RC部材の疲労劣化過程のFEM解析と水中せん断疲労耐力の研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450166
• Research Institution: HOKKAIDO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 角田 與史雄 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60001210)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 靖彦 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60261327) ; 古内 仁 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60165462) ; 上田 多門 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00151796)
• Keywords: 疲労荷重 / 構成則 / 載荷速度 / クリープ / 破壊基準

Research Abstract

平成11年度の研究で構築したコンクリート構成則は,静的強度と疲労強度とを統一的に表現できないことや応力振幅が大きく変化する場合の予測精度が低いことなどの問題点を持っていた.そこで,平成12年度では,これらの問題点を解決し,より汎用性のある構成則を導き出すことを目的とした.
作用最大応力,荷重の組合せ(疲労/疲労及び静的),応力変動を主たる変数としたコンクリートの圧縮試験を行い,以下の知見を得た.
・破壊に至るまでの全ひずみと体積ひずみとの関係,すなわち,破壊に至るまでのひずみ経路は荷重条件によらずほぼ等しい.
・弾性係数は全ひずみの関数のみにより表され,荷重の種類(静的と疲労)による差異は見られない.
・塑性ひずみは,作用させる上限応力が小さいほど大きくなる.
これからの知見に基づき,新しい構成則を構築した.本構成則では,塑性ひずみを時間の影響を受けない塑性ひずみとクリープひずみの和により表すことで載荷時間の影響を考慮し,静的,疲労いずれにも共通の破壊表現方法を用いることにより,いかなる載荷履歴を受けるコンクリートにおいても破壊に至るまでの変形を表現できる.
さらに,本研究で構築した構成則を用いた数値計算により,以下に示す知見が得られた.
・クリープひずみが疲労寿命に及ぼす影響は極めて大きい.
・数値計算より得られる疲労寿命は,過去に提案されている実験式より求めた疲労寿命よりも若干長い.
・破壊時の終局ひずみは,荷重の種類によらず一義的に表される.すなわち,破壊時の応力が小さいほど終局ひずみが大きくなり,その関係は直線で近似できる.
以上のように,本研究において,これまで考慮できなかった疲労破壊とクリープとを関連付けた構成則を構築し,さらに,静的および疲労のいずれにも用いることができる破壊基準を見出すことができた.しかし,FEM解析を用いた数値解析を行うまでには至っておらず,今後の課題として残された.

Research Products

• [Publications] 佐藤公紀: "引張の繰返し荷重を受けるコンクリートの変形モデルについて"土木学会第55回学術講演会講演概要集. 5. 1122-1123 (2000)
• [Publications] 藤本将行: "水中におけるコンクリートの圧縮疲労性状に関する一考察"コンクリート工学年次論文集. 22・3. 205-210 (2000)
• [Publications] 藤本将行: "圧縮荷重を受けるコンクリートの疲労性状に関する一考察"土木学会北海道支部論文報告集. 56(A). 704-707 (2000)
• [Publications] 佐藤公紀: "繰返し荷重を受けるコンクリートの引張軟化挙動"土木学会北海道支部論文報告集. 56(A). 700-703 (2000)