近年, センシング技術, 情報通信技術および解析技術の高度化により, 大規模構造物の健全性に関する実時間的な監視 (構造ヘルスモニタリング) が可能になりつつあり, 国内外において, 様々な研究開発や推進活動が盛んに行われるようになっている. 本小委員会では, このような構造ヘルスモニタリング技術の関連文献や応用事例を, (1)センシング技術, (2)プロセシング技術, (3)性能評価技術の系統に分けて調査・整理・分析を実施した. さらに, これらの調査結果をもとに, 構造ヘルスモニタリングの設計方法について分析し, 各種コンクリート構造物への適用性について検討した.

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ケミカルプレストレストコンクリート部材の引張強度特性を, 直接にかつ比較的簡易に所要の精度で定量的に評価し, 設計補助ツールとしても利用できる可能性の高い一軸引張強度試験方法を提案した. この試験方法は, 拘束棒の両端に拘束端板を取り付けた拘束器具で膨張コンクリートの膨張を外的にも拘束することにより, 供試体の長さを減じて取扱いを簡便にした一軸拘束供試体を用いるものである. ケミカルプレストレストコンクリート部材の引張強度特性が所要の精度で的確に計測できることを確認し, 提案する試験方法の妥当性を検証した.

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本論文は, 鋼材の腐食グレードと外観変状の関係を定量化すること, かぶり, 中性化深さ, 鋼材位置における塩化物イオン濃度などの劣化要因情報に基づいて鉄筋腐食グレードと外観変状の状態の予測を行うこと, および外観変状状態から予測を修正する方法を確立することを目的として, 外観調査や詳細調査の結果の評価に確率・統計の方法論を取り入れた手法を検討した内容をまとめたものである. 検討の結果, 鋼材の腐食グレードを予測し, 腐食グレードと外観変状の状態との相関モデルにより外観変状の予測が可能なこと, および, 点検の鋼材腐食グレードの確率分布に整合するように, 中性化速度係数, かぶりなどをベイズ確率の手法を用いて修正することにより, 外観変状の点検結果から予測の修正が可能なことが明らかになった.

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本論文は, 任意温湿度に曝されるセメント硬化体中の内在水分の熱力学的安定性に焦点を当て, 実験・理論の両面から水分平衡・移動機構に対する理解の深化を試みたものである. 熱力学平衡理論に基づき, 水蒸気と液状水の平衡関係を規定し, 間隙水圧と温度勾配をポテンシャルとする水分子の流れを一般化した. また, 異なる寸法の細孔に捕捉された水分を有機溶媒により分離抽出することで, 水分平衡に現れる各々の温湿度敏感性を同定することに成功した. これにより, 個々の細孔に保存される水分の総和である内在水分量と相対湿度との間に成立する高次の履歴依存性を合理的に説明できることを示すとともに, 既往の含水状態履歴モデルに僅かな修正を施すことで, 容易に任意温湿度環境下にまで適用範囲を拡張することが可能となることを検証した.

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道路や滑走路のような舗装の表面に輪荷重のような鉛直荷重と制動荷重のような水平荷重が同時に作用する状態でも, 鉛直および水平方向の荷重は等分布すると考えて解析を行ってきた. しかし, 車両重心は舗装表面より上にあるため, 発進時や制動時の慣性力により水平荷重だけでなくモーメント荷重が作用すると考えるのが現実的である. このとき, 舗装表面に作用する荷重は等分布ではなく台形分布となる. 本研究では, 舗装を多層弾性構造でモデル化できるものとして, その表面に台形分布の荷重が鉛直方向および水平方向に作用する状態を仮定して理論的に解を誘導している. 解析結果より, 表面で同じ大きさの荷重が矩形分布する場合と三角形分布する場合で比較すると, 表・基層下面のε_xおよび路床上面のε_zは60%以上も増加する.

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圧縮強度 200N/mm², 曲げ強度 35N/mm² (40×40×160mm供試体) を有する, 超高強度繊維補強コンクリートの一つであるRPCを用いたはり部材に対して各種条件下で曲げ・せん断載荷実験を行い, その構造特性を明らかにした. せん断実験に基づき, フランスのSETRA/AFGC指針を基本にRPCはりのせん断耐力式を一部修正・簡略化して設定し, その妥当性を検討した. RPCの応力-ひずみ関係に基づくファイバーモデルによる解析を行い, 実験と比較してその妥当性・適用性を検討し, RPCを用いたはり部材の設計のための構造解析手法を示した.

