JP2008249733A - Apparatus for predicting deterioration in concrete due to frost damage and program therefor - Google Patents

Apparatus for predicting deterioration in concrete due to frost damage and program therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to create a deterioration prediction curve by quantifying the influence of deterioration due to frost damage on a factor-by-factor basis and predict a deterioration prediction curve at a point of reference in consideration of cracks and the effectiveness of repair. <P>SOLUTION: An apparatus for predicting a deterioration due to frost damage predicts, with reference to a curve of the deterioration due to frost damage based an exposure test at a point of reference in a natural environment, a curve of the deterioration due to frost damage at a point of prediction that reflects characteristic values based on structural data on concrete. Further, the apparatus quantitatively calculates, as characteristic values, the relationships of the number of cycles of freezing thawing fracture with respect to aggregate, the quality of a bonding material, the influence of an AE agent, the water-cement ratio, and cracks, and reflects these characteristic values as partial coefficients in calculation of a deterioration prediction curve. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、自然環境下で凍結融解作用を受けるコンクリート構造物の維持管理に用いて好的な、コンクリートの凍害劣化予測装置およびそのプログラムに関する。   The present invention relates to a concrete frost damage deterioration prediction apparatus and its program, which are preferable for maintaining and managing a concrete structure that is subjected to a freezing and thawing action in a natural environment.

高度経済成長期以降、我が国では、道路、鉄道、ダム、港湾等に膨大な量のコンクリート構造物が建設されている。現在、これらの構造物は、重要な社会資本として日々維持管理が行われているが、種々の環境条件において用いられているため、今後、益々、補修や補強等の維持管理を必要とするものが増えていくと予想される。   Since the period of high economic growth, a huge amount of concrete structures have been built in Japan on roads, railways, dams, and harbors. Currently, these structures are maintained and managed daily as important social capital, but they are used in various environmental conditions, so they will require more maintenance such as repair and reinforcement in the future. Is expected to increase.

こうした中で、近年、コンクリート構造物の維持管理を支援するためのシステムが多く開発されている。この種の装置としては、例えば、気象データ、地形データ、コンクリート配合に関する、地域特性データおよびコンクリート構造物の設計データ等を利用して各劣化要因に対応する劣化指標を導出し、この劣化指標に基づいてコンクリート構造物の劣化状態をランク分けして評価する装置がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−131216号公報
Under these circumstances, in recent years, many systems for supporting the maintenance and management of concrete structures have been developed. As this type of device, for example, a deterioration index corresponding to each deterioration factor is derived by using regional characteristic data and concrete structure design data regarding weather data, terrain data, concrete composition, and the like. There is an apparatus that ranks and evaluates the deterioration state of a concrete structure based on it (for example, see Patent Document 1).
JP 2002-131216 A

コンクリート構造物の維持管理は、構造物の供用期間にわたり構造物に要求される性能を確保することである。供用期間中にその性能を確保できない場合には補修等の対策を実施することとなるが、適切な補修時期等を設定するためには劣化予測技術が必要不可欠である。
凍害劣化に関しては、水セメント比、凍結融解回数が劣化進度に影響を与えることが定性的には把握されているものの、定量的な評価は困難であった。これらの影響を定量的に評価する手法として基準化凍結融解サイクル法が考案されている。当該手法は、予測地点毎に最低温度別の凍結融解回数の算定や、ダムに用いられるコンクリートの配合による暴露試験結果の知見を活用しているため、任意の地点における一般的なコンクリート構造物に適用するには、多大な手間と時間を要するという問題点があった。
Maintenance of a concrete structure is to ensure the performance required for the structure over the service period of the structure. If the performance cannot be ensured during the service period, measures such as repair will be implemented, but deterioration prediction technology is indispensable in order to set an appropriate repair time.
Regarding frost damage deterioration, it has been qualitatively understood that the water cement ratio and the number of freeze-thaw cycles affect the progress of deterioration, but quantitative evaluation has been difficult. A standardized freeze-thaw cycle method has been devised as a method for quantitatively evaluating these effects. This method utilizes the knowledge of the results of exposure tests based on the calculation of the number of times of freezing and thawing at the lowest temperature for each predicted point and the composition of the concrete used in the dam, so it can be applied to general concrete structures at any point. There was a problem that it took a lot of labor and time to apply.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、凍害劣化要因による影響を、コンクリート自体の内的な要因と、施設の所在場所、周辺環境等による外的な要因とに分け、それぞれの要因別影響の検討が可能なように各影響を定量化して劣化予測曲線を算出可能な、コンクリートの凍害劣化予測装置およびそのプログラムを提供することを目的とする。
また、上記した劣化予測曲線算出後に、ひび割れ、補修効果を考慮した劣化予測曲線についても推定を可能とし、劣化が進んだコンクリートの補修を適切な時期に補修できるようにし、維持管理の確度を高めることのできる、コンクリートの凍害劣化予測装置およびそのプログラムを提供することも目的とする。
更に、上記した劣化予測曲線の算出を、コンクリートの表層部分のみならず深さ方向についても行うことで、補修時におけるハツリ厚の設定や、部材耐荷力の評価を行う際に深さ方向の劣化程度の把握も可能とし、維持管理の確度を一層高めることのできる、コンクリートの凍害劣化予測装置およびそのプログラムを提供することも目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the influence of the frost damage deterioration factor is divided into an internal factor of the concrete itself and an external factor depending on the location of the facility, the surrounding environment, etc. It is an object of the present invention to provide a concrete frost damage deterioration prediction device and its program capable of calculating a deterioration prediction curve by quantifying each influence so that different effects can be examined.
In addition, after calculating the above-mentioned deterioration prediction curve, it is possible to estimate the deterioration prediction curve considering cracks and repair effects, so that repair of concrete with advanced deterioration can be repaired at an appropriate time, and the accuracy of maintenance management is improved. It is another object of the present invention to provide a concrete frost damage deterioration prediction apparatus and its program.
Furthermore, by calculating the above-described deterioration prediction curve not only in the surface layer portion of the concrete but also in the depth direction, the depth direction deterioration will occur when setting the chip thickness at the time of repair and evaluating the member load bearing capacity. It is another object of the present invention to provide a concrete frost damage deterioration prediction apparatus and program capable of grasping the degree thereof and further improving the accuracy of maintenance management.

上記した課題を解決するために本発明は、コンピュータ上に構築され、自然環境下で凍結融解作用を受けるコンクリートの凍害劣化予測装置であって、環境データと、予測対象コンクリートのデータを含む基礎データを取り込む基礎データ入力取込部と、前記基礎データを利用して前記予測対象コンクリートの凍害劣化に関わる特性値を算出する特性値算出部と、自然環境下での基準地点における暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、前記特性値算出部によって算出される特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を算出する劣化予測演算部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention is a frost damage deterioration prediction device for concrete that is constructed on a computer and is subjected to freeze-thaw action in a natural environment, and includes basic data including environmental data and data of a prediction target concrete A basic data input capturing unit that captures the property, a characteristic value calculating unit that calculates a characteristic value related to frost damage deterioration of the concrete to be predicted using the basic data, and a concrete based on an exposure test at a reference point in a natural environment And a deterioration prediction calculation unit that calculates a frost damage deterioration curve at a predicted point reflecting the characteristic value calculated by the characteristic value calculation unit with reference to the frost damage deterioration curve.

また、本発明において、前記特性値算出部は、前記基礎データ入力取込み部によって取り込まれる、前記予測対象コンクリートの、骨材、結合剤、空気連行剤、(以下AE剤という)飽水度、水セメント比の少なくとも一つによる凍害劣化への影響を、それぞれあらかじめ定義された所定の演算式を実行することによって得られる部分係数に変換し、前記劣化予測演算部へ供給することを特徴とする。   In the present invention, the characteristic value calculation unit may include an aggregate, a binder, an air entrainment agent (hereinafter referred to as an AE agent), a degree of water saturation, water of the prediction target concrete that is captured by the basic data input capturing unit. The influence on the frost damage deterioration due to at least one of the cement ratios is converted into partial coefficients obtained by executing predetermined arithmetic expressions defined in advance, and supplied to the deterioration prediction calculation unit.

また、本発明において、前記劣化予測演算部は、前記基準地点における暴露試験における凍結融解サイクル数に、前記特性値算出部によって出力される部分係数を乗じて前記予測地点の基準凍害劣化曲線を求め、当該基準凍害劣化曲線を、1日の最低気温と最高気温を得て時系列的に氷点未満から氷点を超えた回数を計測した最低気温別凍結融解回数と、破壊サイクル数を前記水セメント比と最低気温で示される破壊関数を用いて劣化予測曲線に変換することを特徴とする。   In the present invention, the deterioration prediction calculation unit obtains a reference frost damage deterioration curve at the prediction point by multiplying the number of freeze-thaw cycles in the exposure test at the reference point by the partial coefficient output by the characteristic value calculation unit. The standard frost damage curve shows the number of times of freezing and thawing according to the minimum temperature obtained by measuring the number of times that the daily minimum temperature and maximum temperature were exceeded and the temperature exceeding the freezing point was exceeded. And a deterioration prediction curve using the destruction function indicated by the minimum temperature.

また、本発明において、前記劣化予測演算部は、前記破壊関数で定義される前記予測対象コンクリートにひび割れが有るときと無いときの破壊サイクル数比をひび割れの影響を表す部分係数を乗算し、前記基準劣化曲線を補正することを特徴とする。   Further, in the present invention, the deterioration prediction calculation unit multiplies a partial coefficient representing the influence of cracks by the ratio of the number of fracture cycles when there is a crack in the prediction target concrete defined by the fracture function and when there is no crack, It is characterized by correcting the reference deterioration curve.

また、本発明において、前記劣化予測演算部は、前記予測対象コンクリートに補修を施した場合の前記破壊サイクル数と施さない場合の破壊サイクル数から得られる補修効果を示す部分係数を乗算し、前記基準劣化曲線を補正することを特徴とする。   Further, in the present invention, the deterioration prediction calculation unit multiplies a partial coefficient indicating a repair effect obtained from the number of fracture cycles when the repair target concrete is repaired and the number of fracture cycles when the concrete is not repaired, It is characterized by correcting the reference deterioration curve.

上記した課題を解決するために本発明は、自然環境下で凍結融解作用を受けるコンクリートの凍害劣化予測装置に用いられるプログラムであって、環境データと、予測対象コンクリートのデータを含む基礎データを取り込む処理と、前記基礎データを利用して前記予測対象コンクリートの凍害劣化に関わる特性値を算出する処理と、自然環境下での水殿暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、前記特性値算出部によって算出される特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を算出する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention is a program used for a frost damage deterioration prediction apparatus for concrete subjected to freeze-thaw action in a natural environment, and captures basic data including environmental data and prediction target concrete data. Processing, calculating the characteristic value related to the frost damage deterioration of the predicted concrete using the basic data, and the characteristic value based on the frost damage deterioration curve of the concrete based on the water exposure test in a natural environment. And a process of calculating a frost damage deterioration curve at a predicted point reflecting the characteristic value calculated by the calculation unit.

上記した課題を解決するために本発明は、コンピュータ上に構築され、自然環境下で凍結融解作用を受けるコンクリートの凍害劣化予測装置であって、利用者によって入力される、前記コンクリートの解析深度と、熱伝導境界条件を取り込む深さ方向解析条件入力取込み部と、前記熱伝導境界条件に基づき、有限要素法により前記コンクリートの非定常熱伝導解析を行う熱伝導解析処理部と、前記熱伝導解析による内部深度に応じ算出される凍結融解回数を基に、前記コンクリート内部の劣化曲線を算出する劣化予測演算部と、を具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention is a frost damage deterioration prediction apparatus for concrete that is constructed on a computer and that is subjected to a freeze-thaw action in a natural environment, the analysis depth of the concrete input by a user, A depth direction analysis condition input capturing unit that captures a heat conduction boundary condition, a heat conduction analysis processing unit that performs unsteady heat conduction analysis of the concrete by a finite element method based on the heat conduction boundary condition, and the heat conduction analysis And a deterioration prediction calculation unit that calculates a deterioration curve inside the concrete based on the number of times of freezing and thawing calculated according to the internal depth.

また、本発明において、前記熱伝導解析処理部は、外部から取得した基礎データに従い、外気温に基づく年毎の凍結融解回数を算出し、当該算出された凍結融解回数の最も多い年における外気温、ならびに外気と接するコンクリート表面における熱の伝達方向毎あらかじめモデル化された熱伝達境界を用いてコンクリート内部の熱伝導解析を行うことを特徴とする。   In the present invention, the heat conduction analysis processing unit calculates the number of freeze / thaw cycles per year based on the outside air temperature according to the basic data acquired from the outside, and the outside air temperature in the year with the highest number of freeze / thaw times calculated. In addition, heat conduction analysis inside the concrete is performed using a heat transfer boundary modeled in advance for each heat transfer direction on the concrete surface in contact with the outside air.

