（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）研究発表会論集プレゼンテーション発表アブストラクト №212 新旧コンクリート界面のせん断伝達機構に関する解析的検討ジェイアール西日本コンサルタンツ(株) １．はじめに福田圭祐 A 主桁間隔が狭い多主 PCI 形桁鉄道橋に外ケーブル補強を適用する場合，従来法のように主桁ウェブ側面に定着体を外ケーブル支圧プレート設けることが困難である。そこで，図-1 に示すように，桁発泡スチロール間にコンクリート製の定着体を PC 鋼材で縦締めして構築定着体し，下フランジハンチ面の摩擦抵抗力により外ケーブルの外ケーブル緊張力に抵抗する定着体（以下，桁間定着方式）の開発を推進している。縮小供試体を用いた実験固定用PC鋼材主桁 1) A により，桁間定着方式の十分な定着耐力を確認した。さらに，図-2 に示す反力プレート固定用PC鋼材 A－A断面図-1 桁間定着方式の適用イメージ新旧コンクリート界面を有する供試体を作製して二面せん断実験を行い，桁間定着方式の耐荷性能を評価する上で必要となる新旧コンクリート界面のせん断伝達機構について検討を行った 2) 。本稿は，桁間定着方式による定着体の解析的検討を実施する前段の基礎検討として，二面せん断実験の非線形有限要素法解析を実施し，新旧界面のせん断伝達機構に関する解析手法の検証を行った。２．解析概要二面せん断実験の試験要因は，界面に作用させる垂直圧縮応力，コンクリート圧縮強度，界面処理の有無と設定している。本稿では，その中から界面に作用する垂直圧縮応力 σc=20N/mm2，コンクリートの目標圧縮強度 f’c=40N/mm2，図-2 二面せん断実験供試体 2) 界面処理有とした供試体を解析対象とした。載荷板 (ソリッド要素) 解析には，汎用有限要素法解析プログラム「DIANA」を用いた。解析モデルは，図-3 に示すように 3 次元全体モデ新旧界面 PC鋼棒定着板 (ソリッド要素) ルとした。コンクリートと PC 鋼棒定着板，載荷板にはソリッド要素，PC 鋼棒と鉄筋にはトラス要素を用いた。ま PC鋼棒緊張力 (ひずみで導入) た，新旧界面部にはインターフェイス要素を挿入した。コンクリートのひび割れモデルは，固定ひび割れモデルとした。コンクリートの構成則に関して，圧縮側の応力－コンクリート (ソリッド要素) ひずみ関係には土木学会コンクリート標準示方書に基づくモデルを用いた。引張側の応力－ひずみ関係には引張限界図-3 解析モデル応力までは弾性勾配で，その後曲線軟化する Hordijk モデルを用いた。また，コンクリートの 3 軸応力状態を考慮すみ関係は第 2 勾配が 1/1000 のバイリニアでモデル化した。るために，コンクリートの破壊基準として圧縮側は新旧界面にはインターフェイス要素を用いて，既往の文 Drucker-Prager モデル(内部摩擦角=10°)，引張側には Rankine 図-4 に示す複合境界モデルでモデル化した。献 3)と同様に，モデルを用いた。複合境界モデルのパラメータを表-1 に示す。各パラメータ鉄筋とコンクリートは完全付着とした。また，PC 鋼棒張力はひずみにより導入した。鉄筋と PC 鋼棒の応力－ひずは，材料試験結果と実験結果および既往の文献 3)を参考にし，設定した。