津波による流体力と漂流物による衝突力を受けるコンクリートの動的破壊挙動の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24760357
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 車谷 麻緒 茨城大学, 工学部, 准教授 (20552392)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 破壊シミュレーション / 損傷モデル / 鉄筋コンクリート / 津波シミュレーション / 一般化有限要素法

研究実績の概要

津波を受けるコンクリート構造物の安全性を評価するには，鉄筋コンクリートの破壊挙動を精度よく再現する必要がある．本研究では，非線形有限要素法に基づく鉄筋コンクリートの破壊シミュレーション手法を開発した．具体的には，独自に定式化した修正von-Mises損傷モデルをコンクリートの材料モデルに適用し，von-Mises塑性モデルを鉄筋の材料モデルに適用した．開発した解析手法の基本性能を検証したのち，引張を受けるRC試験体に本手法を適用した結果，鉄筋まわりに発生する内部ひび割れを3次元で精度よく再現することができた．RCはりの4点曲げ試験に対して，実験結果と解析結果を比較したところ，提案手法による破壊シミュレーションは，実験結果を定量的に再現でき，かつRC部材におけるせん断補強筋の効果を評価可能な解析手法であることを示した．また，デジタル画像解析を用いて，ひび割れ進展を計測し，破壊シミュレーションの結果と比較した結果，実験結果とほぼ同様のひび割れ進展を再現できることも確認した．
津波を受けるコンクリート構造物の安全性を評価するには，構造物に作用する荷重を計算する必要がある．構造物の数値解析には有限要素法を用いるため，本研究では流体解析にも有限要素法を適用した．具体的には，安定化有限要素法を用いて，津波シミュレーション手法を構築した．津波シミュレーションにおける自由表面流れのモデル化には一般化有限要素法を用いて，数値解析の効率化を行った．数値実験を行った結果，文献で示されている実験結果と同様の流体力を得ることができ，また計算時間を約50%短縮することができた．有限要素法による構造物の動的解析手法を構築し，津波シミュレーションから得られた流体力を構造物に与えて動的解析を行い，静的解析との比較を行い，津波を受ける構造物の動的応答を評価した．

