三次元微細構造解析による劣化した橋梁構造部材の残存性能評価と補修補強

• 研究課題/領域番号: 16H04388
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 土木材料・施工・建設マネジメント
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長井 宏平 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (00451790)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2018年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2017年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2016年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
• キーワード: コンクリート / 残存構造性能 / 離散解析 / 腐食 / 鉄筋付着

研究成果の概要

三次元微細構造解析システムに，ローカルな鉄筋腐食の影響を考慮する構成モデルを新たに実験をもとに開発し組み込むことで，鉄筋の局所的な腐食を直接的に考慮できる解析システムへと拡張した。鉄筋コンクリート部材の腐食分布を直接入力することで，残存構造性の評価が可能となる。これを部材の端部の定着部にも導入し，構造全体への影響も把握が可能となった。体積変化モデルについては，ASRとDEFを対象に体積膨張を考慮できるシステムを構築し，膨張によるひび割れ発生と，損傷後の強度低下について再現可能した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

社会基盤構造物の劣化が顕著となり，その維持管理は社会的な問題となっている。鉄筋コンクリート構造物の腐食による劣化は，その最も主たる問題であり，腐食が生じたのちの残存構造性能評価は，適切な維持管理や補修方法の決定に重要である。しかし，鉄筋の腐食は鉄筋軸に沿って一様でなく分布しており，それを考慮した評価方法が必要である。本研究で構築した解析システムは，約5mmごとの腐食を直接的に導入し鉄筋コンクリート部材の残存構造性能を評価可能としている。コンピュータの性能向上に伴い，この解析システムの実構造物への適用が広がると期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Development of Spatial Corrosion Damage Simulation Based on Rigid Body Spring Model (2018)
  • 著者名/発表者名: Punyawut JIRADILOK, Kohei NAGAI, Koji MATSUMOTO
  • 雑誌名: Proceedings of 12th fib International PhD Symposium in Civil Engineering 巻: - ページ: 467-475
• [雑誌論文] Fatigue Pull-out Failure of Deformed Bars in Concrete under the Effect of Liquid Water (2018)
  • 著者名/発表者名: Koji MATSUMOTO, Hirofumi YAMAGUCHI, Kohei NAGAI
  • 雑誌名: Cement and Concrete Composites 巻: 91 ページ: 198-208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Bond Deterioration Model in Corroded RC Member for Discrete Analysis Model (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohei NAGAI, Punyawut JIRADILOK, Koji MATSUMOTO
  • 雑誌名: Proceedings of 17th International Symposium on New Technology for Urban Safety of Mega Cities in Asia (USMCA) 巻: -
  • NAID: 130007685266
• [雑誌論文] Investigation on Possible Causes of Expansion Damages in Concrete - a Case Study of Sleepers in Indian Railways (2017)
  • 著者名/発表者名: Anupam AWASTHI, Koji MATSUMOTO, Kohei NAGAI, Shingo ASAMOTO, Seishi GOTO
  • 雑誌名: Journal of Asian Concrete Federation 巻: 3 ページ: 49-66
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation on Strengthening Approaches Adopted for Poorly Detailed RC Corbels (2017)
  • 著者名/発表者名: Ram Chandra NEUPANE, Liyanto EDDY, Kohei NAGAI
  • 雑誌名: fibers 巻: 5 ページ: 16-16
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Beam-column Knee Joints with Mechanical Anchorages by 3D Rigid Body Spring Model (2016)
  • 著者名/発表者名: Liyanto EDDY, Kohei NAGAI
  • 雑誌名: Engineering Structures 巻: 126 ページ: 547-558
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Perpendicular Beams on Failure of Beam-column Knee Joints with Mechanical Anchorages by 3D RBSM (2016)
  • 著者名/発表者名: Liyanto EDDY, Koji MATSUMOTO, Kohei NAGAI
  • 雑誌名: Journal of Asian Concrete Federation 巻: 2 ページ: 56-66
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation on the Pull-out Behavior of Deformed Bars in Cracked Reinforced Concrete (2016)
  • 著者名/発表者名: Koji MATSUMOTO, Tao WANG, Daisuke HAYASHI, Kohei NAGAI
