コンクリート有孔ばりの小形試験体実験』、日本建築学会論文報告集、第66号、1960」には、「孔縁には応力集中が起こり、材軸と45°方向の斜め亀裂が早期に発生し、この亀裂は孔径が大きくなる程に早期に発生する」と報告されている。本構造実験でも、同様の事象を確認した。
"Matsushita Kiyoo and Uemura Katsuro, 'Study on Reinforced Concrete Beams with Holes:
開孔比(H/D)が1/3の試験体のほうが開孔比が1/4よりも小さい開孔周囲変形角γmで各所にひび割れが発生することを確認した。特にアンカー32の近傍のせん断ひび割れ(HESC)は各試験体に共通してQmax時の80%以上に達した時点で発生しており、接合面の最大耐力に影響すると推測される。このことは、アンカー32の近傍のせん断ひび割れ(HESC)を開孔比毎に区分して比較すれば明らかであり、こうしたアンカー32の定着部の損傷度合を考慮して開孔比に応じた低減係数βH を式(14)のように設けた。
It was confirmed that the specimens with an aperture ratio (H/D) of 1/3 had cracks at various locations at the aperture surrounding deformation angle γ m , which was smaller than the aperture ratio of 1/4. In particular, the shear cracks (HESC) near the
(設計式の安全性)
最大せん断耐力の設計値QsuRと実験値Qmaxとの関係を図14に示す。これらの比(Qmax/QsuR)は、無補強の試験体♯21/3Nが1.22であるのに対し、補強を施した全試験体の平均値では1.37、中央値で1.35、最小値で1.24となり、全補強試験体において修正広沢式の余裕度の平均値を上回る安全性の高い設計式であることを確認した。
(Safety of design formula)
The relationship between the design value Q suR of the maximum shear strength and the experimental value Q max is shown in Figure 14. The ratio (Q max /Q suR ) was 1.22 for the
目標値である無孔梁10のせん断耐力Qsuと最大せん断耐力の実験値Qmaxの比(Qmax/Qsu)は、表2を参照して、中央値が1.32であり、概ね良好な結果であった。1を少し下回っている試験体もあったが、低減係数βHを導入していることなどを考慮すると、設計値QsuRは安全側の評価となる。
The ratio (Q max /Q su ) of the target shear strength Q su of the
なお、本発明は実施形態に限定されるものではない。例えば、式(6)、(7)、(14)~(16)、(19)~(27)などの式は、他の式を適用してもよい。 The present invention is not limited to the embodiments. For example, other formulas may be applied to formulas (6), (7), (14) to (16), and (19) to (27).
10…RC造の梁、 11…開孔、 12…上端梁主筋、 13…下端梁主筋、 14…中央部及びその近傍のせん断補強筋、 15…梁の端部のせん断補強筋、 20…補強鋼板、 21…開孔、 31…接着剤、エキポシ樹脂、 32…アンカー、アンカーボルト、 33…六角ナット、 34…平座金、 35…シール材、 40…柱、 41…上支持部、 42…上支持部。 10...RC beam, 11...opening, 12...upper end beam main bar, 13...lower end beam main bar, 14...shear reinforcement in the center and nearby areas, 15...shear reinforcement at the end of the beam, 20...reinforcing steel plate, 21...opening, 31...adhesive, epoxy resin, 32...anchor, anchor bolt, 33...hexagonal nut, 34...flat washer, 35...sealing material, 40...column, 41...upper support, 42...upper support.
Claims (4)
前記補強部材の必要補強せん断力を、前記開孔を設ける前の前記梁のせん断耐力と前記開孔を設けた後の前記梁のせん断耐力との差から求め、
1接合面当たりの接合面せん断耐力を、前記ボルトの材種と直径、及び前記補強鋼板の有効接着面積から算出し、
前記1接合面当たりの接合面せん断耐力が、前記補強鋼板の必要補強せん断力から算出される1接合面当たりの必要接合面せん断力以上であり、
前記補強鋼板の最大耐力時において、ボルト孔で支圧破壊せず、前記開孔の上下部で降伏せず、かつ、前記開孔の上下部で座屈しないように、前記補強鋼板の形状を定めることを特徴とする補強部材の設計方法。 A method for designing a reinforcing member consisting of a reinforcing steel plate and a bolt, in a case where an opening is provided in an existing reinforced concrete beam, a reinforcing steel plate is attached around the opening on both sides of the beam, and the reinforcing steel plate is joined to the side of the beam with a bolt through a bolt hole provided in at least the vicinity of four corners of the reinforcing steel plate,
The required reinforcing shear force of the reinforcing member is calculated from the difference between the shear strength of the beam before the opening is provided and the shear strength of the beam after the opening is provided;
The joint shear strength per joint surface is calculated from the material type and diameter of the bolt and the effective adhesive area of the reinforcing steel plate,
The joint shear strength per joint surface is equal to or greater than the required joint shear strength per joint surface calculated from the required reinforcing shear strength of the reinforcing steel plate,
A method for designing a reinforcing member, comprising determining a shape of the reinforcing steel plate so that, at the maximum strength of the reinforcing steel plate, it does not undergo bearing failure at the bolt holes, does not yield at the upper and lower parts of the opening, and does not buckle at the upper and lower parts of the opening.
前記1接合面当たりの必要接合面せん断耐力を、前記補強鋼板の必要補強せん断力を上記正弦値の4倍した値で除した値として求めることを特徴とする請求項1に記載の補強部材の設計方法。 The sine value of the angle between a line connecting two diagonally positioned bolts among the bolts arranged near the four corners of the reinforcing steel plate and the beam axial direction is calculated;
The method for designing a reinforcing member according to claim 1, characterized in that the required joint shear strength per joint surface is calculated as a value obtained by dividing the required reinforcing shear strength of the reinforcing steel plate by a value four times the sine value.
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