RC構造物の破壊現象解明のための数値解析技術の開発

構造物や部材の破壊現象やそれに伴う挙動のばらつきを定量的に評価する数値解析手法を開発しています。

破壊挙動や破壊に伴うばらつきを数値実験により評価するツールを開発しました。

破壊を伴う挙動を表現可能であるPDS-FEM(FEMに粒子離散化法を取り入れた数値解析手法)を弾塑性解析に適用し、鉄筋コンクリート(以下、RC)において破壊を表現可能な数値解析プログラムを開発しました。

本解析手法の数値解析例として、コンクリートの円柱供試体の圧縮破壊試験の再現解析を図1に示します。図1(b)に示すように、コンクリートの破壊が評価されており、破壊領域のサイズについては実験とも整合する結果が得られています。荷重−変位関係から平均応力−平均ひずみ関係を整理すると破壊における応力の解放が評価できていることが分かります。

また、RC部材における基礎検討として、図2に示すようなRC梁について解析を行いました。図2(b)に示すように、RC部材においてもコンクリートに発生するき裂が表現できており、き裂が長手方向に広がっていく様子も定性的には再現できています。

さらに、破壊に伴うばらつきの評価例として、コンクリートの円柱供試体において、弱点箇所をランダムに設定した状態で引張り力を与えた解析例を図3に示します。図3(a)より弱点箇所の位置により、き裂の進展方向にも違いが生じている様子が分かります。また、図3(b)に供試体の平均応力-平均ひずみ関係を示しますが、局所的な材料のばらつきにより、マクロな値である平均応力-平均ひずみ関係が影響を受けていることが分かります。

このように、本解析手法を用いると、破壊に伴うばらつきを表現できることが確認できました。

図1 コンクリートの圧縮破壊試験を模した数値解析例
図2 鉄筋コンクリート梁における解析例
図3 破壊挙動の不確定性の評価例
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