三木 朋広 | ![]() |
ミキ トモヒロ | |
大学院工学研究科 市民工学専攻 | |
准教授 | |
土木・建築工学関係 |
2015年06月 日本コンクリート工学会 近畿支部, 日本コンクリート工学会近畿支部(奨励賞), アルカリシリカ反応によりひび割れが生じたコンクリートの圧縮破壊挙動に関する研究
日本国国内学会・会議・シンポジウム等の賞
2013年10月 プレストレストコンクリート工学会, 第22回プレストレストコンクリートの発展に関するシンポジウム優秀講演賞, 小型加力装置によるコンクリートに作用する圧縮応力の測定に関する実験研究
国内学会・会議・シンポジウム等の賞
2009年10月 日本材料学会, 第9回コンクリート構造物の補修、補強、アップグレードシンポジウム優秀論文賞, 局所的に鉄筋腐食したRCはりのせん断耐荷機構に関する実験的研究
2009年05月 日本コンクリート工学協会, 日本コンクリート工学協会賞(論文賞), 鉄筋腐食したRCはりのせん断耐荷機構に関する解析的研究
2003年05月 日本コンクリート工学協会, 日本コンクリート工学協会賞(奨励賞), 格子モデルによる鉄筋コンクリート構造物の非線形解析
2003年05月 土木学会, 吉田研究奨励賞, 3次元動的格子モデルによる地震力を受ける鉄筋コンクリート構造物の非線形解析
2002年07月 日本コンクリート工学協会, 年次論文奨励賞, 鉄筋座屈を考慮した格子モデルによるRC橋脚の静的正負交番解析
2000年07月 日本コンクリート工学協会, 講演会優秀講演賞, コンクリート構造物の局所的圧縮破壊に関する解析的研究
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This study is aimed at the application of the 3D lattice model, which based on discretization of concrete in truss and arch analogy is able to express the shear resisting mechanism of RC structures in order to perform damage range evaluation of RC columns. Nonlinear dynamic analysis is performed using the new multi-directional 3D lattice model for circular cross section columns
CRC Press, 2015年10月, Proceedings of 4th International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting (ICCRRR 2015), 4, 983 - 991, 英語[査読有り]
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コンクリートの引張軟化特性は,コンクリートの破壊特性を評価する際の重要な情報のひとつである.本論文では,アルカリシリカ反応(ASR)が進行し,その結果ひび割れが生じているコンクリートの引張軟化曲線と破壊エネルギーを求め,ASRに起因するひび割れと破壊挙動との関係を明らかにすることを目的とした.切欠きを有するコンクリートはり供試体を用いて3点曲げ試験を行い,荷重,変位,開口変位を求めた.載荷中にデジタルカメラとマイクロスコープを用いて供試体表面の撮影を行い,撮影画像からデジタル画像相関法を用いて表面ひずみを計測した.本実験より,ASRに起因するひび割れを有するコンクリートの引張軟化特性を評価することができた.
日本材料学会, 2015年10月, コンクリート構造物の補修,補強,アップグレード論文報告集, 15, 523 - 528, 日本語[査読有り]
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ASRによってひび割れが生じたコンクリート角柱供試体を対象として,表面を研磨した断面を観察することによってASRひび割れの内部状況を明らかにするとともに,内部ひび割れの可視化を試みた.また,研磨面のスキャナ画像を積層化して,ひび割れの3次元可視化を行った.ひび割れの3次元的可視化によって,骨材とASRひび割れ進展について,骨材の大小ならびにひび割れ深さによらず進展していくことがわかった.また,3次元可視化を行うことでひび割れの立体的な形状を直感的に理解することができた.圧縮載荷試験では,表面に生じたひび割れと圧縮破壊挙動の関係について検討を行い,圧縮で載荷軸方向のASRひび割れが開口し破壊に至ることが,画像解析によって得られたひずみ分布から確認できた.
