鋼コンクリート合成柱におけるらせん鉄筋の効果

⑳
②
135．鋼コンクリート合成柱における
らせん鉄筋の効果
は，これにらせん鉄筋を入れて補強したものを用いてい
る。中心軸方向荷辿を受ける場合に，らせん鉄筋の効果
が著しいことが実験的に明らかにされているからであ
る，。しかし，軸方向荷並のほかにモーメントを受ける
場合についての実験は行われておらず，その場合のらせ
ん鉄筋の効果については明らかにされていない。
本研究は，軸方向荷重とモーメントを受けるこの極の
合成柱におけるらせん鉄筋の効果を英験的に検討すると
共に，合理的に解析する方法を提示し，その効果を明ら
かにすることを目的としている。
２．実験方法
実験に用いた供試体は，いずれも円柱形であり，その
高さは直径(‘)の約３倍である。鋼管は，外径を114.3
～318,5ｍｍ，厚さを3.5～10.3ｍｍの範囲で計６種類と
した。てん充モルタルの圧縮強度(ん）は312～543kg／
cm2である。モルタルは，膨張材を用いない場合のほか
甫豊哲
エが使用されており，特に大きな支持力の必要な場所に
正
１．はじめに
脊函トンネルでは，鋼管にモルタルをてん光した支保
村田
日本鉄道述設公団
束京大学
岡持辻
東京大学
（ｓ方向）のひずみ（古阿,）とで表わされる。
EJwuI＝ａ,r忍－２５…………････…………………････.(2)
（８）らせん鉄筋は完全弾塑性体としたが，その軸方向
応力が降伏点を越るまでは，直角方向のひずみの値にか
かわらず弾性体とした。
ｚ方向の応力が圧縮の部分では，らせん鉄筋のｓ方向
のひずみ（ど’四)は，らせん鉄筋のｚ方向のひずみ(Ｂ,ｊと
らせん鉄筋のｓ方向の引張応力度(⑪､）とで表わされる。
ｅ,`＝(1/E｢)((１－u’2池,＋たり｢(1＋,,｢）
冠ｳ'2α｢`/(47,s｢))＋吻巴,〃・…………．.…･･･(8)
７，：らせんの半径
Ｅ｢およびU｢：らせん鉄筋の弾性係数およびポアソン比
だ：モルタルとの1111に働く圧縮応力度によるらせん鉄
筋のひずみを平均化するものでｓｒ/(2｡,)とする。
（４）ｚ方向の応力が圧縮とならない部分では，モルタ
ルのぎ方向の応力を０とする。
(3)および(4)の仮定より(4)式を得る。
5,3＝(1/E,){①,$＋陶山”'2ぴ,`/(4r『S｢)）………(4)
（５）ｚ方向の応力が圧縮とならない部分では，応力が
に，アルミニューム粉末を添加した場合および，アサノ
(針)は２０～40ｍｍの範囲で４段階に変化させた。表１に
示すように，合計55体を作成し，４５体を中心軸方Ifil圧縮
試験，１０体を偏心圧縮試験に供した。偏心fitは鋼智外径
の10％としたが，戟荷装概の摩擦によって，侃心量はそ
れより0.75ｃｍずつ小さくなった。鋼管汲面およびらせ
ん鉄筋表面のひずみを一体につき４～20枚のゲージを用
いて測定した。
３．解析方法
解析には以下の(1)～⑪の仮定を設け，それに基いて(1)
式～⑫式を導いた。
（１）鋼脊のポアソン比(''3）は，常にモルタルのポアソ
ン比(U､)以上である。
Ｕ`≧U1,,……･……･………………………･………(1)
（２）らせん鉄筋は，常に円形に配脱されており，らせ
ん鉄筋とモルタルとの付着を無視する。
(1)および(2)より，モルタルの体積ひずみ（ど…）は，部
Ｅ８Ｈ《･ＴＷ可砥苧
材軸方向（ｇ方向）のひずみ（ど廓`）とらせん鉄筋軸方向
