FRP積層ハイブリッド化によるRC構造物の補強効果向上に関する実験及び解析的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650501
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 呉 智深 茨城大学, 工学部, 教授 (00223438)
• 研究分担者: 福沢 公夫 茨城大学, 工学部, 教授 (50165271) ; 原田 隆郎 茨城大学, 工学部, 助手 (00241745) ; 横山 功一 茨城大学, 工学部, 教授 (20302325)
• キーワード: 連続繊維シート / ハイブリッド / 応力集中の低減 / 曲げ補強 / 剥離 / 破壊力学 / 有限要素解析 / 最適化設計手法

研究概要

本研究は連続繊維シートの積層ハイブリッド化による構造物の総合補強効果を目指すものであり,第2年度において以下のような研究成果が得られている.
1.ハイブリッドシートによるコンクリート構造部材の巻き立てや接着補強の補強効果に関する実験検証の完成
巻き立てにより横拘束したコンクリート柱供試体を用いて,上記で設計された各種ハイブリッド補強シート,補強比(巻き立て間隔など)およびコンクリート強度を変数とした実験検討を完成させた.また,設計されたハイブリッドシートを用いて,梁構造物の底面接着による曲げ補強効果も検討した.
2.各種計算手法による実験結果の追加解析評価
可能な破壊形式である鉄筋降伏-FRP破断型(段階的な破断過程を含む),鉄筋-コンクリート崩壊型,圧縮破壊型,せん断破壊,各種剥離破壊型を現行設計理論の適用性の究明,精算法による検討を実施した.一方,これまでコンクリートとシート接着界面の接着・破壊メカニズムの解明のために開発してきた剥離を考慮できる有限要素解析手法を改良し,ハイブリッド化された繊維シートの剥離・段階的な繊維シートの破断および通常のコンクリートひび割れを同時に評価できる非線形数値解析手法を確立してきており、この構造解析手法により実験結果の追加解析評価を行った.
3.ハイブリッド積層シートにより補強された構造物の最適化設計手法の提案
上記の積層ハイブリッド設計の概念をさらに発展して,繊維の断続的な破断による荷重抵抗の変動値(低下)を制御した上,構造物の初期剛性,鉄筋降伏荷重,終局荷重,靭性能の補強効果を総合的に向上できる対策をさらに検討し,構造物の最適化設計手法を提案した.
4.研究の取り纏め
初年度および本年度の成果を踏まえて,積層ハイブリッド連続繊維シートの配合設計手法,構造物の補強効果に関する総合評価手法および最適設計手法の提案および纏めを行った.

研究成果

• [文献書誌] Wu, Z.S., Yuan, H., Niu, H.D.: "Stress Transfer and Fracture Propagation in Different kinds of Adhesive Joints"Journal of Engineering Mechanics, ASCE. Vol.128, No.5. 562-573 (2002)
• [文献書誌] Wu, Z.S., Yin, J.: "Numerical Analysis on Interfacical Fracture Mechanism of Externally FRP-Strengthened Structural Members"J. Materials, Conc. Struct. Pavements, JSCE. No.704,Vol.55. 257-270 (2002)
• [文献書誌] Niu, H.D., Wu, Z.S.: "Analytical Modeling on Debonding Failure of FRP-Strengthened RC Flexural Structures"The Third International Conference on Composites in Infrastructure. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] Wu, Z.S., Sakamoto, K., Niu, H.D.: "Strengthening Effects of Concrete Flexural Members Retrofitted with Hybrid FRP Composites"The Third International Conference on Composites in Infrastructure. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] Niu, H.D., Wu, Z.S.: "Interfacial Shear Stress Concentration in Strengthened Structure with FRP Prestressing Technique"The Second Conference on Fiber Reinforced Polymer (FRP) for Civil Engineering Research and Applocation in China. 74-85 (2002)
• [文献書誌] Wu, Z.S., Niu, H.D.: "New Concept and Application of FRP Laminates for Strengthening Infrastructure"The Fifth China-Japan-U.S Joint Conference on Composites. 36-49 (2002)
• [文献書誌] Niu, H.D., Wu, Z.S.: "Interfacical Shear Transfer in Strengthened Structures with FRP Prestressing Technique"The Fifth China-Japan-U.S Joint Conference on Composites. 71-80 (2002)
• [文献書誌] Niu, H.D., Wu, Z.S.: "New Achievements in FRP Bonding Techniques"Proceedings of the Seventh International Symposium on Structural Engineering for Young Experts. Vol.2. 886-893 (2002)
• [文献書誌] Niu, H.D., Wu, Z.S.: "Strengthening Effects of RC Flexural Members with FRP Sheets Affected Adhesive Layers"Journal of Applied Mechanics, JSCE. Vol.5. 887-897 (2002)
• [文献書誌] 澤田嘉子, 呉 智深, 島田政紀, 村上信吉: "ハイブリッド連続繊維補強棒材に関する基礎的研究"土木学会第57回年次学術講演会. V-336. 671-672 (2002)
• [文献書誌] Wu, Z.S., Niu, H.D.: "Recent Developments in FRP Strengthening Techniques"The Third Middle East Symposium on Structural Composites for Infrastructure Applications. 255-269 (2002)
• [文献書誌] Wu, Z.S., Yin, J.: "Fracturing Behaviors of FRP-Strengthened Concrete Structures"Engineering Fracture Mechanics. No.70. 1339-1355 (2003)