日本材料学会, 2015年10月, コンクリート構造物の補修,補強,アップグレード論文報告集, 15, 517 - 522, 日本語[査読有り]
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論文集(書籍)内論文
The present study includes the experimental investigation on the structural mechanism of reinforced concrete (RC) beams using high strength reactive powder concrete (RPC) and containing high-strength steel short fibers. The steel fiber reinforced high-strength RPC beams was design lightly reinforced with shear reinforcement but to still fail in shear in the loading tests. The parameter was set as shear reinforcement ratio (0, 0.3%, and 0.6%), volume fraction of fiber (0, 1%, and 2%) and volume change due to mainly shrinkage which was controlled by the water dissipation during the curing with drying or sealed sequences until the loading test for the beams. The strains of the concrete and reinforcing bars in the RC beams and the strain in the reference specimen were measured during the curing. In the loading test, an image analysis using a digital image correlation method was carried out in order to detect the micro-and macro-cracks in the RC beams. We have confirmed from the loading experiments that the increase in the shear capacity of the RC beams by containing the shear reinforcement and steel fibers even when the amount of shear reinforcement was set close to the minimum requirement. The interval of the diagonal cracks in the RC beams at the ultimate stage was changed according to the amount of the shear reinforcement and the volume fraction of fiber. In addition, the results of loading tests indicate that the initiation and propagation of a diagonal crack in the RC beams was changed and finally the shear capacity of the beams was influenced by the parameters, especially in the case of high shrinkage condition.
AMER SOC CIVIL ENGINEERS, 2015年, CONCREEP 10: MECHANICS AND PHYSICS OF CREEP, SHRINKAGE, AND DURABILITY OF CONCRETE AND CONCRETE STRUCTURES, 10, 738 - 744, 英語[査読有り]
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A method to estimate the residual prestressing force in concrete members is required toevaluate the structural performance of existing prestressed concrete structures. Toword this goal, the stress concentration around the hole in a prestressed concrete specimen was used to evaluate the prestress in the concrete member. As the fundamental investigation, uniaxial compression test
プレストレストコンクリート工学会, 2014年10月, 第23回プレストレストコンクリートの発展に関するシンポジウム論文集, 23, 435 - 440, 日本語[査読有り]
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本研究は,ASRが生じたコンクリートの力学的特性,特に静弾性係数や圧縮破壊挙動とASRひび割れの状態との関係を明らかにすることを目的とした.供試体表面に生じたひび割れの長さ,幅,角度を計測し,それらの値と最大応力度および静弾性係数との関係を調べた.一軸圧縮試験の結果より,静弾性係数には,水平方向や斜め方向といった載荷軸直交方向に近い方向のひび割れが,載荷によって閉じる挙動が影響していることを示した.また,プレピーク領域において繰返し荷重を受けるときのASRひび割れの挙動,ならびにASRが生じたコンクリートが破壊に至る挙動を実験的に把握することができた.
日本材料学会, 2014年10月, コンクリート構造物の補修,補強,アップグレード論文報告集, 14, 45 - 52, 日本語[査読有り]
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本研究では,ASRに起因するひび割れを測定し,その結果に基づいてASRが生じたコンクリートの力学的性能を評価することを目的とした。そこで,屋外暴露した角柱供試体を対象として,ひび割れの総延長と面積密度を測定し,ASRひび割れの状態を定量的に整理した。その後同一の供試体を対象として行った圧縮試験では,画像解析を用いて載荷に伴うひび割れの進展を計測した。軸方向のASRひび割れの幅,長さや分布性状によって,載荷に伴うひび割れの開口の様子が異なり,圧縮破壊挙動に影響することを確認した。
日本コンクリート工学会, 2014年07月, コンクリート工学年次論文集, 36 (2), 73 - 78, 日本語[査読有り]
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2011年の東北地方太平洋沖地震によるコンクリート橋桁の津波による被債状況を再現するため,ラージ・エディー・シミュレーション(LES)法に基づく流れと桁移動のシミュレーションを行った.水面は水深関数を用いる液体のみの単相計算で,接近する津波の流れの状況とそれによる橋桁にかかる力を算定し単純支持された桁の移動の再現を行った.結果は岩手県などで見られた橋桁の被債儒教に近いものとなっている.
