内部膨張起因の微細損傷が部材耐荷性能低下に与える影響とその載荷速度依存性の解明
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21K04236
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
玉井 宏樹 九州大学, 工学研究院, 助教 (20509632)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 大介 大分工業高等専門学校, 都市・環境工学科, 准教授 (40398095)
櫨原 弘貴 福岡大学, 工学部, 准教授 (70580182)
別府 万寿博 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (90532797)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 内部膨張 / アルカリシリカ反応 / コンクリート / メゾスケールモデル / 有限要素法 / ASR / 微細損傷 / 載荷速度依存性 |
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| Outline of Research at the Start |
塩害による鉄筋腐食やASRが母材コンクリートへ与える影響は，そのメカニズムは違うものの，力学的には“内部膨張起因の微細損傷の発生”と統一的に捉えることができる。本研究課題では，まず，高度な計測技術により内部膨張起因の微細損傷の高精度計測を実施し，その後，載荷速度をパラメータとした載荷実験により，微細損傷の載荷速度依存性を解明する。さらに，FEMやラティスモデルを用いたメゾスケールモデルによる高精細解析と静的及び衝撃載荷実験を駆使し，鉄筋腐食・ASR・それらの複合劣化が生じたRC梁部材の耐荷性能や破壊挙動を定量評価する。この成果は，将来的に既設構造物の残存耐荷性能評価の高精度化の実現に繋がる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，内部膨張によるひび割れなどの微細損傷の載荷速度依存性を明らかにし，有限要素法（FEM）やラティスモデルを用いて微細損傷を考慮したコンクリートの高精細数値解析モデルを構築し，最終的に，鉄筋腐食・ASR・それらの複合劣化が生じたRC梁部材の静的及び衝撃荷重下の耐荷性能や破壊挙動を定量評価することである。今年度は，(1)促進膨張させたコンクリート供試体の圧縮試験による載荷速度依存性の把握，(2)FEMに基づくメゾスケールモデルの構築とそれによる解析を実施した。それぞれの成果について以下に記す。
(1)昨年度に製作した膨張量の異なる供試体に対して，載荷速度をパラメータとした圧縮試験を実施した。具体的には，供試体の膨張レベルとしては，ほぼ膨張していない供試体，約2000μ供試体，約4000μ供試体の3種類に区分される。載荷速度は，静的，高速（平均ひずみ速度で0.01/s），高速（平均ひずみ速度で0.1/s）の３水準とした。圧縮試験の結果，静的載荷の場合，平均膨張量が大きいほど，強度・弾性係数ともに低下するといった既往研究で得られているような傾向を得ることができた。また，今回設定した載荷速度の範囲内であれば，その傾向は大きく変わらないことがわかった。ただ，膨張量が大きくなると，動的破壊性状が爆裂はするものの変化するなど，蛍光の違いを捉えることができた。これらの結果は，数値解析による検討に生かすことができると考えている。
(3)昨年度の検討において，FEMに基づくメゾスケールモデルを2次元，3次元で構築していたが，そのモデルをベースに，湿気移動・応力・ひび割れを連成させた解析モデル・手法に発展させた。具体的には，ひび割れと湿気移動を双方向の連成とすることでより現実的なモデルを実現した。そのモデルを用いて，鉄筋を考慮することで，RC梁のメゾスケールモデルを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（1）当初予定していた，高精度計測による表面ひび割れや内部ひび割れの定量化については，機材の関係などにより若干遅れているが，次年度の検討で問題なく成果を出せると考えている。
（2）また，解析においても当初の予定通り，解析手法・モデルの構築ができており，今後は，メゾスケールモデルで構成されたRC梁の複合劣化の解析を実施していくことになる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の成果を踏まえ，次年度は下記内容に注力し，研究を推進していく予定である。
(1)高精度観察結果を踏まえた内部損傷の定量化：表面ひび割れや内部ひび割れ密度を観察結果から定量化し関連付けることが必要である。
(2)劣化RC梁供試体の静的および衝撃載荷実験による残存耐荷性能評価に関する検討を行う。
(3)現在までに構築してきたメゾスケールモデルを用いて，鉄筋腐食とASRによって複合劣化したRC梁の静的・衝撃載荷実験を実施し，損傷度と耐荷性能の関係，また破壊性状に関して，検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
