鉄筋コンクリートの劣化予測のためのマルチスケールひび割れ進展解析法の構築

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コンクリートの破壊力学挙動を再現するために,節点積分近似とCohesive crack modelを応用した離散ひび割れ進展解析手法を開発した.これを簡単な問題に適用したところ,正確なひび割れ進展経路を再現でき,またメッシュ分割依存性や寸法効果の再現性に関しても妥当な結果を得た.さらに,混合モード破壊のベンチマーク問題に本手法を適用した結果,実験結果とほぼ同様のひび割れ進展経路と荷重-変位関を得るとともに,混合モード荷重下におけるコンクリート・モルタルの局所的な破壊は引張によって生じることを確かめた.コンクリートの破壊力学挙動の代表的な特徴である寸法効果について検討を行った.これまで寸法効果は巨視的にのみ捉えられてきたが,本検討により,寸法効果は巨視的だけでなく,微視スケールの微細ひび割れ挙動によっても特徴付けられることを示した.また,ひび割れの数量も寸法効果に影響することを示し,コンクリートの破壊力学挙動を適切に評価するには,微細ひび割れの数量と挙動の両方を考慮する必要があることを検証した.コンクリートの材料的特徴の一つである破壊エネルギーは,材料・構造の両方に依存する不明瞭なパラメータとして扱われてきた.本研究では,これを材料固有のパラメータと仮定し,実験・数値解析の両方からその妥当性を検討した.寸法効果を再現可能な本研究の数値解析法によると,破壊エネルギーは材料のパラメータとみなせることを検証するとともに,供試体実験を併用した破壊エネルギーの同定方法を提案した.