一般社団法人 日本機械学会, 2013年11月, 計算力学講演会講演論文集, 26 (26), 402-1 - 402-2, 日本語研究論文(研究会,シンポジウム資料等)
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鉄筋腐食,繰返し荷重,付着応力,ポストピーク
日本コンクリート工学会, 2013年07月, コンクリート工学年次論文集, 35 (2), 601 - 606, 日本語[査読有り]
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ASR,引張軟化曲線,破壊エネルギー,主ひずみ分布
日本コンクリート工学会, 2013年07月, コンクリート工学年次論文集, 35 (2), 91 - 96, 日本語[査読有り]
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普通砕石ならびに再生粗骨材を使用し,粗骨材絶対容積が高強度コンクリートの圧縮強度ならびに圧縮ひずみ軟化に及ぼす影響を検討した。その結果,粗骨材種類ならびに粗骨材絶対容積に依存して,異なる圧縮強度ならびに圧縮ひずみ軟化現象を確認した。π型変位計ならびに格子法を用いた画像解析を行うことで,供試体載荷直交変位ならびコンクリート中の粗骨材部,モルタル部における載荷直交方向のひずみが,圧縮強度ならびに圧縮ひずみ軟化に影響を及ぼしていることが明らかとなった。
日本コンクリート工学協会, 2008年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.30,No.3,pp.481-486 (2), 481 - 486, 日本語[査読有り]
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本研究では,載荷中の供試体の変形を画像解析を用いて計測し,有限要素により算出したひずみの分布を示すことで,視覚的に供試体の変形を捉えるという一連の作業を瞬時に行うことができる,リアルタイム非接触ひずみ計測システム(リアルタイムシステム)を開発した。そして,鉄筋コンクリート(RC)はりの載荷試験を行い,本システムを適用し算出した,RCはり表面に発生したひずみの分布から,ひび割れの特徴,さらに破壊性状の経時的変化を検討した。その結果,このシステムを使用することにより,ひび割れの発生位置および進展を再現できることを確認し,RCはりの破壊性状をリアルタイムに予測できる可能性を示した。
日本コンクリート工学協会, 2008年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.30,No.3,pp.793-798 (3), 793 - 798, 日本語[査読有り]
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本研究では,接合部に貫通鉄筋およびせん断キーを有するRC部材の静的単調2面せん断試験を対象として,接合部に界面要素を用いた3次元有限要素解析を行なった。実験は,せん断キーで破壊を生じさせるため,載荷点を接合部,支点をウェブ上面に設定した。解析結果から,ずれせん断耐力に対するスターラップの貢献分は,ハンチ筋による貢献分と比較してやや高いことがわかった。また,せん断キーは,キー自体が破壊に至るまでウェブ部と床版部の一体性を保つことを,界面要素より得られるずれ変位から確認した。
日本コンクリート工学協会, 2008年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.30,No.3,pp.589-594 (3), 589 - 594, 日本語[査読有り]
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The present study is aimed at investigating the shear behavior of reinforced concrete beams with doubly reinforced rectangular cross-section, with and without steel fibers, affected by distributed cracks. The influence of the distributed cracks was mathematically quantified with the help of a crack density parameter. Monotonic loading tests were conducted on the RC beams and their failure indicated a mixed mode between both diagonal tension and diagonal compression failures. Due to the reinforcement layout, the effect of the longitudinal compression reinforcement on the shear carrying capacity should be taken into account. The distributed cracks were shown to have less influence on the peak load of doubly reinforced concrete beams.
Japan Society of Civil Engineers, 2007年10月, Doboku Gakkai Ronbunshuu E, Vol.63, No.4, pp.590-607 (4), 590 - 607, 英語[査読有り]
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鉄筋腐食したコンクリート構造部材の残存構造性能を把握するため,3次元格子モデルを用いて解析的に検討した。格子モデルは,トラス要素で構成された簡便な解析モデルである。本研究では,鉄筋腐食の程度を,鉄筋の断面欠損,および主鉄筋とコンクリートの付着劣化として解析に反映させた。解析対象は,建設後約40年経過した桟橋から切り取ったRCはりである。3次元格子モデルに,空間的にばらついた鉄筋腐食による断面欠損率を考慮することによって,鉄筋降伏荷重,最大荷重,および変形性能をおおむね予測できた。
日本コンクリート工学協会, 2007年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.29, No.3, pp.1675-1680 (3), 1675 - 1680, 日本語[査読有り]
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プレテンションウエブ橋では,ウエブと床版間に発生するずれせん断力に対して,ずれ止め筋およびコンクリートせん断キーにより耐力を確保する。本研究では,接合部の2面せん断試験を行い,スターラップに加え,ハンチ部の鉄筋をずれ止め筋として考慮した場合の耐力,ウエブの上面および側面にせん断キー設置した場合の耐力,コンクリートの付着力の効果等を検討した。その結果,ハンチ部の鉄筋はせん断耐力の向上や,側面せん断キーと同等の初期剛性向上効果があること,コンクリートの付着力によるずれせん断耐力は比較的大きいことを確認した。
日本コンクリート工学協会, 2007年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.29, No.3, pp.505-510 (3), 505 - 510, 日本語[査読有り]
