離散型要素を用いたFEMによる鉄筋コンクリート構造の非線形解析プログラムの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650464
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 児島 孝之 立命館大学, 理工学部, 教授 (10066706)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高木 宣章 立命館大学, 理工学部, 教授 (50154753)
• Keywords: 有限要素法解析 / 離散型要素 / 再メッシュ分割 / ひび割れ特性 / 付着特性 / ダウエル特性

Research Abstract

1.ひび割れ進展プログラムの作成
部材中に逐次進展するひび割れを、解析上で計算される部材の主引張応力がコンクリートの引張強度に達する点に1ステップあたりひび割れ要素を一要素ずつ挿入し、この過程を繰り返すことにより表現している。ひび割れ要素は主引張応力方向に対して直角に挿入し、部材中の応力状態により発生する斜めひぴ割れおよび分岐ひび割れを、アイソパラメトリック四辺形および三角形要素を用いて再メッシュ分割が可能となった。
2.ひび割れ界面で伝達される垂直・せん断力を表現する離散型ひぴ割れ要素の開発
ひび割れ界面での応力伝達には、ひび割れ面垂直方向の変位(δ_n)により発生する垂直応力(σ_n)、およびひび割れ面平行方向の変位(δ_t)により発生するせん断伝達応力(τ_t)が挙げられる。本研究で提案する要素構成則では、垂直応力-変位関係(σ_n-δ_n)には既往研究からの引張軟化特性を用いて表現した。また、τ_tはδ_nおよびδ_tに依存するため、ひび割れ幅-かみ合わせ関係(δ_n-τ_<max>)を仮定し、任意のδ_nで伝達される最大せん断力(τ_<max>)を決定し、そのτ_<max>を最大点とするせん断応力-変位関係(τ_t-δ_t)を仮定して表現した。ひび割れ閉口時は、ひび割れ要素の剛性はコンクリートと同様の剛性を有するものとしている。
3.鉄筋とコンクリート間で伝達される付着・ダウエル力を表現する離散型付着要素の開発
鉄筋とコンクリート界面での応力伝達には、鉄筋軸方向に作用する付着応力、および鉄筋の変形時に発生するダウエル応力が挙げられる。付着特性には、コンクリート強度(低・高強度)、コンクリートの応力状態(引張・圧縮)をパラメータとした付着試験を行い、この結果を逆解析することにより付着応力-すべり関係を明らかにした。ダウエル特性には、2次元解析では部材奥行き方向の応力分布が考慮できないため、かぶり厚さをパラメータとしたダウエル力-変位関係を仮定し、従来の研究結果を逆解析することにより、その特性を明らかにした。
4.離散型のひび割れおよび付着要素を用いたせん断補強鉄筋を有さないRC梁の解析
上述した1、2および3で行った研究成果を用いて、せん断補強鉄筋を有さないRC梁の解析を行った。ひび割れ増分法および離散型要素を用いることにより、各荷重レベルでの構成材料の応力分布の把握が可能となった。また、離散型要素の負担せん断力の算定を行い、各破壊モードにおける分担せん断力の相違を明らかにし、本解析手法の妥当性および問題点の検討を行った。

Research Products

• [Publications] 松尾真紀, 日比野憲太, 高木宣章, 児島孝之: "コンクリートのひび割れを表現する離散モデルとその基本特性"土木学会論文集. No.655/V-48. 1-12 (2000)
• [Publications] Takayuki Kojima, Nobuaki Takagi, Kenta Hibino: "DEVELOPMENT OF A DISCRETE BOND LINKAGE ELEMENT BETWEEN CONCRETE AND REINFORCING BAR"2001, Second international conference on engineering materials, San jose, CA, USA. Vol.I. 315-326 (2001)
• [Publications] 松尾真紀, 二羽純一郎, 児島孝之: "コンクリートと連続繊維補強材間の付着要素の定式化"土木学会論文集. (印刷中). (2002)