2016 Fiscal Year Annual Research Report
材料劣化の空間変動の確率・統計的表現とその既存構造物の性能照査への応用
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16H04403
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
秋山 充良 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00302191)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斉藤 成彦 山梨大学, 総合研究部, 教授 (00324179)
吉田 郁政 東京都市大学, 工学部, 教授 (60409373)
高橋 良和 京都大学, 工学研究科, 教授 (10283623)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 鉄筋コンクリート / 鉄筋腐食 / 空間変動 / X線 / 有限要素解析 / 信頼性解析 / ライフサイクル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
既存鉄筋コンクリート（RC）構造物では，コンクリートの品質，あるいはかぶり不足などが原因となり，中性化や塩害による鉄筋腐食が生じている場合がある．このような鉄筋腐食が生じたRC構造物の曲げ耐力やせん断耐力，あるいは靭性能評価を行う際には，構造物の各地点で空間的に変動する鉄筋腐食の影響を考慮する必要がある．しかし，鉄筋腐食の空間変動性を考慮した劣化RC部材の有限要素解析では，要素幅が細かいと解析精度は向上するものの，膨大な計算時間を要するという問題がある．そこで，空間変動性を考慮した劣化RC部材の適切な有限要素モデルの提案が求められる．また，鉄筋腐食の空間変動性はランダムな現象ながらも，X線装置を用いて鉄筋腐食の成長過程を連続的に撮影した既往の研究を見る限り，パラメータを適切に定めることにより，確率統計的に再現可能であることが示唆されている．これより，鉄筋平均質量減少率が等しくても，部材全体としては異なる腐食分布が表現されるため，算定される部材の曲げ耐力やせん断耐力，変形能は，不確定性を考慮して評価できる．
そこで2016年度は，確定論と確率論の双方の視点から，空間変動性を考慮した劣化RC部材の有限要素モデルにおける，適切な要素幅の提案を行うことを目的とした．まず，電食実験により腐食RCはりを作成し，4点曲げ実験から荷重－変位関係を得た．そして3パターンの要素幅で再現解析を行い，実験結果と比較した．また，鉄筋腐食の空間変動性を，Monte Carlo Simulation との連動が容易なSpectral Representation Method（SRM）を用いて表現することを試みた．そして，SRMによりRCはりの鉄筋腐食を再現し，終局荷重の分布を求め，考察を行った．
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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
平成28年度は，以下の2項目への対応を目標としていた．
(1)3D-X線撮影によるRC部材内の鉄筋腐食成長過程の可視化および鉄筋腐食分布が構造性能に及ぼす影響の実験的評価
(2)Spectral Representation Method（SRM）を用いたコンクリート構造物内に生じる鉄筋腐食分布の空間変動の再現および数値解析と実験結果の比較に基づく精度検証
(1)および(2)について，当初の目標を概ね達成しており，(1)については，劣化RC部材の載荷実験による耐荷力評価を行い，平均的には同じ鉄筋腐食量を持つ場合でも，局所的に大きな鉄筋腐食が生じたRC部材と，一様腐食に近いRC部材の構造性能の違いを実験的に明らかにした．(2)についても，実験的に得られた鉄筋腐食分布や腐食ひび割れを再現した非線形解析を実施し，構造実験結果との比較から，この種の構造を対象とした数値解析の精度を改善した．
このような状況から，当初の計画通りに，「概ね順調に進展している」と自己評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度も，実験および解析の両面から検討を進め，平成29年度科学研究費助成事業（科学研究費補助金）交付申請書の様式：A-2-1に示した内容を着実に実行したい．平成28年度の実績からも，特に大きな支障は現時点では考えられず，想定通りの成果が得られるものと期待している．
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[Journal Article] Performance indicators for structural systems and infrastructure networks2016
Author(s)
Ghosn, M., Dueñas-Osorio, L., Frangopol, D. M., McAllister, T. P., Bocchini. P., Manuel, L., Ellingwood, B, Arangio, S., Bontempi, F., Shah, M., Akiyama, M., Biondini, F., Hernandez, S., and Tsiatas, G.
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Journal Title
Journal of Structural Engineering
Volume: In press
Pages: In press
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Ground motion estimation for the elevated bridges of the Kyushu Shinkansen derailment caused by the foreshock of the 2016 Kumamoto earthquake based on the site-effect substitution method2016
Author(s)
Hata, Y., Yabe, M., Kasai, A., Matsuzaki, H., Takahashi, Y. and Akiyama, M.
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Journal Title
Earth, Planets and Space
Volume: In press
Pages: In press
DOI
Peer Reviewed
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