八;中心⑰圧田珂Ａ
】】塑珂画Ｉ険伊】
麺聿四四四】四四】四四】】】ｊ巴四】】四ｍ四四四】
二》一一》》》一一一》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》
四■■■■■■■■■■■■■■■■四四四凶ｒ四四四四ｍ困匹』』
□■■ロロロ■ロロ■■ロロロ■■ロ四四四四”四四四四ｍ四四四四
鉄筋の呼び径(｡｢）は９～22ｍｍであり，らせんピッチ
七技年報ＸＸＸｌＶＷ５１
Ⅱ凶Ｎｎｎｍｎ四，四ｍ四ｍｍ、、、囚ｍｍｎｍｍｎｎｎｍｍｎｎｎｍｍ
ジプカルを混和材として用いた場合の３種類である。ら
せん鉄筋には，九鋼あるいは異形鉄筋を用いた。らせん
''０７
図1モルタルの鑛アゾソ比
図３モルタルの応力一ひず熟曲線
2■
グ
グ
ノ
Ｐ
ゲヘーD5TqはＰご＝
ｐ▲０
0.Ｌ、､2０．コ0.6－－
■３
回OD2Dpq０．６
ひずみ【ｊＢＤ
，手いい、
図２軸方向応力におよぼす
鋼符の応力一ひず梁BlI係
卿４
■
らせん鉄筋の効果
堅’
い）
打笂
■■
図５
■■0０．２｡.》Ｇ
中心軸圧縮時の計算値些
実験値の一例
ｐｆ上炉）
■ロ。＆ムタム
すものとする。
（o)より，らせん鉄筋のない場合のモルタルの体祇ひず
み(年,｡）は(6)式で表わされる。
齢"＝(l-2Um｡)E犀・………･……･…,…･…....(o）
（７）モルタルの体敬ひずみ(鴎ｊは，Ｂ…にらせん鉄筋
がモルタルに与える圧縮応力度(ぴげ蕨)の影襟乃を加えた
地鞄
数およびポアソン比
（0）モルタルに一軸圧縮応力が作用する場合のその方
向のひずみ(鴎ご）とポアソン比(U…）との関係は図１に示
２１
…＝(1/E､,)(－１＋u前,)元中'2U'３/(4汁野）．…..(5)
Ｅ汀,およびU㎡：モルタルのひずみが小さい時の訓i性係
■口･巳ムタム･凸どん■Ⅱ＄
１
(5)より，モルタルの円周方向(ｓ方向）のひずみ（ど耐）
は，のけの関数で表わされる。
③的”０
小さいのでモルタルの微小要素がFi【性的挙動する。
殉UＬ
1.0
リブ牛【先）
Tii鑿;薑iiFfijii:'三丁
ものとする。
鐸ロー艶輌＋（･……･…･･…････････････……….．…(7)
ここに
□〃＝元中炉zひ｢,/仏１分sケノ・・…………………･……(7)！
（８）ｚ方向の応力が圧縮の部分では，（は｡､『に比例
する。
バーC…『・･･･････..…･･･………………………..⑧
Ｃ８は比例定数で２５x10-6cm2/kｇとした。
(2)式に(8)式，(7)式，(7)'式および(8)式を代入すると(8),
式を得る。
ど財ローUmo8b禰巴－(Emo-齢`｡)/２
＝u關齢`一Cs症②2u｢"/(８７西「）・・…………･…(8),
（0）ｚ方向の応力が圧縮の部分ではOらせん鉄筋も含
めて平而保持が成り立つ。
ｅn，８－５｢忍..…………････｡.………..……･･………(9)
（ゆらせん鉄筋軸に沿って，ひずみを一周積分した価
はらせん鉄筋とモルタルとで一致する。
棒ｧ巴｡｡s＝中巴訪$･傘・……･･････････････...............⑩
⑩式に(3)式，(4)式，(5)式および(8)`式を代入すると(IOD
式を得る。
508
七技年報ＸＸＸ昭5１
図６偏心軸圧縮時の計算値と
実験値の一例
Ｇ■0
ゆず牛《升）
表２３１．算値と実験値との比較
