不同沈下の影響を受けるCRCP版の構造解析手法の確立と版厚設計指針(案)の策定

• 研究課題/領域番号: 22K04261
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分22010:土木材料、施工および建設マネジメント関連
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 佐藤 良一 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 名誉教授 (20016702)
• 研究分担者: 半井 健一郎 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (10359656) ; 小川 由布子 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (30624564)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 不同沈下 / 乾燥収縮 / CRCP / 版厚設計指針案 / 連続鉄筋コンクリート舗装 / 収縮ひび割れ / 舗装構造解析 / 版厚設計指針(案)

研究開始時の研究の概要

不同沈下の影響を受け、自重、クリープ、版上下面温度差(ΔT)、輪荷重(P)が順次作用するCRCPの応力およびひずみの履歴型舗装構造解析法に自重作用前の収縮・温度降下によるひび割れ幅の解析機能を付加し、当該解析手法の体系化を行う．
ひび割れ解析は鉄筋とコンクリート間の付着要素のせん断応力-せん断ひずみ(抜け出し量/付着要素厚さ)に基づくものである．せん断応力-せん断ひずみ関係は弾性-破壊-弾性の増分型とし、このモデルに基づく版厚方向のひび割れ幅を実舗装の切土部と盛土部での実測値と比較・検討する．
上記の履歴型解析手法を標準とする不同沈下の影響を考慮したCRCPの版厚設計指針(案)の策定を行う．

研究実績の概要

３D-FEMの統一的解析法の確立を目指し、不同沈下の影響を受ける連続鉄筋コンクリート舗装(CRCP)版の乾燥収縮の影響解析、自重の影響、クリープの影響、版上下面の温度差、輪荷重を順次受ける場合の版と路盤の接地・剥離の合理的判定と接地・剥離に応じた版応力の解析を行った。不同沈下の影響を受けるCRCP版の応力解析は複雑な非線形問題となる。コンクリート部材に限ってもひび割れ部のせん断伝達機構の解明が不可欠となる。はりモデルでひび割れ導入予定箇所に2軸変位計を取り付けた後引張力、せん断力を負荷し、ひび割れ幅とせん断変位の同時測定を実現し、横ひび割れ部のせん断伝達は骨材のかみ合いとともに開始することを明らかにした。このような非線形問題に対し、安定した解を得るために微小増分法を適用した。すなわち、各荷重(収縮、自重、クリープ、版上下面温度差、輪荷重) の1/100を作用させ、収束判定を行った。出力は上下方向の変位と版応力を同時に行い、整合性を確認した。また、版の接地、剥離に応じた空隙要素の剛性を適切に設定することにより、版下面が路盤上面より下方に変位するといった矛盾を解消した。
これらの結果は、従来のバネモデルを飛躍的に改善したもので、学術的にも、技術的にも大きく貢献すると思われる。
この成果を広く社会に還元するために、この手法をベースにして版厚設計指針(案)の策定を行った。
その趣旨は不同沈下、連続鉄筋コンクリート舗装をキーワードに50年を設計耐用年数とでき、版厚効果を考慮した曲げ強度、破壊確率に関係づけた曲げ疲労破壊回数を提示することである。また、荷重支持性能を地盤の極限支持力を適用して、直接照査可能とした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

沈下分布を曲線とするモデルの設定は難しくはないが、現実にこの沈下モデルに適合する現場がどの程度存在するかの検証は不可欠である。盛土や埋め立て地盤上では粒子状材料では局面になる可能性が高いと思われるので適用を限定する必要がある。
すでに埋め立て材料の品質規定がなされているのでこれを周知して適用することが重要となる。発注者の理解が重要となる。
本研究はグループは国交省中国地整道路工事課と包括的研究協力を締結しているので、当該指針（案）を実践することが可能である。この研究協力により研究目的はおおむね達成すると考えている。

今後の研究の推進方策

海上を埋め立てで造成した岩国空港の埋め立て材、沈下特性を調べて沈下曲線が曲線になる条件を明らかにし、埋め立て材の特性を明示する。