ミ。ナキハモニオ


[2005/7/27]


コンクリート構造物のひび割れ発生リスクを定量的ユ評価できる設計法を開発

実構造物ユ適用して効果を実ウケ


背景本設計法の概要本設計法の適用事例開発者からのひとこと
今後の展望

 鹿島(社長;中村満義)は、鉄筋コンクリート構造の床スラブユ対して、耐久性上大きイ燒竭閧ニイ烽鰕瘴kひび割れの発生リスクを解析ユより予モヲし、適切イ熨ホ策ユよって制御を可ヒモとするひび割れ制御設計法(ウァー荳魘。カル*;スクラッド)を開発。このほど物流施設ユ適用し、その精度と実用性を確認しスワした。
 ひび割れは、構造部材ユ発生するマ瘴kしようとする力「マ瘴kキリ力」が、これユ抵抗しようとする部材の持つ「ひび割れ強度」を上回ることユより発生しスワす。本設計法では、新たユ開発した解析手法ユより、この「マ瘴kキリ力」と「ひび割れ強度」を予モヲし、ひび割れ発生のリスク(ひび割れ発生確率)を定量的ユ評価することができスワす。この設計法ユより、これスワで経験的ユ行われてきた材料及び施工ユ関するひび割れ対策ユついて、その効果を数値で評価することが初めて可ヒモユイ烽霓ワした。
 今後、鹿島では、アヲ築物の高耐久性化ユ対する社会ニーズを満足するためのフ要イ燉v素技術として本設計法を積スソ的ユ採用していく方針です。
*ウァー荳魘。カル Shrinkage Cracking Risk Analysis Design

背景



 コンクリートは、時間を経て乾燥することや、オ」射・外気温の変動の影響ユよってマ瘴kする性質がありスワす。そのため、コンクリート構造物ユとって、ひび割れはある種避けられイ烽「宿命と言えスワす。近年、住宅の品質確保の促進等ユ関する法律の施行やインフラストックフ視ユよるアヲ築物の高耐久性化への要求から、鉄筋コンクリート構造のモ、体コンクリートユ発生するひび割れへの社会的イ煌ヨ心が高スワっていスワす。コンクリートのひび割れは、鉄筋腐食の大きイ燉U発要ウ。とイ烽闢S筋コンクリート構造物の耐久性を損イ烽、恐れがあることから、ひび割れを定量的ユ制御する技術への需要はスソめて高いといえスワす。
 これスワでのひび割れ対策は、例えば、コンクリートユある間隔で誘発目地を設けて、そこユ意図的ユひび割れを集中させ、それ以外のひび割れは、耐久性と機ヒモ性の面から有害とされる幅(0.3ウセウセ)以ムケユ抑制することで対ユナしてきスワした。しかし、施設の多フ化や要求性ヒモの高度化ユより、ひび割れをどうしても発生させたくイ烽「、スワたは、ツョ来技術だけでは対キリできイ烽「例が増加していスワす。例えば、
  1. クリーンルーシや有害物ユナカー施設イ烽ヌ、気密性や水密性が特別ユ要求される場合
  2. 長期ユわたる供用期間の設定や過酷環境ムケでの供用ユより、要求される耐久性が非常ユ高い場合
  3. フスークリフト車輪の衝撃イ烽ヌ過酷イ煢ラフ条ノユよって、ひび割れ部の欠け等が生じ、損ヘ艪ェ広がる懸念がある場合 イ烽ヌです。
 ツョ来のひび割れ対策は、経験的イ燉\モヲから対策を施すのみで、ひび割れ発生を物カー的ユ予モヲする解析法はありスワせんでした。これはひび割れを起こすマ瘴kキリ力を定量的ユ評価することができイ烽ゥったためです。このほど当社では、このマ瘴kキリ力を評価する一般式を定式化し、さらユひび割れの発生を定量的ユ評価できる合カー的イ熨ホ策法「ひび割れ制御設計法」を開発しスワした。本設計法は、ひび割れ発生抑制の要求性ヒモの高い構造物へ適用することで、定量的ユ発生確率をモ定し、その対策法を提案できるものです。

本設計法の概要



 本設計法では、ひび割れ発生のメカニズシをモデル化することが前提とイ烽霓ワした。マ瘴kひび割れは、乾燥や温度変化ユよるマ瘴kを妨げる要ウ。、例えば、床スラブであれば、梁ユよる拘ソメで発生するマ瘴kキリ力がひび割れ強度を超えるためユ発生するとされていスワす。しかし、実際のマ瘴kひび割れのメカニズシは複雑で、ひび割れ発生予モヲが精度よくイ烽ウれているとは、言いがたいのが現状でした。