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超高強度繊維補強コンクリートの一つである, 圧縮強度 200N/mm², 曲げ強度 35N/mm² (40×40×160mm供試体) を有するRPCを対象として, 非線形有限要素解析への適用を前提とした平面応力場での多方向固定ひび割れモデルを構築した. RPCはり部材の曲げ・せん断実験の解析シミュレーションを行い, RPCはりの挙動予測に有効であることを示した. せん断耐力に影響を与える, 有効高さ, せん断スパン比, 引張鋼材比に関するパラメータ解析結果に基づき, これらの要因による影響を反映したせん断耐力式を提示し, せん断実験との比較, 検討を行った.

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阪神・淡路大震災を契機に, コンクリート構造物の耐震設計法が見直され, より大きな耐震性能が必要となった. 鉄道用の鉄筋コンクリート高架橋においては, 耐震性能を主に変形性能により確保するのが一般的である. そこで, 部材の変形性能を飛躍的に向上させることを目的として, 軸方向鉄筋の外側の通常の帯鉄筋に加え, 軸方向鉄筋の内側に円形帯鉄筋を併用した鉄筋コンクリート柱供試体を用いた正負水平交番載荷実験を行った. 実験から得られた荷重―載荷点変位関係等をもとに, 種々の配筋パラメータと荷重―塑性率曲線の包絡線および損傷状況等との関係を整理し, 変形特性と損傷状況等について考察を行った. 本研究は, これらの変形特性と損傷状況等とについての考察結果をまとめたものである.

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高流動コンクリートの鉄筋間げき通過時の圧力損失推定に着目し, 2種類の簡易な力学的モデルを提案し, レオロジーの概念を取り入れ, 使用材料を1種類とし, 実験的な検討およびモデルの妥当性について検討した. その結果, 圧力損失は (1) 実験的検討からコンクリートの粗骨材絶対容積割合Xνと鉄筋のあき間隔Lを説明変数としてある程度推定できる, (2) 仮想細管理論に基づく力学的モデルにおいてモルタルの降伏値および細管長さと半径を適切に設定することによりある程度推定できる, (3) 固体間摩擦のメカニズムによるコンクリートの見かけの降伏値が増大するために大きくなること等がわかった. また, Xν, L, モルタルのレオロジー定数を説明変数とし, 流動方向の粗骨材量分布を定量的に把握できる可能性を示した.

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近年の耐震設計基準の改訂に伴い, より大規模な地震動を考慮するようになり, 橋脚フーチングに生じる設計せん断力は従来よりも大きくなる傾向にある. 一方, フーチングにスターラップを用いた場合のせん断補強効果は十分明らかになっておらず, 設計ではその効果が無視されており, 不合理な設計となっているのが現状である. そこで本論文では, スターラップを配置した杭基礎フーチングのせん断補強効果を明らかにするため載荷実験を行った. そして, フーチングはせん断スパン比の小さい面部材であることから, 耐荷機構の類似しているディープビームのせん断耐力算定式を基本とし, 仮想破壊線に沿って有効幅内で積分する方法を提案し, 杭基礎フーチングのせん断耐力を妥当に評価できることを明らかにした.

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超高強度繊維補強コンクリート (UFC) は, 200MPaの圧縮強度と鋼繊維補強による優れた靱性を有する新材料である. UFCを複合PC構造のウエブ部に, プレキャストトラス部材として適用することで構造全体の軽量化を目指した. 本研究では接合方法, UFCプレキャストトラスの断面積をパラメータとして複合PCはりの曲げせん断載荷実験を行い, 力学的特性を検討した. また, この実験を対象に非線形FEM解析を実施し, 解析的に検討を加えると共に, 非線形FEM解析がこの新形式複合PC構造の力学挙動を良好な精度で予測できることを示した. また, 同等の耐荷力を有するI型断面のPCはりと比較して, 軽量化の達成度を評価した.

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The impact-echo method has been applied to nondestructive evaluation for concrete structures. Taking out resonant frequencies responsible for the locations of reflectors in the frequency spectra, identification of reflectors is performed. Stack imaging of spectral amplitudes based on impact-echo (SIBIE) is developed, in order to improve the impact-echo and visually identify the locations of reflectors. In the present paper, two-dimensional dynamic BEM analysis is performed to confirm an applicability of SIBIE. At the peak frequencies in the spectra, distributions of the stress and deformation are clarified.

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