コンクリート構造物のマルチステージ破壊挙動の再現に向けた材料モデルの開発

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K20449
• Research Institution: Fukushima National College of Technology
• Principal Investigator: 相馬 悠人 福島工業高等専門学校, 都市システム工学科, 助教 (50968568)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Keywords: コンクリート構造物 / ひび割れ進展挙動 / コンクリートの破壊力学 / 有限要素法 / 損傷モデル

Outline of Annual Research Achievements

RC部材では，一般的に破壊が段階的に進行する．ステージ0を弾性挙動とすると，コンクリートが弾性限界に達し，ひび割れが生じるステージI，鉄筋が弾性変形に達し，塑性変形が生じるステージII，鉄筋が座屈して終局に至るステージIIIの計3つの破壊ステージが存在する．RC部材で生じる複数の破壊ステージをシームレスに繋ぐためには，初期のステージIから生じるコンクリートのひび割れ進展挙動のモデル化が最も重要な課題となる．コンクリートは，応力状態によって破壊挙動が異なり，特に圧縮応力状態下では，破壊面の開口と再接触が複合的に生じながら破壊が進行するため，そのような複雑な破壊挙動をモデル化することは容易ではない問題である．上記のような破壊挙動を精度よく再現することができれば，精度の良いマルチステージ破壊シミュレーション手法の開発に繋がる．そこで本年度では，コンクリートに生じる破壊面の開口挙動および再接触挙動を考慮した損傷モデルの定式化を行った．コンクリートの圧縮問題に関する基本的な検証例題を通して，従来の等方性損傷モデルの解析結果と比較することで，提案モデルが破壊面の開口挙動だけではなく，破壊面の再接触による抵抗を再現できることを確認することができた．さらに，モルタルおよび骨材から成るコンクリートのメゾスケールモデルを対象とし，提案モデルを適用した結果，圧縮破壊における複雑な破壊挙動を再現できることを確認できた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コンクリートの開口挙動と接触挙動を考慮した損傷モデルの定式化を1次元問題から多次元問題に拡張し，コンクリートの圧縮問題を対象としたシミュレーションにより，提案モデルの有効性を確認することができた．当初予定していた計画通りに研究が進んでいるため，おおむね順調に進展していると判断した．

Strategy for Future Research Activity

コンクリートの圧縮問題を対象とし，実験結果と解析結果を比較することで，提案モデルの妥当性および有効性を検証する．また，鉄筋コンクリートの破壊シミュレーションに提案モデルを適用することで，RC部材のマルチステージ破壊挙動の再現性についても検証する予定である．

Causes of Carryover

解析用ソフトやデスクトップPCの購入費用を，当初想定していた金額よりも抑えることができたため，次年度使用額が生じた．次年度予算は，解析環境の整備や，実験関連の材料費，計測機器等の購入に使用する予定である．