2018 Fiscal Year Annual Research Report

Optimum Design Development of Ductile Fiber-Reinforced Cementitious Composites Based on Fiber Bridging Characteristics

Research Project

Project/Area Number	18H03802
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	金久保利之筑波大学, システム情報系, 教授 (90261784)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	菊田貴恒日本工業大学, 建築学部, 准教授 (20599055) 田嶋和樹日本大学, 理工学部, 准教授 (60386000) 八十島章筑波大学, システム情報系, 准教授 (80437574)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	建築構造 / DFRCC / 架橋性能 / 構成則 / 引抜性状 / 複合応力 / 耐力増加
Outline of Annual Research Achievements	本研究の手法は、Ⅰ：種々の繊維とマトリックスによる単繊維の引抜試験、Ⅱ：高靱性繊維補強セメント複合材料（DFRCC）の一軸引張試験および複合応力場を模した要素実験、Ⅲ：DFRCC構成則のモデル化と部材の有限要素解析、Ⅳ：DFRCC部材の加力実験と構造性能の評価であり、同時進行で研究を推進している。DFRCCの評価体系の材料・構造両方向への流れを常に考慮して研究を進めている。 Ⅰに関して、2018年度は、PP、PE、アラミド繊維について、1mm厚のモルタルマトリックスに単繊維を埋め込んだ試験体による引抜試験を行った。配向角を有しない場合（マトリックスから直行方向に引き抜く場合）の引抜試験を重点的に行い、架橋則算出の元となる引抜モデルの基礎データを得た。 Ⅱに関して、2018年度は、太径のアラミドおよびPP繊維について、ひび割れ面に対して引張力とせん断力が作用する複合応力状態を模擬した試験体の加力試験を行い、架橋則の確認データを得た。せん断加力時における剛性の著しい低下域が確認され、繊維軸の直交方向に生じる有機繊維の変形によるものと考えられる。また、中心に異形鉄筋を1本配した角柱試験体による一軸引張試験を行い、テンションスティフニング効果およびDFRCCのひび割れ幅低減効果を確認した。 Ⅲに関して、2018年度は、PVA繊維を用いた境界梁の解析を重点的に行った。架橋則とともに圧縮側構成則、特に破壊エネルギーの設定、およびせん断伝達特性、特に要素のせん断剛性が重要なパラメーターとなることが判明した。 Ⅳに関して、2018年度は、細径PVA繊維を用いた境界梁の加力実験、および鋼繊維、PVA 繊維を用いたト形柱梁接合部のせん断実験を行い、有限要素解析の検証データの蓄積を行った。これらの加力実験では、いずれの試験体においても、繊維混入による顕著な耐力増加が確認された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason DFRCCの評価体系の材料・構造両方向への流れを常に意識して研究を進め、新たに入手した繊維種類も含めて実験を遂行することができている。一部の種類のDFRCCにおいて、DFRCC単体の一軸引張試験が未完了のものがあるが、当初計画では2019年度に予定していた境界梁の加力実験を実施することができた。
Strategy for Future Research Activity	Ⅰ：架橋則の計算における架橋力－抜出し関係の特性値、スナビング係数および繊維有効強度低減係数については繊維特有の値と考え、これらの値を実験的に求める。繊維の種類、マトリックスをパラメータとして単繊維の引抜試験を行う。2018年度は、配向角を有しない場合（マトリックスから直行方向に引き抜く場合）の引抜試験を重点的に行ったため、2019年度はスナビング係数および繊維有効強度低減係数を評価するために、配向角を有する場合の引抜試験を行う。 Ⅱ：ひび割れ面に対して引張力とせん断力が作用する複合応力状態を模擬した試験体の引張試験を行い、架橋則の確認データを得る。2018年度は太径のアラミドおよびPP繊維の実験を行ったため、2019年度はその他の種別の繊維で実験を行う。また、2018年度の有限要素解析結果から、DFRCCの圧縮時の破壊エネルギーの重要性が判明したため、種々のDFRCCに対して圧縮試験を行う。 Ⅲ：研究方法ⅠおよびⅡの結果から得られる架橋則から、引張およびせん断に対する構成則を構築して有限要素解析を行い、既存の部材実験結果と比較検討する。2018年度はPVA繊維を用いた境界梁の解析を重点的に行ったため、2019年度は鋼繊維およびアラミド繊維を用いた境界梁の解析を実施する。 Ⅳ：研究方法ⅠおよびⅡにおいて、代表的な性状を示した繊維とマトリックスの組合せのDFRCCを用いて部材試験体を作製し、加力実験を行って有限要素解析結果の検証に用いる。2019年度はアラミドおよび細径のPVA繊維を用いた境界梁および柱梁接合部試験体の実験を行う。