2021 Fiscal Year Annual Research Report

Evaluation of deteriorated structural performance of RC members by existing crack profiles

Research Project

Project/Area Number	21H01472
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)	カストロホワンホセ琉球大学, 工学部, 教授 (70593391) 八十島章筑波大学, システム情報系, 准教授 (80437574)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	鉄筋コンクリート / ひび割れ / 構造性能 / 性能劣化 / 構成則 / 腐食
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、鉄筋コンクリート（RC）造建物に生じている既存ひび割れを、ひび割れ幅および長さ、部材に対する角度、地震荷重応力に対する位置の観点から分類、整理（プロファイル化）し、既存ひび割れプロファイルを取り入れたRC部材の構造性能の劣化の評価を行うことを目的としている。本年度は、部材直交方向、部材軸方向および逆対称に既存ひび割れを有する部材に対して逆対称曲げせん断繰返し加力を行い、RC部材の構造性能の劣化の評価に資する基礎的情報を把握した。部材直交方向の既存ひび割れは、あらかじめ型枠内にポリプロピレンシートを設置してコンクリートを打設することによって模擬した。実験の結果、最大荷重後のせん断ひび割れは分散して発生し、付着割裂ひび割れも局所化することはなく、既存ひび割れのない試験体と比較して耐力、変形能が劣ることはなかった。部材軸方向の既存ひび割れは、あらかじめコンクリートに埋設したパイプに破砕剤を充填することによって、鉄筋腐食による主筋に沿った軸方向ひび割れを模擬した。実験の結果、既存のひび割れ幅が大きい場合耐力が低下し、特に、部材角1/100rad.までの剛性低下が顕著であった。なお、変形能はむしろ向上した。逆対称既存ひび割れは、部材角±1/200rad.を5回繰り返すプレ加力を実施して残留ひび割れを導入し、その後、荷重と変形をゼロに戻す方法とした。実験の結果、耐力、変形能ともに既存ひび割れが及ぼす影響はほとんどなかった。さらに、プラスチック板をあらかじめ挿入した角柱試験体の中心圧縮実験を行った。模擬ひび割れが材軸直交方向の場合、圧縮性能に大きな影響は認められなかったが、30度の角度を有する場合圧縮強度が低下し、さらにひび割れが長くなるほど脆性的に破壊した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 既存ひび割れの類型を3種類にプロファイル化した模擬実験を実施し、RC部材の構造性能の基礎的な情報を得ることができた。当初の計画では、逆対称既存ひび割れの部材実験を今年度に行い、来年度以降に、部材直交方向、部材軸方向に既存ひび割れを有する部材の逆対称曲げせん断繰返し加力を行う予定であったが、実験準備や試験体の作製、および使用材料の統一性等の観点から今年度に加力実験を行った。耐力や変形能に関しては、既存ひび割れが構造性能に及ぼす影響は大きくなく、むしろ、限界変形やエネルギー吸収能は大きくなる場合があることが判明した。また、来年度以降に実施する計画としていた構成則に対する検討に関して、角柱の中心圧縮実験を先んじて実施することができた。なお、茨城県、沖縄県における実在建物のひび割れプロファイルの収集に関しては、十分な資料の蓄積が行えていない。既存ひび割れプロファイルを取り入れた構造性能の劣化の評価を模擬実験結果に基づいて行ったとしても実在建物に適用できなければ意味がないため、引き続き調査が必要となる状況である。
Strategy for Future Research Activity	茨城県、沖縄県における実在建物のひび割れプロファイルの収集に関しては、引き続き調査を継続する。既存ひび割れの類型を3種類にプロファイル化した模擬実験の結果、構造性能の基礎的な情報を得ることができたため、今後、既存ひび割れの影響を材料構成則および付着構成則に取り込み、部材の剛性や耐力の評価を行うことを検討する。耐力や変形能に関して既存ひび割れが構造性能に及ぼす影響は大きくなかったため、初期剛性、各部材角における剛性、繰返し時耐力劣化に関する検討を行う。まずは今年度の実験結果を整理し、ひび割れプロファイルがそれらにどのような影響を与えるのか精査する。次に、それらの影響を定量的に評価するため、構成則を直接検討することが可能なように要素実験を計画する。要素実験として、今年度実施した部材直交方向および逆対称に相当する既存ひび割れを有する柱の中心圧縮実験に加えて、軸方向に既存ひび割れを有する試験体の中心圧縮実験を行う。ひび割れの模擬方法は破砕剤充填パイプによる方法とし、ひび割れ幅を実験因子とする。部材の剛性および繰返し時耐力劣化に関する検討を行うため、既存ひび割れを有するプリズム試験体（角柱の中心に鉄筋を1本配した試験体）の一軸引張実験、同様に既存ひび割れを有する局所付着試験体（付着長を鉄筋径の4倍とした付着試験体）の繰返し付着実験を実施する。実験結果を検討し、コンクリートの圧縮構成則および鉄筋－コンクリートの付着構成則に対する既存ひび割れの影響を定量的に評価する。