| 研究課題/領域番号 |
18K04301
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| 研究機関 | 広島大学 |
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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)
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| 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)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 不同沈下 / 連続鉄筋コンクリート舗装 / 増分型3D-FEM / 接地・剥離 / 応力履歴 / せん断伝達モデル / クリープモデル |
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| 研究実績の概要 |
盛土などによる不同沈下がある場合、自重応力は版上下面の温度差による応力と同様輪荷重応力に加算して評価されてきた．しかし、両応力はいずれも自重に起因するため、独立しての加算は応力を過大評価する懸念があった．
この非線形問題を解決するため、クリープおよび温度ひずみ、自重、輪荷重それぞれの増分型の平衡方程式を3次元FEMに取り入れ、版と路盤の接地・剥離の合理的な判定を可能とした．これにより連続鉄筋コンクリート(CRC)舗装に対する、自重、クリープ(3要素Voigtモデル)、温度差、輪荷重が順次作用する場合の変位、応力の解析を実現した．
この手法により版下面の空洞深さおよび温度差が大きい場合、輪荷重作用直前の応力は空洞深さに依存せずほぼ同一であり、自重応力と温度差応力の単純加算は妥当でない場合があることを示した．
上記に加え、研究代表者らのせん断実験により、CRC横ひび割れ部のせん断伝達特性は、粗骨材かみ合い開始（せん断伝達開始）時せん断ひずみγzとかみ合い後のせん断剛性Gcrでほぼモデル化されることを明らかにした．次いでγzのパラメータスタディを行った．解析対象は幅員3.85m、版厚300㎜のCRC舗装をとした。荷重作用前の横ひび割れ幅は0.3㎜、空洞は幅員方向に円弧に従い、最大深さ0.5㎜とした。版のクリープ係数の終局値は、JSCE2007に従い求めた．その結果、実験によるγz は概略0.1～0.3、輪荷重によるせん断伝達効果を表す非載荷側応力/載荷側応力は近似的に0.54～0.2であり、少なからず影響することが分かったが、γzの計用値を設定するには至らなかった．
以上から、本年度の研究実績は「自重、クリープ、温度差、輪荷重が順次作用する場合の変位、応力の解析手法に基づき自重と温度差応力に関する新しい解釈を提示するとともに、横ひび割れ部のせん断特性値の版応力に及ぼす影響度を数値解析的に示した」とした．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
不同沈下による版下面に空洞を有するCRC版と路盤との接触・剥離の判定を行いつつ、横ひび割れ部のせん断伝達モデル（γz、Gcr）を取り入れた３次元FEMに、自重による時間依存性たわみの進行および版の路盤の接地後の自重応力の緩和を表現するための3要素Voigtモデルを組み込み、自重、クリープ、版上下面の温度差、輪荷重が順次作用する場合の版下縁応力の時間軸の解析が可能であることを示した．この解析結果は、想定した挙動と矛盾のないものであった。
しかし、上記の解析結果は矛盾のないものであったが、横ひび割れ部のせん断特性値や版応力に関係する自重、輪荷重作用等各段階の版厚方向の曲げひび割れ幅、せん断応力・ひずみの分布、鉄筋のせん断抵抗等の分析・考察には至らず、今後の課題となった．
本研究の最終の目標は、上記の解析と検討に基づいて、版厚の設計法を提案することである．研究代表者らは版厚効果を考慮した疲労曲線を提案し、その妥当性を国道49号で調査された不同沈下のないNC版のひび割れ発生確率と比較して妥当な曲線であること示している。
版の寿命は応力比とそれに対する疲労曲線から求まる疲労度により評価されるが、道路では輪荷重の大きさ、版上下面の温度差、走行位置それらの走行頻度の組み合わせ数だけの解析が必要となり、解析は膨大な数となる．NC版の場合は疲労度の検討位置が自由縁部とされているが、CRC舗装の場合は疲労度が最大となる走行位置の検討も必要となる。3次元のフルメッシュモデルでは一つの解析に8時間程度要するため、疲労解析の簡易化が今後の課題となった。
以上のように、版下縁応力の時間軸解析が可能となり、版厚設計法の基盤は整ったと思われるが、ひび割れ部のせん断伝達に関わる入力値、疲労度評価の簡素化等が課題として残ったことから「やや遅れている」と評価した．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度においては、横ひび割れ部のせん断特性値の設定、自重、輪荷重作用等各段階の版厚方向の曲げひび割れ幅、せん断応力・ひずみの分布、鉄筋のせん断抵抗等の分析・考察には至らなかった．また疲労度評価が今後の課題として残された．
そこで、東広島・呉道路（東呉）の盛土部、切り土部で測定された横ひび割れ幅とその版厚方向応力分布を特に季節的温度変化および不同沈下の有無の影響の観点から分析する。次いで、その分析結果と解析結果を比較検討し、設計に資するせん断特性入力値を検討する．当該東呉道路では載荷試験が計画されており、実施されるようであれば、載荷に伴う曲げひび割れ幅分布、段差の変化、横ひび割れ部近傍の横方向ひずみを測定し、解析値と比較して合理的せん断特性入力値について考察する．さらに、岩国空港および国道9号北条バイパスのCRCPではFWDによる横ひび割れ部のたわみが計測されているのでそれらを解析値と比較、検討し、妥当なせん断特性値を検討する．
道路においては、疲労度の算定では荷重レベル、温度差レベルがいずれも10水準以上あり、走行位置や版厚を考慮すると解析数は1000を超え、膨大となる。そこで、疲労度は輪荷重と温度差の合成応力の応力比に大きく依存するので、疲労度への影響が大きい応力比0.6以上の組み合わせを検討する。
一方、岩国空港では走行位置の分布を考慮した設計反復回数が用いられて版厚設計されている．この設計反復回数を用い、本研究の要とする時間軸に基づく解析手法と組み合わせて、疲労解析を行う．
以上の方策で求めた東呉道路、岩国空港の版厚を再評価し、本解析手法に基づく新しい版厚設計法を提示する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ感染症により計画が遅延したためで、
次年度使用計画については解析の遅れを取り戻すため、高速のパソコンを購入経費として使用していく予定である。
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