コンクリートの圧縮破壊に対するマイクロメカニクスに基づく連続体理論の研究

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圧縮荷重下のコンクリートの微視構造モデルを開発を目的として、モルタル内に骨材を模擬した鋼材を挿入した2次元の供試体を作製し、クラックの発生・進展状況を計測した。提案する微視構造モデルでは、コンクリートの圧縮荷重下での非弾性変形のマイクロメカニズムとして、骨材とモルタルの付着切れ、摩擦すべり、その摩擦すべりによって発生したモルタル内の引張クラックの進展を考慮している。この実験から荷重とクラック長の関係を求め、これと提案する微視構造モデルにおけるクラック進展条件から得られた荷重-クラック長関係を比較し、モデルの妥当性を検証した。その結果、1軸圧縮下においては実験結果とモデルから導かれる荷重-クラック関係はぼ一致し、提案するモデルのクラックの進展条件は妥当であることが確認された。しかし、2軸圧縮荷重の場合については、実験において一様な応力場を作ることが出来ず、クラック長と荷重の関係を得ることが出来なかった。そのため、提案モデルのクラック進展条件の2軸圧縮荷重下での妥当性については判断できなかった。さらに、提案する微視構造モデルが弾性体内部に多数存在するモデルを考え、これを均一化する事のより、巨視的な応力-ひずみ関係を求めた。この応力ひずみ関係は微視構造モデルのクラック長がある長さの時のものであるから、これと前述したクラックの進展条件を連立することにより、構成関係を求めた。これを、コンクリートの圧縮荷重下での応力-ひずみ関係に関する既往の実験結果と比較した。その結果、1軸圧縮荷重下においてはモデルより計算される構成関係は実験結果をうまく表現できたが、拘束圧下では最大圧縮応力方向の非弾性ひずみおよび体積ひずみが過小評価される傾向があることが分かった。この原因については、拘束圧下でのクラック進展条件、もしくはモルタル部の非弾性ひずみの評価に問題あるものと考えられる。