また、本発明において、前記劣化予測演算部は、自然環境下での基準地点における暴露試験に基づくコンクリートの劣化特性曲線を基準に、前記コンクリートの、骨材、結合剤、空気連行剤、飽水度の少なくとも一つによる凍害劣化特性への影響を、それぞれにあらかじめ定義された所定の演算式を実行することによって得られる部分係数に変換し、前記基準地点における暴露試験の凍結融解サイクル数に、前記部分係数を乗じて前記予測地点の基準劣化曲線を求め、当該基準劣化曲線を、前記熱伝導解析結果から得られるコンクリート内部温度を基に1日の最低温度と最高温度から氷点超えした回数を計測した最低温度別凍結融解回数と、破壊サイクル数を前記水セメント比と最低温度で示される破壊関数を用いて前記コンクリート内部の劣化予測曲線に変換することを特徴とする。   Further, in the present invention, the deterioration prediction calculation unit is based on a deterioration characteristic curve of the concrete based on an exposure test at a reference point in a natural environment, and the aggregate, the binder, the air entraining agent, the saturated water of the concrete. The effect on the frost damage deterioration characteristics due to at least one of the degrees is converted into a partial coefficient obtained by executing a predetermined arithmetic expression defined in advance, and the number of freeze-thaw cycles in the exposure test at the reference point Multiply the partial coefficient to obtain a standard deterioration curve of the predicted point, and calculate the reference deterioration curve based on the concrete internal temperature obtained from the heat conduction analysis result and the number of times that the freezing point is exceeded from the maximum temperature and the maximum temperature of the day. The measured number of freeze-thaw cycles by minimum temperature and the number of fracture cycles are calculated using the fracture function indicated by the water cement ratio and the minimum temperature. And converting the Predictive curve.

上記した課題を解決するために本発明は、自然環境下で凍結融解作用を受けるコンクリートの凍害劣化予測装置に用いられるプログラムであって、利用者によって入力される、前記コンクリートの解析深度と、熱伝導境界条件を取り込むステップと、前記熱伝導境界条件に基づき、有限要素法により前記コンクリートの非定常熱伝導解析を行うステップと、前記熱伝導解析による内部深度により算出される凍結融解頻度を基に、前記コンクリート内部の劣化曲線を算出するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention is a program used for a frost damage deterioration prediction apparatus for concrete subjected to freeze-thaw action in a natural environment, the analysis depth of the concrete input by a user, and heat Based on the step of capturing the conduction boundary condition, the step of performing unsteady heat conduction analysis of the concrete by a finite element method based on the heat conduction boundary condition, and the freeze-thawing frequency calculated by the internal depth by the heat conduction analysis And a step of calculating a deterioration curve inside the concrete.

本発明によれば、自然環境下での基準地点における暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、特性値算出部によって算出される特性値を反映させた予測地点での凍害劣性曲線を算出することで、凍結融解作用を受けるコンクリートの劣化予測システムを構築でき、任意のコンクリート配合、および自然環境下でのコンクリートの劣化予測曲線を正確に算定できる。   According to the present invention, a frost damage inferior curve at a predicted point reflecting a characteristic value calculated by a characteristic value calculation unit is calculated based on a frost damage deterioration curve of concrete based on an exposure test at a reference point in a natural environment. By doing so, it is possible to construct a concrete deterioration prediction system that undergoes freeze-thaw action, and to accurately calculate a concrete deterioration prediction curve under any concrete composition and natural environment.

また、本発明によれば、骨材、結合材の品質と、AE剤の影響、水セメント比およびひび割れについて、破壊サイクル数の比を特性値として定量的に求めることができ、これら特性値を部分係数として劣化予測曲線の算出に反映させることで、凍結融解作用を受けるコンクリートの劣化診断を適切に行うことができる。
更に、予測対象コンクリートの劣化曲線算出後に、ひび割れや補修効果を考慮した劣化予測曲線を推定することにより、コンクリートの性能に応じた補修時期を容易に策定でき、劣化が進んだコンクリートを適切な時期に補修することで維持管理の確度を高めることができる。
Further, according to the present invention, the quality of the aggregate and the binder, the influence of the AE agent, the water cement ratio, and the crack can be quantitatively determined by using the ratio of the number of fracture cycles as a characteristic value. By reflecting the calculation of the deterioration prediction curve as a partial coefficient, it is possible to appropriately perform the deterioration diagnosis of the concrete subjected to the freezing and thawing action.
In addition, after calculating the deterioration curve of the concrete to be predicted, it is possible to easily determine the repair time according to the concrete performance by estimating the deterioration prediction curve considering cracks and repair effects. The accuracy of maintenance can be improved by repairing to.

更に、本発明によれば、コンクリートの表層部分のみならず深度方向の劣化の程度を求めるために、非定常熱伝導解析によりコンクリート内部の温度分布を求め、深度別に凍結融解回数を算出して上記同様劣化深さを推定することで、実際の補修時におけるハツリ厚の設定や、部材耐荷力の評価を行う際に、深さ方向の劣化程度の把握も可能ととなり、上記した維持管理の確度を一層高めることができる。
また、有限要素法により熱伝導解析を行うにあたり、解析対象コンクリートを数種類に大別し、あらかじめモデル化しておくことで利用者がモデル作成を特段意識することなく劣化予測を可能としたため、利用者の負担を軽減することができる。更に、熱伝導解析を実施する際、予測対象の全期間に亘り外気温に基づく年毎の凍結融解回数を求め、当該凍結融解回数が最も多い年を代表年として選定し実施することで、現実的なところで比較的高速に解析結果を取得することができる。また、解析対象期間に制約を設ける他に、上記した代表年として凍結融解回数が最も多い年を選定することで、劣化を評価するにあたって安全側に予測することができる。
Furthermore, according to the present invention, in order to obtain the degree of deterioration in the depth direction as well as the surface layer portion of the concrete, the temperature distribution inside the concrete is obtained by unsteady heat conduction analysis, and the number of times of freezing and thawing is calculated according to the depth. Similarly, by estimating the degradation depth, it is possible to grasp the degree of degradation in the depth direction when setting the chip thickness during actual repairs and evaluating the load bearing capacity of the member. Can be further enhanced.
In addition, when conducting heat conduction analysis by the finite element method, the concrete to be analyzed is roughly divided into several types and modeled in advance so that users can predict deterioration without being particularly conscious of model creation. Can be reduced. Furthermore, when conducting heat conduction analysis, the number of freeze / thaw cycles per year based on the outside air temperature over the entire period to be predicted is obtained, and the year with the highest number of freeze / thaw cycles is selected and implemented as the representative year. The analysis result can be acquired at a relatively high speed. In addition to limiting the period to be analyzed, by selecting the year with the largest number of freeze / thaw cycles as the representative year, it is possible to predict on the safe side when evaluating deterioration.

図1は、本発明に係るコンクリートの凍害劣化予測装置の一実施形態を示す概略構成図である。
本発明の凍害劣化予測装置10は、図1に示すように、CPU11、RAM12、記憶装置13、入力装置14、表示装置15、印刷装置16、通信装置(NW)17等により構成され、これらはシステムバス18を介して共通接続されている。
CPU11は、記憶装置13の記憶領域に格納されている本発明の劣化予測プログラムに従い、入力装置14、あるいは通信装置17を介して得られる各種データを取込み、RAM12を作業領域として後述する一連の処理を実行し、その結果を再びRAM12に一時格納すると共に、表示装置15、あるいは印刷装置16を介して表示、あるいは印刷出力する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a concrete frost damage deterioration prediction apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the frost damage deterioration prediction apparatus 10 of the present invention is composed of a CPU 11, a RAM 12, a storage device 13, an input device 14, a display device 15, a printing device 16, a communication device (NW) 17, and the like. Commonly connected via a system bus 18.
The CPU 11 takes in various data obtained via the input device 14 or the communication device 17 in accordance with the deterioration prediction program of the present invention stored in the storage area of the storage device 13, and a series of processes described later using the RAM 12 as a work area. The result is temporarily stored in the RAM 12 again and displayed or printed out via the display device 15 or the printing device 16.

CPU11は、本発明の劣化予測プログラムにより、本発明に係る基礎データ入力取込み部111、特性値算出部112、劣化予測演算部113、劣化予測曲線出力部114として機能する。図2に、上記したそれぞれの機能に展開されたブロック構成が示されている。
すなわち、本発明の一実施形態における凍害劣化予測装置10は、機能的に、基礎データ入力取込み部111と、特性値算出部112と、劣化予測演算部113と、劣化予測曲線出力部114と、データベース(DB)115で構成される。
The CPU 11 functions as a basic data input capturing unit 111, a characteristic value calculation unit 112, a deterioration prediction calculation unit 113, and a deterioration prediction curve output unit 114 according to the present invention by the deterioration prediction program of the present invention. FIG. 2 shows a block configuration developed for each function described above.
That is, the frost damage deterioration prediction apparatus 10 according to an embodiment of the present invention functionally includes a basic data input capture unit 111, a characteristic value calculation unit 112, a deterioration prediction calculation unit 113, a deterioration prediction curve output unit 114, A database (DB) 115 is used.

基礎データ入力取込み部111は、環境データと、予測対象コンクリートの構造データとを含む基礎データを取り込んでDB115に格納する機能を持ち、特性値算出部112は、DB115に格納された基礎データを利用して予測対象コンクリートの凍害劣化に関わる特性値を算出する機能を持つ。
特性値算出部112はまた、基礎データ入力取込み部111によって取り込まれる、予測対象コンクリートの、骨材、結合剤、AE剤、飽水度、水セメント比の少なくとも一つによる凍害劣化特性への影響を、それぞれにあらかじめ定義された所定の演算式を実行することによって得られる部分係数に変換し、劣化予測演算部113へ供給する機能も持つ。また、劣化予測演算部113は、自然環境下での基準地点での暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化特性曲線を基準に、特性値算出部112によって算出される特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を予測する機能を持つ。
The basic data input capturing unit 111 has a function of capturing basic data including environmental data and structural data of the prediction target concrete and storing the basic data in the DB 115, and the characteristic value calculating unit 112 uses the basic data stored in the DB 115. And it has a function to calculate the characteristic value related to frost damage deterioration of the concrete to be predicted.
The characteristic value calculation unit 112 also affects the frost damage deterioration characteristics of at least one of the aggregate, the binder, the AE agent, the water saturation, and the water cement ratio of the prediction target concrete captured by the basic data input capturing unit 111. Is also converted into partial coefficients obtained by executing predetermined arithmetic expressions defined in advance, and supplied to the degradation prediction arithmetic unit 113. In addition, the deterioration prediction calculation unit 113 is a prediction point that reflects the characteristic value calculated by the characteristic value calculation unit 112 based on the frost damage deterioration characteristic curve of concrete based on the exposure test at the reference point in the natural environment. It has a function to predict the frost damage degradation curve.

劣化予測演算部113は、また、基準地点での暴露試験における凍結融解サイクル数に、特性値算出部112によって出力される部分係数を乗じて予測地点の基準凍害劣化曲線を求め、当該基準凍害劣化曲線を、1日の最低気温と最高気温を得て時系列的に氷点未満から氷点を超えた回数を計測した最低気温別凍結融解回数と、破壊サイクル数を前記水セメント比と最低気温で示される破壊関数を用いて劣化予測曲線に変換する機能を持つ。
更に、予測対象コンクリートにひび割れが有るときと無いときの破壊サイクル数比をひび割れの影響を表す部分係数として乗算し、基準劣化特性曲線を補正し、また、予測対象コンクリートに補修を施した場合の破壊サイクル数と施さない場合の破壊サイクル数から得られる補修効果を示す部分係数を乗算し、基準劣化曲線を補正する機能も併せ持つ。
The deterioration prediction calculation unit 113 multiplies the number of freeze / thaw cycles in the exposure test at the reference point by the partial coefficient output by the characteristic value calculation unit 112 to obtain a reference frost damage deterioration curve at the prediction point, and the reference frost damage deterioration The curve shows the number of times of freezing and thawing according to the minimum temperature obtained by obtaining the minimum and maximum temperatures of the day and measuring the number of times the temperature was below the freezing point and exceeding the freezing point in time series, and the number of destruction cycles by the water cement ratio and the minimum temperature. It has a function to convert to a deterioration prediction curve using a destructive function.
Furthermore, when the prediction target concrete has cracks and when there is no crack, the ratio of failure cycles is multiplied as a partial coefficient representing the effect of cracks, the reference deterioration characteristic curve is corrected, and the prediction target concrete is repaired. It also has the function of correcting the reference deterioration curve by multiplying the partial coefficient indicating the repair effect obtained from the number of destruction cycles and the number of destruction cycles when not applied.

ここで説明を図1に戻す。RAM12は、CPU11により実行される上記した凍害劣化予測プログラムをはじめとする各種処理プログラムや、その処理に係るデータを一時的に記憶する作業領域を備えている。
記憶装置13は、上記したプログラムやデータ等が記憶される記憶媒体13aを有し、この記憶媒体13aは、磁気的、光学的記録媒体、あるいは半導体メモリで構成されている。この記録媒体13aは、記憶装置13に固定的に設けたもの、もしくは着脱自在に装着するものであり、CPU11により実行されるプログラムや制御データ等を記憶する記憶領域、予測対象となるコンクリートの環境データや構造データに関する基礎データをDB(図2の115)として格納する記憶領域を備えている。この記録媒体13aに格納された凍害劣化予測プログラムをCPU11が実行することにより、後述する凍害劣化予測曲線を予測する処理が実行されるようになっている。
Here, the description returns to FIG. The RAM 12 includes a work area for temporarily storing various processing programs including the above-described frost damage deterioration prediction program executed by the CPU 11 and data related to the processing.
The storage device 13 includes a storage medium 13a in which the above-described program, data, and the like are stored. The storage medium 13a is configured by a magnetic or optical recording medium or a semiconductor memory. The recording medium 13a is fixedly attached to the storage device 13 or is detachably mounted. The recording medium 13a is a storage area for storing a program executed by the CPU 11, control data, and the like, and a concrete environment to be predicted. A storage area for storing basic data related to data and structure data as a DB (115 in FIG. 2) is provided. When the CPU 11 executes the frost damage deterioration prediction program stored in the recording medium 13a, a process for predicting a frost damage deterioration prediction curve, which will be described later, is executed.

