人工亀裂と非直交ひび割れ間の相互干渉を応用したRC部材の能動的破壊制御

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13355019
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 前川 宏一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80157122)
• 研究分担者: 石田 哲也 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (60312972) ; 岸 利治 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (90251339)
• キーワード: 人口亀裂 / せん断耐力 / 耐震性能 / 鉄筋コンクリート / 非直交ひび割れ / 高強度コンクリート / 数値解析 / tension-stiffness

研究概要

本年度の研究成果は下記のとおりである。
(1)あらかじめ導入された人工亀裂と,その後にせん断力によって導入されるせん断ひび割れとの連成機構を解明する目的で,種々異なる交差角を設定して部材の破壊実験を行った。本年度は交番繰り返し載荷を行い,人工亀裂が単調載荷時の耐力に及ぼす効果のみならず,耐震性能に及ぼす効果について集中的に検討を行った。その結果,単調載荷と同様に,せん断ひび割れの進展を人工亀裂が阻害する能力を有することが分かった。ただし,人工亀裂とせん断ひび割れ交差角が25〜30度まで小さくなると,人工亀裂側にせん断破壊が移行し,部材耐力が低下する場合があることが見いだされた。
(2)亀裂の導入のひとつに温度応力が想定されるため,高温時の鉄筋コンクリートのtension-stiffness挙動を実験的に明らかにし,この特性を構造数値解析システムに組み込んだ。70〜80度まで加熱された部材のtension-stiffnessは,常温に比較して低下するものの,平均ひずみに対する整理を行うと,初期ひび割れ強度で正規化することが可能であることが判明した。また,常温で荷重を受ける場合には,80度までの高温履歴の影響を受けないことが分かった。ただし,個々のひび割れ幅は高温履歴下では小さくなること,付着による拘束領域が長くなることが実験的に示された。
(3)人工亀裂に関わる非直交ひび割れモデルの精度検証を,多方向載荷経路をRC面構造に導入した実験結果を用いて同時に進めた。その結果,交差角度22.5度をthreshholdとするactive-crack法が人工亀裂を含む非直交ひび割れの相互干渉をほぼ正確に評価できることを示した。このとき,ひび割れ面でのせん断伝達モデルが解の精度上,重要であることも確認された。また,上記のモデル化は高強度コンクリートならびに高強度異形鉄筋を使用した構造に対しても適用できることを実証した。

研究成果

• [文献書誌] Pimanmas, A., Maekawa, K.: "Finite element analysis and behaviour of pre-cracked reinforced concrete members in shear"Magazine of Concrete Research. 53No.4. 263-282 (2001)
• [文献書誌] Pimanmas, A., Maekawa, K., Fukuura, N.: "Crack propagation control with pre-existing slits and cracks in concrete"Proc.of the first fib congress 2002, 0SAKA. Session13. 107-116 (2002)
• [文献書誌] Maekawa, K., Tuchiya, S.: "Nonlinear analysis based verification of structural seismic performance for practeice"Proc.of the first fib congress 2002, 0SAKA. Session6. 1-16 (2002)
• [文献書誌] Tuchiya, S., Mishima, T., Maekawa, K.: "Shear failure analysis of RC beams using high strength materials"Proc.of the first fib congress 2002, 0SAKA. Session13. 207-216 (2003)
• [文献書誌] 土屋智史, 三島徹也, 前川宏一: "高強度構成材料を用いたRC梁部材のせん断破壊と数値性能評価"土木学会論文集. No.697/V-54. 65-84 (2002)
• [文献書誌] Dhakal, R.P., Maekawa, K.: "Modeling for post-yield buckling of reinforcement"Journal of Structural Engineering, ASCE. Vol.238No.9. 1139-1147 (2002)
• [文献書誌] Dhakal, R.P., Maekawa, K.: "Reinforcement Stability and Fracture of Cover Concrete in RC Members"Journal of Structural Engineering, ASCE. Vol.128No.10. 1253-1262 (2002)
• [文献書誌] Hansapinyo, C., Maekawa, K., Chaisomphob, T: "Behavior of reinforced concrete beams subjected to bi-axial shear,"Journal of Materials, Concrete Structures and Pavements. V-58No.725. 321-331 (2003)
• [文献書誌] Hansapinyo, C., Pimanmas, A.Maekawa, K., Chaisomphob, T: "Proposed model of shear deformation of reinforced concrete beam after diagonal cracking"Journal of Materials, Concrete Structures and Pavements. V-58No.725. 305-319 (2003)
• [文献書誌] Soltani M., An X., Maekawa K: "Computational Model for Post Cracking Analysis of RC Membrane Elements Based on Local Stress-Strain Characteristics"Engineering Structures journal, Elsevier Science. (in press). (2003)
• [文献書誌] Soltani M., An X., Maekawa K: "Cracking Response and Local Stress Characteristics of RC Membrane Elements Reinforced with Welded Wire Mesh"Cement and Concrete Composite journal, Elsevier Science. (in press). (2003)
• [文献書誌] Maekawa, K., Pimanmas, A., Okamura, H: "Nonlinear Mechanics of Reinforced Concrete"SPON Press, London. 800 (2003)