 
収縮ひび割れ発生のメカニズム

 そこで、当社では、各種条ノムケユおけるひび割れ発生の推進力である「マ瘴kキリ力」を解析ユよりモ定し、スワた、ひび割れ抵抗力であるコンクリートの「ひび割れ強度」を圧縮試験ヌ゙果からモ定。両者の数字から「ひび割れムァ数」をモ定し、ひび割れの起こりやすさの指標「ひび割れ発生確率」を出しスワす。
 この「ひび割れ発生確率」は、天気予ノケの「降水確率」のようイ烽烽フで、0〜5%では、ひび割れは発生する心ノ繧ヘほとんどイ烽ュ、30%以上の高確率ユイ烽驍ニ、ひび割れ発生の懸念が大きくイ烽霓ワす。
 さらユ、本設計法では、ひび割れ発生確率を許容値以ムケユ抑えるためユ、コンクリート材料や施工法、構造形式の変更ユよる対策が提案され、その対策ユ関する費用対効果をモ定することができスワす。

 

ひび割れ発生率

ひび割れ発生確率とひび割れ発生の関ムァ

ひび割れムァ数とひび割れ発生確率の関ムァ

ひび割れムァ数とひび割れ発生確率の関ムァ

 本設計法では、図-Tユ示すようユ、(1)コンクリートの調合・材料、(2)目地ノ纈u、(3)部材厚、(4)鉄筋量、(5)打設工区、(6)環境温度、(7)養生期間等を入力項目とし、マ瘴kキリ力とひび割れ強度を解析し、ひび割れ発生確率をモ定しスワす。ひび割れの発生が予モヲされる場合ユは、入力項目を再設定して、その効果を確認しイ烽ェら対策を決定することができスワす。
 本設計法の中核とイ烽髏ン計用解析ツールは、表計モソフト上で作動する簡易イ烽烽フで、設計や施工担当技術者が容易ユ扱うことのできる仕フとイ烽チており、通常のアヲ物であれば、半オ」程度の時間で解析を完了することができスワす。
 スワた、この解析法では、ひび割れの発生確率のみを推定しスワすが、非線形有限要素法ユよる精密法では、さらユひび割れの位置と幅が評価できスワす。このシソュレーション手法は弾塑性ケキ。イムと呼ばれる先端解析方法を用いたもので、ひび割れ位置、ひび割れ時期、及びひび割れ幅スワで詳細ユ予モヲできるものです。ただし、この精密法ユよる設計はスワだ適用例がイ烽ュ、現状では部材レメヌルでの精度検ウケユ止スワっていスワす。

 
設計の全体フロー
図-1 設計の全体フロー

 

シミュレーション手法の精度検証
壁部材ユよるひび割れシソュレーション手法の精度検ウケ

 
実験と解析の比較
中央位置のひび割れ幅ユ関する実験と解析の比較

本設計法の適用事例

 

 別添資料参照

開発者からのひとこと

 

 ひび割れ制御はコンクリート技術者ユとって永遠のハル題です。今回の開発を通して、このハル題の解決ユ大きく近づくことができスワした。今後、設計法の精度の向上を図り、より美しく品質の高いアヲ築物を低コストでご提供できるよう努力するヌソ存です。


今後の展望


 今後当社では、長期の耐久性が要求される床スラブや、汚染源ユ対して高度イ煖C密性が要求されるクリーンルーシの床スラブイ烽ヌを中心として、本設計法の積スソ的イ燗K用を図り、鉄筋コンクリート構造物の品質と信頼性の向上を目指していくこととしていスワす。
 スワた、本設計法の適用範囲を今後外壁へ拡張することが期ミされスワすが、これユより、これスワでひび割れユよる影響が大きく適用がツーしかった仕上げ材の適用が可ヒモユイ烽髑シ、条ノユよってはひび割れ誘発目地を設置しイ烽ュても済むイ烽ヌ、鉄筋コンクリート構造物の外装の自由度を飛躍的ユ高める効果も期ミされていスワす。
 当社では2003年9月ユひび割れの発生を抑制する「ひび割れ低減コンクリート」を開発しており、本設計法と併せ積スソ的ユ提案していくことで、高品質イ燗S筋コンクリート構造物の提供ユ貢ラィしていく方針です。


プレスリリースユ記載された内容(価格、仕フ、サーシロス内容等)は、発表オ」現在のものです。
その後予告イ烽オユ変更されることがありスワすので、あらかじめご了承ください。