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本研究では,様々な再生骨材を用いたコンクリートの引張応力下におけるひび割れ進展挙動を把握することを試みた。供試体中央に1個の骨材を配置したモデルコンクリート供試体を用いて割裂引張試験を行い,デジタルビデオを用いて供試体中のひび割れ進展挙動を高速撮影した。本手法を用いて,再生骨材の品質,およびモルタル部と骨材の強度差がコンクリートのひび割れ進展挙動に及ぼす影響について調べた。その結果,これらの要因がコンクリートの引張強度に影響すること,ひび割れ進展経路を変化させることを明らかにした。
日本コンクリート工学協会, 2007年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.29, No.2, pp.397-492 (2), 397 - 402, 日本語[査読有り]
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せん断補強筋を有する鋼繊維補強RCはりにおける,鋼繊維によるせん断補強効果を評価することを目的に,せん断補強筋比と鋼繊維混入率をパラメータとしてRCはりのせん断載荷試験を行った。鋼繊維のせん断補強効果は,重合せの原理に基づいた修正トラス理論を用いて検討した。実験結果から,せん断補強筋と鋼繊維を併用することで,0.3vo1%程度の低繊維混入率の場合においても鋼繊維によるせん断補強効果が向上すること,また,その際のせん断補強効果のばらつきを抑制することができることを確認した。
日本コンクリート工学協会, 2007年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.29, No.3, pp.1417-1422 (3), 1417 - 1422, 日本語[査読有り]
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圧縮力を受けて破壊に至るコンクリート部材において,ポストピーク領域では部材軸に沿ったひずみは一様に分布せず,ある領域に局所化する。その領域は,部材長さによっても異なる。本研究では,画像解析により,コンクリート表面の変形挙動からこの圧縮局所化領域を同定した。コンクリート部材に対し圧縮試験を行い,画像解析手法を用いて,部材寸法およびコンクリートの種類(普通,繊維補強,超高強度繊維補強)が圧縮局所化領域に与える影響について検討した。その結果,全ての部材寸法において,圧縮局所化領域は繊維補強コンクリートが最も大きく,超高強度繊維補強コンクリートが最も小さくなることがわかった。
日本コンクリート工学協会, 2007年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.29, No.3, pp.43-48 (3), 43 - 48, 日本語[査読有り]
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プレキャストウェブと後打ちコンクリートフランジ間の接合方法を検討するために,様々な方法で接合したRC部材の静的単調2面せん断試験を行った。本研究では,この試験で用いた供試体を対象として,接合部に界面要素を用いた3次元非線形有限要素解析による検討を行った。解析結果から,接合部におけるウェブ上面の貫通鉄筋よりもウェブ側面の貫通鉄筋の方がずれせん断耐力に対する貢献分は高いこと,また側面および上面せん断キーを配置することにより,接合部のずれ開始後の一体性を保つことができることを確認した
日本コンクリート工学協会, 2007年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.29, No.3, pp.499-504 (3), 499 - 504, 日本語[査読有り]
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地震動は構造物に3次元的に作用するため,個別に求められた構成部材の応答や主軸に対する平面的な応答の重ね合せから得られる全体系の地震時挙動は,実際とは異なる可能性がある。本研究では,RC部材のせん断耐荷機構をシンプルに評価できる3次元格子モデルを用いて,地震力を受けるRC構造物全体系の3次元地震時挙動を評価した。解析対象は,兵庫県南部地震で異なる被害状況が見られたRC高架橋である。本検討によって,柱のせん断破壊,柱基部における鉄筋座屈など,実際の被害を本解析手法により再現できることを示した。
日本コンクリート工学協会, 2006年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.28, No.2, pp.937-942 (2), 937 - 942, 日本語[査読有り]
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鉄筋腐食によって劣化したRC部材の耐荷機構を解析的に把握するために,格子モデルを用いた検討を行った。格子モデルは,対象部材をトラス要素に離散化させることによって,簡便かつ明確にRC部材の耐荷機構を評価することのできる解析モデルである。本研究では,鉄筋の腐食による断面欠損に加え,鉄筋とコンクリートの付着劣化を考慮するための接合要素のモデル化を行った。正負交番載荷実験の結果との比較から,格子モデルによって,RCはりの耐荷力,変形性能を良好に予測できることが示された。
日本コンクリート工学協会, 2005年06月, コンクリート工学年次論文集, Vol.27, No.2, pp.67-72 (2), 97 - 102, 日本語[査読有り]
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This study attempts to expand the application of the conventional 2D lattice model, which can express the shear resisting mechanism of RC structural members, to a 3D analytical model. Use of a 3D lattice model for the simulation of torsional and biaxial responses of RC structural members is presented. The results of static analysis are compared with several sets of experimental results for RC beams/columns subjected to pure torsion or cyclic combined loads of torsion and bending. In addition, the dynamic analysis of RC columns subjected to bilateral seismic loading is carried out. The applicability of 3D lattice model to the response prediction of RC structural members under 3D loading is examined by comparing analytical and experimental results.
