火災による各受熱温度が鉄筋コンクリート柱の爆裂性状に及ぼす影響

（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部
第48回（平成27年度）研究発表会論集
学生発表アブストラクト №306
火災による各受熱温度が鉄筋コンクリート柱の爆裂性状に及ぼす影響
大阪工業大学大学院䚽大岩司
大阪工業大学
㻌㻌㻌大山理
図-1 より，コンクリートは 100℃，鉄筋は 400℃を越
1．はじめに
1)しており，社会
近年，橋梁における大規模な火災が多発
えると強度が低下し始め，どちらも 500～600℃で常温時
に大きな影響を及ぼしている．また，橋梁分野では，想定さ
と比べて強度は 50％低下する規定となっていることが
れていない被害が発生している．その 1 つとして，コンクリ
わかる．
ートが急激に熱せられることで爆発的に表面が剥離，はく落
する爆裂という現象が挙げられる(写真-1)．
3．各受熱温度および爆裂発生後の耐荷力の算出
高温時および爆裂発生後における RC 柱の耐荷力の算出を
行うにあたって，まず，RC 柱の受熱温度を把握するために
熱伝導解析を行う．熱伝導解析は，汎用プログラム SOFiSTiK
を用いた．
加熱の範囲は全方位とし，その時間は 90 分とした．
また，火災曲線は，Eurocode3)が規定するタンクローリーの横
転・炎上など，比較的規模は大きいが発生確率が低い火災を
想定した HC 火災曲線(炭化水素曲線，最高温度：1100℃)およ
び野焼きや不審火など，比較的規模は小さいが発生確率の高
写真-1 火災鎮火後の損傷状態
写真-1 に示すとおり，爆裂が発生すると，コンクリート内
い火災を想定した EX 火災曲線(外部火災曲線，最高温度：
の鉄筋が露出し，火災による熱に曝されることで，耐荷力が
680℃)を用いた．なお，解析時に必要となる熱物性値(単位体
著しく低下すると考えられる．しかし，爆裂を含め，被災し
積重量，比熱，熱伝導率)は各材料ともに Eurocode2),4)が規定
た橋梁に対する積極的な研究は行われておらず，安全性の評
する値を用いた．対象断面を図-2 に示す．
価法が確立されていないのが現状である．よって，被災後に
850
80 165 165 80
80 200 80
おける迅速な交通可否を判断するため，高温時における橋梁
80 121 121 80
124 200 124
850
の耐荷力を把握する必要がある．そこで本文では，鉄筋コン
クリート柱(以下，RC 柱と略記)を対象に，高温時および各受
熱温度における爆裂発生後の耐荷力の算出を行った解析結果
について報告する．
単位(mm)
図-2 対象断面 5)
2．高温時における各材料の力学的特性
高温時における RC 柱の耐荷力を算出するにあたって，
ここで，今回の解析において，対象断面は鉄道橋で用いら
高温時における各材料の力学特性を把握することが重
れる RC 柱を仮定した．その理由は，火災が発生すると道路
要となる．ここで，Eurocode2)が規定する高温時におけ
橋は，迂回路や車線の区切りによって片側通行が可能となる
る各材料の強度低減係数を図-1 に示す．
場合がある．しかし，鉄道橋は，迂回や線路の区切りを行う
ことが困難であり，社会に与える影響も甚大であるので，道
1.2
1.0
路橋よりも早く，運行可否の判断が必要となるからである．
鉄筋の降伏強度
つぎに，本研究における爆裂に関する条件を表-1 に示す．
低減係数
0.8
表-1 爆裂条件
0.6
0.4
コンクリートの圧縮強度
爆裂幅鉄筋の露出率
爆裂範囲爆裂発生時間
(mm)
(%)
0.2
ケース1
ケース2
ケース3
0.0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
温度(℃)
図-1 高温時における各材料の力学特性
64.0
80.0
96.0
25.0
50.0
75.0
全方位
10分後
なお，爆裂は，本来，ある一定の時間，断続的に発生する
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学生発表アブストラクト №306
が，今回は，加熱開始 10 分後に，一度だけ爆裂が発生したと
および 30％であった．
仮定する．
EX 火災曲線における熱伝導解析結果を用いて耐荷力を算
(1) 熱伝導解析
出した結果を図-6 に示す．
まず，爆裂が発生しない場合の対象断面の解析モデルおよ
1.2
び加熱開始 90 分後の熱伝導解析結果を図-3 に示す．
1.0
耐荷力
0.8
0.6