采を十分な精庇で計算できることを示すものである。
図７は，断面の耐力に関してらせん鉄筋の効果を等瞳
の銅符を付加した効果と比較した計算結果であって，縦
軸に，らせん鉄筋による耐力の増加の付加鋼管による耐
力増加に対する比をとり，横軸にG/CDをとって，両者の
関係を示したものである。ここにＤｅＯは釣合い破壊を起
こす偏心量である。偏心最ｅがCDの1o形程度以下の場合
は，耐荷力に及ぼすらせん鉄筋の効果は，付加鋼管の効
果と全く同じであるが，偏心量が燗すに従って低下し，
ｃがCOの50％程度になると,付加鋼笹の効果の約50％と
なることが示された。また，引張破壊となる場合には２０
％以下の効果しかないことも推定されたのである。な
お，らせん鉄筋の効果は変形が大きくなってから現われ
HFSムタル町田ﾛ１４+P』■U◆せん夕上
HO丑wSJ硯廿◆ﾓﾙﾀﾙ◆らせん険路
Ｃ･Ｓ･『圧■ロD訓呼鰯）
７図らせん鉄筋の効果と銅瞥の効果の比
るので，部材耐力に及ぼすその効果は，変形の影響をも
考慮して更に検肘する必要がある。
５．むすび
鋼管にモルタルをてん充し，更にらせん鉄筋を挿入し
て補強した場合におけるらせん鉄筋の効果は，モルタル
●
０５０
工ｑ
の体積ひずみを，らせん鉄筋のない場合の値に，らせん
■
鉄筋がモルタルに与える圧縮応力度の影響を加えた値，
として解析する本研究の解析方法によって、偏心荷重を
０．５ユ□0ユ◇５
q/兇
を示している。
受ける場合についても，評価できることが明らかになっ
た。
らせん鉄筋の効果の一つは，最大耐力を与える時の変
図６は，偏心圧縮試験における実測値と計算値とを比
形鼬を著しく大きくできることであり，偏心圧縮の実験
較した１例であって，偏心載荷を受ける場合にも，非常
に変形の大きい範囲に至るまで，らせん鉄筋を用いた場
合の性状を追跡できることを示したものである。
によっても確かめられた。最大耐力に及ぼすらせん鉄筋
の効果は，本解析方法によれば，中心軸方向荷重を受け
る場合には，等量の鋼管と同様であるが，偏心量が大き
表２は，あるひずみに逮する荷重の実測値に対する計
くなるに従って低下し，偏心量が釣合い偏心量の50形程
算値の比について，各グループ内での平均値と標準偏差
度となると，鋼管の約50％となり，引張破壊となる場合
とを示したものである。らせん鉄筋の影響は，ひずみが
には20％以下となることが推定されるのである。
0.4％を越えてから現われるのであるが,ひずみが１％
本研究は，樋口芳朗教授の指導のもとに，日本鉄道建
に連する時の計算値の実験値に対する比率の平均値は中
設公団脊函建設局からの受託研究費によって行ったもの
心軸戦荷の場合0.99,偏心載荷の場合1.03であり，その
である。また，実験は日本コンサルタント株式会社およ
標準偏差は0.08および0.10である。これらの値は，モル
び東大技官の榎本松司氏が担当した。付記してここに感
タルの圧縮試験あるいは中心IMI方向荷重を受ける銅モル
謝の意を表したい。
タル合成柱についてのひずみ0.3形の時の値と大差なく，
本研究で用いた解析によって，らせん鉄筋による補強効
文献
ｌ）足立口彦，樋口方餌，土壁敬，杉山道行，合成フープ飼管住の強
度鉄遡技術研究報告Ｎｂし789,1971年12月
七技年報ＸＸＸ昭5１
509

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