Japan Concrete Institute, 2004年10月, Journal of Advanced Concrete Technology, JCI, Vol.2, No.3, pp.343-358 (3), 343 - 358, 英語[査読有り]
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平面応力下においてRC部材の非線形挙動を予測できる2次元格子モデルの,3次元荷重下における適用性を検討するため,交番ねじりと曲げの複合荷重を受ける中空断面RC橋脚を対象とした解析を行った。格子モデルでは,せん断耐荷機構をトラス機構とアーチ機構に分けて考え,さらに適切な材料モデルを組み込んだ要素に離散化しているため,RC部材のせん断挙動を妥当な精度で評価できる。新たに提案した3次元格子モデルによって,中空断面RC橋脚の最大耐荷力,変形性能,履歴挙動,およびねじりと曲げの複合荷重の影響を精度良く予測できることを明らかにした。
日本コンクリート工学協会, 2004年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.26, No.2, pp. 67-72 (2), 67 - 72, 日本語[査読有り]
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軸方向鉄筋の局部座屈挙動を考慮した動的格子モデルの有効性を検証するために, 鉄筋コンクリート橋脚の準動的載荷実験を対象とした非線形地震応答解析を行った. 繰返し水平力を受ける鉄筋コンクリート橋脚の復元力特性の把握に際し, 水平一方向静的交番載荷実験との比較・検討より, 静的格子モデルに鉄筋の座屈挙動を空間的に平均化したモデルを組み込むことで, 最大耐力以降の静的曲げ挙動が把握できることを確認した. また, 動的格子モデル解析による準動的載荷実験の検証より, 本解析による予測値の精度を確認した. さらに, 内陸型, および海洋型の地震動が作用した場合の鉄筋コンクリート橋脚の耐震性能を評価し, それぞれの地震動が鉄筋コンクリート橋脚の地震時応答に与える影響を明らかにした.
公益社団法人 土木学会, 2003年05月, 土木学会論文集, No.732/V-59, pp.225-239 (732), 225 - 239, 日本語[査読有り]
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It is usually observed that RC deep beams, where the entire member becomes D-region, fail by the localized compressive failure of concrete. In this study, the utilization of the concept on localized compressive failure in formulation of the material model of concrete, based on the parameters such as the localized compressive failure length, Lp, and the compressive fracture energy, GFc, is performed. By incorporating the proposed compressive stress-strain relationship to the 2 simplified analytical models, the lattice model and Mander's truss model, the satisfactory predictions on the shear behavior of RC deep beams with and without transverse reinforcement are obtained.
公益社団法人 土木学会, 2003年02月, Journal of Materials, Concrete Structures and Pavements, No.725/V-58, pp.333-343 (725), 333 - 343, 英語[査読有り]
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繰返し水平力を受ける鉄筋コンクリート橋脚の塑性変形挙動を把握することを目的として,静的格子モデル解析による検討を試みた。静的格子モデルは,対象部材を適切な材料モデルを組み込んだトラス要素に離散化することで,せん断耐荷機構を明確に評価できる簡便な解析モデルである。壁式鉄筋コンクリート橋脚を対象とした,水平一方向静的交番載荷実験の結果と解析結果を比較した結果,軸方向鉄筋の座屈挙動を適切にモデル化することで,最大耐力以降の挙動が把握できることを確認した。
日本コンクリート工学協会, 2002年06月, コンクリート工学年次論文集, Vol.24, No.2, pp.979-984 (2), 979 - 984, 日本語[査読有り]
