【研究分野】構造工学・地震工学・維持管理工学

【研究領域課題番号】21246072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

コンクリート / 鉄筋腐食 / PC鋼材 / 腐食ひび割れ / 冗長性 / 有限要素解析 / 材料劣化 / 構造性能 / 鉄筋コンクリート / コンクリート構造物 / 塩害 / アルカリ骨材反応 / 凍害 / 維持管理

【研究成果の概要】

鉄筋腐食、アルカリシリカ反応、凍害などにより劣化した鉄筋コンクリート構造物、プレストレストコンクリート構造物の耐荷性能について、室内試験、実構造物の載荷試験、非線形有限要素解析により検討した。構造物中の材料の劣化が構造物の耐荷性能に及ぼす影響に関する実験事実とそのメカニズムについて、多くの新しい知見を得た。劣化した既存構造物の残存性能を現地調査と数値解析により推定する方法を提案した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円)

【研究分野】土木材料・力学一般

【研究領域課題番号】14205064 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

維持管理システム / 拡散係数 / 電気泳動法 / 塩害 / 中性化 / アルカリ骨材反応 / 複合劣化 / AE法 / 維持・管理 / 補修・補強 / モニタリング / 劣化 / 塩化物イオン / AE / 非破壊試験

【研究成果の概要】

構造物の維持管理システム構築に必要な要素技術の向上を目指す研究を行うとともに、この成果を構造の維持管理システムに関する既往の成果に組み込むことにより、より高度な維持管理システムの構築を図った。要素技術に関する成果は、以下のようである。
(1)コンクリート中における非定常状態の塩化物イオン濃度分布に大きな影響を与える要因を明瞭にするとともに、塩化物イオンの拡散に及ぼすひび割れの影響を定式化した。
(2)塩害、中性化およびカルシウム溶出による劣化の経時変化予測手法、マクロセル腐食に対する変状モニタリング手法および電着による補修方法を提示した。
(3)凍害によるコンクリートの損傷を表す指標として残留引張ひずみを提示し、これを導入した損傷コンクリートの力学モデルを構築して、凍害による構造性能変化を解析する道を開いた。
(4)アルカリ骨材反応(ASR)が構造物の耐荷性状に及ぼす影響につき、2,3の知見を得た。
(5)塩害とASRが複合する場合の鉄筋の腐食に及ぼすASRの影響を定量的に明らかにするとともに、塩害と中性化が複合する場合の鉄筋の腐食速度を解析的に推定可能であることを示した。
(6)供用中のコンクリート構造物における損傷診断に、AE法を適用できる可能性を確認した。また、光ファイバセンシングによるコンクリート構造物のひび割れ分布その他をモニタリングする手法について、成果を得た。
(7)コンクリート劣化による物質移動に伴う内部ひずみを剛体バネモデルにトラスモデルを組み合わせて取り扱う解析手法を開発した。
(8)連続繊維シート巻立てあるいは鋼板接着により補修補強する工法の効果について、これを実験的に検討するとともに、解析的に評価し得る成果を得た。
以上を組み込んだ維持管理システムは、大枠こそ従来の方法を踏襲しているが、可能なところで、学術的に裏付けされた手法を組み込み、より高度なものとなったといえる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】55,120千円 (直接経費: 42,400千円、間接経費: 12,720千円)

【研究分野】土木材料・力学一般

【研究領域課題番号】13895007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

塩害 / アルカリ骨材反応 / 凍害 / 複合要因 / 劣化診断 / 経年劣化

【研究成果の概要】

各種社会基盤構造物の合理的な維持管理システムを構築する上で必要とされる研究計画を立案するため、維持管理における点検、点検結果の評価、対策という各段階で、文献を調査するとともに実務の現況を調査し、必要な予備的研究を行った結果、以下のことが示された。
(1)最重要な課題は、複合要因の劣化メカニズム解明と構造物の経時劣化の予測である。
(2)動・静的応答による大型構造物の劣化診断手法の高度化に関する研究を行い、ニューラルネットワーク計算モデルや確率論的評価手法の構築に着手した。
(3)RCはり部材を対象として、塩害などによる腐食ひび割れの発生およびひび割れ幅の拡幅を算定し、鉄筋腐食との関連で耐荷力の経年変化を予測する解析手法を定式化した。
(4)アルカリ骨材反応の残存膨張量を予測する既存の方法には課題があり、現場での目視等によるひび割れ評価に加え、コア採取による予測が重要であることが明らかとなった。
(5)内部に配置された鉄筋量が不足している個所、あるいは鉄筋の曲げ加工部のような残留応力が生じている個所において過大な膨張が生じている場合などでは、補強が必要であり、補強方法の確立が求められている。
(6)凍害を受けるコンクリート構造物の性能劣化を明らかにするには、表面からのコンクリートの劣化を動弾性係数の変化、質量の損失量などで評価するこれまでの手法では不十分であり、コンクリート自体の力学的特性の変化を明らかにすることも必要である。
(7)凍結融解の標準試験,実際の構造物の状況により近い形での凍結融解試験を行った結果、凍結融解サイクルの増加に伴って、残留引張ひずみが増加すること,初期剛性が低下すること,塑性ひずみが増加すること,最大応力が低下することなどが観察された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2001

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)

【研究分野】コンクリート工学・土木材料・施工

【研究領域課題番号】01302041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

コンクリ-ト構造物 / 維持・管理システム / 健全度評価 / 鋼材腐食 / アルカリ骨材反応 / 塩害 / 非破壊診断法 / 劣化診断 / 維持管理システム / 健全度判定 / 非破壊試験法

【研究成果の概要】

コンクリ-ト構造物の健全度判定手法と維持・管理システムに関する研究では、(1)コンクリ-ト中の比較的大きな径をもつ細孔の容積比の変化からの構造物の劣化度診断の可能性を見出し、(2)AE計測による構造物の劣化診断の可能性を、実橋に対する定期的なAE計測の実施による精度がよい定量的な健全度診断の手法を明かにし、(3)コンクリ-ト橋を対象として各種調査結果に基づく情報の組合せによって総合的な健全度判定システムを構築する上で、合理的安全性評価にための現場試験法の確立と総合的診断のためのエキスパ-トシステムの開発を行い、(4)構造物の耐用年数の予測システムと劣化度の評価方法の開発を行なった。
コンクリ-ト構造物の鋼材腐食と維持・管理システムに関する研究では、外部からの塩分の浸透による鉄筋の腐食とひびわれ発生時期の推定のモデル化による数値解析によって構造物の寿命予測を行なう手法を開発した。また、塩害を対象とした維持管理システムの問題点とあり方について明確にした。
コンクリ-ト構造物のアルカリ骨材反応および初期欠陥と維持・管理システムに関する研究では、アルカリ骨材反応に伴う構造物の変化ならびに劣化を生じた構造物の補修設計についての検討を行なった。さらに温度応力による初期欠陥に対応した維持・管理システムならびにひびわれの赤外線映像装置による測定についての検討を行なった。
コンクリ-ト構造物の非破壊的劣化診断法と維持・管理システムに関する研究では、AEならびに衝撃弾性波法を含む超音波法の原理と問題点を整理し、とくにひびわれ検出を中心とする利用法を明かにし、一部測定方法の私案を示した。
さらに、全体を総合してコンクリ-ト構造物の維持管理方法の試案を示した。

【研究種目】総合研究(A)

【研究期間】1989 - 1990

【配分額】12,200千円 (直接経費: 12,200千円)