入力装置14は、キーボードやポインティングデバィス等により構成され、入力指示信号をCP11に対して出力する。
表示装置15は、CRTやLCD(Liquid Crystal Device)等により構成され、CPU11により生成出力される表示データに基づき後述する凍害劣化予測曲線他、各種画面データを表示する。また、印刷装置16は、プリンタ等により構成され、CPU11により生成出力される各種文書を含む印刷データを印刷して出力する。
なお、NW装置17は、IP(Internet・Protocol)網等を介して、外部のコンピュータネットワークと接続され、上記した基礎データを取込む際のツールとして用いられる他、システムの利用が許可された外部接続される端末装置(図示せず)に対してCPU11により生成出力される凍害劣化予測曲線等に関するデータを供給する。
The input device 14 is configured by a keyboard, a pointing device, or the like, and outputs an input instruction signal to the CP 11.
The display device 15 is composed of a CRT, an LCD (Liquid Crystal Device), or the like, and displays various screen data in addition to a frost damage deterioration prediction curve described later based on display data generated and output by the CPU 11. The printing device 16 is configured by a printer or the like, and prints and outputs print data including various documents generated and output by the CPU 11.
The NW device 17 is connected to an external computer network via an IP (Internet / Protocol) network or the like, and is used as a tool for taking in the basic data described above, as well as an external device permitted to use the system. Data relating to a frost damage deterioration prediction curve generated and output by the CPU 11 is supplied to a connected terminal device (not shown).

次に、上記した構成から成る凍害劣化予測装置10によって実行され劣化予測処理について説明する。この劣化予測処理は、図3に示されるように、基礎データ入力処理(S301)、特性値算出処理(S302)、劣化予測処理(S303)、および劣化予測曲線表示処理(S304)の各ステップから成り、これら一連の処理は、記憶装置13の記憶媒体13aに格納された凍害劣化予測処理プログラムに従って順次実行されるようになっている。   Next, the deterioration prediction process executed by the frost damage deterioration prediction apparatus 10 having the above-described configuration will be described. As shown in FIG. 3, the deterioration prediction process is performed from the steps of the basic data input process (S301), the characteristic value calculation process (S302), the deterioration prediction process (S303), and the deterioration prediction curve display process (S304). These series of processes are sequentially executed in accordance with the frost damage deterioration prediction processing program stored in the storage medium 13a of the storage device 13.

詳細には、図3に示されるように、まず、ステップS301において、入力装置14から、あるいはNW装置17を介して基礎データが入力され、これを取込むための処理が行なわれる。基礎データの取込みは、入力データ取込み部111によって行なわれる。
ここでは、基礎データとして、外部要因である気温、冬場の日射、方位、積雪等の環境データが用意され、それらをアメダス等から取得することによりファイル入力する。また、「構造物名称」、「施工年度」、「予測したい評価年度」、予測地点の緯度、経度、標高等から成る「位置データ」、堅硬か低品質か、または吸水率(%)と安定性損失重量(%)等のデータ等から成る「骨材データ」、セメント種別、混和剤(フライアッシュ、高炉スラグ、用いず)の種類を示す「結合剤データ」、耐凍害性向上をはかるために用いる界面活性剤(AE剤)含有の有無を示す「AE剤データ」、「飽水度」、「水セメント比」等、内部要因となる各種データから成る構造物データ、そして、幅0.3mmm以上のひび割れの有無を示す「ひび割れデータ」、補修実施年度や後述する効果係数を示す「補修効果データ」等が入力され、本発明の凍害劣化予測装置10に取り込まれる。
In detail, as shown in FIG. 3, first, in step S301, basic data is input from the input device 14 or via the NW device 17, and processing for capturing the basic data is performed. The basic data is fetched by the input data fetching unit 111.
Here, as basic data, environmental data such as external factors such as temperature, solar radiation in winter, heading, and snow cover are prepared, and a file is input by acquiring them from AMeDAS or the like. In addition, “position data” consisting of “structure name”, “construction year”, “evaluation year to be predicted”, latitude, longitude, altitude, etc. of the predicted point, solid or low quality, or water absorption rate (%) and stable "Aggregate data" consisting of data such as weight loss (%), cement type, "binder data" indicating the type of admixture (fly ash, blast furnace slag, not used), and to improve frost damage resistance Structure data consisting of various data which are internal factors such as “AE agent data”, “saturation degree”, “water cement ratio” indicating whether or not the surfactant (AE agent) is used, and width 0. “Crack data” indicating the presence / absence of cracks of 3 mm or more, “repair effect data” indicating the repair implementation year and an effect factor described later, and the like are input to the frost damage deterioration prediction apparatus 10 of the present invention.

次に、ステップS302で特性値の算出処理が行われる。特性値の算出処理は特性値算出部112で行われる。
ここでは、まず、凍結融解回数算出処理から実行される。詳細は後述するが、コンクリート構造物の位置データから至近のアメダスポイントを探し出し、更に、標高による気温補正を実施し、最低温度別凍結融解回数を算出する。そして、照射、方位の影響、積雪の影響、積雪期間の影響を考慮して特性値を算出する。最低温度別凍結融解回数についてのグラフ表示の一例が表と共に図12に示されている。
続いて、骨材、結合剤、AE剤、飽水度、水セメント比に係るそれぞれの影響についての特性値算出処理を実行し、それぞれ部分係数ψag、ψbi、ψAE、ψas、ψw/cとして劣化予測演算部113へ供給する。
Next, a characteristic value calculation process is performed in step S302. The characteristic value calculation process is performed by the characteristic value calculation unit 112.
Here, it is first executed from the freeze / thaw number calculation process. Although details will be described later, the nearest AMeDAS point is found from the position data of the concrete structure, and the temperature is corrected by the altitude, and the number of times of freezing and thawing by the minimum temperature is calculated. Then, the characteristic value is calculated in consideration of the influence of irradiation, direction, snow cover, and snow cover period. An example of a graph display of the number of freeze / thaw cycles by minimum temperature is shown in FIG. 12 together with a table.
Subsequently, a characteristic value calculation process is performed for each of the influences on the aggregate, the binder, the AE agent, the degree of saturation, and the water cement ratio, and the partial coefficients ψ ag , ψ bi , ψ AE , ψ as , ψ This is supplied to the deterioration prediction calculation unit 113 as w / c .

具体的に、骨材の場合、部分係数(ψag)は、堅硬で1.0、低品質の場合0.38、吸水率、安定性損失重量が既知の場合はそれぞれの関数で表現される部分係数が算出される。また、結合剤による影響は、セメント、混和剤の組み合わせから部分係数が算出される。更に、AE剤の影響は、AE剤の有無から部分係数を算出し、AE剤無しの場合は水セメント比の関数で表現される部分係数を算出する。
また、飽水度の影響について、部分係数は、湿潤A(常時、水と接する場合)で1.0、湿潤B(雨がかりはあるが、凍結時には継続的に水分供給が無い場合)で2.4とする。更に、水セメント比の日最低気温の平均値をθ、セメント水比をc/wとして後述する所定の演算式を実行することにより部分係数を算出する。いずれの特性値についても詳細は後述する。
Specifically, in the case of aggregate, the partial coefficient (ψ ag ) is expressed by the respective functions when the hardness and hardness are 1.0, the low quality is 0.38, and the water absorption rate and the stability loss weight are known. A partial coefficient is calculated. In addition, as for the influence of the binder, the partial coefficient is calculated from the combination of cement and admixture. Further, as for the influence of the AE agent, a partial coefficient is calculated from the presence or absence of the AE agent, and when there is no AE agent, the partial coefficient expressed as a function of the water cement ratio is calculated.
As for the influence of the degree of water saturation, the partial coefficient is 1.0 for wet A (when always in contact with water) and 2 for wet B (when there is rain but there is no continuous water supply during freezing). .4. Further, the partial coefficient is calculated by executing a predetermined arithmetic expression to be described later, where θ is the average daily minimum temperature of the water cement ratio and c / w is the cement water ratio. Details of both characteristic values will be described later.

次に、S303で劣化予測処理が実行される。劣化予測処理は、劣化予測処理部113で実行される。ここでは、まず、基準劣化予測曲線の演算が行われる。具体的には、基準地点での暴露試験における凍結融解サイクル数に、上記した特性値算出処理で得られた各特性値を乗算し、予測地点の基準劣化曲線が算出される。ここで、予測曲線の横軸は、凍結融解サイクル数とする。
続いて、劣化予測曲線の算出処理が実行される。ここでは、基準劣化曲線を、最低温度別凍結融解回数と破壊関数を用いて横軸を経過年数とする劣化予測曲線に変換する。更に、ひび割れの影響を表す部分係数を基準劣化曲線のサイクル数に乗じることでひび割れがある場合の劣化予測曲線を求める。また、補修の影響を考慮した劣化予側曲線の算出処理も行う。すなわち、ここでは、補修の効果を表す部分係数を基準劣化曲線のサイクル数に乗じ、補修した場合の劣化予測曲線を求める。いずれも詳細は後述する。
Next, a deterioration prediction process is executed in S303. The deterioration prediction process is executed by the deterioration prediction processing unit 113. Here, first, a reference deterioration prediction curve is calculated. Specifically, the number of freeze-thaw cycles in the exposure test at the reference point is multiplied by each characteristic value obtained by the characteristic value calculation process described above to calculate the reference deterioration curve at the predicted point. Here, the horizontal axis of the prediction curve is the number of freeze-thaw cycles.
Subsequently, a process for calculating a deterioration prediction curve is executed. Here, the reference deterioration curve is converted into a deterioration prediction curve having the horizontal axis as the number of years elapsed using the minimum number of freeze-thaw cycles at each temperature and the destruction function. Furthermore, a deterioration prediction curve in the case where there is a crack is obtained by multiplying the number of cycles of the reference deterioration curve by a partial coefficient representing the influence of the crack. In addition, a deterioration pre-curve calculation process considering the effect of repair is also performed. That is, here, a partial coefficient representing the effect of repair is multiplied by the cycle number of the reference deterioration curve to obtain a deterioration prediction curve when the repair is performed. Details of both will be described later.

最後にS304で劣化予測曲線表示処理が実行される。劣化予測曲線表示処理は、劣化予測曲線出力部114で実行される。凍害劣化予側曲線の画面表示の一例は図13に、ひび割れの影響を考慮した凍害劣化予測曲線の画面表示の一例は、図14に、補修の影響を考慮した凍害劣化予測曲線の画面表示の一例は図15に示されている。   Finally, a deterioration prediction curve display process is executed in S304. The deterioration prediction curve display process is executed by the deterioration prediction curve output unit 114. An example of the frost damage deterioration prediction curve screen display is shown in FIG. 13, and an example of the frost damage deterioration prediction curve screen considering the effect of cracks is shown in FIG. An example is shown in FIG.

以下、本発明の凍害劣化予測装置の詳細について説明する。図4に、コンクリートの内部構造と水セメント比との関係を概念的に示す。多孔質材料の一つとして位置づけられるコンクリートの凍害は、間隙間の結氷の割合に依存するものと考えられる。
コンクリートの凍結融解抵抗性は、水セメント比(水分が存在する空間量)が低いものほど、材齢が経過したものほど高まることが実験を通じて明らかにされている。その理由はコンクリートの強度が高まるためであると考えられ、凍結融解抵抗性を強度の関数として促える考え方もある。しかしながら、水セメント比が高いことは、図5に水セメント比と細孔中の凍結量の関係をグラフ表示したように、同時に系内の凍結可能水量が増大することを意味しており、コンクリートの凍結融解抵抗性を評価するにあたり、強度ではなく凍結可能水量を評価すべきものと考えられる。
Hereinafter, the details of the frost damage deterioration prediction apparatus of the present invention will be described. FIG. 4 conceptually shows the relationship between the internal structure of concrete and the water-cement ratio. The frost damage of concrete, which is positioned as one of the porous materials, is thought to depend on the rate of icing between the gaps.
Through experiments, it has been clarified that the freeze-thaw resistance of concrete increases as the water-cement ratio (the amount of space in which moisture exists) is lower and as the age of the material elapses. The reason is considered to be that the strength of the concrete is increased, and there is also an idea that promotes freeze-thaw resistance as a function of strength. However, a high water cement ratio means that the amount of freezing water in the system increases at the same time as shown in the graph of the relationship between the water cement ratio and the freezing amount in the pores in FIG. In evaluating the resistance to freezing and thawing, it is considered that the amount of water that can be frozen, not the strength, should be evaluated.

コンクリート中の凍結水量は、水分が存在する空間量とその空間サイズに依存する。材齢を一定とした場合、凍結融解による損傷の程度は、水セメント比が多いほど大きい。また、水の擬固点温度は空間サイズに依存し、サイズが小さいほど擬固点温度が低くなるため、0℃で全ての水量が凍結することは無い。換言すれば、温度が低くなるほど小さい空間サイズまでの水が凍り、損傷が大きくなる。   The amount of frozen water in concrete depends on the amount of space in which moisture exists and the size of the space. When the age is constant, the degree of damage due to freezing and thawing increases as the water cement ratio increases. Moreover, the pseudo-fixed point temperature of water depends on the space size, and the smaller the size, the lower the pseudo-fixed point temperature. Therefore, all the amount of water does not freeze at 0 ° C. In other words, as the temperature decreases, water up to a small space size freezes and damage increases.

