自己質量調整型仮想材料を組み込んだ非線形解析による配筋設計システムの考察

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555121
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 石田 哲也 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (60312972)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 足立 正信 東電設計(株), 技術開発本部・土木技術部, 部長(研究職) ; 前川 宏一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80157122)
• Keywords: 自己質量調整型仮想材料 / 動的非線形応答解析 / 配筋設計 / 接触面密度関数 / 有限要素法 / 鉄筋コンクリート / せん断耐力

Research Abstract

本年度に得られた成果は下記のとおりである。
(1)自己質量調整型仮想材料を動的非線形応答解析システムCOM3に組み込み,2次元および3次元応力下での鉄筋コンクリート部材・構造に適用した。特に開口部を有し,応力の流れか乱れる対象を選定し,鉄筋が安定して自動生成されることを確認した。さらに配筋設計システムで設計された部材を作成し,実験室内で載荷を行い,設計目標とした耐力を満足することを確認した。これらの成果は発電機器周りの配筋設計に実際に適用され,従来から過大と指摘された設計が合理化され,鋼材量はおよそ従来の1/2〜1/3に減じられた。この場合も,小型模型実験ならびに非設計応答解析の両者によって安全性の確認が行われた。
(2)配筋設計システムの精度向上の観点から,RC zoning法の一般化が図られた。従来のRC zoningは,鋼材が降伏する時点での可能最大領域を与えていた。これに対して、変形が小さくひび割れの局所化がまだ顕著な状態と,鋼材降伏近傍の分散状態とを結合する,strain-softening-transient hardening形式でモデルを拡張した。その結果,従来のZoning法で改善されたせん断耐力と剛性予測をさらに高精度化することに成功した。
(3)自己質量調整型仮想材料に関する仮想構成モデルでは,ひび割れ間の鋼材局所応力とひび割れ位置での鋼材のダボ作用と局所曲げ変形,局所的な付着劣化を空間平均したものとして簡略化している。そこで,これらの微視的レベルでの非線形性と接触面密度関数に基づく一般化応力伝達モデルを厳格に扱う微視的モデルを再構築し,自己調整型仮想材料の精度向上を図った。その結果,従来まで半経験的に設定されていた,ひび割れと鉄筋の非直交性が有限要素の平均変形に及ぼす効果が定量化され,当該配筋設計ンステムの信頼性を向上させることが可能となった。

Research Products

• [Publications] An, X., Briquet, X.: "Nonlinear dynamic analysis of a multi-story RC wall"Proceeding of the 17th Australasian Conference on the Mechanics of Structures and Materials, Gold Coast, Australia. (CD-ROM). (2002)
• [Publications] An, X., Kikuchi, K., Maekawa, K., Kishi, K: "Computer aided design on self-adjustable arrangement of reinforcing bars with smart fictitious material modeling"Proceeding of the First fib Congress, OSAKA, JAPAN. Session13. 427-432 (2002)
• [Publications] An, X.: "Nonlinear dynamic FE analysis of RC structures"Proc.of China-Japan Workshop on Vibration, Control and Health Monitoring of Structures and Third Chinese Symp.on Structural Vibration. December. 1-8 (2002)
• [Publications] Dhakal, R.P., Maekawa, K.: "Path-dependent cyclic stress-strain relationship of reinforcing bar including buckling"Engineering Structures 24(2002). 24. 1383-1396 (2002)
• [Publications] Dhakal, R.P., Maekawa, K.: "Modeling for post-yield buckling of reinforcement"Journal of Structural Engineering, ASCE. September. 1139-1147 (2002)
• [Publications] John Blaauwendraad, Pierre C.Hoogenboom: "Design Instrument Spancad for Shear Walls and D-Regions"Proceeding of the First fib Congress, OSAKA, JAPAN. Session13. 411-416 (2002)
• [Publications] Soltani M., An X., Maekawa K: "Computational Model for Post Cracking Analysis of RC Membrane Elements Based on Local Stress-Strain Characteristics"Engineering Structures journal, Elsevier Science. 25. 993-1007 (2003)
• [Publications] Soltani M., An X., Maekawa K: "Cracking Response and Local Stress Characteristics of RC Membrane Elements Reinforced with Welded Wire Mesh"Cement and Concrete Composite journal, Elsevier Science. (in press). (2003)
• [Publications] 江間智弘, 石田哲也, 前川宏一: "鉄筋コンクリートの引張特性に及ぼす乾燥収縮の影響"コンクリート工学年次論文集. Vol.24, No.1. 435-440 (2002)
• [Publications] Kyu-Yong CHOI, Tetsuya ISHIDA, Koichi MAEKAWA: "Macroscopic Bond Behavior in RC under the Combination of Environmental and Mechanical Loads"Proceedings of Bond in Concrete -from research to standards-, fib, Budapest. 199-207 (2002)