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PC橋梁の軽量化手法として,ウェブ部材にプレキャストプレテンション部材を用いることが検討されている。その場合,フランジ部の現場打設コンクリートとプレテンション部材間で打継ぎ面が生じることになる。本研究では,打継ぎ面を有するRC部材問の接合方法を3通りに変化させた静的単調2面せん断試験をモデルとして,非線形有限要素解析を行い,打継ぎ面の形状が及ぼす影響について解析的に把握することを試みた。解析は打継ぎ面に界面要素を配置してモデル化し,2次元及び3次元の非線形解析を行った。
日本コンクリート工学協会, 2002年06月, コンクリート工学年次論文集, Vol.24, No.2, pp.709-714 (2), 709 - 714, 日本語[査読有り]
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鉄筋コンクリート(RC)部材のせん断耐荷機構を明確かつ簡便に評価できる手法である格子モデルを用いて,軸力と水平力が同時に作用するRC柱部材の塑性変形性能を解析的に評価した。RC柱部材の正負交番載荷実験の結果と繰り返し応力場に拡張された格子モデルによる予測の比較を行った結果,本解析手法により,一定軸力,または変動軸力の作用しているRC柱部材の塑性変形性能の予測が可能であることが明らかになった。
日本コンクリート工学協会, 2001年07月, コンクリート工学年次論文集, Vol.23, No.3, pp.199-204 (3), 199 - 204, 日本語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
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研究論文(学術雑誌)
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研究論文(学術雑誌)
A bending test program on the series of RC deep beams with the effective depth, d, of 200, 400 and 600 min has been performed. The transverse reinforcement ratio was varied from 0.0, 0.4 to 0.8 percent. The distribution of the local strains inside specimens, both of concrete and reinforcement, has been measured. The test results confirm the localized compressive failure of concrete in the deep beams. Subsequently, the localized failure volume, V-p, and the fracture energy, GF, of the concrete which locally failed in compression of each beam specimen have been evaluated. Finally, the concepts of localized compressive failure of concrete have been incorporated in the analysis of deep beam using Lattice model and the comparison between the experimental and analytical results has been done.
A A BALKEMA PUBLISHERS, 2001年, FRACTURE MECHANICS OF CONCRETE STRUCTURES, VOLS 1 AND 2, Vol.2, pp.983-990, 983 - 990, 英語[査読有り]
研究論文(国際会議プロシーディングス)
The lattice model is an analytical model for determining the change in the shear resisting mechanism before and after the diagonal cracking Of reinforced concrete members. In this study, the applicability of the lattice model to the D-region, where the strain distribution is significantly nonlinear, and in particular in deep beams, has been illustrated. It is assumed that the fracture energy in compression is constant, and the localization in compression is introduced into the analysis by using the different stress-strain relationship in each compressive member.
CANADIAN SOCIETY CIVIL ENGINEERING, 2001年, 2001 SECOND INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING MATERIALS, VOL I, Vol.1, pp.327-334, 327 - 334, 英語研究論文(国際会議プロシーディングス)