図6は、最低温度を変化させた場合のAE剤を使用していないコンクリート(以下、nonAEコンクリートという)の凍結融解試験結果を示すグラフ3例であり、いずれも縦軸に相対動弾性係数(%)、横軸に凍結融解サイクル(数)を目盛ってある。
このグラフから明らかなように、水セメント比が高いほど、また最低温度が低いほど損傷が大きくなることが認められる。このことは、コンクリート中の水分の凍結ポテンシャルが高くなるほど劣化し易いことを示しており、図7に破壊サイクル数と凍結細孔量比の関係がグラフ表示されているように、凍結細孔量化が高くなるほど破壊サイクル数は小さくなる。凍結細孔量比とは、凍結細孔量中に占める凍結量の比率であり、破壊サイクル数は相対動弾性係数が60%を下回るサイクル数である。また図7によれば、水セメント比および最低温度の影響は、「凍結細孔量比」という指標によって統一的に表現できる。
FIG. 6 is an example of three graphs showing the results of freeze-thawing tests of concrete not using the AE agent (hereinafter referred to as nonAE concrete) when the minimum temperature is changed. %), And the horizontal axis shows the number of freeze-thaw cycles (number).
As is clear from this graph, it can be seen that the higher the water-cement ratio and the lower the minimum temperature, the greater the damage. This indicates that the higher the freezing potential of moisture in the concrete, the more likely it is to deteriorate, and the relationship between the number of fracture cycles and the frozen pore volume ratio is graphically displayed in FIG. The higher the is, the smaller the number of destruction cycles. The frozen pore volume ratio is the ratio of the frozen volume in the frozen pore volume, and the number of fracture cycles is the number of cycles in which the relative dynamic elastic modulus is less than 60%. Further, according to FIG. 7, the influence of the water cement ratio and the minimum temperature can be uniformly expressed by an index “freeze pore volume ratio”.

ところで、上記した「凍結細孔量化」を対象とするコンクリートで測定することは現実的ではなく、工学的には破壊サイクル数を水セメント比および最低温度で表現することが実務的である。
破壊サイクル数を図8に示す破壊関数で定義できるとした場合、先に図6で説明した最低温度、水セメント比を変化させた試験結果は、図9に示すグラフ(破壊関数による基準化結果)に示すとおりである。
ここでは、横軸はある基準とする水セメント比および最低温度(この場合、w/c=50%、最低温度―5℃)で基準化した状態で示している。図9によれば、破壊関数を用いることによって水セメント比および最低温度が変化した試験結果でも、一つの劣化曲線として表すことができる。
By the way, it is not realistic to measure with concrete for the above-mentioned “freezing pore quantification”, and it is practical to express the number of fracture cycles in terms of water cement ratio and minimum temperature.
Assuming that the number of fracture cycles can be defined by the fracture function shown in FIG. 8, the test results obtained by changing the minimum temperature and water-cement ratio described in FIG. 6 are the graphs shown in FIG. ).
Here, the horizontal axis shows a standardized state with a certain water cement ratio and the minimum temperature (in this case, w / c = 50%, minimum temperature−5 ° C.). According to FIG. 9, even a test result in which the water cement ratio and the minimum temperature are changed by using the fracture function can be expressed as one deterioration curve.

ところで、出願人が実施している基準地点の暴露試験結果を図10(a)に示す。ここに示される結果は、フライアッシュを混和したAEコンクリートによるものであり、暴露中の強度増進を排除した結果である。なお、暴露試験環境としては図10(b)に示すとおりである。
なお、AEコンクリートとはAE剤を使用したコンクリートのことであり、以下AEコンクリートと表記する。
Incidentally, FIG. 10A shows the result of the exposure test at the reference point conducted by the applicant. The result shown here is based on AE concrete mixed with fly ash, and excludes the increase in strength during exposure. The exposure test environment is as shown in FIG.
In addition, AE concrete is the concrete which uses AE agent, and is described as AE concrete below.

基準化凍結融解サイクル法は、水セメント比および最低温度履歴に応じて損傷量を評価し、損傷の程度を、見かけ上凍結融解サイクル数を変化させることによって、任意の水セメント比、および任意の単一最低温度下におけるコンクリートの劣化に置き換える手法である。
水セメント比および最低温度の補正は、図8に示した破壊関数から、「重み係数」を算出し、見かけ上サイクル数を変化させることにより実現される。「重み係数」は、ある水セメント比および最低温度に対する破壊サイクル数の比で定義される。具体的な算出方法は、以下の演算式(1)を実行することにより求められる。
The standardized freeze-thaw cycle method evaluates the amount of damage as a function of water-cement ratio and minimum temperature history, and by changing the degree of damage, apparently the number of freeze-thaw cycles, at any water-cement ratio, and any It is a method to replace concrete deterioration under a single minimum temperature.
The correction of the water cement ratio and the minimum temperature is realized by calculating a “weight coefficient” from the fracture function shown in FIG. 8 and apparently changing the number of cycles. “Weighting factor” is defined as the ratio of the number of failure cycles to a certain water cement ratio and minimum temperature. A specific calculation method is obtained by executing the following arithmetic expression (1).

Figure 2008249733
Figure 2008249733

基準化凍結融解サイクル法を用いて、基準地点の供試体の暴露試験結果を水セメント比49%、最低温度−6℃に置き換えれば、図11(基準化凍結融解サイクル法による自然環境下の劣化曲線)に示すグラフ表示のとおりであり、複数の劣化曲線から任意の水セメント比および最低温度下の劣化曲線に置き換えられる。   Using the standardized freeze-thaw cycle method, if the exposure test result of the specimen at the reference point is replaced with a water cement ratio of 49% and a minimum temperature of −6 ° C., FIG. 11 (degradation in the natural environment by the standardized freeze-thaw cycle method) Curve), and a plurality of deterioration curves are replaced with deterioration curves under an arbitrary water cement ratio and minimum temperature.

図11から、自然環境下の凍結融解作用を受けるコンクリートの劣化曲線は、以下の演算式(2)のように表現される。   From FIG. 11, the deterioration curve of the concrete subjected to the freezing and thawing action in the natural environment is expressed as the following arithmetic expression (2).

Figure 2008249733
Figure 2008249733

但し、この劣化曲線は基準地点に暴露された中庸熱ポルトランドセメントを用いフライアッシュを混和したAEコンクリートの劣化曲線であり、水セメント比および気象(最低温度)が変化しても基準化凍結融解サイクル法によって補正できるが、セメントの種類、骨材の品質、AE剤の使用の有無が相違した場合、この演算式(2)を直接用いることはできない。
そこで、これら基準地点の暴露試験と相違する条件は、次のように部分係数を用いて補正するものとし、本発明においては以下の表1に示す部分係数を導入し、以下の演算式(3)を実行することにより劣化曲線の一般化を図ることとした。
However, this deterioration curve is a deterioration curve of AE concrete mixed with fly ash using moderately hot Portland cement exposed to the reference point, and the standardized freeze-thaw cycle even if the water cement ratio and weather (minimum temperature) change Although it can be corrected by the method, if the type of cement, the quality of the aggregate, and the presence or absence of the use of the AE agent are different, this arithmetic expression (2) cannot be used directly.
Therefore, the conditions different from the exposure tests at these reference points are corrected using the partial coefficients as follows. In the present invention, the partial coefficients shown in Table 1 below are introduced, and the following calculation formula (3 ) To generalize the deterioration curve.

Figure 2008249733
Figure 2008249733

Figure 2008249733
Figure 2008249733

以下に、特性値の項目説明を行う。まず、外的要因から説明する。基準化凍結融解サイクル法を用いる場合、外的要因の影響は、日最高気温および日最低気温に等価的に変換する必要がある。ここでは、外気温以外の要因として日射および積雪の影響を考える。
外気温に関する情報としては、凍結融解回数を算出する上で、日最高、最低気温が必要となる。これを直接の入力項目とする必要がある。但し、参照する気象データ記録点と予測地点との標高に差が生じることから、標高補正を行う必要がある。その補正は、一般的に用いられる以下の演算式(4)に従うものとする。
Below, the characteristic value items will be described. First, external factors will be explained. When using the standardized freeze-thaw cycle method, the influence of external factors must be equivalently converted to daily maximum and daily minimum temperatures. Here, we consider the effects of solar radiation and snow as factors other than the outside temperature.
As information about the outside air temperature, the daily maximum and minimum temperatures are required in calculating the number of times of freezing and thawing. This must be a direct input item. However, since there is a difference in altitude between the reference point of the meteorological data recording and the predicted point, it is necessary to correct the altitude. The correction is based on the following commonly used calculation formula (4).

Figure 2008249733
Figure 2008249733

日射がコンクリート温度に与える影響は、日射による熱量を等価的に外気温に置き換える方法が採られる。等価外気温への変換は以下の演算式(5)に従う。   The effect of solar radiation on concrete temperature is to replace the amount of heat from solar radiation with the outside air temperature equivalently. The conversion to the equivalent outside air temperature follows the following equation (5).

Figure 2008249733
Figure 2008249733

さらに、上記した演算式(5)に方位の影響を加味することとする。方位の影響については、基準地点の暴露試験箇所で冬季に測定された方位別の日射量から方位別の重みによって評価することとする。その重みとしては、南面を1とした場合、上面0.84、西面0.58、東面0.25、北面0.23である。これらはいずれも実験から求めた数値である。
そこで、日照を考慮した等価外気温を以下の演算式(6)のように変形させることとする。
Furthermore, the influence of the direction is added to the above-described arithmetic expression (5). The influence of the direction will be evaluated by the weight for each direction from the amount of solar radiation for each direction measured in the winter season at the exposure test site at the reference point. As the weight, when the south surface is 1, the upper surface is 0.84, the west surface is 0.58, the east surface is 0.25, and the north surface is 0.23. These are all values obtained from experiments.
Therefore, the equivalent outside air temperature in consideration of sunlight is changed as shown in the following arithmetic expression (6).

Figure 2008249733
但し、通常気象観測所で計測される日射量は、上面のそれであるため、演算式(6)の方位による重み係数は、上面1.00、南面1.19、西面0.69、東面0.30、北面0.27である。
Figure 2008249733
However, since the amount of solar radiation measured at a normal weather station is that of the top surface, the weighting factors according to the direction of the calculation formula (6) are the top surface 1.00, the south surface 1.19, the west surface 0.69, and the east surface. 0.30, north surface 0.27.

一方、上記した演算式(6)を用いるのであれば、アメダスデータの風速、気温を参照することによって融雪量の推定は可能であり、対象構造物が建設されてから以降のデータを用いて計算を行えば良い。ただし、その精度に関しての検証が問題となる。
従って、ここでは、積雪量に関する直接情報を取り込むこととする。この場合、アメダスには積雪データが無いことから、管区気象台において観測されたデータを参照することとする。なお、積雪が有る間は、融解しないものとする。
On the other hand, if the above equation (6) is used, it is possible to estimate the amount of melted snow by referring to the wind speed and temperature of the AMeDAS data, and calculate using the subsequent data after the target structure is constructed. Just do it. However, verification regarding the accuracy is a problem.
Therefore, in this case, it is assumed that direct information regarding the amount of snow is taken in. In this case, since there is no snow cover data in AMeDAS, we will refer to the data observed at the regional meteorological observatory. In addition, it shall not melt while there is snow.

次に、構造物データによる影響について説明する。まず、骨材の品質の影響を表す部分係数から説明する。
骨材の品質を表す指標としては、吸水率と安定性損失重量を採りあげている。基準化凍結融解サイクル法において用いる骨材の品質に関わる部材係数ψagは、以下の演算式(7)(8)によって表される。但し、これは実験式である。
(吸水率・安定性損失重量が既知のとき)
Next, the influence by structure data is demonstrated. First, the partial coefficient representing the influence of aggregate quality will be described.
As an index indicating the quality of the aggregate, water absorption and stability loss weight are taken up. Member coefficient [psi ag relating to the quality of the aggregate used in scaling the freeze-thaw cycle method is represented by the following arithmetic expression (7) (8). However, this is an empirical formula.
(When water absorption rate and stability loss weight are known)

Figure 2008249733
Figure 2008249733

(吸水率・安定性損失重量が未知のとき)
堅硬である骨材を用いた時、ψη=1.0、低品質な骨材を用いた時、ψη=0.38、ψη=0.58、小さい方の部材係数を採用することとし、ψη=0.38とした。
(When water absorption rate and stability loss weight are unknown)
When using hard aggregate, ψ η = 1.0, when using low quality aggregate, ψ η = 0.38, ψ η = 0.58, and adopting the smaller member coefficient And ψ η = 0.38.

次に、結合材の種類の影響を表す部分係数について説明する。結合材の部分係数ψbiをまとめれば、次のとおりである。ここで、注意を要するのは、基準としているのは、基準地点の暴露供試体であり、セメントには中庸熱を、混和材としてはフライアッシュを用いていることである。従って、これを基準に部分係数を設定すれば、以下に示す表2(結合剤の部分係数(AEコンクリート))、表3(結合剤の部分係数(nonAEコンクリート))のとおりである。 Next, partial coefficients representing the influence of the type of binder will be described. The partial coefficients ψ bi of the binder are summarized as follows. Here, it should be noted that the reference is the exposed specimen at the reference point, the medium heat is used as the cement, and fly ash is used as the admixture. Therefore, if the partial coefficient is set based on this, it is as shown in Table 2 (partial coefficient of binder (AE concrete)) and Table 3 (partial coefficient of binder (non-AE concrete)) shown below.

Figure 2008249733
Figure 2008249733

Figure 2008249733
Figure 2008249733

次に、AE剤の使用の有無を表す部分係数について説明する。この試験結果をもとに、AEコンクリートとnonAEコンクリートの耐久性指数比および相対動弾性係数が60%となるサイクル(破壊サイクル数の比:部分係数)、すなわち、AE剤の影響を表す部分係数ψAEは、以下の演算式(9)を実行することにより求められる。 Next, the partial coefficient indicating whether or not the AE agent is used will be described. Based on this test result, the cycle in which the durability index ratio and relative dynamic elastic modulus of AE concrete and nonAE concrete are 60% (ratio of the number of fracture cycles: partial coefficient), that is, the partial coefficient representing the influence of the AE agent. ψ AE is obtained by executing the following arithmetic expression (9).

