Development of performance prediction method for existing prestressed concrete structures

Research Project

Project/Area Number	22K04292
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
Research Institution	Chubu University
Principal Investigator	伊藤睦中部大学, 工学部, 教授 (00345927)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000) Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	付着モデル / 数値解析 / PC鋼材破断 / プレストレストコンクリート / 腐食 / 付着
Outline of Research at the Start	橋梁上部構造の劣化進展が深刻化するケースが増えており，劣化した既設橋梁に対する破壊安全性の定量的評価が求められている。本研究は，PC鋼材に局所的な腐食が生じた既設プレストレストコンクリート部材の構造性能評価に貢献することを目的とする。具体的には，導入緊張力を変数としたPC鋼材の断面減少時の付着特性を評価する実験と数値解析を併用して，既設PC構造の初期応力状態および構造性能を精度よく予測できる数値解析技術の開発を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，PC鋼材が腐食もしくは破断したプレストレストコンクリート部材の力学性能が予測可能な解析技術の開発を目的としたものである。特に，緊張力が導入されたPC鋼材の付着特性に着目し，PC鋼材破断時の部材内部の応力状態を適切に評価したうえで，部材の耐荷特性や剛性の評価を主眼としており，2023年度には，緊張力を変数としたPC鋼材の両引き試験とはり内部のPC鋼材の切断試験を実施した。加えて，実験の数値解析を実施した。その結果，以下の成果を得た。緊張力を変数としたPC鋼材の両引き試験結果から評価した付着応力－すべり関係では，導入緊張量が大きくなると付着応力がすべての鋼材位置において高くなる傾向が得られた。この傾向は，鋼材のひずみ分布データを島らが提案する付着応力－すべり－鋼材ひずみ関係を適用した場合も同様であり，島らの式で計算される付着応力に係数を乗ずることで実験値とよく一致する結果が得られた。この結果から，緊張力が導入されたPC鋼材の付着特性についても，島らの提案式を適用できると考えられる。なお，島らの式に適用するひずみは，両引き試験開始後の鋼材のひずみ変化量を適用している。断面寸法を変数としたはり内部のPC鋼材の切断試験とその数値解析的検討を実施した。数値解析的検討からは，導入緊張力が一定の場合，PC鋼材破断時のプレストレス減少領域の大きさは断面寸法によらずほぼ一定である結果が得られた。また，プレストレスによりコンクリートに導入される圧縮応力を一定とした場合，断面剛性とプレストレス減少領域の大きさは，概ね線形関係となる結果が得られた。実験的検討では，断面寸法を変数として，断面軸剛性が最小断面を1とした場合，1.25，1.5としてコンクリートに導入されるプレストレスを一定とした切断試験のみに留まっており，実験データにバラツキが生じたこともあり，追加実験を要する。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 緊張力が導入されているPC鋼材の付着応力－すべり関係に，既往の異形鉄筋に対して提案されている付着応力－すべり－ひずみ関係を適用できることが実験と解析的検討により明らかとなった。その一方で，断面剛性がPC鋼材破断時のプレストレス減少領域の大きさに与える影響を確認する一部の実験が遂行できていないので，次年度に追加実験を実施する。
Strategy for Future Research Activity	実験的研究により，断面剛性がPC鋼材破断時のプレストレス減少領域の大きさに与える影響を確認する。また，2023年度に実施したPC鋼材の両引き試験において，緊張力と付着応力度の関係性を明確にするために，データを補完するための実験を実施する。数値解析的検討では，PCはりのせん断耐荷機構をビーム機構，アーチ機構の観点から明らかとし，PC鋼材が破断したせん断耐荷機構の評価に取組む。