研究論文(国際会議プロシーディングス)
研究論文(国際会議プロシーディングス)
格子モデルは,鉄筋コンクリート部材の斜めひび割れの発生,せん断補強筋の降伏,ウェブコンクリートの破壊までの一連の耐荷機構の変化を表現し,かつマクロ的な耐荷機構モデルの構築に役立つ簡易な解析手法である。本研究では,格子モデルを一般的なはり理論の適用できない,応力分布が一様でない領域(D-領域)に対して適用することを試み,その例としてRCディープビームを取り上げて解析を行った。このとき,コンクリートの圧縮部材に対して,圧縮破壊に要するエネルギーを一定にするように圧縮応力-ひずみ関係を変えることで,局所的な圧縮破壊を表現した。
日本コンクリート工学協会, 2000年06月, コンクリート工学年次論文集, Vol.22, No.3, pp.151-156 (3), 151 - 156, 日本語[査読有り]
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競争的資金
本研究では、プレストレストコンクリート(PC)部材におけるプレストレスを直接測定するため、装置先端に直径10 mm、長さ約100 mmの円筒形の加力部を有するジャッキを開発した。対象のコンクリートに直径約1~数cm程度の小さな円孔を設け、開発したジャッキをその円孔に挿入して加力し、円孔周辺のひずみ分布を計測することによって、作用している圧縮応力(プレストレス)を測定する方法を提案した。さらに、アルカリシリカ反応(ASR)が生じたPC部材における残存プレストレスを評価するために、ASRによって劣化したコンクリートの材料特性、特に弾性係数、ならびにポアソン比を実験的に把握した。
本研究では、コンクリート構造に対する簡易で有効な新しい補強方法の開発を目指した。補強方法として、(1)CFRPシート接着、(2)UFC板による補強、(3)埋設型枠とPCストランドの併用補強、を実施した。(1)では、PC鋼材の1/2がスパン中央で切断されても、CFRPシートをPCはりの下面に接着することにより、PCはりの曲げ耐力を当初水準に復元できること、 (2)では、プレテンションUFC板の接着により損傷RC部材の曲げならびにせん断耐力を当初の値に回復できること、(3)の細径ステンレス鉄筋を使用した埋設型枠とPCストランドの併用補強においても、十分に補強効果のあること、を確認した。
本研究では、既存コンクリート橋の耐震性、ならびに被災回復性の把握の高精度化を目指し、アルカリシリカ反応等によって材料劣化した部材と高強度コンクリート部材の性能評価を試みた。特に、画像解析を活用してASR劣化したコンクリートの引張軟化挙動や圧縮破壊挙動等の材料挙動を詳細に調べるとともに、超高強度繊維補強セメント系材料については、その急激に進展する圧縮破壊挙動の高速度変形画像計測に成功した。さらに、プレキャストコンクリート橋脚の耐震性評価の基礎検討として、鋼材とコンクリート間の付着特性を考慮できる非線形動的解析プログラムを改良するとともに、画像解析の広域化に関する技術展開の可能性を示した。
コンクリート部材のせん断破壊は、コンクリートの引張破壊挙動の影響を受ける。この破壊挙動は、コンクリート硬化時の体積変化や、アルカリシリカ反応(ASR)等の劣化要因で生じる微細ひび割れの影響を受ける。本研究では、この材料の引張破壊挙動を詳細に調べるとともに、その破壊挙動とコンクリート部材がせん断破壊する構造レベルの要因を関連付けることに成功した。特に、ASRが生じたコンクリートにおいて、表面から見ることのできないコンクリート内部のひび割れの様子を3次元的に可視化することに成功するとともに、そのようなひび割れが生じたコンクリートの破壊力学特性について、画像解析を用いて定量的に評価している。
競争的資金
経年劣化する既存コンクリート構造物を、適切に維持管理し、長期にわたり供用するための総合化技術を構築し、社会基盤施設の整備に貢献することを目指した。この総合化技術は、3つの要素技術から構成される。すなわち、(1)既存コンクリート構造物構成材料の劣化診断技術、(2)劣化したコンクリート構造物の残存耐荷力評価技術、(3)新材料を用いた各種の補修・補強技術、の開発である。これらの要素技術を統合し、最終的に社会基盤施設の維持管理や整備のための実用的で有用な方策を提案した。
鉄筋腐食したRC部材の構造性能を評価するために、軸方向鉄筋が腐食したRCはりの載荷実験、ならびに非線形解析を行った。実験では、RCはりに埋め込んだ3軸ひずみゲージを用いてコンクリート内部ひずみを計測した。さらに、画像解析により供試体表面のひずみ分布を非接触に計測した。内部ひずみと画像解析の結果から、鉄筋腐食によって生じたひび割れがRCはりの破壊形態に影響を与えることを明らかにした。一方、解析によって、鉄筋腐食が進行し、鉄筋とコンクリートの付着強度が低下した場合、鉄筋腐食したRCはりのアーチ的耐荷機構が卓越する挙動を説明することができた。
コンクリート構造物の破壊進展挙動の解明のため、コンクリート中のひずみの局所化をリアルタイムに同定できる画像解析システムを確立した。引き続いて、高速なひび割れ進展を把握する高速度画像撮影システムと、構造物の大型化に対応可能な広域的な画像解析システムを確立した。これらを統合化することにより、様々なコンクリート構造物の破壊進展挙動を、画像解析の手法により解明していく方法を提示した。