  • 雑誌名: Journal of Advanced Concrete Technology 巻: 14 ページ: 573-589
  • NAID: 130005418889
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Study on the Effect of Diagonal Cracks Opening on the Failure Behavior of RC Beam-column Join with Mechanical Anchorage by 3D RBSM (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohei NAGAI, Liyanto EDDY
  • 雑誌名: Proceedings of the 9th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures (FraMCoS-9) 巻: -
  • DOI: 10.21012/fc9.114
• [雑誌論文] Meso-scale Approach to Investigate the Bond Performance of Anchorage in Reinforced Concrete (2016)
  • 著者名/発表者名: Daisuke HAYASHI, Kohei NAGAI:
  • 雑誌名: Proceedings of the 9th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures (FraMCoS-9) 巻: -
  • DOI: 10.21012/fc9.123
• [雑誌論文] Effect of Transverse Bar on Anchorage Performance in Damaged RC with Mechanical Anchorage (2016)
  • 著者名/発表者名: Tao WANG, Koji MATSUMOTO, Kohei NAGAI
  • 雑誌名: Proceedings of the 11th fib International PhD Symposium in Civil Engineering 巻: - ページ: 485-492
• [雑誌論文] Mesoscopic Analysis of Different Expansion Causes in Concrete by 3D Rigid Body Spring Model (2016)
  • 著者名/発表者名: Liyanto EDDY, Anupam AWASTHI, Koji MATSUMOTO, Kohei NAGAI, Shingo ASAMOTO
  • 雑誌名: Proceedings of 15th International Symposium on New Technology for Urban Safety of Mega Cities in Asia (USMCA) 巻: -
  • NAID: 130005872092
• [雑誌論文] 新潟県及び県下市町村管理橋梁の経年劣化傾向比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松藤洋照，長井宏平，井林康
  • 雑誌名: 土木学会第71回年次学術講演会 巻: 71, Ⅰ ページ: 179-180
• [雑誌論文] 橋梁定期点検調書における写真の撮り方および記載単語の基礎的傾向分析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小黒蓮，井林康，長井宏平
  • 雑誌名: 土木学会第71回年次学術講演会 巻: 71, Ⅴ ページ: 77-78
• [学会発表] Development of Bond Deterioration Model in Corroded RC Member for Discrete Analysis Model (2018)
  • 著者名/発表者名: 長井宏平
  • 学会等名: Proceedings of 17th International Symposium on New Technology for Urban Safety of Mega Cities in Asia (USMCA)
  • 国際学会
• [学会発表] Mesoscopic Analysis of Different Expansion Causes in Concrete by 3D Rigid Body Spring Model (2016)
  • 著者名/発表者名: Koji MATSUMOTO
  • 学会等名: 15th International Symposium on New Technology for Urban Safety of Mega Cities in Asia (USMCA)
  • 発表場所: タクロバン，フィリピン
  • 年月日: 2016-11-07
  • 国際学会
• [学会発表] 新潟県及び県下市町村管理橋梁の経年劣化傾向比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松藤洋照
  • 学会等名: 土木学会第71回年次学術講演会
  • 発表場所: 東北大学，仙台
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 橋梁定期点検調書における写真の撮り方および記載単語の基礎的傾向分析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小黒蓮
  • 学会等名: 土木学会第71回年次学術講演会
  • 発表場所: 東北大学，仙台
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] A Study on the Effect of Diagonal Cracks Opening on the Failure Behavior of RC Beam-column Join with Mechanical Anchorage by 3D RBSM (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohei NAGAI
  • 学会等名: 9th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures (FraMCoS-9)
  • 発表場所: カリフォルニア，アメリカ
  • 年月日: 2016-05-30
  • 国際学会
• [学会発表] Meso-scale Approach to Investigate the Bond Performance of Anchorage in Reinforced Concrete (2016)
  • 著者名/発表者名: Daisuke HAYASHI
  • 学会等名: 9th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures (FraMCoS-9)
  • 発表場所: カリフォルニア，アメリカ
  • 年月日: 2016-05-30
  • 国際学会