コンクリートの高強度化と寸法効果に関する破壊力学的研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650510
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 三橋 博三 東北大学, 工学部, 助教授 (90091751)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 沼尾 達弥 茨城大学, 工学部, 助教授 (90164649) ; 桐越 一紀 東北大学, 工学部, 教務職員 (60240660) ; 野村 希晶 東北大学, 工学部, 助手 (80125632)
• Keywords: 鋼繊維補強コンクリート / 高強度コンクリート / コンクリートの破壊力学 / 引張軟化則

Research Abstract

1.圧縮強度:fcを20,60及び100MPaの3段階に変化させ、最小寸法試験体と最大寸法試験体の寸法比1:6で、コンクリート試験体の開口型(モードI型)破壊力学実験及び解析を行った。その結果、破壊エネルギ:GFとコンクリート強度の関係は、とりわけ100MPaにおいて試験体寸法に大きく影響を受け、試験体が最大の時に最も高い値を示した。この原因を探る為に、各々の試験体の荷重-切吹き肩口開口変位曲線の接線剛性変化率を調べた結果、大型試験体では微細破壊領域が十分に形成された後に系の崩壊に至るのに対して、小型試験体ではその領域が十分に形成される前に崩壊する為である事が明らかとなった。この結果は、GFとfcの関係に関するKoenigらの研究と三橋らの既往の研究結果の差を埋めるものである。
2.小型試験体から得られた引張軟化曲線は、強度により引張軟化開始応力ftと限界ひびわれ幅W_2の双方が変化するのに対し、大型試験体による引張軟化曲線は軟化開始応力の違い以外はほぼ重なる安定した結果となった。
3.高強度コンクリートのせん断破壊試験を行った結果、fcの増大に伴い、極めてスムーズな破面を形成し脆性化するが、破壊靭性値の増大傾向が認められた。
4.鋼繊維補強高強度コンクリートのせん断破壊実験の結果、鋼繊維混入によって脆性的なせん断クラックの発生は抑制され、破壊強度の増大と共に明確なせん断破壊から開口型破壊とせん断型破壊の混在へと変化する傾向を示した。この事は、せん断モード型破壊エネルギが開口型に比べて鋼繊維混入効果が発現され易い事と対応している。このことを考慮し、ディープビームなどの材料設計への破壊力学手法の応用について検討した。また、試験体寸法の増大に伴い、強度の低下は見られたものの鋼繊維混入に伴いその傾向は緩和された。

Research Products

• [Publications] H.Mihashi: "How to Predict Size Effect in Concrete Structures" Preprints of Size Effect in Concrete Structures. 235-246 (1993)
• [Publications] 中村 裕: "各種鋼繊維を用いた鋼繊維補強コンクリートの破壊挙動及び軟化特性に関する実験的研究" 東北大学建築学報. 33. 39-50 (1994)
• [Publications] 中村 裕: "コンクリートの高強度化及び寸法の増大による脆性化機構に関する実験的研究" 日本建築学会東北支部研究報告集. 57(発表予定). (1994)
• [Publications] 中村 裕: "コンクリートの高強度化が寸法効果に及ぼす影響に関する研究" 日本建築学会学術講演梗概集 A. (発表予定). (1994)