本研究は、鉄筋コンクリート(RC)部材のせん断耐荷機構をシンプルに評価できる3次元格子モデルを用いて、地震力を受けるRC構造物全体系の3次元地震時挙動を評価することを試みたものである。昨年度構築した3次元格子モデルを用いて、鉄筋腐食したRCはり部材のせん断耐荷機構の予測するために、鉄筋とコンクリートの付着劣化モデルを新たに3次元格子モデルに組み込むことを試みた。特に、実際の供用環境下で鉄筋腐食したRC部材を対象として、3次元格子モデルを用いた解析を行い、部材の残存構造性能を予測した。本検討から、以下の2つの結論を得た。1.複数本の主鉄筋それぞれが異なる腐食状態を有するRC部材の場合,その影響を2次元モデルでは適切に再現できないことを確認した。2.3次元格子モデルを用いた解析によって,鉄筋腐食したRC部材の残存構造性能の評価を試みた結果,鉄筋降伏荷重および最大荷重に関して,実験値をほぼ妥当に予測することができた。なお、鉄筋腐食などの劣化を考慮した構造物全体系の耐震性能評価については、将来の課題として残っている。 また、昨年に続き、鋼繊維補強コンクリートを用いた構造部材を対象とした基礎的な実験も行った。ここでは、分布ひび割れが既に生じている部材を対象として、鋼繊維による補強効果を実験的に検討している。実験結果から、供試体表面を区分し、各区分領域内で生じているひび割れの平均幅と長さの積をひび割れ密度インデックスと定義し、算出した値が部材のせん断耐力に影響することがわかった。また、既存のひび割れがRC部材のせん断挙動に影響を与えることが実験からわかったため、将来的にはひび割れ密度インデックスを用いて、部材のせん断耐力を予測することを目指していく。
前年度は(1)温度がコンクリート中での物質拡散速度や鉄筋腐食速度に及ぼす影響を実験的に明らかとすること,(2)上記(1)の結果に対しアレニウス則を適用し,見かけの活性化エネルギーを算出することにより,温度がコンクリート中での物質拡散速度や鉄筋腐食速度に及ぼす影響を定量的に明らかとすること,を主目的とし検討を行った. 本年度の研究では、(3)我が国及びフィリピンでの実構造物において、温度が物質拡散速度や鉄筋の腐食速度に及ぼす影響を測定し、上記(1)、(2)の結果を検証すること、(4)上記(2)の結果をコンクリート中での物質拡散速度および鉄筋腐食速度に反映することにより、温度の影響を考慮した鉄筋コンクリート構造物の寿命予測手法を構築し、その結果を上記(3)の調査結果と比較して妥当性を確認すること、(5)上記(4)の予測手法を用い、地域や季節による温度変動を考慮した鉄筋コンクリート構造物の寿命を算出することを主目的とした。 (i)我が国及びフィリピンにおけるコンクリート中鉄筋の腐食速度に及ぼす温度の影響を、アレニウス則を用いて表現することが可能となった。 (ii)申請者の研究成果であるコンクリート中でのイオン移動式(Nernst-Planck式を基本式とし、共存イオンの影響を表現するDebye-Huckel式および全体のイオン移動を律する電気的中性条件を考慮したイオン移動式)にアレニウス式を加えることにより、温度の影響を考慮したコンクリート中でのイオン移動式を構築することが可能となった。 (iii)(ii)で構築したイオン移動式用いて温度変動を考慮した鉄筋コンクリート構造物の寿命を算出した結果、鉄筋コンクリートの寿命は平均気温の増加に対し指数的に短くなり,東南アジアの温度環境にある都市の寿命は平均気温20℃の温度環境にある都市の70%程度となった.
本研究は、PC構造物のせん断耐力を、力学的なメカニズムの裏付けを基に正確に評価し、PC構造物のせん断破壊に対して適正な安全度を付与することを目的としたものである。この目的のため、平成17年度〜18年度の2年間に、実験的ならびに数値解析的な検討を実施した。以下にその概要を説明する。 平成17年度は、せん断補強されたPC部材のせん断耐力評価に的を絞り、実験的ならびに数値解析的に検討を行った。せん断補強された、矩形断面、I型あるいはT型断面のPCはりのせん断実験データを国内外から広範に収集した。既発表論文に示されている実験データには比較的古いものも多く、材料特性のバラツキが大きかったり、試験の精度に関して疑義を含む場合もあった。このため、非線形FEM解析によって、実験データの妥当性を個々に吟味し、明らかに不適当と考えられるものをスクリーニングし、最終的に、簡易モデル検証用の実験データを完成させた。続いて、せん断補強筋比をパラメータとした非線形FEM解析を系統的に実施し、破壊メカニズムを明らかにし、せん断補強筋を含んだPCはりに対する簡易トラスモデルの定式化を行った。 平成18年度は、簡易トラスモデル検証用の外ケーブル方式のPCはりの載荷実験、ならびにセグメント方式のPCはりの載荷実験を実施した。これらの実験結果を非線形FEM解析でシミュレートし、実験結果の妥当性を検証した。またこれらの実験結果に対して、簡易トラスモデルを適用し、簡易トラスモデルの有効性を確認した。若干の改善の余地はあるものの、内ケーブル方式のPCはりに対して定式化された簡易トラスモデルを拡張していくことで、外ケーブル方式やセグメント方式のPCはりに対しても、せん断抵抗機構やせん断耐力を簡易に、また高精度で予測できることを確認した。以上の成果を、土木学会論文集、コンクリート工学年次論文集などで発表した。
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