Figure 2008249733
Figure 2008249733

AE剤を用いていれば、ψAE=1.0である。 If an AE agent is used, ψ AE = 1.0.

なお、演算式(9)中、DFは耐久性指数(Durability Factor)のことをいい、P・N/Mにより算出される。ここで、Pは、凍結融解試験のNサイクルにおける相対動弾性係数(%)、Nは、Pが60%になったときの凍結融解試験のサイクル数またはPが試験終了サイクル(一般には300、200、100サイクル)で相対動弾性係数が60%に満たない場合のサイクル数、Mは、予め定められている凍結融解サイクル数(一般には300、200、100サイクル)をいう。また、ここで、永倉の研究とあるのは、永倉正、コンクリートの凍結融解抵抗性に関する研究、電力中央研究所技術研究報告(土木・61012)、1961.9をいう。   In the arithmetic expression (9), DF refers to a durability factor (Durability Factor) and is calculated by P · N / M. Here, P is the relative dynamic elastic modulus (%) in the N cycles of the freeze-thaw test, N is the number of cycles of the freeze-thaw test when P reaches 60%, or P is the test end cycle (generally 300, 200, 100 cycles), and the number of cycles when the relative dynamic elastic modulus is less than 60%, M is a predetermined number of freeze-thaw cycles (generally 300, 200, 100 cycles). Here, Nagakura's research refers to Nagakura Tadashi, research on freezing and thawing resistance of concrete, Technical Research Report of Electric Power Research Laboratory (Civil Engineering · 61612), 1961.9.

次に、飽水の影響を表す部分係数について説明する。以上により飽水の影響を表す部分係数ψsaは、以下の演算式(10)を実行することにより算出される。 Next, the partial coefficient representing the influence of water saturation will be described. As described above, the partial coefficient ψ sa representing the influence of water saturation is calculated by executing the following arithmetic expression (10).

Figure 2008249733
Figure 2008249733

常時、水と接する場合は、ψsa=1.0、雨がかりはあるが、凍結時には継続的に水分供給が無い場合、ψsa=2.4となる。 When it is always in contact with water, ψ sa = 1.0, there is rain, but when there is no continuous water supply during freezing, ψ sa = 2.4.

以下に内的要因の影響を考慮した基準結果曲線の算出方法について説明する。
ここでは、基準地点の暴露試験における自然環境下の劣化曲線を基準とし、予測地点での基準劣化曲線を求める。
基準地点での劣化曲線は、以下の演算式(11)により示される。
REd=100exp(−6.02×10−3×N0.42) …(11)
ここで、REd=相対動弾性係数(%)、N:凍結融解サイクル数(回)であり、Nに、部分係数を掛け合わせたものを予測地点の基準劣化曲線とする。
REd=100exp(−6.02×10−3×(N・ψmod0.42) …(12)
ここで、ψmod=ψag・ψbin・ψAE・ψsa・ψw/c …(13)
但し、ψag:骨材の影響を表す部分係数、ψbin:結合材の影響を表す部分係数、ψAE:AE剤の影響を表す部分係数、ψsa:飽水度の影響を表す部分係数、ψw/c:水セメントの影響を表す部分係数、ψmod:部分係数である。
The calculation method of the reference result curve in consideration of the influence of internal factors will be described below.
Here, the reference deterioration curve at the predicted point is obtained based on the deterioration curve in the natural environment in the exposure test at the reference point.
The deterioration curve at the reference point is represented by the following calculation formula (11).
REd m = 100 exp (−6.02 × 10 −3 × N 0.42 ) (11)
Here, REd m = relative kinematic modulus (%), N: number of freeze-thaw cycles (times), and N multiplied by a partial coefficient is used as a reference deterioration curve at a predicted point.
REd = 100exp (−6.02 × 10 −3 × (N · ψ mod ) 0.42 ) (12)
Ψ mod = ψ ag · ψ bin · ψ AE · ψ sa · ψ w / c (13)
Ψ ag : partial coefficient representing the influence of aggregate, ψ bin : partial coefficient representing the influence of binder, ψ AE : partial coefficient representing the influence of AE agent, ψ sa : partial coefficient representing the influence of water saturation , Ψ w / c : partial coefficient representing the influence of water cement, ψ mod : partial coefficient.

ところで、予測地点の凍結融解回数を、Nとすると、基準劣化曲線は、
REd=100exp{−6.02×10−3×(NO.42}…(14)
但し、N=N・ψmodであり、Nは、予測地点の基準気温θstおよび予測対象コンクリートのw/c(水セメント化)を、固定した時の凍結融解サイクル数である。
By the way, the freeze-thaw the number of prediction point, when N p, standard deterioration curve,
REd = 100exp {-6.02 × 10 -3 × (N p) O. 42 }… (14)
However, N p = N · ψ mod , and N p is the number of freeze-thaw cycles when the reference temperature θ st of the prediction point and w / c (water cementation) of the prediction target concrete are fixed.

自然環境下では、最低気温が常に変動することから、最低温度別の凍結融解回数、Nij(i:年、j:最低温度)に上記した演算式(15)から求められる重み係数ψθjを乗じ、以下に示す演算式(16)に従い、各年の凍結融解数を求める(基準化凍結融解サイクル法)。 In the natural environment, the minimum temperature always fluctuates, so the number of freeze / thaw cycles for each minimum temperature, N ij (i: year, j: minimum temperature), the weight coefficient ψ θj obtained from the above equation (15) is Multiply and calculate the number of freeze-thaws in each year according to the following equation (16) (standardized freeze-thaw cycle method).

Figure 2008249733
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Figure 2008249733
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このことにより、凍結融解回数Nを求めることができ、Nによるサイクル数表示からNによる年数表示とすることができる。これにより、時間軸上での劣化予測が可能になる。図13にその画面構成の一例が示されている。 Thus, it is possible to obtain the freeze-thaw number N i, can be a life display by N i from the number of cycles displayed by N P. This makes it possible to predict deterioration on the time axis. FIG. 13 shows an example of the screen configuration.

また、ひび割れの影響を考慮した劣化予測曲線は、上記した演算式(14)において、N=N・ψmod×ψcrと補正することで劣化予測が可能になる。但し、ψcrは、ひび割れの影響を表す部分係数である。このことにより、基準劣化曲線に対し、ひび割れの影響を考慮した劣化曲線の予測を行うことができる。
ひび割れの影響を表す部分係数は、室内試験等の結果からひび割れの無い場合、ψcc=1.0、ひび割れのある場合、ψcr=0.19となる。いずれも実験から得られる数値である。
In addition, the deterioration prediction curve considering the effect of cracks can be predicted by correcting N p = N · ψ mod × ψ cr in the above equation (14). However, (psi) cr is a partial coefficient showing the influence of a crack. Thereby, it is possible to predict the deterioration curve in consideration of the influence of cracks with respect to the reference deterioration curve.
The partial coefficient representing the effect of cracking is ψ cc = 1.0 when there is no crack, and ψ cr = 0.19 when there is a crack, based on the results of laboratory tests and the like. Both are numerical values obtained from experiments.

本発明の凍害劣化予測装置において、ひび割れを考慮した劣化曲線を算定・表示するには、以下の手順で操作が行なわれる。基準劣化曲線の算定には、基準劣化曲線の算定が終了していることが前提条件である。図14にその画面構成の一例が示されているように、まず、劣化予測曲線ウインドウ内のひび割れの影響ボタンを押すことにより、上記したひび割れの影響を考慮した処理が実行され、当該施設における劣化予測曲線とひび割れ部の劣化曲線グラフが自動的に表示される。   In the frost damage deterioration prediction apparatus according to the present invention, calculation and display of a deterioration curve considering cracks is performed in the following procedure. It is a precondition for the calculation of the reference deterioration curve that the calculation of the reference deterioration curve has been completed. As an example of the screen configuration is shown in FIG. 14, first, by pressing a crack influence button in the deterioration prediction curve window, the above-described processing in consideration of the influence of the crack is executed, and the deterioration in the facility is performed. A prediction curve and a degradation curve graph of the cracked part are automatically displayed.

更に、補修効果を考慮した劣化予測曲線は、上記した演算式(14)において、N=N・ψmod×ψreと補正することで劣化予測が可能になる。但し、ψreは補修効果の部分係数である。このことにより、基準劣化曲線に対し、補修効果の影響を考慮した劣化曲線の予測を行うことができる。
なお、補修の効果を表す部分係数は、補修試験結果に基づく場合、以下の演算式(17)により、また、補修材単体の試験に基づく場合、以下の演算式(18)(19)により算出される。なお、後者は、実験により求めた演算式である。
Further, the deterioration prediction curve considering the repair effect can be predicted by correcting N p = N · ψ mod × ψ re in the above-described arithmetic expression (14). However, [psi re a partial coefficient repair effect. As a result, a deterioration curve can be predicted in consideration of the effect of the repair effect on the reference deterioration curve.
The partial coefficient representing the effect of repair is calculated by the following arithmetic expression (17) when based on the repair test result, and by the following arithmetic expressions (18) and (19) when based on the test of the repair material alone. Is done. The latter is an arithmetic expression obtained by experiment.

Figure 2008249733
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Figure 2008249733
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本発明の凍害劣化予測装置において、補修効果を考慮した劣化曲線を算定・表示するには、以下の手順で操作が行なわれる。補修効果を考慮した基準劣化曲線の算定には、基準劣化曲線の算定が終了している事が前提条件である。図15にその画面構成の一例が示されているように、劣化予測曲線ウインドウ内の開始年度、効果係数を指定し、次に、補修の効果ボタンを押す。このことにより、補修の影響を考慮した処理が実行され、当該施設の劣化予測曲線と補修後の劣化曲線グラフが自動的に表示される。   In the frost damage deterioration prediction apparatus of the present invention, in order to calculate and display a deterioration curve considering the repair effect, an operation is performed in the following procedure. The calculation of the standard deterioration curve considering the repair effect is based on the precondition that the calculation of the standard deterioration curve has been completed. As shown in FIG. 15 as an example of the screen configuration, the start year and the effect coefficient in the deterioration prediction curve window are designated, and then the repair effect button is pressed. As a result, processing considering the influence of repair is executed, and the deterioration prediction curve of the facility and the deterioration curve graph after repair are automatically displayed.

以上説明のように上記した本発明実施形態は、自然環境下での基準地点の暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、コンクリート構造データに基づく特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を予測することで、凍結融解作用を受けるコンクリートの劣化予測システムを構築でき、任意のコンクリート配合、および自然環境下でのコンクリートの劣化曲線を正確に算定するものである。
また、骨材、結合材の品質、AE剤の影響、水セメント比およびひび割れについて、コンクリートの凍結融解破壊サイクル数との関係を特性値として定量的に求め、これら特性値を部分係数として劣化予測曲線の算出に反映させることで、凍結融解作用を受けるコンクリートの劣化診断を適切に行うことができる。更に、基準となる劣化曲線算出後に、ひび割れや補修効果を考慮した劣化予測曲線を推定することにより、コンクリートの性能に応じた補修時期を容易に策定するものである。
As described above, the embodiment of the present invention described above is based on the frost damage deterioration curve of concrete based on the exposure test of the reference point in the natural environment, and the frost damage at the predicted point reflecting the characteristic value based on the concrete structure data. By predicting the deterioration curve, it is possible to construct a deterioration prediction system for concrete subjected to freezing and thawing action, and to accurately calculate the deterioration curve of concrete in any concrete mix and natural environment.
In addition, regarding the quality of aggregates and binders, the effect of AE agent, water cement ratio and cracks, the relationship with the number of freeze-thaw failure cycles of concrete is quantitatively obtained as characteristic values, and deterioration prediction is performed using these characteristic values as partial coefficients. By reflecting it in the calculation of the curve, it is possible to appropriately perform deterioration diagnosis of the concrete subjected to the freezing and thawing action. Furthermore, after calculating a standard deterioration curve, a deterioration prediction curve considering cracks and repair effects is estimated, so that a repair time according to the performance of the concrete is easily formulated.

ところで、上記した本発明の一実施形態による劣化予測は、コンクリートの表層部分を対象としたものであるが、実際の補修時におけるハツリ厚さの設定や、部材耐荷力の評価を行う際には深さ方向の劣化程度を把握することが必要になる。このため、本発明の他の実施形態においては、非定常熱伝導解析によりコンクリート内部の温度分布を求め、深度別に凍結融解回数を算出して上記と同様の手順で劣化深さを推定することにした。   By the way, the deterioration prediction according to the embodiment of the present invention described above is intended for the surface layer portion of concrete, but when setting the thickness of the chisel at the time of actual repair or evaluating the load bearing capacity of the member. It is necessary to grasp the degree of degradation in the depth direction. Therefore, in another embodiment of the present invention, the temperature distribution inside the concrete is obtained by unsteady heat conduction analysis, the number of freeze-thaws is calculated for each depth, and the deterioration depth is estimated by the same procedure as described above. did.