研究成果

• [雑誌論文] 微細ひび割れの形成と接触を考慮した準脆性材料の圧縮破壊シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 神野真弥，車谷麻緒，寺田賢二郎，京谷孝史，樫山和男
  • 雑誌名: 日本計算工学会論文集 巻: 2014 ページ: 20140006
  • DOI: http://dx.doi.org/10.11421/jsces.2014.20140006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 異形鉄筋周辺のコンクリートに形成する内部ひび割れモードの再現シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 車谷麻緒，根本優輝，岡崎慎一郎，廣瀬壮一
  • 雑誌名: 日本計算工学会論文集 巻: 2014 ページ: 20140008
  • DOI: http://dx.doi.org/10.11421/jsces.2014.20140008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] コンクリートのひび割れ進展計測のための画像解析手法に関する基礎的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 車谷麻緒，松浦遵，根本忍，呉 智深
  • 雑誌名: 土木学会論文集A2（応用力学） 巻: 70 ページ: I_135-I_144
  • DOI: http://dx.doi.org/10.2208/jscejam.70.I_135
  • 査読あり
• [雑誌論文] フェーズフィールド法によるミクロ構造トポロジー最適化の基礎的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤準治，加茂純宜，高瀬慎介，森口周二，車谷麻緒，寺田賢二郎，京谷孝史
  • 雑誌名: 土木学会論文集A2（応用力学） 巻: 70 ページ: I_173-I_183
  • DOI: http://dx.doi.org/10.2208/jscejam.70.I_173
  • 査読あり
• [雑誌論文] 三次元非構造メッシュ修正システムへの要素細分化手法の導入とシステム適用性の向上研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中智，樫山和男，今西準紀，車谷麻緒
  • 雑誌名: 土木学会論文集A2（応用力学） 巻: 70 ページ: pp.I_339-I_348
  • DOI: http://dx.doi.org/10.2208/jscejam.70.I_339
  • 査読あり
• [学会発表] 損傷モデルを用いた損傷後の鉄筋コンクリート中の物質移動解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林賢司，車谷麻緒，岡崎慎一郎
  • 学会等名: 第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-06-09
• [学会発表] 損傷モデルと弾塑性モデルを用いた鉄筋コンクリートの破壊シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 相馬悠人，根本優輝，車谷麻緒
  • 学会等名: 第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-06-09
• [学会発表] 非均質構造解析のための拡張ボクセル有限要素法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 車谷麻緒，川瀬晴香
  • 学会等名: 第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-06-08
• [学会発表] 画像解析を用いたコンクリートの破壊シミュレーションのV&V (2015)
  • 著者名/発表者名: 邊見哲一，根本忍，車谷麻緒
  • 学会等名: 第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-06-08
• [学会発表] 幾何学的非線形性を考慮した準脆性材料の損傷解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 阿部俊逸，車谷麻緒，寺田賢二郎
  • 学会等名: 第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-06-08
• [学会発表] 鉄筋コンクリートの非線形有限要素解析とそのV&V (2015)
  • 著者名/発表者名: 根本優輝，相馬悠人，車谷麻緒
  • 学会等名: 第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-06-08
• [学会発表] 拡張ボクセル有限要素法を用いたコンクリートの微細構造解析に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川瀬晴香，車谷麻緒
  • 学会等名: 第42回土木学会関東支部技術研究発表会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-06
• [学会発表] コンクリートの損傷と鉄筋の塑性を考慮したRCはりの破壊シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 相馬悠人，根本優輝，車谷麻緒
  • 学会等名: 第42回土木学会関東支部技術研究発表会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-06
• [学会発表] 画像解析と数値解析によるRCはりのひび割れ進展挙動の比較・考察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 邊見哲一，根本忍，車谷麻緒
  • 学会等名: 第42回土木学会関東支部技術研究発表会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-06
• [学会発表] コンクリートの微視的な破壊進展挙動の再現に関する基礎的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 増田開，車谷麻緒
  • 学会等名: 第42回土木学会関東支部技術研究発表会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-06
• [学会発表] 安定化有限要素法による3次元津波シミュレーションの効率化と構造物の動的応答に関する基礎的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤重紀，車谷麻緒
  • 学会等名: 第42回土木学会関東支部技術研究発表会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-05
• [学会発表] コンクリートの破壊力学を考慮した損傷モデルの提案とひび割れ進展解析への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 車谷麻緒
  • 学会等名: 第4回計算力学シンポジウム
  • 発表場所: 日本学術会議
  • 年月日: 2014-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] 画像解析によるコンクリートのひび割れ進展計測に関する基礎的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 車谷麻緒，松浦遵，根本忍，呉智深
  • 学会等名: 第69回土木学会年次学術講演会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] 一般化有限要素法による自由表面流れ解析に関する研究／ (2014)
  • 著者名/発表者名: 阿部俊逸，車谷麻緒，渡邉義仁
  • 学会等名: 第69回土木学会年次学術講演会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-09-10
• [学会発表] 損傷モデルによる異形鉄筋周辺の3次元内部ひび割れの再現解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 根本優輝，車谷麻緒，岡崎慎一郎
  • 学会等名: 第69回土木学会年次学術講演会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-09-10
• [学会発表] Simulation of 3D internal cracks formed in concrete around deformed tension bars using isotropic damage model (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kurumatani, Y. Nemoto, S. Okazaki
  • 学会等名: 11th World Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Barcelona
  • 年月日: 2014-07-23
• [学会発表] 一般化有限要素法による自由表面流れ解析に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡邉義仁，遠藤重紀，阿部俊逸，車谷麻緒
  • 学会等名: 第19回計算工学講演会
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 2014-06-13
• [学会発表] 損傷モデルによる異形鉄筋まわりの3次元内部ひび割れ進展解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 根本優輝，車谷麻緒，岡崎慎一郎
  • 学会等名: 第19回計算工学講演会
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 2014-06-12
• [学会発表] コンクリートのひび割れ進展計測のための画像解析手法に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松浦遵，根本忍，車谷麻緒
  • 学会等名: 第19回計算工学講演会
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 2014-06-12
• [学会発表] Numerical evaluation of impact tsunami force acted on bridge girders by using a particle method (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanabe, S., Asai, M., Terada, K., Kashiyama, K., Moriguchi, S., Kurumatani, M.
  • 学会等名: Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems 2014
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2014-04-16
• [学会発表] A study on impact force of rockfalls against shock-absorbers for retaining walls (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Takase, S., Moriguchi, S., Terada, K., Kato, J., Kyoya, T., Kurumatani, M.
  • 学会等名: Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems 2014
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2014-04-16
• [学会発表] Simulation of 3D internal cracks formed in concrete around deformed bar using isotropic damage model (2014)
  • 著者名/発表者名: Nemoto, Y., Kurumatani, M., Okazaki, S.
  • 学会等名: Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems 2014
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2014-04-15
• [学会発表] Fundamental study of free surface flow analysis using PU-based finite element method (2014)
  • 著者名/発表者名: Endo, S., Watanabe, Y., Abe, S., Kurumatani, M., Takase, S., Moriguchi, S., Asai, M., Terada, K., Kashiyama, K.
  • 学会等名: Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems 2014
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2014-04-15
• [学会発表] 2D-3D hybrid method for tsunami simulation based on stabilized finite element method (2014)
  • 著者名/発表者名: Takase, S., Kato, J., Moriguchi, S., Terada, K., Kyoya, T., Kurumatani, M., Asai, M., Kashiyama, K., Sakuraba, M., Nojima, K.
  • 学会等名: Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems 2014
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2014-04-15
• [学会発表] A method for compressive failure simulation in concrete using elasticity-spring network (2014)
  • 著者名/発表者名: Kurumatani, M., Kamino, S., Terada, K.
  • 学会等名: Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems 2014
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2014-04-14
• [備考] 車谷麻緒ホームページ
  • URL: http://www.civil.ibaraki.ac.jp/strc/maok/profile.html