2021 Fiscal Year Research-status Report
Studies on Structural Analysis and Slab Thickness Design Methods for Long-Life Concrete Pavement in consideration of Differential Settlement of Soft Ground
| Project/Area Number |
18K04301
|
|---|
| Research Institution | Hiroshima University |
|---|
Principal Investigator |
佐藤 良一 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 名誉教授 (20016702)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
半井 健一郎 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (10359656)
小川 由布子 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (30624564)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 連続鉄筋コンクリート舗装 / 不同沈下 / 長寿命版厚設計法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
R2年度末までに、所定の不同沈下量で自重、クリープ、版上下面温度差(ΔT)、輪荷重(P)が順次作用すると想定し、それぞれの増分量で構成される平衡方程式を誘導し、これをFEMで数値解析し、別途提案した版と路盤の接地、剥離の判定法に基づき、上記一連の作用を受ける連続鉄筋コンクリート(CRC)舗装版の変位、応力・ひずみの解析を実現した．
さらに、研究代表者ら実施のCRCモデル供試体のせん断実験により、横ひび割れ部のせん断伝達特性は、粗骨材かみ合い開始時のせん断ひずみγz(=段差/ひび割れ幅)とかみ合い後のせん断剛性Gcrでモデル化できることを明らかにした．
R3年度では、γzの版応力に及ぼす影響は大きいことを考慮し、せん断実験で得られたγzの値は、ひび割れ幅との関係に規則性がなくばらつきも大きかったので、精度向上のためにSmirnov-Grubbsの方法に基づき片側棄却検定を行い、平均値を用いることとした．
以上の準備に基づき、盛土上に舗設された東広島-呉道路(CRCP版厚320㎜)を対象とし、代表的なΔT、P、走行位置、版と路盤間のギャップ厚さをそれぞれ2～3水準を設定した．なお、代表者らの研究を参考に、横ひび割れ幅は深さ方向に一様な0.3㎜とした．これら設定値を用いて構造解析を予備的に実施し、疲労解析を開始の可否を判断した。なお、解析はタイヤ位置の非対称を考慮しフルモデルを適用した．また、CRCの鉄筋のせん断剛性は、鉄筋下面にブリーディングによるギャップが生じるとの報告に基づき無視できるほど小さいとした．
以上から、本年度の研究実績は「版応力に大きな影響を与える粗骨材かみ合い時の横ひび割れ部せん断ひずみの精度向上を図り、疲労度評価に資する解析を開始したが、その時期が遅れかつ解析数が膨大で疲労度を求めるには至らなかった」とした．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
不同沈下の影響を受けるCRC版の応力解析に不可欠な版と路盤の接触または剥離の判定を可能とするモデル、横ひび割れ部のせん断伝達モデル、自重によるたわみ進行または応力緩和を表現するための3要素Voigtモデルを３次元FEMに組み込み、自重、クリープ、版上下面の温度差、輪荷重が順次作用する場合の版下縁応力の解析結果を示した．この結果は、想定した挙動と矛盾のないものであった。
しかし、横ひび割れ部のせん断特性値、特に応力への影響が大きい粗骨材かみ合い時のせん断ひずみの信頼性向上のためのデータ分析に時間を要した．そのため、自重、輪荷重作用等各段階の版厚方向の曲げひび割れ幅、せん断応力・ひずみの分布等の分析・考察が不十分で、今後の課題となった．
本研究の最終の目標は、上記の解析手法と結果の検討に基づいて、版厚の設計法を提案することである．研究代表者らは版厚効果を考慮した疲労曲線を提案し、その妥当性を国道49号で調査された不同沈下のないNC版のひび割れ発生確率と比較して妥当な曲線であること示している。
版の寿命は応力比とそれに対する疲労曲線から求まる疲労度により評価されるが、道路では輪荷重の大きさ、版上下面の温度差、走行位置それらの走行頻度の組み合わせ数だけの解析が必要となり、解析は膨大な数となる．NC版の場合は疲労度の検討位置が自由縁部とされているが、CRC舗装の場合は疲労度が最大となる走行位置の検討も必要となる。3次元のフルメッシュモデルでは一つの解析に10時間程度要するため、検討不要の低応力比の設定等の疲労解析の簡易化が今後の課題となった。
以上のように、異なる作用を順次受ける版下縁の履歴応力の解析が可能となり、疲労度評価の準備は整ったと思われるが、せん断抵抗機構の分析や疲労度評価の簡素化等が課題として残ったことから「やや遅れている」と評価した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度においては、横ひび割れ部のせん断ひずみγzの棄却検定により信頼性を高めたものの自重、輪荷重作用等各段階の版厚方向の曲げひび割れ幅、せん断抵抗メカニズム、鉄筋のせん断抵抗等の分析・考察には至らなかった．また疲労度評価が今後の課題として残された．
そこで、数値解析的に曲げひび割れ幅、せん断応力の版厚方向分布を示し、それらのメカニズムを検討する．次いで、東広島・呉道路（東呉）の盛土部、切り土部で測定された横ひび割れ幅とその版厚方向応力分布を特に季節的温度変化および不同沈下の有無の影響の観点から分析する。その分析結果と解析結果を比較検討し、解析結果の妥当性を検討する．これが妥当であれば、解析により横ひび割れ幅とその版厚方向分布とともにせん断応力、段差、せん断ひずみ等の分布が得られるのでせん断抵抗機構は説明できると考えている。さらにいわゆる荷重伝達率を数値解析的求め、せん断特性値の妥当性の判断の一助とする．なお、鉄筋のせん断抵抗については、鉄筋下面にブリーディングによる0.1㎜オーダーの空洞の既往の実測例に基づき、ほぼ無視できるとした．
道路においては、疲労度の算定では荷重レベル、温度差レベルがいずれも10水準以上あり、走行位置や版厚を考慮すると解析数は1000を超え、膨大となる。そこで、疲労度は輪荷重と温度差の合成応力の応力比に大きく依存するので、解析数を減少するため、疲労度への影響が大きい応力比0.5以上の組み合わせを検討する．この応力比は実行する中でその妥当性を適宜判断する．
疲労度評価は、無視しえる応力比があるとしても膨大な解析を要する．そのため、研究分担者、研究協力者は可能な限り連携を密に取り解析を実行する．
|
| Causes of Carryover |
目的を達成するための解析数が膨大であるため研究の進捗が「やや遅れている」と自己評価したことおよびこれに伴い年度内の予算執行は合理性が欠け、次年度目的を達成するために予算執行するのが適切と判断したことが主たる理由である。この「遅れ」の解決に資するため、次年度は連携を密にしさらに対面で十分な議論をするための打ち合わせ旅費に使用する計画である。
|
Research Products
(3 results)
