コンクリート構造物の圧縮卓越型破壊の局所化と寸法効果

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450176
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 二羽 淳一郎 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60164638)
• 研究分担者: 大即 信明 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (40211106)
• キーワード: コンクリート / 破壊の局所化 / 寸法効果 / 圧縮破壊エネルギー / 破壊領域長さ / 破壊領域体積 / ディープビーム / せん断破壊

研究概要

圧縮力を受けてコンクリートが破壊する際に、最大荷重を超えたポストピーク領域に達すると、コンクリート全体が破壊するのではなくて、一部の領域にのみ破壊が集中する。この破壊の局所化により、圧縮卓越型でコンクリート構造体が破壊する場合にも、構造強度の寸法効果が生じることが説明できる。
本研究ではこの点について定量的に明らかにするため、断面形状、ならびに高さと断面寸法の比をパラメトリックに変化させたコンクリートの1軸圧縮試験を行った。局所ひずみの測定結果に基づいて、局所的なエネルギー吸収量を評価し、この結果から、(1)供試体高さと断面横寸法の比がある程度大きくなると、コンクリートの圧縮破壊に局所化が生じること、(2)その際の局所化長さ(破壊領域長さ)は、断面を等積正方形に置き換えた正方形の辺長を用いて評価できること、(3)局所化した破壊領域体積に吸収される単位体積当たりのエネルギー(圧縮破壊エネルギー)は、コンクリートの圧縮強度の関数として評価できること、つまり材料特性と見なせることを、明らかにした。またこの考え方をせん断圧縮破壊するRCディープビームに適用し、局所化破壊の考え方が、せん断圧縮破壊するRCディープビームにも適用可能であることを確認した。最終的に、エネルギー吸収が一定となるように、要素寸法に応じて変化させた、圧縮応力-ひずみ関係をポストピーク領域まで拡張して定式化し、RCディープビームの荷重-変形挙動を予測し、せん断強度の寸法効果を確認し、実験結果との比較検証により、その妥当性を明らかにした。
以上の成果を取りまとめ、土木学会論文集、Transactions of JCI、コンクリートの破壊力学に関する国際会議(FRAMCOS-4)等で発表した。

研究成果

• [文献書誌] T.Lertsrisakulrat, J.Niwa, A.Yanagawa, M.Matsuo: "Concepts of Localized Compressive Failure of Concrete in RC Deep Beams"土木学会論文集. No.697/V-54. 215-225 (2002)
• [文献書誌] T.Lertsrisakulrat, A.Yanagawa, M.Matsuo, J.Niwa: "Concept of Concrete Compressive Fracture Energy in RC Deep Beams without Transverse Reinforcement"Transactions of the Japan Concrete Institute. Vol.23. 119-124 (2002)
• [文献書誌] K.Watanabe, M.Iwanami, H.Yokota, J.Niwa: "Estimation of the Compression Failure Zone of Concrete by AE Method"Transactions of the Japan Concrete Institute. Vol.23. 125-132 (2002)
• [文献書誌] T.Lertsrisakulrat, T.Miki, M.Matsuo, J.Niwa: "Localization Concepts Applied to the Analysis of Reinforced Concrete Deep Beams"Proceedings of the 4th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures (FRAMCOS-4). Vol.2. 983-990 (2001)
• [文献書誌] T.Lertsrisakulrat, K.Watanabe, M.Matsuo, J.Niwa: "Experimental Study on Parameters in Localization of Concrete Subjected to Compression"土木学会論文集. No.669/V-50. 309-321 (2001)
• [文献書誌] T.Lertsrisakulrat, K.Watanabe, M.Matsuo, J.Niwa: "Localized Fracture Length and Fracture Energy of Concrete in Compression"Transactions of the Japan Concrete Institute. Vol.22. 99-104 (2001)