コンクリート構造物の火災時終局状態制御に関する萌芽的研究

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火災時の終局的な架構安定性には、火災初期の爆裂による断面欠損の程度と、終局的な崩壊モードとの関係を吟味する必要がある。そのうち、爆裂の発生機構については、材料内温度分布により生ずる熱応力と、空隙内水分上昇により生ずる応力の組み合わせで発生条件を記述できると考え、3次元有限要素法解析による検討を行った。既往の実験で用いられた半径50mm、高さ100mmの円筒形供試体をISO834標準加熱曲線に従って均等加熱した時の供試体内部温度、水蒸気圧力、含水率を求めたのち、各時刻での温度と空隙圧力分布から生ずる応力を弾性解析により求めた。その結果、供試体の表層部では熱膨張ひずみに起因する圧縮熱応力が材軸方向と円周方向に生じ、空隙圧力に起因する引張応力はこれを僅かに打ち消す程度であった。二軸圧縮/一軸引張の状態であり、表層部から少し内部でひび割れが発生すると、弾性座屈現象としての破壊が起こるメカニズムを考えると既往の実験データの傾向を良く説明できることを明らかにした。上記のことより、熱応力対策のない高強度コンクリートは爆裂が避けがたいことが示唆される。柱や梁などの部材に爆裂が生ずると架構の安定性が損なわれ、崩壊のおそれがある。これについては、爆裂による断面欠損および加熱劣化による有効断面欠損の両者を考えて、架構部材の火災初期における熱膨張と火災後期の熱劣化による変形増大過程を予測すれば終局状態が把握できる。