Investigation on damage localization mechanisms of heterogeneous interface in concrete followed by improving mechanical properties of post-installed anchor

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04772
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 佐藤 あゆみ 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (60644995)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: あと施工アンカー / 引抜き / 耐力算定 / 有限要素解析 / 超高強度繊維補強コンクリート / 耐震補強

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、接着系あと施工アンカー（以下、接着系アンカー）に関して引抜き試験および有限要素解析を実施し、その結果に基づいて異種界面近傍でコンクリートの損傷が局所化してひび割れになる過程を解明すること、さらに合理的に接着系アンカーの力学性能を向上させることを目的にしている。
2021年度は、接着剤と接着部寸法の組合せを変えた接着系アンカー試験体を作製し、引抜き試験を行うことによって、接着系アンカーの引抜きに対する高強度・高靭性化を図る方法を検討した。接着剤には市販のエポキシ樹脂、市販のセメント系接着剤、UHPFRC（超高強度繊維補強コンクリート）を使用した。さらに、材料試験で求めた材料の構成則を導入したFEM解析を実施し、解析結果と実験結果との比較検討を行うことによって、次の結果が得られた。
（1）実験の結果、引抜き試験後の外見上の破壊モードは、エポキシ樹脂を用いた試験体でコーン状破壊および複合破壊、セメント系接着剤とUHPFRCを用いた試験体で付着破壊および複合破壊となった。複合破壊のうち付着破壊部に注目すると、エポキシ樹脂を用いた試験体は接着剤・コンクリート界面で、セメント系接着剤とUHPFRCを用いた試験体はボルト・接着剤界面で破壊が生じていた。
（2）最大耐力時の耐荷機構として引抜抵抗モデルを提案した。複合破壊を対象に、全引抜抵抗をコンクリートのコーン状破壊面での引張抵抗とコーン状破壊面より下部の界面付着応力による抵抗に分離し、それらの最大耐力への寄与率を算定した。その結果、本実験の範囲内では、外見上の破壊モードは複合破壊であっても、支配的な破壊モードは付着破壊であることが示唆された。
（3）FEM解析の結果、ボルトから接着剤を介したコンクリートに至るせん断応力の勾配によって、接着部近傍の損傷局所化の形態が異なり、接着系アンカーの靭性に大きな影響を与えることが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2021年度に実施した実験とFEM解析よって、接着系アンカーの複合破壊に関する損傷局所化メカニズムを解明できた。接着剤と接着部寸法の組合せを変えることよって、接着系アンカーの高靭化に関する手がかりが得られた。以上より、本研究は概ね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

本研究の最終年度である2022年度は、異種界面近傍でコンクリートの損傷が局所化するメカニズムの考察を深化させるとともに、現行の接着系アンカーの設計・施工指針の改定案を提案する。改定案としては付着破壊する界面の分類の細分化、UHPFRCのような高強度セメント系接着剤を適用できるように現行の指針式を拡充することを予定している。