外気から気温データを読み込めば、部材内部までの温度推定は可能であり、特に解析対象期間に制約はない。しかしながら、解析対象期間に制約を設けずに劣化予測にこの機能を実装する場合、コンピュータの処理時間に悪影響を及ぼす。
すなわち、非定常解析、特に2次元モデルを想定した場合、解析に要する時間が長時間に亘る。例えば、部材サイズ30cm×30cmを解析時間刻み1時間で1年間を解析対象期間とした場合、計算時間は約2分程度要する。従って、竣工後40年に亘って熱伝導解析を行おうとした場合、80分程度の計算時間を要し、非現実的である。また、上記のモデルで将来に亘って熱伝導解析を実施しようとした場合、例えば、100年後の状態を予測しようとした場合、竣工後から現在までの期間(仮に40年)および将来の期間に亘って計算しようとすれば4時間以上を要することになる。このことにより、劣化予測の対象年の全期間に亘って熱伝導解析を実施することは非現実的であり、何らかの対応が必要になる。
If the temperature data is read from the outside air, the temperature inside the member can be estimated, and there is no particular restriction on the analysis target period. However, when this function is implemented in the deterioration prediction without providing a restriction on the analysis target period, it adversely affects the processing time of the computer.
That is, when a non-stationary analysis, particularly a two-dimensional model is assumed, a long time is required for the analysis. For example, when the member size is 30 cm × 30 cm and the analysis target period is 1 hour in increments of 1 hour, the calculation time is about 2 minutes. Therefore, when it is going to perform a heat conduction analysis over 40 years after completion, about 80 minutes are required for calculation time, and it is unrealistic. Moreover, when it is going to carry out heat conduction analysis with the above model in the future, for example, when trying to predict the state after 100 years, the period from completion to the present (temporarily 40 years) and the future period If it is going to calculate over 4 hours, it will require 4 hours or more. For this reason, it is unrealistic to carry out heat conduction analysis over the entire period of the target year of deterioration prediction, and some kind of response is required.

このため、本発明では代表年を選定して熱伝導解析を実施することとし、選定に際しては外気温に基づく凍結融解回数の多い年とした。
これは、単に気温に着目した場合、氷点を境とする気温の日較差の影響が考慮できないこと、コンクリート内部の温度分布と凍結融解回数が線形的で無いためである。
For this reason, in the present invention, the representative year is selected and the heat conduction analysis is performed, and the year when the number of times of freezing and thawing based on the outside temperature is large is selected.
This is because, when simply focusing on the temperature, the influence of the daily temperature difference at the freezing point cannot be taken into account, and the temperature distribution inside the concrete and the number of times of freezing and thawing are not linear.

図16、および図17は、外気が最低気温を記録した時のコンクリート内部の温度分布および年間の凍結融解回数を示したグラフである。これらによれば,温度分布は表面から内部へと滑らかな曲線分布を示すが、凍結融解回数については、ある深さまでは直線的に変化するものの、それ以深では深度による回数の変化が少なく、温度分布と凍結融解回数は相似的でないことが認められる。従って、気温を基準に代表年を設定することは合理的ではなく、凍結融解回数に着目した選定が必要と考えられる。
そこで、予測対象地点の過去の外気温から年毎の凍結融解回数を求め、この回数が最も多い年を代表年として選定し、劣化予測にあたってはこの代表年が繰り返されるものとした。これは劣化を評価するにあたり、安全側に予測することを考慮したためである。図18に本発明明の他の実施形態における機能ブロック図を、図19、図20にその手順をフローチャートで示す。
FIG. 16 and FIG. 17 are graphs showing the temperature distribution inside the concrete and the number of annual freeze-thaw cycles when the outside air records the lowest temperature. According to these, the temperature distribution shows a smooth curve distribution from the surface to the inside, but the number of freeze / thaw changes linearly at a certain depth, but the number of changes due to the depth is less at deeper depths. It can be seen that the distribution and the number of freeze-thaws are not similar. Therefore, it is not reasonable to set the representative year based on the temperature, and selection based on the number of times of freezing and thawing is considered necessary.
Therefore, the number of freeze / thaw cycles for each year is determined from the past outside air temperature at the prediction target point, the year with the highest number of times is selected as the representative year, and this representative year is repeated in the prediction of deterioration. This is because it was considered to make a prediction on the safe side when evaluating the deterioration. FIG. 18 is a functional block diagram according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 19 and 20 are flowcharts showing the procedure.

すなわち、本発明の他の実施形態における凍害劣化予測装置10は、図2に示す基本構成に、深さ方向解析条件入力取込み部116と、熱伝導解析処理部117が付加され、構成される。他は、図2に示す一実施形態と同様である。
深さ方向解析条件入力取込み部116は、利用者によって入力される、コンクリートの解析深度と、熱伝導境界条件を取り込む機能を持ち、ここで入力され取込まれたパラメータは、熱伝導解析処理部117へ供給される。熱伝導解析処理部117へは他にDB115から環境、構造物等の基礎データが入力されており、先に取り込まれた熱伝導境界条件に基づき、有限要素法を用いてコンクリートの非定常熱伝導解析を行う。熱伝導解析処理部116は、基礎データに従い、外気温に基づく年毎の融解凍結回数を算出し、当該算出された凍結融解回数の最も多い年における外気温、ならびに外気と接するコンクリート表面における熱の伝達方向毎あらかじめモデル化された熱伝達境界を用いてコンクリート内部の熱伝導解析を行う。
That is, the frost damage deterioration prediction apparatus 10 according to another embodiment of the present invention is configured by adding a depth direction analysis condition input capturing unit 116 and a heat conduction analysis processing unit 117 to the basic configuration shown in FIG. Others are the same as that of one Embodiment shown in FIG.
The depth direction analysis condition input capturing unit 116 has a function of capturing the analysis depth of the concrete and the heat conduction boundary condition input by the user. The parameters input and captured here are the heat conduction analysis processing unit. 117. Other basic data such as environment and structures are input from the DB 115 to the heat conduction analysis processing unit 117. Unsteady heat conduction of concrete using the finite element method based on the heat conduction boundary conditions previously taken in. Perform analysis. The heat conduction analysis processing unit 116 calculates the number of times of freezing and thawing per year based on the outside air temperature according to the basic data, and calculates the outside air temperature in the year with the highest number of times of freezing and thawing as well as the heat on the concrete surface in contact with the outside air. Conduct heat analysis inside concrete using heat transfer boundary modeled in advance for each transfer direction.

また、劣化予測演算部113は、熱伝導解析による内部温度に応じ算出される凍結融解回数を基に、コンクリート内部の劣化曲線を算出する。
具体的には、自然環境下での基準地点における暴露試験に基づくコンクリートの劣化特性曲線を基準に、コンクリートの、骨材、結合材、空気連行剤、飽水度の少なくとも一つによる凍害劣化特性への影響を、それぞれにあらかじめ定義された所定の演算式を実行することによって得られる部分係数に変換する。そして、基準地点における暴露試験の凍結融解サイクル数に、部分係数を乗じて予測地点の基準劣化曲線を求め、当該基準劣化曲線を,先の熱伝導解析結果から得られるコンクリート内部温度を基に1日の最低温度と最高温度から氷点超えした回数を計測した最低温度別凍結融解回数と、破壊サイクル数を水セメント比と最低温度で示される破壊関数を用いてコンクリート内部の劣化曲線を予測する。
Further, the deterioration prediction calculation unit 113 calculates a deterioration curve inside the concrete based on the number of times of freezing and thawing calculated according to the internal temperature by the heat conduction analysis.
Specifically, frost damage deterioration characteristics due to at least one of aggregate, binder, air entrainment agent, and water saturation, based on the deterioration characteristic curve of concrete based on exposure tests at reference points in the natural environment Are converted into partial coefficients obtained by executing predetermined arithmetic expressions defined in advance. Then, the number of freeze-thaw cycles in the exposure test at the reference point is multiplied by the partial coefficient to obtain the reference deterioration curve at the predicted point. The reference deterioration curve is calculated based on the concrete internal temperature obtained from the previous heat conduction analysis result. Predict the deterioration curve inside the concrete using the minimum temperature of the day and the number of freeze-thaw cycles by minimum temperature, which is the number of times the freezing point is exceeded from the maximum temperature, and the failure function indicated by the water-cement ratio and the minimum temperature.

以下、図19、図20に示すフローチャートを参照しながら、図18に示す本発明の他の実施形態の処理手順について詳細に説明する。
図中、S171〜A179に示す処理は、コンクリートの表層部分を対象とする劣化予測であり、図2に示す実施形態と同様であるため、重複を回避する意味でその説明を省略する。本発明のコンクリートの凍害劣化予測装置10は、まず、S180で劣化深度の計算を行うか否かの判定を行う。ここで、利用者から劣化深度の計算要と指定された場合、深さ方向解析条件入力取込み部116は、利用者から熱伝達境界および深度についての指定を受け、これを取込んで熱伝導解析処理部117を起動する。
熱伝導解析処理部117は、利用者によって指定された熱伝導境界条件に基づき、有限要素法を用いてコンクリートの非定常熱伝導解析を行い、劣化予測演算部113へその解析結果を渡す(S182)。劣化予測演算部113は、熱伝導解析に基づく内部深度によって算出される凍結融解頻度を基に、深度別劣化曲線の同定を行い(S183〜S186)、劣化予測曲線出力部114を起動して後述する劣化等の等高線、あるいは任意深度における劣化曲線を表示する(S187、S188)。
The processing procedure of another embodiment of the present invention shown in FIG. 18 will be described in detail below with reference to the flowcharts shown in FIGS.
In the figure, the processes shown in S171 to A179 are deterioration predictions for the surface layer portion of concrete, and are the same as those in the embodiment shown in FIG. 2, so the description thereof is omitted to avoid duplication. The concrete frost damage deterioration prediction apparatus 10 of the present invention first determines whether or not to calculate the deterioration depth in S180. Here, when it is designated by the user that calculation of the degradation depth is required, the depth direction analysis condition input fetching unit 116 receives designation from the user regarding the heat transfer boundary and depth, and takes this into the heat conduction analysis. The processing unit 117 is activated.
The heat conduction analysis processing unit 117 performs unsteady heat conduction analysis of the concrete using the finite element method based on the heat conduction boundary condition specified by the user, and passes the analysis result to the deterioration prediction calculation unit 113 (S182). ). The deterioration prediction calculation unit 113 identifies a deterioration curve for each depth based on the freeze / thaw frequency calculated based on the internal depth based on the heat conduction analysis (S183 to S186), and activates the deterioration prediction curve output unit 114 to be described later. A contour line such as degradation or a degradation curve at an arbitrary depth is displayed (S187, S188).

以下にその詳細を説明する。熱伝導解析を実行するにあたり、ここでは、コンクリートの熱伝導率、熱伝達率、比熱、単位体積重量について利用者が任意の値を入力できるようにしてある。
熱伝導率とは、コンクリート内部の熱の伝わりやすさを表す係数であり、熱伝達率とは、外気と接するコンクリート表面における熱の出入りやすさを表す係数である。境界条件は、図21に示されるように、熱伝達境界を1方向としたモデル(a)と、2方向としたモデル(b)と、4方向としたモデル(c)の3種類扱えることとした。
図21(a)に示すモデルは、X方向に比べY方向の1方向からの外気の影響が卓越する(露出している)場合であり、ダム、擁壁等の構造物に適用される。また、図21(b)に示すモデルは、X方向に比べ、Y方向の2方向からの外気の影響が卓越する(露出している)場合であり、梁やスラブのような部材、例えば、床板、桁、壁等の構造物に適用される。更に、図21(c)に示すモデルは、XY両方向から外気の影響を受ける場合であり、柱部材、例えばピア等に適用される。
Details will be described below. In executing the heat conduction analysis, the user can input arbitrary values for the thermal conductivity, heat transfer coefficient, specific heat, and unit volume weight of the concrete.
The thermal conductivity is a coefficient representing the ease of heat transfer inside the concrete, and the heat transfer coefficient is a coefficient representing the ease of heat in and out of the concrete surface in contact with the outside air. As shown in FIG. 21, there are three types of boundary conditions: a model (a) with a heat transfer boundary as one direction, a model (b) with two directions, and a model (c) with four directions. did.
The model shown in FIG. 21A is a case where the influence of outside air from one direction in the Y direction is superior (exposed) compared to the X direction, and is applied to structures such as dams and retaining walls. Further, the model shown in FIG. 21B is a case where the influence of outside air from two directions in the Y direction is superior (exposed) compared to the X direction, and a member such as a beam or a slab, for example, Applies to structures such as floor boards, girders and walls. Further, the model shown in FIG. 21C is a case where the model is affected by outside air from both XY directions, and is applied to a pillar member such as a peer.

上記した本発明実施形態においては、コントリートの劣化要因として、コンクリート自体の性質による内的要因と、施設の所在場所、周辺環境等による外的要因とに分け、要因別影響の検討が可能なように、外的要因と内的要因別に影響を算定するシステムを構築した。ここで検討した外的要因の影響は、コンクリート表面に限られ、コンクリート内部では、異なった温度分布、凍結融解頻度となっていることも考えられる。そこで、外的要因とコンクリート自体の性質による内的要因を基に、コンクリート内部における熱伝導解析を行い、その結果から、コンクリート内部の劣化状況を予測するものである。
図22に、劣化予測のための処理手順が、図23に劣化深度予測画面の一例が示されている。図23に示される劣化深度予測画面は、本発明装置が起動されることによって表示され、ここでは、基本設定ウインドウ、劣化予測計算条件ウインドウに画面分割されている。
In the above-described embodiment of the present invention, as the degradation factor of the concrete, it is possible to examine the influence by factor by dividing into an internal factor due to the property of the concrete itself and an external factor due to the location of the facility, the surrounding environment, etc. In this way, a system was constructed to calculate the impact for each external and internal factor. The influence of the external factors examined here is limited to the concrete surface, and it is considered that the temperature distribution and the frequency of freezing and thawing are different inside the concrete. Therefore, heat conduction analysis inside the concrete is performed based on external factors and internal factors depending on the properties of the concrete itself, and the deterioration status inside the concrete is predicted from the result.
FIG. 22 shows a processing procedure for deterioration prediction, and FIG. 23 shows an example of a deterioration depth prediction screen. The deterioration depth prediction screen shown in FIG. 23 is displayed when the apparatus of the present invention is activated, and is divided into a basic setting window and a deterioration prediction calculation condition window.