－ 171 －（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）研究発表会論集プレゼンテーション発表アブストラクト №212 τ 2000 クーロン摩擦キャップモードモード 1763kN 1794kN 1800 1600 Φ 荷重合計（kN） 1400 引張モードｃｆt ｆc 図-4 複合境界モデル σ 3) 1200 1000 800 実験解析 600 400 200 0 表-1 複合境界モデルパラメータ値せん断方向の初期剛性 25.0 N/mm 面垂直方向の初期剛性粘着力 3 0.00 0.50 文献より引用 2 実験結果を参考ダイレタンシー角引張強度 3.69 N/mm 中ブロック材料試験結果より引張破壊エネルギーすべり破壊エネルギー 0.10 N/mm 中ブロックの値を引用 1.00 N/mm 文献より引用実験結果を参考実験結果を参考 2 1.50 2.00 図-5 荷重－中ブロック鉛直変位の関係 3) 3 100000 N/mm 1.00 鉛直方向変位(mm) 実験結果を参考 3.4 N/mm 35.5 ° 10 ° 摩擦角 ‐0.50 備考荷重合計（kN）パラメータ 3) ３．解析結果 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 実験(上側平均) 実験(下側平均) 解析（上側平均）解析（下側平均） 200 荷重－中ブロック鉛直方向変位関係を図-5 に示す。 220 240 260 280 300 320 340 360 PC鋼棒の緊張力(kN) 図-5 より，解析は実験の最大荷重を再現できている。図-6 また，せん断剛性に関して，解析は実験結果の直線部上段の最大荷重時せん断応力(N/mm2) 分の傾きを概ね再現できている。次に，PC 鋼棒の張力変動を図-6 に示す。実験では，載荷開始から破壊直前まで PC 鋼棒の張力は，上段は減少し，下段は増加する傾向が見られ，曲げの影響を PC 鋼棒の張力変動上段中段下段すべり基準 30.0 25.0 20.0 15.0 5.0 向が見られ，曲げの影響を再現できている。そして，新旧界面のインターフェイス要素のせん断中段すべり基準到達 ( 荷重1459kN) 10.0 受けていると考えられる。解析においても，同様の傾 ‐35.0 上段すべり基準到達 ( 荷重1761kN) ‐25.0 ‐15.0 0.0 ‐5.0 下段すべり基準到達 ( 荷重1095kN) 5.0 15.0 面垂直応力(N/mm2) 応力と面垂直応力の関係を図-7 に示す。面垂直応力に図-7 せん断応力と面垂直応力の関係関しては，新旧界面上段では作用する圧縮応力が増加 (1)解析結果は，実験の最大荷重および新旧界面のせん断剛し，中段と下段では低下していく傾向が見られ，曲げ性を概ね再現することができ，解析により新旧界面のせの影響を再現できていると考えられる。曲げの影響にん断伝達機構を概ね再現できることがわかった。 (2)解析における終局の要因は，新旧界面の滑動と推察され，より，下段の圧縮応力の低下率が中段よりも大きいため，下段のインターフェイス要素が最も早くすべり基実験の破壊形式を再現していると考えられた。準に至っており，その次に中段のインターフェイス要【参考文献】素がすべり基準に至っている。また，上段のインター 1) 湯淺，薗田，木戸，森川：主桁間隔の狭い PCI 形桁におフェイス要素は，最大荷重前までは面垂直応力が増加ける外ケーブルの桁間定着に関する実験的検討，第 22 しているが，最大荷重に達した後，面垂直応力が低下回プレストレストコンクリートの発展に関するシンポジし，すべり基準に至っている。以上より，解析におけウム論文集， pp.311-316，2013. 2) 湯淺，濱田，河村，森川：コンクリート新旧界面のせんる終局の要因は，新旧界面の滑動によるものと推察され，実験の破壊形式を再現していると考えられる。断伝達機構に関する実験的検討，第 23 回プレストレスト４. まとめコンクリートの発展に関するシンポジウム論文集，二面せん断実験の非線形有限要素法解析を実施し，新旧界面のせん断伝達機構に関する解析手法の検証を行った。以下に，得られた知見を示す。 pp.35-40,2014. 3)中村，金子他：非線形有限要素解析法の利用に関する研究委員会報告書，日本コンクリート工学会，2008. － 172 －