| 研究課題/領域番号 |
18K04430
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
佐藤 裕一 京都大学, 工学研究科, 助教 (20293889)
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| 研究分担者 |
長沼 一洋 日本大学, 理工学部, 教授 (50755048)
金子 佳生 京都大学, 工学研究科, 教授 (60312617)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 鉄筋コンクリート / 耐震壁 / ポリプロピレン繊維補強コンクリート / 乾燥収縮 / ひび割れ / 拘束 / 衝突 / 有限要素解析 |
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| 研究実績の概要 |
鉄筋コンクリート（RC）建物の乾燥収縮ひび割れ対策は長年の課題であり，美観対策や鉄筋発錆防止を主眼に行われてきたが，近年は数値解析技術の発達により可能となった建物全体の有限要素解析の結果から，乾燥収縮ひび割れがRC建物の耐震性能に無視できない影響を及ぼす可能性が指摘されている。応答変位抑制のための部材断面の増大や補剛部材の追加は使用性・経済性の低下を招く。架構構成を変えることなく乾燥収縮ひずみを抑制し応答変位を低減するために繊維補強コンクリートの応用が考えられる。そこで2018年度にポリプロピレン繊維混入の有無，および乾燥収縮拘束の有無，および乾燥収縮期間を実験変数とした6体のRC耐震壁試験体を作成し，うち4体を21日の乾燥収縮の後に落下錘衝撃試験に供した。残り2体は約1年の乾燥収縮期間の後，2019年度に載荷する予定である。繊維体積比は1.2%とし，載荷材齢で205μの収縮低減を確認している。
拘束によりひび割れが生じやすくなる一方，繊維混入がひび割れを低減することを確認した。より詳細な検討を行うため，有限要素法による二次元モデルおよび三次元モデルを作成した。ポリプロピレン繊維の混入による効果は，ひび割れ軟化特性モデルを導入することにより表現し，ひび割れ破面における引張応力―ひび割れ開口幅曲線で囲まれる面積（破壊エネルギー）を既往研究に基づいて0.53N/mmとした。これらの解析により，上記の現象をおおむね再現し，次年度以降に予定する建物全体の挙動の検証に必須の情報を確保した。
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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
同一形状・配筋の耐震壁試験体を6体（N0，NR21，NR365，PP0，PPR21，PPR365）作製した。実験変数は，(1)材料種類（普通コンクリートN0，NR21，NR365，ポリプロピレン繊維補強コンクリートPP0，PPR21，PPR365）,(2)収縮拘束の有無（拘束なしN0， PP0 ，拘束ありN0，NR21，NR365，PPR21，PPR365），(3)乾燥収縮期間（21日N0，NR21，PP0，PPR21，1年NR365，PPR365）の3つとしている。2018年度はこのうち4体（N0，NR21，PP0，PPR21）を落下錘衝突実験に供し，その振動特性を観察・解析した。
21日間の乾燥収縮の後，衝突実験前の段階で，ポリプロピレン繊維を混入せず拘束したNR21にのみ，顕著な斜めひび割れが観察された。これ以外の3体には目視可能なひび割れは観察されなかった。この観察から，拘束がなければ明瞭なひび割れは生じず，かつ拘束を加えてもポリプロピレン繊維によってひび割れが防止されることを示した。続く落下錘衝突実験においては，既にひび割れの生じていたNR21にさらに長いせん断ひび割れが生じた。他の3体には壁の基部に短いひび割れが観察されたものの，せん断ひび割れは発生せず，NR21との顕著な差異が確認された。
4体の試験体N0，NR21，PP0，PPR21の挙動を有限要素法により適切に再現するため，二次元および三次元のモデルを作成し，乾燥収縮，収縮拘束から衝突実験に至る一連の挙動をシミュレーションした。その結果，二次元および三次元の間に多少の差異はあるものの，ひび割れの傾向と衝突時の振動を概ね再現した。このモデル化はそのまま建物全体の解析に適用することが可能である。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度は，前年度に作成したNR365，PPR365の2体の試験体について，約1年の乾燥収縮期間を経た後に落下錘衝突実験に供する。この実験から乾燥収縮期間の差異がその挙動に及ぼす影響を，NR21，PPR21の2体との比較によって検証する。
これに加え，載荷時変形・ひずみ性状をさらに詳細に把握できるよう工夫した耐震壁試験体6体を追加作製して実験を実施し，有限要素解析における破壊エネルギーの設定，およびひび割れ伸展特性のモデル化をより適切かつ正確なものとする。
並行して，耐震壁の乾燥収縮ひび割れの影響を受けやすいと推定される30層程度の高層RC建物モデルを作成し，翌年以降の本格的な解析に備えた予備計算を開始する。
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