本発明の凍害劣化予測装置10は、まず、外的要因としての外気温、日射量といった環境データを読み込み(S201)、また、利用者により設定された基本データを取り込み(S202)、代表年を選定した上で(S203)、熱伝導解析の入力データを作成する。
外気温等の気象に関して、対応している入力データは、アメダスデータ、気象庁年報(日射量)である。アメダスデータ、気象庁年報はCSV形式とする。凍結融解は主に冬期間に発生することから、年データ、もしくは年度データを、当年7月から、翌年6月の気象年度データの形式に変換して使用する。欠測期間は、前後の値で線形補間した値を使用するもものとする。
外的要因による影響算出時にユーザが指定するデータは、施設名称、対象年度(竣工年度、評価年度)、地域指定(北緯、東経、標高)、冬期の日照、積雪の影響(積雪期間)等である。また、施設所在地は、緯度・経度・標高で指定し、入力データの中最寄りの観測地点データを使用する。なお、内的要因については、基準劣化曲線算定に使用する。
The frost damage deterioration prediction apparatus 10 of the present invention first reads environmental data such as outside air temperature and solar radiation as external factors (S201), and also takes basic data set by the user (S202) to determine the representative year. After selection (S203), input data for heat conduction analysis is created.
The input data corresponding to the weather such as the outside temperature is AMeDAS data and JMA annual report (irradiation amount). AMeDAS data and JMA annual report shall be in CSV format. Since freeze-thaw occurs mainly in the winter period, year data or year data is converted from July of the current year to the weather year data format of June of the following year. For the missing period, values that are linearly interpolated with the previous and subsequent values shall be used.
The data specified by the user when calculating the impact due to external factors includes facility name, target year (completion year, evaluation year), regional designation (northern latitude, east longitude, altitude), sunshine in winter, impact of snow (snow cover period), etc. is there. The facility location is specified by latitude, longitude, and altitude, and the nearest observation point data among the input data is used. Internal factors are used to calculate the standard deterioration curve.

また、コンクリート内部の熱伝導解析を行うに際し、該当期間の外気温時間値を使用する。アメダスデータ等の気温データは1976年以降順次、観測場所、項目が整備されており、施設の竣工時期、地域によっては、気温時間値データが得られない場合がある。そのため、ここでは、施設竣工年度から評価年度までの期間内で、データがある程度整備されている一年度を代表年度とし、代表年度の気温が毎年繰り返されるものとして劣化予測を行う。また、施設竣工年度から評価年度までの期間内で、外気温時間値が得られる年度のうち凍結融解回数が最も多い年を代表年度とすることは上記したとおりである。   In addition, when conducting heat conduction analysis inside concrete, the outside air temperature value of the corresponding period is used. Ambient temperature data such as AMeDAS data have been developed in order since 1976, and the temperature time value data may not be obtained depending on the completion time of the facility and the area. For this reason, in the period from the completion date of the facility to the evaluation year, one year in which data is prepared to some extent is set as the representative year, and the deterioration prediction is performed assuming that the temperature in the representative year is repeated every year. In addition, as described above, the year in which the number of times of freezing and thawing is the largest among the years in which the outside air temperature value is obtained within the period from the facility completion year to the evaluation year is as described above.

熱伝導解析実行時(S204)に利用者が指定するデータは、解析深度、熱伝導率、比熱、単位体積重量、熱伝達率である。また、代表年度の外気温時間値、日射量時間値については、代表年選定時に入力した施設所在地情報から自動的に作成し、熱伝導解析実行に使用する。
外気温時間値作成において、観測箇所と施設一では気象条件が異なることと、積雪による影響を考慮し、標高差補正、積雪補正を行う。前者において、標高による気温低減率は−0.6℃/100m、後者において、積雪で覆われている部材はその間融解しない。
そして、0℃を凍結融解の基準とし、補正後の気温から年度毎に最低温度別凍結融解回数を計算する。年度毎の最低温度別凍結融解回数は表ならびにグラフ表示される。
The data specified by the user at the time of executing the heat conduction analysis (S204) is the analysis depth, thermal conductivity, specific heat, unit volume weight, and heat transfer coefficient. Also, the outside air temperature time value and the solar radiation time value in the representative year are automatically created from the facility location information input at the time of selecting the representative year, and are used for execution of heat conduction analysis.
In preparing the outside air temperature time value, the altitude difference correction and the snow cover correction are performed in consideration of the difference in weather conditions between the observation point and the facility and the effect of snow cover. In the former, the temperature reduction rate due to the altitude is −0.6 ° C./100 m, and in the latter, the member covered with snow is not melted.
Then, using 0 ° C. as the reference for freezing and thawing, the number of times of freezing and thawing by minimum temperature is calculated for each year from the corrected temperature. The number of freeze / thaw cycles by minimum temperature for each year is displayed in a table and graph.

また、熱伝導解析は、1時間ステップで非定常計算を行う。計算結果は、所定の形式でファイル出力し、内部の劣化予測に使用される。解析深度によっては、熱伝導解析計算に多くの時間を要することが考えられるため、熱伝導解析結果を保存し、読み込めるファイル構造としている。   In addition, the heat conduction analysis performs unsteady calculations in 1 hour steps. The calculation result is output as a file in a predetermined format and used for internal deterioration prediction. Depending on the depth of analysis, it may take a lot of time to calculate the heat conduction analysis, so the file structure is such that the heat conduction analysis results can be saved and read.

凍結融解回数は、施設表面と深度によっても異なるため、内部の劣化予測を行うにあたり、まず、基本設定で指定した内的要因の値に従って、対象施設コンクリートの基準劣化曲線を算出する(S205)。
次に、熱伝導解析結果の内部温度により算出された凍結融解回数を基に、コンクリート内部の劣化曲線を予測する(S206)。以下の(1)式で示した水殿調整池暴露試験の劣化曲線におけるサイクル数に、当該施設内部の破壊サイクル数比を乗算することで、当該施設の基準劣化曲線を決定することができる。
REd=100exp(−6.02×10−3×cycle0.42
Since the number of times of freezing and thawing varies depending on the facility surface and depth, when performing internal deterioration prediction, first, a reference deterioration curve of the target facility concrete is calculated according to the value of the internal factor specified in the basic setting (S205).
Next, a deterioration curve inside the concrete is predicted based on the number of times of freezing and thawing calculated from the internal temperature of the heat conduction analysis result (S206). The reference deterioration curve of the facility can be determined by multiplying the number of cycles in the deterioration curve of the water reservoir adjustment pond exposure test shown by the following equation (1) by the ratio of the number of destruction cycles inside the facility.
REd = 100exp (−6.02 × 10 −3 × cycle 0.42 )

内部の劣化予測により出力される内容としては、例えば、図24に示す劣化分布図、図27に示す劣化経年変化図、図28に示す劣化断面図である。図24〜図26はともに、図23に示す劣化深度予測画面においてそれぞれの図に対応する劣化分布ボタン、劣化経年変化図、劣化断面図ボタンをクリックすることでそれぞれの指定画面が表示できる。
劣化深度予測画面においては、初期状態が劣化分布図ボタンを、指定した状態である。初期状態において、劣化分布図を算定・表示するためには、表示したい係数を選定し、実行ボタンをクリックすることにより実行される。また、表示する係数は、相対動弾性係数(%)、相対静弾性係数(%)、相対圧縮強度(%)、相対引張強度(%)の4項目を選択できる。
The contents output by the internal deterioration prediction are, for example, a deterioration distribution diagram shown in FIG. 24, a deterioration aging diagram shown in FIG. 27, and a deterioration cross-sectional view shown in FIG. In each of FIGS. 24 to 26, the respective designation screens can be displayed by clicking the degradation distribution button, the degradation aging diagram, and the degradation sectional view button corresponding to each diagram in the degradation depth prediction screen shown in FIG.
In the degradation depth prediction screen, the initial state is a state in which the degradation distribution map button is designated. In the initial state, in order to calculate and display the degradation distribution diagram, the coefficient to be displayed is selected and the execution button is clicked. As the coefficients to be displayed, four items can be selected: a relative dynamic elastic modulus (%), a relative static elastic modulus (%), a relative compressive strength (%), and a relative tensile strength (%).

また、劣化経年変化図を算定・表示するためには、劣化深度予測画面において、劣化経年変化図ボタンをクリックし、劣化経年変化図指定用の画面に切り替える。
図23に示す劣化深度予測画面において、評価したい点をクリックし、□にチェックマークを付す(MAX5点)。このとき右側に表示される評価店位置座標を確認し、正しければ実行ボタンをクリックし、図27に示す劣化経年変化図画面を表示することができる。ここでは、表示したい係数を選択し、描画ボタンをクリックすることで条件に合致した劣化経年変化図(相対動弾性係数)が表示される。
In order to calculate and display the deterioration aging diagram, the deterioration aging map button is clicked on the deterioration depth prediction screen to switch to the screen for designating the deterioration aging diagram.
On the degradation depth prediction screen shown in FIG. 23, click a point to be evaluated, and add a check mark to □ (5 points MAX). At this time, the coordinates of the evaluation store position displayed on the right side can be confirmed, and if it is correct, the execution button can be clicked to display the deterioration aging diagram screen shown in FIG. Here, by selecting a coefficient to be displayed and clicking a drawing button, a deterioration aging diagram (relative kinematic elasticity coefficient) that matches the condition is displayed.

劣化断面図を算定・表示するには、劣化深度予測画面において、劣化断面図ボタンをクリックし、劣化断面図指定用の画面に切り替える。劣化断面図指定用の画面は、解析モデル形状が1次元と2次元で異なる。
1次元モデルの場合、劣化深度予測画面において、評価したい年度(Max3箇年度)を入力する。ここで、右側に表示される評価年度を確認し、正しければ実行ボタンをクリックし、図26に示す劣化断面図ウインドウを表示する。その後は、表示したい係数を選択肢、描画ボタンをクリックすることで図28に示す劣化断面図(相対動弾性係数1次元)を表示することができる。
なお、二次元の場合についても同様、劣化深度予測画面を用い、評価したい年度と、評価したい断面位置を入力する。そして、同じく右側に表示される評価年度と評価断面位置とを確認し、正しければ実行ボタンをクリックして劣化断面図ウインドウを表示する。その後は上記と同様の手順を実行して劣化断面図(相対動弾性係数2次元)を表示することができる。
To calculate / display the degradation cross-sectional view, click the degradation cross-sectional view button on the degradation depth prediction screen to switch to the screen for designating the degradation cross-sectional view. The screen for designating a deteriorated sectional view has different analysis model shapes in one dimension and two dimensions.
In the case of a one-dimensional model, the year to be evaluated (Max 3 years) is input on the degradation depth prediction screen. Here, the evaluation year displayed on the right side is confirmed, and if it is correct, the execution button is clicked to display the degradation sectional view window shown in FIG. After that, by selecting a coefficient to be displayed and clicking a drawing button, a degradation cross-sectional view (relative kinematic elastic coefficient one-dimensional) shown in FIG. 28 can be displayed.
In the case of the two-dimensional case as well, the year to be evaluated and the cross-sectional position to be evaluated are input using the degradation depth prediction screen. Then, the evaluation year and the evaluation cross-section position displayed on the right side are confirmed, and if they are correct, the execution button is clicked to display a deteriorated cross-section window. Thereafter, the same procedure as described above can be executed to display a degraded cross-sectional view (two-dimensional relative dynamic elastic modulus).

図29、図30は、本発明の検証結果を説明するために引用した図であり、本発明の一実施形態に係わる表層部における検証結果と、本発明の他の実施形態に係わる劣化深さの検証結果のそれぞれを示す。
図29に示されるように、構造物A、B、Cとも、評価結果は実測値と比較的対応しているものと思われる。また、図30によれば、実測値について、粗骨材等の影響によりバラツキが大きいものの表面部へ向かうにしたがい劣化が進行していることが認められる。
また、解析値についても実測値と概略一致していることがわかる。
29 and 30 are diagrams for explaining the verification result of the present invention. The verification result in the surface layer portion according to the embodiment of the present invention and the deterioration depth according to another embodiment of the present invention are shown. Each of the verification results is shown.
As shown in FIG. 29, it is considered that the evaluation results of the structures A, B, and C relatively correspond to the actual measurement values. Further, according to FIG. 30, it is recognized that the measured values are greatly deteriorated in the direction toward the surface portion although the variation is large due to the influence of the coarse aggregate or the like.
It can also be seen that the analytical values also roughly match the actual measurement values.

