NSM-CFRP strengthening of lining-concrete for renewal of road tunnels

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04213
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 吉武 勇 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (10335771)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 補強 / トンネル / FRP / 覆工 / コンクリート

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，道路トンネルのリニューアル技術に貢献するべく，海外の道路橋補強技術として実積の多いNSM工法をトンネル覆工コンクリートの補強技術として応用展開を試みることを目的としている．特に可撓性を有する炭素繊維複合材ケーブル（CFCC）を埋設する補強材として用い，さらに母材コンクリートに高い接着性を有するポリマーセメントモルタルを充填材として用いたNSM-CFCC工法について検討した．
2021年度の研究では，先ずトンネル覆工コンクリートの一部要素を模擬した載荷実験装置の設計・製作を行った．対象とした覆工コンクリートモデルは，内空半径5mとする1.5m長×0.5m幅×0.3m厚のアーチ部材である．このアーチ部材専用の載荷装置の製作を行い，無補強・NSM-CFCC補強部材の載荷実験を実施した．さらにトンネルの解析で実積のある有限差分法ソフトウェアFLACを用いた，載荷実験のシミュレーションを試みた．
実験結果より，NSM-CFCC補強したトンネル覆工コンクリートモデルでは，無補強モデルに比べて，ひび割れ発生荷重が30%ほど高くなり，終局耐力が8～9倍にも達した．なお終局破壊状況は，コンクリートの圧縮縁の圧壊であり，CFCCに損傷はみられなかった．市販のCFCCの中でも比較的細径のφ13mmを250mm間隔で2本埋設補強しただけのものであったが，著しい耐力向上効果が認められた．この実験結果を踏まえて，さらに細径のCFCC埋設補強および埋設間隔について検討する必要があると考えている．

Current Status of Research Progress

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

Reason

計画通り，専用試験装置の製作と基本的な載荷実験を年度内に実施することができた．また研究成果も少しずつまとまってきたことから，これらを国内・海外の学会で発表する予定である．

Strategy for Future Research Activity

想定した以上の耐荷性能が得られたたため，さらに合理的な補強方法について検討する必要があると考えている．現在，2体ずつ試験モデルを製作しているが，さらにもう1体製作できるか検討している．これは実験室スペースの容量や保管場所の確保など，詳細に検討した上で，型枠をもう1体追加製作する予定である．2022年度中には，多様な実験パラメータの設定とその実施が可能と考えており，これらの研究成果を踏まえて，専門論文誌へ投稿する予定である．

Causes of Carryover

載荷試験終了後の試験体状況を詳細に調べるため，その撤去を次年度に回したことから，試験体廃棄費用を要さなかったことから差異が生じた．2022年度には撤去を行う予定である．