0.4
0.2
(a) 解析モデル
ケース1
ケース2
ケース3
0.0
(c) 温度分布(EX)
(b) 温度分布(HC)
爆裂なし
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
時間(分)
図-3 熱伝導解析結果(爆裂なし)
図-6 各ケースにおける時間-耐荷力曲線(EX)
図-3 より，断面の表面は高温であるが，コンクリートは熱
伝導率が低いため，内部まで熱が伝わらず，鉄筋位置では大
図-6 より，爆裂が発生しない場合，加熱時間に伴い耐荷力
きな温度上昇はみられない．また，HC 火災曲線の方が，当
が低下し，加熱 90 分後では，常温時と比べて耐荷力の低下は
然のことながら，比較的高い温度分布を示していることがわ
約 6％みられた．一方，爆裂が発生した場合，爆裂による断
かる．
面欠損および加熱による耐荷力の低下は，それぞれ 20～30％
つぎに，爆裂発生後の一例として，ケース 3 における解析
および 15～20％であった．なお，爆裂が発生した場合，HC
モデルおよび加熱開始 90 分後の熱伝導解析結果を図-4 に示
火災曲線における耐荷力算定結果と比べると，加熱開始 10～
す．
30 分間の耐荷力の著しい低下はみられなかった．また，爆裂
爆裂前の断面
が発生した場合，それぞれの火災曲線における加熱 90 分後の
耐荷力の低下を比べると，約 20％の差異がみられた．
4．まとめ
本研究では，各受熱温度における爆裂発生後の RC 柱の耐
(a) 解析モデル
(b) 温度分布(HC)
(c) 温度分布(EX)
図-4 熱伝導解析結果(ケース 3)
荷力について検討を行った．その結果，爆裂が発生した場合，
EX 火災曲線における耐荷力は，HC 火災曲線における耐荷力
図-4 より，爆裂によって鉄筋が露出したことで，直接加熱
と比べ 10～30 分間，著しい低下がみられなかった．また，爆
され，大きな温度上昇がみられる．
裂が発生した場合，それぞれの火災曲線における加熱 90 分後
(2) 耐荷力の算出
で耐荷力の低下を比べると，約 20％の差異がみられた．以上
HC 火災曲線における熱伝導解析結果を用いて，耐荷力を
耐荷力
算出した結果を図-5 に示す．
より，HC 火災曲線での解析結果と比べると，野焼きや不審
火など，比較的規模は小さいが発生確率の高い火災を想定し
1.2
た EX 火災曲線では，鉄筋が露出したとしても比較的著しい
1.0
耐荷力の低下はみられないため，運行可能と判断できる可能
0.8
性が高いことがわかった．
0.6
【参考文献】
0.4
0.2
爆裂なし
ケース1
ケース2
ケース3
1)
大山理，今川雄亮，栗田章光：火災による橋梁の損傷事例，橋梁と基礎
2)
CEN：Eurocode2-Design of concrete structures Part 1.2：General rules-Structural
Vol.42，No.10，pp.35-39，(株)建設図書，2008 年 10 月．
0.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
時間(分)
fire design，prEN 1992-1-2，pp.19-28，2003．
図-5 各ケースにおける時間-耐荷力曲線(HC)
3)
図-5 より，爆裂が発生しない場合，加熱時間に伴い耐荷力
が低下し，加熱 90 分後では，常温時と比べて耐荷力の低下は
約 12％みられた．一方，爆裂が発生した場合，爆裂による断
CEN：Eurocode1-Actions on structures Part1.2：General actions-Actions on
structures exposed to fire，prEN 1991-1-2，pp.24-25, 2002.11.
4)
CEN：Eurocode3-Design of steel structures Part 1.2：General rules-Structural fire
design，prEN 1993-1-2，pp.17-23，2003.4．
5)
面欠損および加熱による耐荷力の低下は，それぞれ 20～30％
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鉄道総合技術：鉄道構造物等設計標準・同解説コンクリート構造物照査
例 RC ラーメン高架橋，p(16-84)，2005 年 3 月．

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