以上説明のように本発明は、第一に、自然環境下での基準地点における暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、特性値算出部によって算出される特性値を反映させた予測地点での凍害劣性曲線を算出することで、凍結融解作用を受けるコンクリートの劣化予測システムを構築でき、任意のコンクリート配合、および自然環境下でのコンクリートの劣化予測曲線を正確に算定するものである。
また、本発明は、骨材、結合材の品質と、AE剤の影響、水セメント比およびひび割れについて、破壊サイクル数の比を特性値として定量的に求めることができ、これら特性値を部分係数として劣化予測曲線の算出に反映させることで、凍結融解作用を受けるコンクリートの劣化診断を適切に行うことができる。更に、予測対象コンクリートの劣化曲線算出後に、ひび割れや補修効果を考慮した劣化予測曲線を推定することにより、コンクリートの性能に応じた補修時期を容易に策定でき、劣化が進んだコンクリートを適切な時期に補修することで維持管理の確度を高めることができる。
As described above, according to the present invention, first, a predicted point that reflects the characteristic value calculated by the characteristic value calculation unit based on the frost damage deterioration curve of concrete based on the exposure test at the reference point in the natural environment. By calculating the frost damage inferior curve, the concrete deterioration prediction system subject to freezing and thawing action can be constructed, and the concrete deterioration prediction curve under any concrete mix and natural environment can be accurately calculated.
Further, the present invention can quantitatively determine the quality of aggregates and binders, the influence of AE agent, water cement ratio and cracking as the ratio of the number of fracture cycles as characteristic values. By reflecting this in the calculation of the deterioration prediction curve, it is possible to appropriately perform the deterioration diagnosis of the concrete subjected to the freezing and thawing action. In addition, after calculating the deterioration curve of the concrete to be predicted, it is possible to easily determine the repair time according to the concrete performance by estimating the deterioration prediction curve considering cracks and repair effects. The accuracy of maintenance can be improved by repairing to.

また、本発明は、第二に、コンクリートの表層部分のみならず深度方向の劣化の程度を求めるために、非定常熱伝導解析によりコンクリート内部の温度分布を求め、深度別に凍結融解回数を算出して上記同様劣化深さを推定することで、実際の補修時におけるハツリ厚の設定や、部材耐荷力の評価を行う際に、深さ方向の劣化程度の把握も可能ととなり、上記した維持管理の確度を一層高めるものである。
更に、有限要素法により熱伝導解析を行うにあたり、解析対象コンクリートを数種類に大別し、あらかじめモデル化しておくことで利用者がモデル作成を特段意識することなく劣化予測を可能としたため、利用者の負担を軽減することができる。また、熱伝導解析を実施する際、予測対象の全期間に亘り外気温に基づく年毎の凍結融解回数を求め、当該凍結融解回数が最も多い年を代表年として選定し実施することで、現実的なところで比較的高速に解析結果を取得することができる。また、解析対象期間に制約を設ける他に、上記した代表年として凍結融解回数が最も多い年を選定することで、劣化を評価するにあたって安全側に予測することができる。
In addition, the present invention secondly calculates the temperature distribution inside the concrete by unsteady heat conduction analysis in order to determine the degree of deterioration in the depth direction as well as the surface layer portion of the concrete, and calculates the number of times of freezing and thawing by depth. By estimating the deterioration depth as described above, it becomes possible to grasp the degree of deterioration in the depth direction when setting the chip thickness during actual repair and evaluating the load bearing capacity of the member. To further improve the accuracy.
Furthermore, when conducting heat conduction analysis by the finite element method, the concrete to be analyzed is roughly divided into several types and modeled in advance so that users can predict deterioration without being particularly conscious of model creation. Can be reduced. In addition, when conducting heat conduction analysis, the number of freeze-thaw cycles per year based on the outside air temperature is calculated over the entire period to be predicted, and the year with the highest number of freeze-thaw cycles is selected and implemented as the representative year. The analysis result can be acquired at a relatively high speed. In addition to limiting the period to be analyzed, by selecting the year with the largest number of freeze / thaw cycles as the representative year, it is possible to predict on the safe side when evaluating deterioration.

なお、図2、図6に示す、基礎データ入力取込部111と、特性値算出部112と、劣化予測演算部113と、劣化予測曲線出力部114、そして、深さ方向解析条件入力取込み部116と、熱伝導解析処理部117のそれぞれで実行される手順をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによっても本発明を実現することができる。ここでいうコンピュータシステムとは、OSや周辺機器等のハードウェアを含む。   2 and 6, the basic data input acquisition unit 111, the characteristic value calculation unit 112, the deterioration prediction calculation unit 113, the deterioration prediction curve output unit 114, and the depth direction analysis condition input acquisition unit. 116 and the procedure executed by each of the heat conduction analysis processing unit 117 are recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into the computer system and executed. Can be realized. The computer system here includes an OS and hardware such as peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
The program may be for realizing a part of the functions described above.
Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.

本発明における凍害劣化予測装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the frost damage deterioration prediction apparatus in this invention. 本発明の一実施形態に係わる凍害劣化予測装置の内部構成を機能展開して示したブロック図である。It is the block diagram which expanded and showed the function of the internal structure of the frost damage deterioration prediction apparatus concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる凍害劣化予測プログラムの処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the frost damage deterioration prediction program concerning one Embodiment of this invention. コンクリート構造と水セメント比との関係を説明するために引用した概念図である。It is the conceptual diagram quoted in order to demonstrate the relationship between concrete structure and water cement ratio. 水セメント比と細孔中の凍結量の関係をグラフ表示して示した図である。It is the figure which showed the relationship between the water cement ratio and the amount of freezing in a pore by the graph display. 最低温度を変化させた凍結融解試験結果を3例グラフ表示した図である。It is the figure which displayed the freeze-thaw test result which changed minimum temperature in the graph of 3 examples. 破壊サイクル数と凍結細孔量比との関係を説明するために引用したグラフである。It is the graph quoted in order to explain the relationship between the number of fracture cycles and the frozen pore volume ratio. 破壊サイクル数を破壊関数で定義したときの関係を説明するために引用した図である。It is the figure quoted in order to demonstrate the relationship when the number of destruction cycles is defined by the destruction function. 破壊関数による基準化処理を説明するために引用したグラフである。It is the graph quoted in order to demonstrate the normalization process by a destruction function. 水殿供試体の暴露試験結果と、水殿調整池の最低温度別凍結融解頻度を説明するために引用した図である。It is the figure quoted in order to demonstrate the exposure test result of a water dam specimen, and the freezing and thawing frequency according to the minimum temperature of a water pond adjustment pond. 基準化凍結融解サイクル法による自然環境下における劣化曲線を示す図である。It is a figure which shows the deterioration curve in the natural environment by the normalization freeze-thaw cycle method. 最低温度別凍結融解回数(表とグラフ)を画面表示したときの一例を示す図である。It is a figure which shows an example when the number of times of freezing and thawing according to the minimum temperature (table and graph) is displayed on the screen. 本発明により、劣化予測曲線(グラフ)を画面表示したときの一例を示す図である。It is a figure which shows an example when the deterioration prediction curve (graph) is displayed on the screen by this invention. 本発明により、ひび割れを考慮した劣化予測曲線(グラフ)を画面表示したときの一例を示す図である。It is a figure which shows an example when the deterioration prediction curve (graph) which considered the crack was displayed on the screen by this invention. 本発明により、補修を考慮した劣化予測曲線(グラフ)を画面表示したときの一例を示す図である。It is a figure which shows an example when the deterioration prediction curve (graph) which considered repair is displayed on the screen by this invention. 最低気温を記録した時点における部材内部の温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution inside a member in the time of recording minimum temperature. 部材内部の凍結融解回数を示す図である。It is a figure which shows the frequency | count of the freeze-thaw inside a member. 本発明の他の実施形態に係わる凍害劣化予測装置の内部構成を機能展開して示したブロック図である。It is the block diagram which expanded and showed the internal structure of the frost damage deterioration prediction apparatus concerning other embodiment of this invention. 本発明の凍害劣化予測プログラムの処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the frost damage deterioration prediction program of this invention. 本発明の凍害劣化予測プログラムの処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the frost damage deterioration prediction program of this invention. 本発明の他の実施形態において使用される境界条件を説明するために引用した図である。It is the figure quoted in order to demonstrate the boundary condition used in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係わる凍害劣化予測プログラムの処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the frost damage deterioration prediction program concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態において使用される画面構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the screen structure used in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態において使用される画面構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the screen structure used in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態において使用される画面構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the screen structure used in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態において使用される画面構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the screen structure used in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態において使用される画面構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the screen structure used in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態において使用される画面構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the screen structure used in other embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる検証結果を説明するために引用した図である。It is the figure quoted in order to demonstrate the verification result concerning one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係わる検証結果を説明するために引用した図である。It is the figure quoted in order to demonstrate the verification result concerning other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…凍害劣化予測装置、11…CPU、12…RAM、13…記憶装置(13a:記憶媒体)、14…入力装置、15…表示装置、111…基礎データ入力取込み部、112…特性値算出部、113…劣化予測演算部、114…劣化予測曲線出力部、116…深さ方向解析条件入力取込み部、117…熱伝導解析処理部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Frost damage deterioration prediction apparatus, 11 ... CPU, 12 ... RAM, 13 ... Storage device (13a: Storage medium), 14 ... Input device, 15 ... Display device, 111 ... Basic data input taking-in part, 112 ... Characteristic value calculation part 113 ... Deterioration prediction calculation unit, 114 ... Deterioration prediction curve output unit, 116 ... Depth direction analysis condition input input unit, 117 ... Heat conduction analysis processing unit

Claims (4)

コンピュータ上に構築され、自然環境下で凍結融解作用を受けるコンクリートの凍害劣化予測装置であって、
利用者によって入力される、前記コンクリートの解析深度と、熱伝導境界条件を取り込む深さ方向解析条件入力取込み部と、
前記熱伝導境界条件に基づき、有限要素法により前記コンクリートの非定常熱伝導解析を行う熱伝導解析処理部と、
前記熱伝導解析による内部深度に応じ算出される凍結融解回数を基に、前記コンクリート内部の劣化曲線を算出する劣化予測演算部と、
を具備することを特徴とするコンクリートの凍害劣化予測装置。
It is a frost damage deterioration prediction device for concrete that is built on a computer and is subjected to freezing and thawing action in a natural environment.
An analysis depth of the concrete input by a user, and a depth direction analysis condition input capturing unit for capturing a heat conduction boundary condition;
Based on the heat conduction boundary condition, a heat conduction analysis processing unit that performs unsteady heat conduction analysis of the concrete by a finite element method,
Based on the number of times of freezing and thawing calculated according to the internal depth by the heat conduction analysis, a deterioration prediction calculation unit that calculates a deterioration curve inside the concrete,
An apparatus for predicting frost damage deterioration of concrete, comprising:
前記熱伝導解析処理部は、
外部から取得した基礎データに従い、外気温に基づく年毎の凍結融解回数を算出し、当該算出された凍結融解回数の最も多い年における外気温、ならびに外気と接するコンクリート表面における熱の伝達方向毎あらかじめモデル化された熱伝達境界を用いてコンクリート内部の熱伝導解析を行うことを特徴とする請求項1に記載のコンクリートの凍害劣化予測装置。
The heat conduction analysis processing unit
Calculate the number of freeze-thaw cycles per year based on the outside temperature according to the basic data obtained from outside, and calculate the outside temperature in the year with the highest number of freeze-thaw cycles and the heat transfer direction on the concrete surface in contact with the outside air in advance. 2. The concrete frost damage deterioration prediction apparatus according to claim 1, wherein the heat conduction analysis inside the concrete is performed using the modeled heat transfer boundary.
前記劣化予測演算部は、
自然環境下での基準地点における暴露試験に基づくコンクリートの劣化特性曲線を基準に、前記コンクリートの、骨材、結合剤、空気連行剤、飽水度の少なくとも一つによる凍害劣化特性への影響を、それぞれにあらかじめ定義された所定の演算式を実行することによって得られる部分係数に変換し、前記基準地点における暴露試験の凍結融解サイクル数に、前記部分係数を乗じて前記予測地点の基準劣化曲線を求め、当該基準劣化曲線を、前記熱伝導解析結果から得られるコンクリート内部温度を基に1日の最低温度と最高温度から氷点超えした回数を計測した最低温度別凍結融解回数と、破壊サイクル数を前記水セメント比と最低温度で示される破壊関数を用いて前記コンクリート内部の劣化予測曲線に変換することを特徴とする請求項1に記載のコンクリートの凍害劣化予測装置。
The degradation prediction calculation unit
Based on the deterioration characteristic curve of concrete based on the exposure test at the reference point in the natural environment, the influence of the concrete on the frost damage deterioration characteristics due to at least one of aggregate, binder, air entraining agent and water saturation , Converted into partial coefficients obtained by executing predetermined arithmetic expressions defined in advance, respectively, and multiplying the number of freeze-thaw cycles of the exposure test at the reference point by the partial coefficient, the reference deterioration curve at the predicted point Based on the concrete internal temperature obtained from the heat conduction analysis result, the number of times of freezing and thawing by the minimum temperature and the number of cycles of fracture were measured. Is converted to a deterioration prediction curve inside the concrete using a fracture function indicated by the water cement ratio and the minimum temperature. Frost deterioration prediction apparatus of the concrete according to.
自然環境下で凍結融解作用を受けるコンクリートの凍害劣化予測装置に用いられるプログラムであって、
利用者によって入力される、前記コンクリートの解析深度と、熱伝導境界条件を取り込むステップと、
前記熱伝導境界条件に基づき、有限要素法により前記コンクリートの非定常熱伝導解析を行うステップと、
前記熱伝導解析による内部深度により算出される凍結融解頻度を基に、前記コンクリート内部の劣化曲線を算出するステップと、
をコンピュータに実行させるコンクリートの凍害劣化予測プログラム。
A program used for a frost damage deterioration prediction device for concrete subjected to freeze-thaw action in a natural environment,
Capturing the analysis depth of the concrete and the heat conduction boundary condition input by the user;
Based on the heat conduction boundary condition, performing unsteady heat conduction analysis of the concrete by a finite element method,
Based on the freeze-thaw frequency calculated by the internal depth by the heat conduction analysis, calculating a deterioration curve inside the concrete;
This program predicts the deterioration of concrete caused by frost damage.
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