| 研究課題/領域番号 |
16H06096
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
千々和 伸浩 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (80546242)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 液状水 / 波形鋼板ウェブ橋 / 接合部 / 繰り返し荷重作用 |
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| 研究実績の概要 |
2016年度は中規模試験体により，液状水作用が波形鋼鈑ウェブ橋の鋼ウェブ-コンクリートフランジの接合部の性能劣化に与える影響について検討を行った．実験では下フランジ上面に水をはった状態で，1Hzでの繰り返し載荷を行った．各部位のひずみ変化やたわみの推移について計測を行ったが，主だった変化は見られず，最大で設計荷重程度までの荷重を与えた上で載荷を行ったものの，それでもやはり変化は見られなかった．風車基礎定着部では鋼－コンクリート界面から内部に液状水が浸入したことにより，周囲のコンクリートが破砕され急速な引き抜けが生じたのに対して，今回の実験結果は予想と大きく異なるものであった．両者の条件の違いに着目して変化の原因を推定したところ，波形鋼板ウェブ橋では軸方向にプレストレスが作用しており，コンクリートと鋼の間に相対ずれが生じにくい状況にあることが原因として考えられ，現在その視点に着目した分析の準備を進めている．繰り返し作用の影響を考えるにはコンクリートのクリープによる応力の緩和も考える必要があると考えられることから，この点について不均一な水分状態下におけるクリープ変形の解析精度についての地中RCボックスカルバートの変形計測実験とその検証解析も行い，その精度を確認した．今後は実験の応答をより詳細に分析するべく，波形鋼板ウェブ橋梁を数値モデル化し，解析システムによりその内部状態を分析することに取り組む予定である．
鋼-コンクリートの界面への水の浸入と破砕が液状水による破壊促進の主原因であることから，これを低減させるような材料設計についても検討を行った．着目したのは遷移帯であり，化学物質の添加や特殊材料を用いることによる硬化速度の調整による材料分離の低減についても検討を行い，材料的視点において遷移帯領域面積を減少できていることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
既往の知見から液状水が鋼板ウェブ接合部に存在する場合，急速な劣化が生じると推測されたが，2017年度の実験検討ではそのような事象は見られなかった．このために当初計画から大幅な変更を余儀なくされることとなったが，そこから機構解明のヒントとして外的拘束による界面ずれが液状水によるコンクリートの破壊進展に大きく寄与している可能性が浮かび上がった．仮説と実態との違いを詳細に分析することにより，現象理解が深まり，本質的な理解に基づいた設計法の提案につながるものと期待している．PC鋼材の腐食は鋼材腐食そのものによる部材耐荷機構の破壊だけでなく，界面ずれの拘束力を失うことにより液状水作用による接合部界面の劣化を誘発する可能性があることが浮かび上がってきた．
液状水作用を抑制する材料の開発については，おおむね期待したような実験結果が得られ，素材の新たな可能性が見いだせた．今後はこの知見をベースに，構造スケールでの検討を行っていく予定であり，液状水存在下での繰り返し作用によるスラッジ化や道路床版での土砂化を予防する技術にまで発展させたいと考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
設定した通常環境下において液状水作用による接続部の急速な劣化は見られなかったことを受け，その原因を究明することで，液状水作用が鋼-コンクリート界面劣化に与える影響を正確に把握し，今後の維持管理，設計につなげる方向へとシフトしている．このための方策として数値解析によって実験時の内部応力状態を再現し，各種条件がその状態にどのような寄与をしているかを分析する予定である．特に荷重振幅の影響とプレストレスによる拘束とが大きな影響を及ぼしていると推測されるところであり，これらの影響について数値解析による分析と試験体を用いた実験の両方を進める予定である．
これまで使われてこなかった材料を用いることによる界面性状の改良ならびに土砂化の抑制についても昨年度材料に関する実験から得られた知見をベースに，構造的挙動について分析を行う予定である．この実験から得ることが期待される，界面特性の違いが液状水の存在による界面の急速な劣化に与える影響に関する知見を，波形鋼板ウェブ橋の鋼-コンクリート接合部の分析にも応用し，ミクロスケールの現象がマクロスケールでの構造挙動に与える影響の解明を進める．
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